1.6. Четвёртое поколение
Основными техническими новинками стали:
применение интегральных схем с большой LSI (до 1000 транзисторов на кристалле) и сверхбольшой VLSI (до 100000 транзисторов на кристалле) степенью интеграции, что привело к созданию микропроцессоров;
вытеснение запоминающих устройств с магнитными сердечниками устройствами на основе полупроводников;
появление RISC-архитектуры с ограниченным набором команд и реализацией команд расширенного набора программными средствами, что упрощает процессоры и убыстряет их работу.
Основными архитектурами становятся векторные и параллельные архитектуры, появляются индивидуальные микроЭВМ и рабочие станции – сетевые компьютеры, использующие ресурсы сервера.
В области программного изобретения заметно появление языков FP и Prolog, принципиально отличающихся от ранее известных процедурных языков, а также появление языка С и его применение для написания операционной системы UNIX для машины PDP-11.
1.7. Пятое поколение
Пятое поколение характерно наличием в вычислительных системах большого количества процессоров (100 и более), имеющих возможности, достаточные для выполнения задач отдельных пользователей.
Машины этого поколения имеют архитектуру с совместно используемой и распределённой памятью, а также архитектура с параллельным выполнением одной операции множеством процессоров.
В первом случае процессоры работают с общей памятью и связаны с ней через шины. Представителем этого направления является система Sequent Balance 8000, в которой имеется 20 процессоров, оснащённых своей КЭШ-памятью и разделяемая процессорам большая основная память
Во втором случае каждый процессор имеет свою память, а связь между процессорами осуществляется сетью взаимосвязей (внутри машинный аналог сети). Представителем такой архитектуры является система iPSC-1, часто называемая "гиперкубом".
Третья архитектура предусматривает работу множества процессоров под управлением одного управляющего устройства, причём каждый процессор выполняет одну и ту же операцию со своим набором данных. Такая архитектура применяется в вычислительных машинах Connection Machine и MP-1.
RISC-архитектура становится базовой архитектурой для рабочих станций. Процветает применение вычислительных сетей, в которых рабочие станции передают решение сложных задач мощным вычислительным машинам, присоединённым к сети.
Векторные вычислительные системы усложняются и становятся многопроцессорными.
1.8. Шестое поколение
Особенностями машин и систем этого поколения являются:
массовое применение параллельных вычислений на уровне объединённых в сеть большого числа вычислительных машин, обозначаемое аббревиатурой МРР (массовый параллелелизм);
высокий уровень рабочих станций, позволивший применять гетерогенные вычисления, при которых программа, запущенная на одной станции, находит в сети простаивающие процессоры и использует их для выполнения своих параллельных вычислений;
взрывное расширение глобальных сетей.
1.9. Классификация эвм
Классификация вычислительных машин и систем производится по множеству признаков (рис. 1.1): по этапам создания (рассмотрена выше), принципу действия, назначению, вычислительной мощности (размеру и функциональным возможностям).
Говоря о классификации по принципу действия, следует понимать разницу между аналоговыми и цифровыми сигналами. Материальным носителем информации является сигнал – одна или несколько порций энергии любого вида: электромагнитной, механической, звуковых колебаний, световой и др. Каждый импульс имеет ряд характеризующих его параметров. Для сигнала постоянного тока это может быть сила тока или величина напряжения, для импульсов постоянного тока параметрами являются период следования, амплитуда (наибольшая величина), и длительность импульса, для синусоидального сигнала – амплитуда, частота и начальная фаза колебания.
Аналоговым сигналом (рис. 1.2) называется сигнал, у которого хотя бы один параметр (например, амплитуда) зависит от содержания передаваемой информации. Такой параметр называется информативным. На рис. 1.2,а показан сигнал, у которого информативным параметром (В) является напряжение или ток, на рис. 1.2,б – аналоговый сигнал у которого информативным параметром (В) может быть как напряжение (ток), так и длительность импульса tИ или периода Т0, причем временные отрезки не должны измеряться цифровыми методами.
.
Рис. 1.1. Классификация ЭВМ
а) |
tИ
T0
t, время б) |
N или
i1,i2,i3,i4=F(Информация)
t, время |
N или
i1,i2,i3,i4=F(Информация)
t, время |
Рис. 1.2. Аналоговый (а,б) и цифровой (в,г) сигналы |
|
Например, числа 0, 1, 2, 3 и т.д. могут передаваться синусоидальными сигналами с амплитудами 0, 1, 2, 3 и т.д. вольт (В) или частотами 10, 20, 30 и т. д. кГц (синусоидальный сигнал с частотой ноль является сигналом постоянного тока, поэтому ряд частот начат с 10 кГц). Аналоговый сигнал может быть считан в любой момент времени и при наличии соответствующего измерительного прибора может быть представлен бесконечным множеством уровней. Недостаток аналогового сигнала – сложность преобразования информации в сигнал (кодирование информации) и обратного преобразования (декодирования), а также сложность защиты сигнала от помех и искажений.
На рис. 1,в показан сигнал, передающийся по одной паре проводов последовательно следующими во времени импульсами постоянного тока. Параметры импульсов постоянны, а количество импульсов N, а также наличие или отсутствие i1, i2, i3, i4 того или иного импульса в последовательности импульсов зависят от передаваемой информации и однозначно соответствуют ей.
На рис. 1,г показан сигнал, передающийся импульсами постоянного тока по нескольким проводам, и передающий четыре порции информации. Как и на рис. 1,в информацию несут, или количество импульсов N (нерационально), или наличие или отсутствие i1, i2, i3, i4 того или иного импульса в каждой комбинации импульсов.
Описанные сигналы называются дискретными или цифровыми. Сигнал рис. 1,в передаёт информацию в последовательном, а рис. 1,г – в параллельном коде. Поскольку количество импульсов не может быть бесконечным, количество уровней сигнала ограничено. Каждая комбинация импульсов создаётся в течение конечного отрезка времени, поэтому дискретный сигнал может быть считан в отдельные моменты времени, что является его недостатком. Достоинствами дискретного сигнала является лёгкость кодирования и декодирования информации, более высокая защищённость от помех, а также возможность защиты его от искажений различными методами.
Аналоговыми машинами называются вычислительные машины, использующие только аналоговые сигналы, дискретными – только дискретные сигналы, а гибридными – машины, использующие сигналы обоих типов.
Аналоговые машины состоят из высокоточных усилителей с настраиваемыми входными цепями и цепями обратной связи. Они позволяют моделировать линейные и нелинейные объекты, просты и удобны в эксплуатации, легко программируются, скорость решения задач регулируется оператором до сколь угодно больших значений. Однако, точность решения задач невысокая. Такие машины хороши для решения алгебраических и дифференциальных уравнений и их систем без сложной логики.
Цифровые машины более точны, позволяют моделировать сложные алгоритмы, но имеют более высокую трудоёмкость программирования и обслуживания. Тем не менее, они в настоящее время наиболее широко распространены в системах обработки информации.
Классификация вычислительных машин и систем по назначению основана на широте круга решаемых задачи их направленности. Универсальные вычислительные машины предназначены для решения широкого круга в задач разных областях деятельности человека и работают с информацией, представленной в разнообразных формах. Обычно это вычислительные машины коллективного пользования.
Проблемно-ориентированные вычислительные машины решают более узкий круг задач, например управление технологическими объектами, регистрация, накопление и обработка относительно небольших объёмов данных. Аппаратные и программные ресурсы их значительно слабее, чем у универсальных.
Специализированные машины решают ещё более узкий круг задач. Поэтому за счёт специализированной структуры имеют невысокую стоимость при высоких производительности и надёжности. Применяются, например, для управления несложными техническими устройствами.
Классификация вычислительных машин по размеру и функциональным возможностям основана на значениях множества их параметров, к которым относятся:
быстродействие, измеряемое количеством операций средней продолжительности с плавающей точкой в 1 с;
разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ВМ;
номенклатура, ёмкость и взаимодействие всех запоминающих устройств;
номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;
типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ВМ между собой (внутримашинные интерфейсы);
способность ЭВМ работать одновременно с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ;
типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем;
наличие и функциональные возможности установленного программного обеспечения;
программная совместимость с другими ВМ (способность выполнять программы, написанные для других ВМ);
возможность подключения ВМ к каналам связи;
эксплуатационная надёжность ВМ;
коэффициент полезного времени.
Следует отметить, что границы параметров ВМ и ВС весьма переменчивы. Более стабильны размеры машин разных классов. Так персональные компьютеры (микроЭВМ) размещаются на рабочем столе, малые ЭВМ занимаю часть небольшой комнаты, большие можно разместить в большом зале. СуперЭВМ представляют собой ВМ наивысшей производительности, достижимой в момент их производства.