Глава 2. Архитектура эвм

2.1. Эволюция эвм – пять поколений

Смена поколений ЭВМ характеризуется, с одной стороны, изменением элементной базы и структуры ЭВМ, а с другой – развитием системы программного обеспечения, что отображено в табл. 2.1. Термин «поколение» возник в 50-х годах, когда на смену первых ЭВМ на лампах пришли машины нового поколения на полупроводниках.

Табл.2.1. Эволюция ЭВМ

Поколение	Годы	Элементы	Быстродействие	Накопители	In/out	Языки	Примеры ЭВМ
1	40–50	Лампы	10-20 тыс. оп/с	Магнитный барабан	Перфораторы	Машинные языки	UNIVAC МЭСМ-1 БЭСМ-1 СТРЕЛА
2	50–60	Транзисторы	100-1000 тыс. оп/с	Магнитные ленты	Телетайпы	Автокоды (ассемблер)	«Традис» М-20 IBM-701 БЭСМ-4
3	60–70	ИС	1-10 млн. оп/с	Магнитные диски	Дисплеи	Алгоритмические языки	EC-1030 IBM-360 БЭСМ-6
4	70–80	БИС	1-100 млн. оп/с	Винчестеры	Интерактивные устройства	Языки высокого уровня	IBM-386 IBM-486 Корвет УКНЦ
5	90-н.в	СБИС	Более 100 млн. оп/с	Оптические диски	Сенсорные Устройства	Языки сверхвысокого Уровня

1-е поколение, 1945–1955 годы

Особенности ЭВМ: применение вакуумно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках (трубках Вильямса). Для ввода-вывода данных использовались коммутационные панели, перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Была реализована концепция хранимой программы.

Быстродействие (количество операций в секунду): 10 – 20 тыс.

Программное обеспечение: машинные языки (машинные команды) .

Примеры: ENIAC (США) МЭСМ, Стрела, Урал, Минск-2 (СССР).

2-е поколение, 1955–1965 годы

Особенности ЭВМ : замена электронных ламп, как основных элементов компьютера, на транзисторы. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры – централизация. Появились устройства памяти на магнитных дисках.

Быстродействие (операций в секунду):100-500 тыс.

Программное обеспечение: Алгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режим обработки заданий.

Примеры: IBM 701 (США) БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22, Минск-32 (СССР).

3-е поколение, 1966 – 1975 годы

Особенности ЭВМ: Компьютеры проектировались на основе полупроводниковых интегральных схем малой степени интеграции (МИС – 10 – 100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС – 100 – 1000 компонентов на кристалл). Появилась и была реализована идея проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой. В конце 60-х годов появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор.

Быстродействие (количество операций в секунду): порядка 1 млн.

Программное обеспечение: операционные системы, режим разделения времени.

Примеры: IBM 360 (США), БЭСМ – 6, ЕС – 1030, ЕС – 1060 (СССР).

4-е поколение, с 1975 года

Особенности ЭВМ: использование при создании компьютеров больших интегральных схем (БИС – 1000 – 100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС – 100 тыс. – 10 млн элементов на кристалл). Началом данного поколения считают 1975 год – фирма Amdahl Corp. выпустила шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6, в которых были применены БИС в качестве элементной базы. Стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью в несколько мегабайт. При включении машины запуск системы осуществляется с использованием хранимой в ПЗУ программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения. В середине 70-х появились первые персональные компьютеры (ПК).

Быстродействие (количество операций в секунду): десятки и сотни млн.

Программное обеспечение: базы и банки данных

Примеры: суперкомпьютеры (многопроцессорная архитектура и использование принципа параллелизма), широкое использование ПК.

Перспективы эволюции ЭВМ 5-го поколения:

Главный упор при создании компьютеров делается на их «интеллектуальность», внимание акцентируется не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний – использование и обработка компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений.

Особенности ЭВМ: вычислительные системы с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; параллельно-векторная структура. Оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.