ТЕМА №2: «Технические средства информационных технологий»

1. История развития вычислительной техники. Поколения эвм.

Человечество тысячелетиями вынашивало идею о создании специальных машин, которые бы осуществляли помощь в творческой, умственной деятельности человека, а именно: в обработке информации и выполнении задач, с которыми традиционно справлялся только человек. Такое стремление было вполне обоснованным и крайне необходимым. Создание вычислительной техники было продиктовано необходимостью осуществления различных расчетных задач, причем, при наличии жестких требований по времени или скорости осуществления этих расчетов.

Мудрецы Египта успешно справились с задачей, подарив миру созданную ими АРИФМЕТИКУ - науку о числах (АРИФМО означает число) и первый на Земле вычислительный прибор - абак.

Абак в переводе означает «пыль», «мелкий песок». На специальной доске раскладывали в определенном порядке камешки и, чтобы они не скатывались, доску посыпали песком. Таким был первый вычислительный прибор всего древнего мира. Так, знаменитый древнегреческий математик Пифагор считал счет на абаке обязательным разделом математики.

Постепенно человек усовершенствовал абак. Косточки для счета нанизали на нити. Получившиеся «бусы» натянули на рамку - так создали счеты. У современных счет вместо нитей установлены металлические спицы. Развитие общественных и информационных отношений заставляло и дальше совершенствовать вычислительную технику, которая от первоначальных вариантов перешла в область специализированных механических устройств.

Первую счетную машину, которая называлась АРИФМОМЕТР, изобрел в XVII веке замечательный французский ученый Паскаль. Она выполняла любые арифметические операции. Умножение в ней производилось многократным сложением, деление - многократным вычитанием.

.

Главным недостатком всех арифмометров было то, что передвигать колесики, устанавливать цифры, запоминать промежуточные результаты - все это должен был делать человек. Он управлял процессом вычислений, а также сам держал в памяти последовательность действий.

Идея же использования программного управления для построения устройства, автоматически выполняющего арифметические вычисления, была впервые высказана английским математиком Чарльзом Бэббиджем в начале XIX векаВ целом аналитическая машина Бэббиджа должна была содержать, наряду с арифметическим устройством, внутреннюю память, внутреннее устройство управления и программироваться с помощью перфокарт. Однако его попытки построить механическое вычислительное устройство в полном варианте не увенчались успехом.

Идея аналитической машины Бэббиджа легла в основу подготовки первой ЭВМ, но была реализована лишь спустя 100 лет.

Первая электронная ЭВМ была создана в 1946 году в США в Пенсильванском университете под руководством Дж. Маучли и Дж. Эккерта. От момента создания данной машины и идет эра ЭВМ. И, хотя производительность ее работы составляла мизерную по современным представлениям величину - 5 000 операций в секунду,.

Дальнейшая история развития ЭВМ подобной архитектуры представлена в виде, так называемых поколений.

Поколение ЭВМ - совокупность существенных особенностей и характеристик, используемых при построении конструкторско-технологической и логической базы машины. Основа разделения ЭВМ на поколения, прежде всего, выражается в элементной базе.

Элементная база - совокупность технических устройств, из которых собрана вся машина. Она определяет все характеристики ЭВМ.

1-е поколение ЭВМ (с 1946 г. до середины 50-х годов ХХ в.).

2-е поколение ЭВМ (с середины 50-х годов до середины 60-х годов ХХ в.).

Элементная база – транзисторы (полупроводниковые приборы).

данных) и управления производственными процессами.

Таким образом, уже в рамках второго поколения видно существенное расширение сферы использования вычислительной техники по сравнению с первоначальным узкоспециализированным военным применением. Эта тенденция прослеживается и дальше.

3-е поколение ЭВМ (с середины 60-х до середины 70-х гг. ХХ в.

В 1958 г. разработана и создана интегральная схема - новый вид электронных приборов. В ней на одном кусочке полупроводника собрана целая электронная схема.

Для 3-го поколения элементная база - интегральные схемы малой степени интеграции, где на миниатюрном кремниевом кристалле, размером примерно 1 см на 1 см, размещалось до 100 активных элементов. Отсюда и название - чип - от английского слова «кусочек», «обломок».

Уже к концу 70-хх гг. быстродействие микропроцессоров превысило миллион операций в секунду, степень интеграции - 200 000 транзисторов, разрядность достигла 32, что стало достаточным для решения подавляющего большинства задач даже в перспективе.

4-е поколение ЭВМ (с середины 70-х годов ХХ в. по настоящее время).

Элементная база - интегральные схемы БИС - большой (от 100 до 1 000 активных элементов на один чип) и СБИС - сверхбольшой (свыше 1 000 активных элементов на один чип) степени интеграции. В первую очередь на этих элементах строят память ЭВМ.

В ЭВМ четвертого поколения достигается дальнейшее упрощение контактов человека с ЭВМ. Использование БИС и СБИС позволяет аппаратными средствами реализовывать некоторые функции программ операционных систем (аппаратная реализация трансляторов с алгоритмических языков высокого уровня и др.), что способствует увеличению производительности.

Кроме того, разрабатываются и многопроцессорные управляющие комплексы повышенной надежности с автоматическим изменением структуры (автоматической реконфигурацией).

Для этого поколения характерно следующее:

• применение персональных компьютеров;

• телекоммуникационная обработка данных;

• компьютерные сети;

• широкое применение систем управления базами данных;

• элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

5-е поколение ЭВМ

Для ЭВМ пятого поколения, которые разрабатываются пока в лабораторных условиях, элементная база основывается на сверхбольших интегральных схемах (СБИС) и на оптико-электронных элементах (лазеры, голография). Для оптических машин носителями энергии служат не электроны, а фотоны, что значительно повышает скорость передачи сигналов, поэтому быстродействие ЭВМ может достигнуть сотен миллионов операций в секунду.

Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещённых на одном кристалле полупроводника.Для преобразования и передачи оптических сигналов применяют лазеры, светоизлучающие диоды, световоды и различные фотоприемники.

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭВМ

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) представляет собой комплекс технических средств для автоматической обработки информации, представленной в цифровых кодах. точностью.

Вычислительные машины характеризуются следующими свойствами:

1) Быстродействие ЭВМ определяется числом операций, выполняемых машиной в единицу времени. Быстродействие современных ЭВМ достигает сотен тысяч и миллионы арифметических и логических операций в секунду.

2) Точность решения задач на ЭВМ (помимо точности самого метода решения) определяется количеством цифровых разрядов, отводимых для представления одного информационного слова.

3) Универсальность применения ЭВМ заключается в возможности решения разнообразных задач на одной и той же машине . для этого необходимо только изменить программу решения и ввести в машину новые исходные данные.

4) Каждая ЭВМ характеризуется объемом внутренней оперативной памяти для

хранения программ и данных с высокой скоростью доступа к этой памяти. Современные ЭВМ характеризуются также большим объемом внешней памяти на магнитных и оптических дисках (HDD, CD, DVD) и лентах. Эта память менее быстродействующая, чем оперативная, но имеет значительно больший объем.

5) Программными средствами, или программным (математическим) обеспечением, ЭВМ принято считать совокупность программ, имеющихся на ЭВМ и позволяющих организовать автоматическое выполнение вычислительного процесса, обеспечить доступ пользователей к ЭВМ.

6) Габаритные размеры - величина внешних размеров как отдельных модулей или составных частей машины, так и всего комплекса в целом.

7) Энергопотребление - электрическая мощность, потребляемая от источника питания, как отдельными модулями, так и всей ЭВМ.

8) Стоимость - цена отдельных модулей, всего комплекса ЭВМ, расходных материалов.

9) Дизайн - внешний вид, форма, окраска, удобство эксплуатации и др.