Введение

Для специалистов в области информационных технологий важны знания в области устройства и функционирования вычислительных машин и вычислительных систем. Стандарты ISO/IES 2382/1-93 и ГОСТ 15971-90 определяют эти понятия следующим образом:

• вычислительная машина (ВМ) – это совокупность технических средств технических средств, создающая возможность проведения обработки информации и получения результатов в необходимой форме.

• вычислительная система (ВС) – одна или несколько вычислительных машин, периферийное оборудование и программное обеспечение, которые выполняют обработку данных.

Изначально в России по отношению к вычислительным машинам и системам был принят термин "организация", означавший с одной стороны внутреннюю упорядоченность и взаимодействие частей, с другом – свокупность процессов или действий, ведущих к образованию и совершенствованию взаимосвязей меду частями целого.

С точки зрения пользователя наиболее важным представляется набор функций и услуг вычислительной системы, а не их техническая реализация. С точки зрения разработчика, наоборот, на первом месте находится техническая реализация функций и услуг Поэтому различают функциональную и структурную организацию ВМ и ВС.

Функциональная организация ВМ и ВС – это абстрактная модель совокупности функциональных возможностей и услуг, призванных удовлетворить потребности пользователя. Эта модель создаётся первой.

Структурная организация ВМ и ВС – это физическая модель, которая устанавливает состав, порядок и принципы взаимодействия основных функциональных частей. Графически структурная организация отображается структурной схемой, которую для краткости называют структурой.

Позднее понятие "функциональная организация" по инициативе фирмы IBM трансформировался в понятие "архитектура". В настоящее время ГОСТ 15971-90 определяет термин "архитектура ВМ" как концептуальную структуру вычислительной машины, определяющую проведение обработки информации, включающую в себя методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. Аналогичное определение даёт и стандарт ISO/IES 2382/1-93, определяя понятие как логическую структуру и функциональные характеристики ВМ, включая взаимосвязи между её аппаратными и программными компонентами.

Целью настоящего курса является создание у студентов чёткого и минимально-достаточного представления о структуре вычислительных машин и вычислительных систем, построении их функциональных элементов, принципах их действия и управления ими.

1. История развития вычислительной техники. Классификация и основные характеристики вычислительных машин и систем

Говоря о развитии вычислительных машин, пользуются понятием "поколение". Упоминавшийся выше ГОСТ 15971-90 определяет поколение как классификационную группу ВМ, объединяющую их по используемой технологии реализации её устройств, уровню развития функциональных свойств и программного обеспечения и характеризующую определённый период в развитии промышленности средств вычислительной техники.

Различают следующие поколения вычислительных машин:

• нулевое (1492 – 1945) – механические вычислительные машины;

• первое (1937 – 1953) – вычислительные машины на электронных лампах;

• второе (1954 – 1962) – вычислительные машины на дискретных полупроводниковых приборах;

• третье (1963 – 1972) – вычислительные машины на интегральных схемах малой степени интеграции (ИМС);

• четвёртое (1972 – 1984) – вычислительные машины на больших и сверхбольших интегральных схемах (БИС и СБИС);

• пятое (1984 – 1990) – многопроцессорные вычислительные машины с совместно используемой памятью и с распределённой памятью, каждый из процессоров которой способен выполнять задачу отдельного пользователя;

• шестое (1990 и далее) – вычислительные машины и системы с массовым параллелелизмом обработки данных, имеющие повышенное быстродействие на уровне суперЭВМ четвёртого поколения, с широкой поддержкой глобальных сетей.