1. Эвм. Понятие. Основные характеристики и архитектура.

Архитектура ЭВМ – совокупность ее свойств и характеристик, рас-сматриваемых с точки зрения пользователя машины. Полный комплекс значимых для пользователя общих вопросов функциональной и структур-ной организации ЭВМ, общения с нею, организации вычислительного про-цесса, включая совокупность характеристик и параметров ЭВМ, влияющих на решение этих вопросов, охватывается понятием архитектуры.

Важнейшие для пользователя группы характеристик ЭВМ, опреде-ляющие ее архитектуру:

- характеристики машинного языка и системы команд (количество и состав команд, их форматы, системы адресации, наличие про-граммно-доступных регистров в процессоре и т.д.), которые опре-деляют алгоритмические возможности процессора ЭВМ;

- технические и эксплутационные характеристики ЭВМ: производи-тельность, показатели надежности, точности, емкость памяти, по-требляемая мощность, стоимость и т.д.;

- характеристики и состав функциональных модулей базовой конфи-гурации ЭВМ; наличие возможности подключения дополнительных модулей (сверхоперативной памяти, канала прямого доступа к памяти, арифметического расширителя и др.) с целью расширения базовой конфигурации или улучшения технических характеристик базовых модулей;

- состав программного обеспечения и принципы его взаимодействия с техническими средствами ЭВМ.

К ресурсам ЭВМ относятся те реальные аппаратные и программные средства (например, машинное время процессора, емкость ОЗУ, набор УВВ, программные модули), которые ЭВМ может выделить процессу обработки данных на время решения задач пользователя.

Программное и аппаратное обеспечение ЭВМ взаимосвязано и обра-зует с точки зрения пользователя виртуальную ЭВМ, в которой отдельные ресурсы реализованы совокупностью аппаратных и программных средств.

2. История создания вычислительных машин. Поколения эвм.

Проект одной из первых механических суммирующих машин был разработан немецким ученым Вильгельмом Шиккардом. Эта 6-разрядная машина была построена предположительно в 1623 году. Однако это изобретение оставалось неизвестным до середины двадцатого столетия и никакого влияния на развитие вычислительной техники не имело.

Более 300 лет считалось, что первую суммирующую (8-разрядную) машину сконструировал в 1641 году, а построил в 1645 году Блез Паскаль, который наладил „серийное" производство своих машин. Эта машина представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков и приводов. На колесиках были нанесены цифры от 0 до 9. Когда первое колесико делало полный оборот от 0 до 9, в действие автоматически приводилось второе колесико. Когда и оно достигало цифры 9, начинало вращаться третье и так далее. Машина Паскаля могла складывать и вычитать, умножать (делить) лишь путем многократного сложения (вычитания).

Готфрид Вильгельм фон Лейбниц в 1674 году сконструировал машину „четырех действий", которая выполняла основные математические действия (сложение, вычитание, умножение и деление, извлечение квадратного корня). В отличие от Паскаля Лейбниц использовал в своей машине цилиндры, а не колесики и приводы. На цилиндры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел девять рядов выступов или зубцов. При этом первый ряд содержал один выступ, второй ряд – два выступа и так вплоть до девятого ряда, который содержал соответственно девять выступов. Цилиндры с выступами были подвижными и приводились в определенные положения оператором.

Специально для нее Лейбниц применил систему исчисления, использующую вместо обычных для человека десяти цифр две: 0 и 1. Принципы этой двоичной системы исчисления Лейбниц изложил в своем трехстраничном исследовании. В коробочке должно было быть два отверстия: открытое отверстие означало -1, закрытое - 0; 1 - обозначалось выпавшим шаром, 0 - отсутствием выпавшего шара. На такой машине можно было производить умножение путем открытия и закрытия соответствующих отверстий.

Двоичная система является самой удобной для выполнения арифметических операций на ЭВМ.

В 1805 году Жозеф-Мари Жаккар сконструировал ткацкий станок, который управлялся перфорированными картами, со счетным механизмом, умеющим автоматически переносить десятки. Для контроля ткацких операций Жаккар применил отверстия, пробитые в карточках. Карточки с разным расположением отверстий давали различные узоры на плетении ткани. Жаккар даже не мог предположить, что его идея будет впоследствии использована для обработки информации с помощью компьютеров.

После создания в 1822 году разностной машины (которая предназначалась для табулирования многочленов) английский ученый Чарльз Беббидж в 1830 году разработал проект аналитической машины для выполнения разнообразных научных и технических расчетов. В этом проекте предугаданы все основные устройства современной ЭВМ, а также задачи, которые могут быть решены с ее помощью. В качестве носителей информации при вводе и выводе Беббидж предлагал использовать перфокарты. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путем.

Для этой программно-управляемой вычислительной машины были составлены первые в мире программы. Первым программистом была Августа Ада Лавлейс – дочь английского поэта Дж. Байрона. Она разработала принципы программирования, предусматривающие повторение одной и той же последовательности команд и выполнение этих команд при определенных условиях. Эти принципы используются и в современной вычислительной технике.

В середине XIX века математик Джордж Буль ввел новую математическую логику. Логические операторы И, ИЛИ и НЕ осуществляют связи в логическом высказывании и благодаря этому дают возможность развиться новым высказываниям. Эта формальная логика высказывания известна теперь как алгебра Буля и составляет основу электронной обработки данных.

Первая счетная машина, использующая электрические реле, сконструирована в 1888 году Германом Холлеритом. В 1890 году изобретение Холлерита впервые использовано в 11-и американской переписи населения.

Эта машина, названная табулятором, имела в своем составе реле, счетчики, сортировочный ящик. Данные на каждого человека наносились на перфокарты, почти не отличающиеся от современных, в виде пробивок. При прохождении перфокарты через машину данные, отмеченные дырочками, снимались путем прощупывания системой игл. Если напротив иглы оказывалось отверстие, то игла, пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной под картой. Возникавший таким образом контакт замыкал электрическую цепь, благодаря чему к результатам расчетов автоматически добавлялась единица, после чего перфокарта попадала в определенное отделение сортировочного ящика.

Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем за десять лет до этого 500 сотрудников занимались в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

В 1896 году Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company. Это предприятие несколько лет спустя возглавил Томас Дж. Уатсон, переименовавший эту фирму в International Business Machine Corporation (IBM).

Уатсон получил права на разработанную Холлеритом перфокартную вычислительную машину и сразу занял свое место на рынке. Спустя полвека, во время второй мировой войны, машины фирмы IBM пережили настоящий бум, так как американская армия стала главным потребителем таких автоматов.

Первые проекты электронных вычислительных машин появились лишь незначительно позднее проектов релейных машин, потому что необходимые для их создания изобретения были сделаны в начале XX века: в 1904 году – диод, в 1906 году – триод, в 1918 году – электронное реле.

Американский ученый Ванневар Буш разработал большой электромеханический аналог компьютера. Машина Буша оказалась способной быстро решать сложные математические задачи. Она приводилась в действие электричеством, а для хранения информации в ней использовались электронные лампы, аналогичные тем, которые применялись в 1930-е годы в радиоприемниках.

Однако дифференциальный анализатор Буша имел так много составных частей, что занимал целую комнату и имел значительный вес. Так, даже более поздняя модель дифференциального анализатора, построенная в 1942 году, весила 200 тонн!

Немецкий инженер Конрад Цузе был первым, кто успешно осуществил идею создания вычислительной машины на основе двоичной системы исчисления. В 1936 году он начал конструировать вычислительный аппарат, работающий в двоичной системе исчисления, который впоследствии был назван Zuse 1 (Z1). Громоздкие статистические вычисления для осуществления сложных инженерных расчетов должны были стать автоматизированными, что было до сих пор невозможно. Машина Цузе стала первым вычислительным автоматом с программным управлением и считается первым компьютером.