История развития вычислительной техники, поколения ЭВМ.

1.1. Пердыстория: у истоков изобретения арифметической машины стоят 3 великих имени: -Леонардо Де Винче (1500г- разработал эскиз 13-разрядного суммирующего ус-во), Блез Паскаль(1642- построил первую действующую, 8-разрядную, суммирующую машину), Иоган Жиккард. Главное в их изобретении –переход от доски Аббака к счетному колесу. На протяжении следующих веков многие великие математики и механики внесли свой склад в совершенствование арифм машин (Лейбниц, Ньютон Томас, Орднер, Чебышев) –отличительная черта арифмометра - процессом счета управляет человек. ЧАРЛЬЗ БЕБИДЖ (1822г)-профессор Кембриджсого ун-та, предложил проект универсальной арифметичесой машины. Она содержит все основные компоненты современной ЭВМ, он первым выдвинул идею программного управления вычислительной машины. Программа содержала программы для фабрики (арифм выполение операций ус-во), хранилась на картах Жаккарда (перфокарты), на складе (память) помещались, обрабатывались числа, работой машины управляла контора (устройство управления). 1843г-Ада Лайвнес - дочь поэта Байрона, опубликовала первую работу по прогр-ю. Она участвовала в проекте Бебиджа, в ее честь назван язык прогр-я АДА. Проект Бебиджа опередил свое время, механические ус-ва оказались не пригодны для его плана, с появлением электричества появились электро - механические реле. Америк инженер Герман ХОЛЕРИТ впервые использовал реле для машины табулятора, для переписи населения в 1890г, для обработки данных использовал перфокарты. Он основал фирму IBM. Релейные выч-е машины – это предшественники ЭВМ. Электро – механическое реле – это переключатель, имеет 2 состояния: -включено, -отключено. Несет 1 бит информации. В СССР под руководством БЕССОНОВА- была создана машина РВМ-1, она делала 50 сложений или 20 умножений в секунду. 1941г-немецкий инженер ЦУЗЕ для шифровки сообщений в главный штаб, она содержала 2600 реле, память на 64 двоичных числа, управлялась прогр-й. 1.2. Начало: электронные лампы привели к созданию перв-х ЭВМ. Первой действующей ЭВМ стала ENIAC (электронный числовой интегратор и вычислитель) США-Пенсельванский ун-т в 1945-46г. Авторы: Джон Моучли, Преспер Эккер. Содержала 18000 ламп, потребляла 150 кВт, использовала десятичную систему счисления. Одновременно в Великобритании велись работы по созданию ЭВМ, в основу которых были положены идеи математика Аллана ТЬЮРИНГА и создана машина КОЛОСС. В них программа не хранилась с памяти ЭВМ, а набиралась с помощью внешних коммутирующих ус-в; Большой вклад в созд ЭВМ внес американский математик Джон Фон НЕЙМАН. Он предложил классическую архитектуру ЭВМ-принципы Фон Неймана(принцип хранимой программы). СССР: 1951г. –МЭСМ (малая электронная счетная машина) под руководством Лебедева. В середине 60х создана лучшая в мире для того времени БЭСМ-6 (БольшаяЭСМ) (применялась в обороне, космических и научных исследованиях). В нашей стране выпускались серии машин Минск, УРАЛ, М-20, МИР. В их создании участвовали Брук, Карцев, Рамеев, Глушков, Базилевский. 1.3. Поколения: системы поколений в истории ЭВМ связаны с изменением элементной базы ЭВМ, что приводило к росту быстродействия, увеличению памяти, изменению архитектуры, расширению круга задач, изменения способа общения пользователя с ЭВМ. Разделение ЭВМ на поколения –условно, границы-размыты, т.к. в одно и тоже время выпускались машины разных поколений. Первые уникальные ЭВМ 50-х гг не относят ни к какому поколению. 1ое: 1951-1954гг. –Электронные лампы-база,ОЗУ-10² громоздкие, содержали тысячи ламп, быстродействие 10⁴оп/с, программы и данные хранились на перфокартах, перфоленах; решали вычислительные задачи; программу писали в машинных кодах. (Стрела, БЭСМ-1, Минск-2, М-20). 2ое: 1958-1960гг. – транзисторы, 10⁶ оп/с, объем памяти 10³ байт, внешняя память- магнитные барабаны и ленты. Яз прогр: Ассемблер. Развивались языки высокого уровня: Фортран, Алгол, Кобол. Возникли информационно- справочные системы. (М-220, Минск-32, Урал-14, БЭСМ-4, БЭСМ-6, Наири, Раздан, Мир). 3е: 1965-66г - интегральные схемы, объем 10⁴байт, ск-ть 10⁷ оп/с, мультипрограммные режимы, кроме центрального, появились процессоры управляющие вводом-выводом, с польз-м связь -алфавитно-цифровой терминал. Появились магнитные диски, дисплеи, графопостроители. Развивались ОС, базы данных, системы искусственного интеллекта, автоматизированного проектирования, управления, появились малые ЭВМ (РДР-II, СМ-ЭВМ); 4ое: а-1976-79, б-с85г. –создание МП, сверх большие Интегральные Схемы, сверх большие ИС, объем 10^5-7байт, ск-ть 10^8-9 оп/с, возникновение микро ЭВМ. Стив ДЖОБС, Стив ВОЗНЯК- Appel-1, 1980-IBM-PC- международный стандарт. В Союзе (ЕС 1840, 41, 42, Искра 1030, Нейтрон). Появились SUPER ЭВМ они выполняли миллион операций в сек, многопроцессорная архитектура, параллельное вычисление. (ILLIAC, CRAY, CYBER, Эльбрус). 5ое: оптоэлектроника, креагенные технологии (при низк t), высокий интеллектуальный уровень, ввод с голоса, общение на человеческом языке, машинное зрение. СОВМЕСТИМОСТЬ: При проектировании машин 3-его поколения появилась тенденция разработки серии ЭВМ. Машины одной серии значительно отличались друг от друга по возможностям и производительности, но их объединяла программная и аппаратная совместимость. Информац-я совм-ть- означает единый способ кодирования информации, единые форматы представления информации. Прогр-я совм-ть – достигается единой системой команд, что позволяет использ-ть единое ПО на всех машинах серии. Аппаратн. совм-ть- обеспечив-ся стандартизацией узловых ус-в, разъемов.

Классификация ЭВМ.

1) по принципу действия (способу представл-я инф-ции): а)аналоговые ЭВМ работают с инф-цией в непрерывной или аналоговой форме. б)цифровые ЭВМ работают с инф-цией в дискретной или цифровой форме. в)гибридные ЭВМ совмещают достоинства аналоговых и цифровых и р-тают в аналоговой и цифровой форме. Их используют для управл-я сложными бытродейсв-ми технич-ми комплектами.

2) по поколениям (времени создания и элементной базы): I-е 50-е гг. ЭВМ на электронных вакуумных лампах. II-е 60-е гг. ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах). III-е 70-е гг. ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (100-1000 транзисторов в одном корпусе). IV-е 80-е гг.ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах (10⁴-10⁶транзсторов на одном кристалле, а также микропроцессоры). Интегральная схема-это электронная схема в виде единого полупроводникового кристалла, объединяет большое кол-во диодов и транзисторов. V-е 90-е гг. ЭВМ со многими десятками || работающих процессоров. Микропроц-ры с ||-ой векторной стр-рой. VI-е оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом (||) и нейронной стр-рой. Нейронная стр-ра –это распределённая сеть с десятками тысяч несложных микропроцессоров(м/п). Каждое след. поколение ЭВМ имеет существенно лучшие хар-ки, именно производительность и ёмкость запоминающих устр-в увеличиваются больше, чем на порядок. 3) по размерам и функцион-м возм-стям. Ф-цион возм-сти: 1)быстродействие -усреднённое кол-во операций в ед времени; 2)разрядность и форматы представл-я чисел в ЭВМ; 3)номенклатура (перечень) ёмкость и быстродействие всех запомин устр-в; 4)номенклатура и хар-ки ВЗУ, обмена и вв/выв инф-ции; 5)типы и пропускная способность устр-в связи и сопряжения элем-в ЭВМ м/у собой (внутр интерфейс); 6)способность ЭВМ р-тать с неск-ми польз-ми и выполнять неск-ко прогр-м; 7)типы ОС ПО выполняемого ЭВМ прогр совмест-сть с др ЭВМ;8) система и стр-ра машинных команд; 9)возм-сть подкл к каналам связи и сети; 10)надёжность ЭВМ. 4)большие ЭВМ появились исторически первыми. Их элементарная масса прошла путь от электрон ламп до интегр схем со сверхвысокой степенью интеграции. Зарубежом-Мейнфрейн. Применение: научно-технич задачи. Работа в системах с пакетной обраб-кой, р-та с большими БД, управл-е вычислит сетями. Первый производ-ль IBM: модели IBM360, IBM370. В России аналог: ЕС ЭВМ. Сейчас: IBM 4300, IBM ES 19000. В Японии: M1800 Fujitsu. В России:ЕС1300. 5)малые ЭВМ(мини ЭВМ) появились в 70-е гг в связи с прогрессом в элементной базе. Ресурсы больших ЭВМиногда избыточны. Малые ЭВМ исп-ся для управл-я технологич процессом. Супермини –машины по арх-ре и размерам относятся к классу малых. По производ-сти сравнимы с большими. Все модели основаны на интегральных микросхемах (м/п 16-,32-,64-разрядные). Они управляют вычислит-ми комплексами с изменяемой стр-рой в многопольз-ских вычислит сист-х, сист-х автоматизир-го проектир-я в моделир-ии несложных объектов, сист иск интеллекта и управл-и технологич процессов. Родоначальник PDP-11 –программно управл-ый процессор фирмы DEC (США). Супермини VAX 9000. 6)микро ЭВМ появ-сь благодаря изобретению м/п. Универсальные и специализированные. Многопольз-ские –мощные микро ЭВМ с неск-ми видеотерминалами. Р-тают в режиме разделения времени. ПК –однопольз-ские, общедоступные, универсальные. Однопольз мощные микро ЭВМ специализированы для выполнения опреднл-х работ (графич, инженерн). Серверы: многопольз-ские мощные микро ЭВМ выделены для обработки запросов всех станций сети. Относятся к микро ЭВМ, но мощные серверы м/о отнести к малым Мейнфреймам, а супер серверы приближ-ся к супер ЭВМ. Сервер –выделенный центр сети, обрабатывает запросы станции сети, предоставляет доступ к общим системным ресурсам, таким как БД, принтеров, факсов, процессоры. Такой универсальный сервер наз-ют сервером приложения. Файл в сервере р-тает с файлами данных, имеет большую дисковую память до 1 Тбайта. Факс-сервер: организует факсимильную связь, защиту инф-ции от несанкционир-го доступа. Почтовый сервер- электронную почту. Сервер печати: эфф-но исп-ет принтеры. 7)ПК. Особ-сти:а)малая ст-сть.; б)нет требов-ий к усл-м окр среды; в)гибкость арх-ры обуславл-ет разнообразное примен-е в управлении, науке, образов-ии; г)дружеств ОС и ПО, возм-сть р-ты без спец профессион подготовки; д)высокая надёжность;Пр:IBM PC м/п Pentium, Compag, Apple, DEC (США); Micral (Франция); ДВК, ЕС 1840 (СНГ). 8)ПК по конструкт особ-стям:а)стационарные б)переносные- имеют автономное питание, пр: портативные рабочие станции. Хар-ки аналогичны стационарным: *мощные м/п с тактовой чпстотой300МГц, ОЗУ 64 Мбайта. *портативные накопительные компьютеры, размер с дипломат (Pentium Pro, частота 200 МГц, ОЗУ 64 Мбайт, имеет CD-ROM). *блокноты выполн все ф-ции настольных ПК размером с книгу, имеют модемы, радиомодемы, пит-ся от аккумул-ров (3-4 часа). *нормальные, вес 300гр, полноправные ПК. Подключ к стационарному ПК. *электронные секретари напоминают предыдущий тип + имеют справочник , подключ к сети, факсы, отправляют почту. *электронные записные книжки, 200 гр. Польз-лем не программир-ся, имеют большую память, таймер, защита инф-ции по паролю. 9)супер ЭВМ – мощные многопроцессорные вычислит машины с быстродействием 1 млн. опер/сек. (CRAY-3, -4; SX -3, -x; VP2000; VPP5000; Эльбрус 1,2,3,б; ЕС1191).

Понятие архитектуры ЭВМ.

Под Архитектурой понимают описание ус-ва и работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста. Понятие не включает технические детали, электронные схемы. Архитектура отражает движение инфомации. Арх ЭВМ исп-ся для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ. К понятию арх относят: Структура памяти ЭВМ, способы доступа к памяти и внен ус-вам, возможность изменения конфигурации, система команд, форматы данных, организация интерфейса. ОПР(Могилев): Арх-ра- это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

Классическая арх-ра эвм. Принципы фон Неймана.

Америк матем-к Джон фон Нейман с Голдстайком и Берксом в 1946г разраб-ли идею принципиально новой ЭВМ. Идеи актуальны и сегодня. Принципы фон Неймана: 1)Программное управл-е р-той ЭВМ. Прогр сост из команд. Все команды образуют систему команд машины. Команды прогр послед-но счит-ся из памяти и выполняются. Адрес очередной команды хранится в счетчике команд. 2)Принцип хранимой команды. Команды представляются в числовой форме и хранятся в той же памяти, что и данные.3)Принцип условного перехода. 4)Использ-е двоичной сист счисл-я для представления инф-ции в ЭВМ. Её просто реализовать технически. 5)Принцип иерархичности запоминающих устр-в. I уровень – быстродействующие запомин-е устр-ва, небольшой ёмкости. Для операндов и команд участвующих в счёте в данный момент. II уровень – ВЗУ большой ёмкости. Иерархичность ЗУ в ЭВМ – это компромисс м/у ёмкостью и скоростью доступа к данным. Нейман предложил стр-ру ЭВМ. Она использовалась в первых 2-х поколениях. Стрелки отражают движение инф-ции. Процессор-программно управляемое устр-во , обраб-ет данные и управляет р-той комп-ра. Сост из устр-ва управл-я (УУ)-управл-ет р-той комп-ра взаимод-ем компонентов др с другом, и арифметико-логическое устр-ва(АЛУ)-выполняет арифметич и логич операции. ОЗУ-оперативное запомин устр-во. Хранит инф-ю, с кот-й комп-р р-тает в данное время, а именно в прогр исходные, промежуточные, конечные рез-ты счёта. Это память небольшого V, энергозависимая. ВЗУ-внешнее запоминающее устр-во. Это магнитные устр-ва для долговременного хранения инф-ции. Большой V, медленнее. Магнитные барабаны, ленты, диски. Устр-во ввода инф-ции-перфокарты, перфоленты, клавиатура. Устр-во вывода -дисплей, принтер, АЦПУ(алфавитно цифровое устр-во).

Схема микрокомпьютера 4-го поколения.

В архитектуре персональных машин организован магистрально модульный принцип. Для связи всех устройств используют системную шину или магистраль, по которой передают данные, адреса, управляющие сигналы. Ее называют открытой, т.к. ее легко дополнить новыми ус-ми. Компоненты РС: 1. Системная плата (материнская)- это ядро системы, главная деталь, с ней все соединяется, она управляет всеми ус-ми системы. Содержит: гнездо процессора, преобразователи напряж процессора, набор микросхем системной логики, КЭШ память 2-го уровня, гнезда памяти, разъемы шины, ROM-Bios (базовая система ввода-вывода), батарея для питания часов, CMOS, Микросхема ввода-вывода. Набор микросхем системной логики- основа системной платы, управляет ЦП, шиной процессора (PCI, ISA), ресурсами системы, определяет возможности системной платы, поддерживает типы процессоров, памяти, плат расширения, дисковод и т.д. 2. Процесор – это двигатель комп-ра, эта микросхема выполняет команды программного обеспечения, содержит миллионы транзисторов, к-ые выгравированы на кристалле кремния. 3. Оперативная память – это системная память, с производственным доступом, это основая память, куда записываются программы и данные используемые процессором во время обработки. Модули памяти относят к одному из 2-х типов: SIMM (одиночный, встроенный модуль памяти), DIMM(двойной встроенный мод пам-и). 4. Корпус- внутри размещается: системная плата, источник питания, дисководы, платы адаптеров и др. 5. Источник питания- напряжение подается к каждому отдельному компоненту. Ист преобразует напряжение переменного тока в постоянное низкое напряж-е (3,3В; 5В; 12В). 6. Диковод гибких дисков (120 мб, 1,44 мб). 7. Накопитель на жестких дисках- это главный накопитель инф-ии в системе. 8. Накопитель CD-ROM, DVD, -цифровой универсальный диск, -это уст-во со со сменными носителями информации большой емкости с оптической записью, на них распространяется дистрибутивное ПО. 9. Клавиатура-основное ус-во ввода, с его помощью пользователь управляет системой. 10. Мышь –координатно-указательное ус-во. 11. Видеоадаптер- управляет отображением информации на монитор. 12.Монитор.