Реферат по теме

Поколения ЭВМ: 4-ое поколение, основные характеристики и примеры

многопроцессорных и многомашинных систем. 5-ое поколение – проект

интеллектуальной ЭВМ

Выполнил: Заварзин Евгений

Введение поколения Эвм

В истории вычислительной техники существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально был положен физико- технологический принцип: машину относят к тому или иному поколению в зависимости от используемых в ней физических элементов или технологии их изготовления. Границы поколений во времени размыты, так как в одно и то же время выпускались машины совершенно разного уровня. Когда приводят даты, относящиеся к поколениям, то скорее всего имеют в виду период промышленного производства; проектирование велось существенно раньше, а встретить в эксплуатации весьма экзотические устройства можно и сегодня

Следует понимать, что разделение ЭВМ по поколениям весьма относительно. Первые ЭВМ, выпускавшиеся до начала 50-х годов, были “штучными” изделиями, на которых отрабатывались основные принципы; нет особых оснований относить их к какому-либо поколению. Нет единодушия и при определении признаков пятого поколения. В середине 80-х годов считалось, что основной признак этого (будущего) поколения – полновесная реализация принципов искусственного интеллекта. Эта задача оказалась значительно сложнее, чем виделось в то время, и ряд специалистов снижают планку требований к этому этапу (и даже утверждают, что он уже состоялся)

Часть 1.

4 Поколение компьютеров

Четвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры- IBM PC.

"Эппл Макинтош": легендарная машина

Если бы летом 1976 года вы заглянули в гараж Пола Джобса, что в окрестностях Лос-Альтоса, Калифорния, едва ли пришло бы в голову, что здесь, среди хлама с обрезками проводов и исковерканными электронными деталями, рождается предприятие, которое ворочать миллионами долларов. Здесь, в окружении домашней стиральной машины, разбросанных кремниевых микросхем и монтажных плат, 21-летний сын Джобсов Стивен со своим 25-летним приятелем Стивом Уозняком трудились над сборкой первых компьютеров "Эппл". Спустя пять лет компания "Эппл компьютерс" стала живой легендой. Оборот предприятия, начавшего свой путь в гараже, к 1981 году достиг 335 миллионов долларов. К1986 году было проданно 2,5 миллиона моделей "Эппл-2".

Вначале 80-х годов Джобс впервые использовал указательное устройство под названием "Мышь". Джобс организовал элитную группу для работы над уменьшением "Макинтоша". В сочетании с новейшими лазерными печатающими устройствами "Макинтош" со своим набором великолепных и удобных в работе программ оказался идеальной находкой для индивидуальных или небольших издательств.

Вянваре 1984 года "Макинтош" поступил в продажу. Удобный и "симпатичный" компьютер обратил на себя внимание прессы и общества. Теперь "Эппл" упоминается в одном ряду с ИБМ как солидная ведущая корпорация.

Многомашинный вычислительный комплекс

ММВК,“ЭЛЬБРУСявляющийся-1” развитием ЭВМ БЭСМ-6, представляет собой объединение с помощью параллельныхВ состав семействавысокоскоростныхмногопроцессорныхканаловвычислительосновных универсальныхкомплексовпроцессоввходит система(в их число входят и ЭВМЭльбрусБЭСМ-1 с-6),произвотдельныхдительностьюмодулей отперативной1,5 млн. операцийпамяти, вспециализированныхсек до 10 млн. операцийпериферийныхв сек машин,высокопроизводительнаяустройств связи с объектамисистема Эльбруспо приему-2 с суммарными передачи быстродействиеминформации. более 100 млн. Включениеопераций ввсеккомплекс. СистемыотдеЭльныхбрусмодулей-1 и Эльбрусоперативной- памяти, доступной всем процессорам, позволяет2 построеныиметьна однихбольшойи техобъемже структурныхоперативнойпринципах,памяти, гихбкомодулираспределяемойфункциональнодля задач,идентичны,решаемых наихразличныхпроцессорыосновныхимеют процессах,динаковуювыполнениесистему командпрограмми динаковуюпериферийныхпо функцияммашин,единуюобменов данными внешнимиоперационнуюустройствами,систему (ЕОС)подключенными. к этим машинам. Периферийные машины комплекса

осуществляют управление выполнением обменов с устройствами ВЗУ и ввода-вывода, освобождая

от“ЭЛЬБРУСэтих функций-2” основные вычислительные процессы.

ИспользоваСимметричныйие перифеМногопроцессорныйийных машин,(10подключенныхпроцессоров)квычислительныйтиобщей взаимодействующихкомплекс

процессоров"Эльбрус-2" наи общейматричныхоперативнойECL БИС,памятивыпущенсистемы,в 1985позволяетг. (В.С. Бурцев)устройства. использовать в задачах, решаемыхПроизводительностьюв разных основных125 млнпроцессорах. оп/сек (MIPS),. аличиеемкостьнесколькихоперативнойпериферийныхпамяти до машин позволяет объединить144 Мб или подключенные16 Мс лов (словок ним72 разряуст ойствада), максимальнаядля использованияпропускнаяв задачахспособность(или дажеканаловодной задаче),вво -выворешдаемых- 120вМб/содном. Применялсяиз основныхЦентрепроцессоровуправлениясистемыкосмическими. полетами, в Многомашинностьобласти ядерных исследованийкомплексов с (Арзамасфактически-16,обшей оперативной памятью определяется управлениемЧелябинск-70)работойи на объектахкаждогоМинистерстваосновного периферийногообороны. процессора со стороны собственной

операционной системы (в комплексе однородных процессоров с общей памятью использование общей для них операционной системы определяет такой комплекс как многопроцессорный). Взаимодействие операционных систем процессоров многомашинного комплекса по распределению ресурсов комплекса и взаимодействие решаемых задач по передаче информации осуществляется по протоколам транспортного уровня локальной сети ЭВМ, что позволяет рассматривать многомашинной вспомогательный комплекс и как локальную сеть ЭВМ.

Эльбрус-1К2 и Эльбрус-Б

Эльбрус-Б — это усовершенствованная версия БЭСМ-6, выполненная на интегральных микросхемах, в которой устранены некоторые ограничения архитектуры БЭСМ-6. Главный конструктор — Г. Г. Рябов.

Эльбрус-3

МВК Эльбрус-3 — разрабатывался в 1986—1994 гг., группой сотрудников ИТМиВТ под руководством Б. А. Бабаяна на основании совершенно новых архитектурных идей. МВК Эльбрус-3 должен был содержать 16 суперскалярных процессоров с VLIW системой команд. Не был запущен в серию.

Архитектура «Эльбрус-3» получила дальнейшее развитие в архитектуре микропроцессоров Эльбрус 2000 и Эльбрус 3M.

Эльбрус-3-1 (МКП)

МКП Эльбрус-3-1 в машинном зале

Конструктор А. А. Соколов. В 1993 году был успешно завершен первый этап Государственных испытаний «Эльбрус-3-1» — МКП (модульный конвейерный процессор) (Премия имени С. А. Лебедева РАН). В МКП

основная идея заключалась в возможности подключения процессоров с различной специализацией (радиолокационная обработка, структурная обработка, быстрые преобразования Фурье и т. д.). У МКП было несколько счетчиков команд, поэтому он мог работать с несколькими потоками команд. Одновременно на едином поле памяти в процессоре выполнялось до четырех потоков команд.

Вычислительный комплекс «Эльбрус-3М1» — создан на основе VLIW процессора с архитектурой Эльбрус 2k фирмы МЦСТ. В режиме двоичной компиляции эмулирует системы команд x86 и SPARC; поставляется с операционной системой МСВС-Э (на основе Linux 2.6.14), системой программирования с оптимизирующим компилятором, системой двоичной компиляции, системой тестовых и диагностических программ, средствами для обеспечения программной совместимости с многопроцессорными вычислительными комплексами (МВК) «Эльбрус-2» и «Эльбрус-1». Прошёл государственные испытания.[3] В 2008 году построены 100 серверов «Эльбрус-3М» для оборонной отрасли. Теоретическая производительность

двухпроцессорной системы составляет 9.6 Гфлопс (32-bit double) — для сравнения, двухъядерный процессор Intel Core 2 Duo 2,4 ГГц = 19.2 Гфлопс (64-bit double), двухъядерный Itanium 2 1,66 ГГц — 13.2 Гфлопс (64-bit double). Процессоры Эльбрус имеют площадь 189 мм², произведены по технологии 130-нм и содержат 75,8 млн транзисторов. Оригинальная архитектура E2K позволяет выполнять до 23 команд за такт и обеспечивает низкое энергопотребление: 0,4 Вт/Гфлопс

Электроника-ССБИС

(Красный Cray)

«Электроника СС БИС» — советская векторно-конвейерная суперЭВМ на больших интегральных схемах (БИС). Архитектурно сходна с линией Cray. Введена в опытную эксплуатацию в 1989 году.

В конце 1970-х группа специалистов ИТМиВТ перешла в НИИ «Дельта» МЭП. Коллектив, во главе с Владимиром Андреевичом Мельниковым, решал задачу о применимости матричных БИС для создания высокопроизводительных вычислительных систем. Постепенно, от исследований перешли к разработке принципиально новой векторно-конвейерной супер-ЭВМ, получившей название «Электроника СС БИС». С 1983 года работа поддерживалась новым академическим Институтом проблем кибернетики РАН, главой которого стал академик Мельников.

Когда решался вопрос о выборе архитектуры будущей машины, был проведён анализ существующих на то время машин подобного типа. Выбор остановился на линии Сеймура Крея, откуда были взяты лишь основные архитектурные идеи и добавлены собственные оригинальные решения. Например, в «Электронике СС БИС» удалось реализовать выполнение операции деления тогда, как в Cray-1 была реализована лишь операция по получинию обратного числа (для реализации деления, его необходимо было умножить на делимое). Для распараллеливания обработки скаляров и векторов, были выделены функциональные устройства для обработки операций с плавающей запятой — отдельно для скаляров и для векторов.

Удачным решением было применение массовой памяти на полупроводниках, занимающей промежуточное положение между оперативной и внешней памятью — в ней хранились часто используемые файлы. Изначально разработчики были поставлены в сложные условия. Было принято политическое решение разрабатывать компьютер на базе интегральных схем предыдущего поколения (И-200), тогда как конкурирующая разработка Эльбрус-3 , а также ЕС ЭВМ четвертой серии разрабатывались на базе более современных (И-300).

Проект предполагалось реализовать на более совершенных БИС (И-400 и возможно И-500, в случае её быстрого создания). За счет этого предполагалось увеличение тактовой частоты и интегрированности систем. Кроме основных многопроцессорных машин в неё планировалось включить мониторные машины для управления системой подготовки задач, а также подсистему с массовым параллелизмом с глубиной 12 (по четыре исполнительных устройства на каждую операцию). Предполагалось достичь программной совместимости с как «СС БИС-1», так и с Cray X-MP и Cray Y-MP. В планы коллектива Института проблем кибернетики РАН входило создание неоднородной системы. Но в 1993 году, после смерти В. А. Мельникова, работы были прекращены

Архитектура Эльбрус-1,2

Основным отличием системы Эльбрус является ориентация на языки высокого уровня 1980-х годов. Языки класса Ассемблер в системе отсутствуют. Базовый язык — Автокод Эльбрус Эль-76 (автор В. М. Пентковский), на котором написано общесистемное программное обеспечение (ОСПО), является языком класса Алгол. Он напоминает язык Алгол-68, основное различие состоит в динамическом

связывании типов, которое поддержано на аппаратном уровне. При компиляции программа на Эль-76 переводилась в безоперандные команды стековой архитектуры.

Главное отличие архитектуры Эльбрус от большинства существующих систем — это использование тегов. В системе Эльбрус каждое слово памяти имеет кроме информационной части, содержащей элемент данных, ещё и управляющую часть — тег элемента, на основании которого аппаратура процессора динамически выполняет выбор нужного варианта операции и контроль типов операндов. Очень похожие принципы: Алгол как управляющий язык и система тегов применялись в компьютере B5000 фирмы Burroughs Corporation. Среди пользователей Эльбруса ходила шутка: называть систему «Эль-Берроуз».