1.3. Поколения эвм

В истории ЭВМ выделяют пять этапов, соответствующих пяти поколениям ЭВМ.

Период машин первого поколения начинается с переходом к серийному производству ЭВМ в начале 50-х годов ХХ века и может быть очерчен годами 1951 … 1954. В них были реализованы основные принципы, предложенные Джоном фон Нейманом. Все дальнейшее развитие ЭВМ шло двумя путями: совершенствование фоннеймановской структуры и поиск новых структур.

Первой отечественной ЭВМ была МЭСМ (малая электронная счетная машина), разработанная в 1947 – 1951 г.г. под руководством С.А.Лебедева, крупнейшего советского конструктора вычислительной техники, впоследствии академика, лауреата государственных премий, руководившего созданием многих отечественных ЭВМ. В 1952 г. была введена в эксплуатацию БЭСМ (большая электронно-счетная машина).

Второе поколение ЭВМ (1958 … 1960 г.г.) называют транзисторно-ферритовым, так как транзисторы заменили электронные лампы в процессорах, а ферритовые сердечники – электронно-лучевые трубки в запоминающих устройствах.

Среди отечественных ЭВМ второго поколения наиболее известными были БЭСМ-4, М-220, "Минск-32".

Третье поколение ЭВМ (1965 … 1966 г.г.) характеризуется появлением в качестве элементной базы процессора интегральных микросхем, что привело к дальнейшему увеличению быстродействия до нескольких миллионов операций в секунду и памяти до сотни тысяч слов.

Переход к машинам четвертого поколения – ЭВМ на больших интегральных схемах (БИС) – происходил во второй половине 70-х годов и завершился приблизительно к 1980 г. В этот период на одном кристалле размером 1 см² стали размещать сотни тысяч электронных элементов. Быстродействие и объем памяти возросли в десятки тысяч раз по сравнению с машинами первого поколения и составили примерно 10⁹ оп / с и 10⁷ слов соответственно.

В период машин четвертого поколения стали также серийно производиться и суперЭВМ. Примером отечественной суперЭВМ является многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус" с быстродействием до 120 млн. оп / с.

С конца 80-х годов в истории развития вычислительной техники наступила эра пятого поколения ЭВМ. Основу элементной базы процессора и оперативной памяти этих ЭВМ составляют оптоэлектронные и криогенные приборы. Технологические, конструкторские, структурные и архитектурные идеи машин пятого поколения принципиально отличаются от машин предшествующих поколений. Прежде всего, их структура и архитектура отличаются от классической (фоннеймановской). Высокая скорость выполнения арифметических вычислений дополняется высокими скоростями логического вывода. Машина состоит из нескольких блоков. Блок общения обеспечивает интерфейс между пользователем и ЭВМ на естественном языке.

2. Принципы построения и работы эвм

Рассмотренные в первом учебном вопросе принципы фон-Неймана практически можно реализовать различными способами. Рассмотрим один из них: ЭВМ с шинной организацией.

Перед тем как описать принципы функционирования ЭВМ, введем несколько определений.

Архитектура ЭВМ – это абстрактное определение машины в терминах основных функциональных модулей, языка, структур данных. Архитектура отображает аспекты структуры ЭВМ, которые являются видимыми для пользователя: систему команд, режимы адресации, форматы данных, набор программно-доступных регистров. Часто употребляется термин конфигурация ЭВМ, под которым понимается компоновка вычислительного устройства с четким определением характера, количества, взаимосвязей и основных характеристик его функциональных элементов.

Команда – совокупность сведений, необходимых процессору для выполнения определенного действия при выполнении программы. Структура команды в общем виде приведена на рисунке 2.

КОП	Адресная часть

Рисунок 2 – Структура команды ЭВМ

Команда состоит из кода операции (КОП), содержащего указание процессору на действия, которые необходимо выполнить, и адресной части, которая может состоять из нескольких адресных полей (как правило, от одного до трех), содержащих указание на места расположения операндов команды (операнды – объекты, над которыми должны быть выполнены действия, предусмотренные кодом операции). Способ вычисления адреса по информации, содержащейся в адресном поле команды, называется режимом адресации. Множество команд, реализованных в данной ЭВМ, образует ее систему команд.

Ознакомившись с понятиями, которые будут встречаться в дальнейшем, перейдем к рассмотрению архитектуры и принципов функционирования ЭВМ с шинной организацией.