1. История, современное состояние и перспективы развития вычислительной техники

Абак (прообраз более знакомых нам счетов) — старейшее из известных счетных устройств (Азии еще в 30 веке до н.э.) Чертежи первой механической вычислительной машины были созданы итальянским художником Леонардо да Винчи в начале XVI в. Первая механическая машина была создана в 1624 г. немецким ученым Вильгельмом Шиккардом. Большой вклад в развитие механических вычислительных машин в XVII в. внесли французский математик и философ Блез Паскаль (1642), немецкий философ и математик Готфрид Лейбниц (1674). Английский математик и экономист Чарльз Бэббидж опередил время на десятилетия. Он изобрел первую программируемую вычислительную машину (1822 г.) В 1927 г. создан первый аналоговый компьютер. Эра ЭВМ зарождалась в обстановке II й мировой войны, и первые компьютеры использовались в военных целях. ( американский - ENIAC, советская машина БЭСМ). 1958 — год изобретения электронной интегральной микросхемы. В 1971 г. Intel изобрела микропроцессор — интегральную микросхему. Персональный компьютер на основе процессора Intel 8088 (год выпуска 1979) был создан фирмой IBM в 1981 году. Началась эра ПК.

Глобальное распространение сети Internet и её сервиса World Wide Web в 1993-1995 годах коренным образом изменило информационные технологии.

Уже в ближайшие годы должны произойти серьезные изменения в стиле его общения с компьютером, а именно: графический ввод данных, голосовой ввод данных с автоматической оцифровкой речи.

Развитие ЭВМ будет идти по пути создания оптоэлектронных ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Элементная база ЭВМ

В структуре ЭВМ выделяют следующие структурные единицы: устройства, узлы, блоки и элементы.

Первое поколение ЭВМ (1948 — 1958 гг.). Элементная база – диоды и триоды. Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. Второе поколение ЭВМ (1959 — 1967 гг.). Элементная база – полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Третье поколение ЭВМ (1968 — 1973 гг.). Элементная база ЭВМ - малые интегральные схемы (МИС). Четвертое поколение ЭВМ (1974 — 1982 гг.). Элементная база ЭВМ - большие интегральные схемы (БИС). Машины предназначались для резкого повышения производительности труда.

Все современные вычислительные машины строятся на комплексах (системах) интегральных микросхем (ИС). Электронная микросхема называется интегральной, если ее компоненты и соединения между ними выполнены в едином технологическом цикле, на едином основании и имеют общую герметизацию и защиту от механических воздействий (в кристалле полупроводника: кремния, германия).Основу набора обычно составляют большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). В ближайшем будущем следует ожидать появления ультрабольших ИС (УБИС).

Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джоном фон Нейманом. Положения фон Неймана: - Компьютер состоит из нескольких основных устройств;- Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия (процессор ЭВМ);- Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (процессор ЭВМ); - Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве (ОЗУ, ПЗУ, ВЗУ), представлены в двоичной форме; - Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве; - Используются устройства ввода (клавиатура) и вывода (дисплей, принтер).

Сетевая компоновка

Существует большое число способов, которыми можно соединить компьютеры между собой в единую компьютерную сеть. Термин «топология сети» или просто «топология» характеризует физическое расположение компьютеров, сетевых сред передачи данных и других компонентов сети.

Виды: Топология типа «шина»: (один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все РС сети. Дополнительное устройство - репитер.Топология типа «звезда»: (все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту - концентратору).

Топология типа «кольцо»: при этой топологии сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключить терминатор. Комбинированные топологии. В настоящее время используются топологии ЛВС, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. При этом широкое применение находят концентраторы.

Производительность

Единицей измерения производительности компьютера является время: компьютер, выполняющий тот же объем работы за меньшее время, является более быстрым. Время выполнения любой программы измеряется в секундах. Наиболее простой способ определения времени называется астрономическим временем, временем ответа, временем выполнения или прошедшим временем. Важной характеристикой, часто публикуемой в отчетах по процессорам, является среднее количество тактов синхронизации на одну команду - CPI. При известном количестве выполняемых команд в программе этот параметр позволяет быстро оценить время ЦП для данной программы. Таким образом, производительность ЦП зависит от трех параметров: такта (или частоты) синхронизации, среднего количества тактов на команду и количества выполняемых команд. Когда сравниваются две машины, необходимо рассматривать все три компоненты, чтобы понять относительную производительность.