инфопособие2013

должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:

1. Обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода/вывода информации голосом и изобразительной; диалоговой обработки информации с использованием естественных языков; возможности обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов (интеллектуализация ЭВМ);

Рисунок 3.11. Суперкомпьютер Сибирского федерального университета

2. Упростить процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований

свычислительными средствами;

3.Улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества ВТ для удовлетворения различных социальных задач; улучшить соотношения затрат и результатов, быстродействия, легкости и компактности ЭВМ; обеспечить их разнообразие, высокую адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации.

53

Специалисты оценили данный проект как чрезвычайно трудный, но

вцелом ряде ведущих научно-исследовательских и проектноконструкторских центров уже ряд лет велись интенсивные проработки

вэтом направлении. Среди разработок в рамках данного проекта можно отметить следующие основные направления: разработка высокопроизводительных средств параллельной обработки информации, устройства, перевода с японского языка на английский посредством голоса, параллельную ЭВМ логического вывода, информационновычислительную сеть на 10 000 автоматизированных рабочих мест, процессоры баз данных и знаний. По ряду этих направлений достигнут существенный прогресс. Большое внимание уделяется созданию компьютерных систем распознавания образов и искусственного зрения, созданию интеллектуальных |роботов и др. Особое внимание уделяется проблеме обеспечения надежности ВТ, включая самотестирование и использование элементов искусственного интеллекта для диагностики сбоев. Разрабатываются и частично реализованы проекты глобальных информационно-вычислительных сетей, уже меняющих общественную идеологию.

Детальный анализ показывает, что целый ряд проектов в рамках создания пятого поколения имеет хорошую теоретическую проработку и технически осуществимы в самое ближайшее время». [1]

Но вычислительная техника и системы коммуникаций, непосредственно связанные с ней, стали развиваться бурно, не всегда укладываясь в рамки выбранного направления. Итогом этого был отказ от выполнения намеченных планов и переход к созданию компьютеров шестого поколения (решение японского Министерства труда и промышленности 1991 года о прекращении программы по компьютерам пятого поколения, переход к созданию электронных и оптоэлектронных компьютеров с массовым параллелизмом, нейронной структурой, распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

На ранних стадиях эволюции вычислительных средств смена поколений ассоциировалась с революционными технологическими

прорывами. Каждое из первых четырех поколений имело четко выраженные отличительные признаки и вполне определенные хронологические рамки, то последующее деление на поколения уже не столь очевидно и может быть понятно лишь при ретроспективном взгляде на развитие вычислительной техники. Пятое и шестое поколения в эволюции ВТ – это отражение нового качества, возникшего в результате последовательного накопления частных достижений, главным образом

54

в архитектуре вычислительных систем и в несколько меньшей мере, в сфере технологий.

Поводом для начала отсчета нового поколения стали значительные успехи в области параллельных вычислений, связанные с широким распространением вычислительных систем с массовым параллелизмом. Их появление дало основание говорить о производительности, измеряемой в Тфлопс (1 Тфлопс соответствует 1012 операциям с плавающей запятой в секунду).

Вторая характерная черта шестого поколения – резко возросший уровень рабочих станций. В процессорах новых рабочих станций успешно совмещаются RISC-архитектура, конвейеризация и параллельная

рабочих станций породили интерес к гетерогенным (неоднородным) вычислениям, когда программа, запущенная на одной рабочей станции, может найти в локальной сети не занятые в данный момент другие станции, после чего вычисления распараллеливаются и на эти простаивающие станции.

Наконец, третьей приметой шестого поколения в эволюции ВТ стал взрывной рост глобальных сетей. В табл. 3.2 показана эволюция компьютерных технологий.

Изменилось и основное назначение компьютеров, заложенное в самом их названии (computer – значит вычислитель). Теперь вычислительные возможности компьютеров используются в повседневной жизни очень и очень мало. Персональный компьютер, является большим подспорьем

вучебе и работе. Он является идеальной пишущей машинкой, с его помощью можно создавать проекты, презентации. Он может быть частью информационной системы, управляющей технологическими процессами, систем наблюдения и пр. Появились новые компьютеры, совмещающие

всебе ранее не присущие им функции (телефонная связь, кино- и фотокамера, радио, телевидение, навигация и т. д.)

55

56

Отметим, что верхняя граница шестого поколения хронологически пока не определена и дальнейшее развитие вычислительной техники может внести в его характеристику новые коррективы.

Контрольные вопросы и задания

1.Чем отличаются друг от друга поколения ЭВМ?

2.Какое программное обеспечение характерно для ЭВМ разных поколений?

3.Начиная с четвертого поколения на какие классы можно разделить

ЭВМ?

4.Какие компьютеры относятся к классу суперЭВМ?

5.Для решения каких задач предназначены суперкомпьютеры?

6.Какие страны выпускают суперкомпьютеры?

7.С помощью источников информации http://www.top500.org/ или

http://www.parallel.ru/computers/top500.list.html узнайте о самых мощных в настоящее время суперкомпьютерах. Какова их производительность? Где они выпускаются?

8.Расскажите, что представляют собой ЭВМ четвертого поколения?

9.Какие задачи были поставлены перед создателями ЭВМ пятого поколения и какими вы видите компьютеры будущего?

10.Подготовьте сообщения или рефераты по следующим темам: «Назначения и возможности супер-ЭВМ»; «Проект ЭВМ 5-го поколения. Что удалось сделать? И чего не могли предугадать в 1985 г.?».

57

Глава 4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ, СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ БЛОКОВ ЭВМ

4.1. Структура машины фоннеймановского типа

Принципы построения ЭВМ были заложены в 40-ые гг. ХХ в. знаменитым ученым Джоном фон Нейманом (1903 – 1957), в то время, когда появились первые электронно-вычислительные машины. Эти принципы, несмотря на то, что современные ЭВМ очень не похожи на своих бабушек ни по внешнему виду, ни по функциям ими выполняемыми, используются до сих пор:

1.Машина должна работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления (бинарной). Это означает, что программа и данные должны быть записаны в коде двоичной системы, где каждое число или символ представляется определенной комбинацией нулей и единиц.

2.Программа, которая управляет последовательностью выполнения операций, должна храниться в памяти машины. Там же должны храниться исходные данные и промежуточные результаты.

3.Чтобы достаточно быстро можно было считать, память компьютера следует организовать по иерархическому принципу, т. е. она должна состоять по крайней мере из двух частей: быстрой, но небольшой по емкости (оперативной) и большой (и поэтому медленной) внешней.

Машины, построенные на этих принципах, называются машинами

фоннеймановского типа или с фоннеймановской архитектурой. Они получили такое название потому что доклад о работе над электронной машиной EDVAC, был представлен, одним из участников – Джоном фон Нейманом

Компьютер, отклоняющийся от этой схемы, называется нефоннеймановским. В последнее время чаще всего нарушают второй принцип, требующий, чтобы вычислительный процесс управлялся

программой. В нефоннеймановской архитектуре управление вычислительным процессом происходит не программой, а получаемыми результатами – данными.

Всвою очередь, принципы машины фон Неймана – это

воплощенные принципы аналитической машины Ч. Бэббиджа и А. Лавлейс. Несмотря на то, что с того времени до 40-х гг. ХХ в., когда была разработана первая ЭВМ и до наших дней, прошло уже более 200 лет, они по-прежнему применяются в современных ЭВМ. Отличие здесь только в том, что Бэббидж не рассматривал возможность хранения управляющих процессом вычисления программ в памяти компьютера.

58

Любую ЭВМ фон-неймановского типа можно представить в виде автомата, имеющего четыре главных узла (рис. 4.1, 4.2, 4.3), без которых невозможно функционирование компьютера: процессора,

запоминающего устройства, и устройств ввода и вывода. Обмен информацией между устройствами осуществляется с помощью общей шины или общей магистрали.

Рис.4.1 Джон фон Нейман и его машина

59

4.2 Назначение основных блоков ЭВМ

Рассмотрим назначение основных составляющих частей машины

состоит из арифметически-логического устройства (АЛУ) и

управляющего устройства (УУ). Основную долю обработки информации осуществляет АЛУ. На вход АЛУ подается информация в виде кода операции оператора, который указывает, что должно делать АЛУ, и операндов – чисел или слов, с которыми этот оператор должен работать. На выходе АЛУ появляется результат этой операции. Работает АЛУ как карманный калькулятор: немедленно выдает результат, если в него с помощью клавиш вводить числа. Управляет работой АЛУ управляющее устройство (УУ), действующее на основе информации, поступающей из запоминающего устройства, где хранятся все сведения, необходимые для его работы. Поэтому следующим по важности элементом компьютера является память. Функции памяти выполняет запоминающее устройство

(ЗУ).

Одной из разновидностей ЗУ является оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в котором процессы записи и считывания информации происходят очень быстро. Это основная память компьютера. Именно здесь и хранятся программа и данные, необходимые для немедленного решения каждой конкретной задачи.

Работа компьютера сводится к организации взаимодействия АЛУ (знающего «как делать») и ЗУ (знающего «что делать»). Сами по себе АЛУ

60

и ЗУ взаимодействовать не могут. Это осуществляет управляющее устройство, которое взаимодействует со всеми узлами компьютера и организует передачу информации от одного узла к другому для выполнения программы, записанной в ОЗУ.

Устройства ввода-вывода. Процессор и ОЗУ это главные части компьютера, он может работать, имея только их, но такой компьютер никому не нужен. Чтобы компьютеру передать задание, нужно чтобы он имел устройство ввода, а для того чтобы узнать результат – устройство вывода.

К самым широко применяемым и самым старым устройствам ввода относится клавиатура или пульт. Это устройство похоже на пишущую машинку (рис. 4.4 и 4.5). Пользователь посылает команды машине в виде символов и букв, имеющихся на клавиатуре, такие команды сами по себе ей не понятны и требуют перевода на специальный машинный язык. Это осуществляет программно-аппаратное устройство интерфейс (inter – между, face – лицо). Интерфейс – определяет правила взаимодействия различных устройств. Эти правила можно реализовать программно и тогда будем иметь программу интерфейса. Правила интерфейса, реализованные аппаратурно называются интерфейсным устройством. Например, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий электрический ток в его цифровое представление в двоичном коде, является типичным интерфейсом между электрическим процессом и компьютером, который перерабатывает этот процесс.

Рис. 4.4. Клавиатура первого ПК Apple

Если компьютер используется для контроля управления каким-либо объектом и в него нужно вводить показания приборов и датчиков, тогда

61

в качестве интерфейса используется устройство связи компьютера с объектом.

Всю совокупность клавиш клавиатуры можно условно разбить на три группы: символьные, функциональные и управления курсором.

Символьные клавиши служат для ввода текста, т.е. букв, цифр и специальных символов.

Цифровые клавиши предназначены для ввода чисел, а в режиме <NumLock> управляют курсором.

Рис. 4.5. Современная клавиатура

Назначение функциональных клавиш – подавать команду. Смысл команд определяется активной в данный момент программой, поэтому жесткого закрепления значений у этих клавиш нет.

Клавиши управления курсором ответственны за передвижение курсора по экрану относительно текущего экранного изображения.

В настоящее время выпускаются клавиатуры под определенное программное обеспечение, например операционную систему Windows, тогда она дополняется соответствующими кнопками управления

Еще одно распространѐнное устройство ввода, вытесняемое сегодня благодаря сенсорным экранам мониторов, – мышь.

Прообраз современной мыши появился только в начале 1960-х гг. и был изобретен в ходе работ по повышению продуктивности человеческого интеллекта. Вел эти работы ученый Дуг Энгельбрат, воплотил его идею в техническом исполнении Билл Инглиш (рис. 4.6). Первая модель мыши – это простая деревянная коробка с двумя колесиками в днище и большой красной кнопкой сверху.

62