25. История развития вычислительной техники

С момента появления ЭВМ возник вопрос о передаче данных между отдельными компьютерами и рациональном распределении ресурсов ЭВМ.

Первые ЭВМ были очень сложны в эксплуатации и имели дорогостоящие аппаратные компоненты, отсутствовали единые стандарты построения ЭВМ. С развитием аппаратной и программной базы компьютеров, совершенствовались и сетевые технологии. Сначала были созданы системы передачи данных первоначально в коммерческих, военных и научных целях, затем сфера применения сетей расширилась. В настоящее время использование компьютерных сетей является неотъемлемой частью нашей жизни, область их применения охватывает все сферы человеческой деятельности.

Под компьютерной сетью мы будем понимать любое множество ЭВМ, связанных между собой средствами передачи данных (средствами телекоммуникаций).

Развитие компьютерных сетей связано как с развитием собственно ЭВМ, входящих в состав сети, так и с развитием средств телекоммуникаций. Работы по созданию компьютерных сетей начались ещё в 60-х годах ХХ века. Прообразом компьютерных сетей явились системы телеобработки данных (СТД), построенные на базе больших (а позже и миниЭВМ).

В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Основными элементами СТД являются модемы, абонентские пункты и устройства коммутации. Система СТД оперировала только аналоговыми сигналами.

Основным недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому одним из направлений совершенствования СТД явилась разработка цифровых телефонных коммутаторов.

Вторым существенным недостатком СТД является возможность передачи данных по каналу связи в один и тот же момент времени только с одной скоростью. Этот недостаток был преодолен использованием впервые в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП).

Третьим направлением перехода к сетям была разработка высокоскоростных шин для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.

Четвёртым направлением развития сетей была реализация распределённой обработки данных.

К середине 80-х годов, с появлением ПЭВМ все отмеченные тенденции развития сетей стали сближаться, что привело к разработке современных компьютерных сетей.

26. Архитектура фон Неймана

В 40-х годах XX века американец венгерского происхождения Джон (Янош) фон Нейман (1903-1957) включился в работу по созданию вычислительной машины для управления установками береговой противовоздушной обороны. Машина была названа «ENIAC» Electronic Numeric Integrator Automatic Computer – электронный численный интегратор и автоматический вычислитель. Но она имела принципиальный недостаток, в ней отсутствовало устройство для запоминания и хранения команд.

В 1945 году Джон фон Нейман выступил с докладом, в котором были сформулированы основные принципы организации нового вычислительного устройства, получившие название архитектура фон Неймана.

АЛУ – арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций, в современных компьютерах устройство является составной частью процессора;

ОП –  оперативная память, устройство, предназначенное для хранения кодов и данных выполняющейся в данный момент программы; американская аббревиатура RAM – Random Access Memory, память с произвольным доступом; русская аббревиатура ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.

ВУ –  внешние устройства или периферия. Обычно делят на два класса:

1. Внешняя память – накопитель на гибких магнитных дисках, накопитель на жестких магнитных дисках, CD-устройства, магнитооптические накопители, DVD-устройства, флэш USB устройства.

2. Устройства ввода/вывода информации:

– устройства ввода: клавиатура, манипуляторы (мышь, сенсорная панель, джойстик и др.),  микрофон, сканер, дисплей, факс, цифровая видео- (фото-) камера, дигитайзер;

– устройства вывода: дисплей, принтер, акустические колонки, плоттер, факс, электронная доска, проектор.

УУ    - управляющее устройство (в современной технике входит в состав процессора), которое организует работу компьютера следующим образом:

1.      помещает в ОП коды программы из ВУ;

2.      считывает из ячейки ОП и организует выполнение первой команды программы;

3.      определяет очередную команду и организует ее выполнение;

4.      постоянно синхронизирует работу устройств, имеющих различную скорость выполнения операций, путем приостановки выполнения программы.

В целом принципы фон-Неймана сводятся к следующему:

1. Принцип хранимой программы. Машина имеет память, в которой хранятся программа, данные и результаты промежуточных вычислений. Программа и данные вводятся в память в виде двоичных кодов.

2. Адресный принцип. В команде указываются не сами числа, над которыми нужно выполнять арифметические действия, а адреса ячеек памяти, где эти числа находятся.

3. Принцип автоматизма. После ввода программы и данных машина работает автоматически, выполняя предписания программы без вмешательства человека. Для этого машина запоминает адрес выполняемой команды, а каждая команда содержит указание об адресе следующей команды. Указание может быть:

1)      неявным – перейти к команде, следующей по адресу за выполняемой, используется при построении линейной организации управления действиями алгоритма;

2)      безусловным – перейти к команде по заданному адресу, осуществляется при использовании команды перехода (GoTo) или организации подпрограмм;

3)      условным – проверить заданное условие и в зависимости от его выполнения перейти к команде по тому или иному адресу, используется при организации команд ветвления и цикла.

4.  Принцип переадресации. Адреса ячеек памяти, указанные в команде, можно вычислять и преобразовывать как числа.

В 1946 году фон Нейман начинает разработку новой машины, в соответствии с разработанной архитектурой и принципами, и в 1949 годубыла создана машина EDVAC – электронный компьютер по обработке дискретных переменных, которая в последствии была признана первым компьютером.