6. Техническое обеспечение ис. Эволюция эвм

Основным компонентом технического обеспечения АИС являются средства вычислительной техники, телекоммуникации и связи.

Ядром этих средств являются вычислительные системы (компьютеры).

Этапы эволюции вычислительных систем:

1. Первая четверть 17в. (1623 г.) - Первое действующее механическое счётное устройство, Вильгельм Шиккард.

2. 1642 г. – Б. Паскаль – «Машина Паскаля» (счётное механическое устройство, выполняющее 2 действия – складывать и вычитать, придумал и изготовил в практических целей (использовалось в налоговой, где работал его отец). Но она была сложной и трудоемкой в изготовлении.

3. 1674 г. – Г. Лейбниц – счётная машинка, выполняющая все 4 действия, а в последующем вычисляла квадратные корни.

4. 1835 7. – Ч. Бэббидж – начал создавать проект своей аналитической машины.

5. 1888 г. – Г. Холлерит - изобрёл электромеханический табулятор (одна из механических машин).

6. В 20-ом веке стали появляться электронные машины.

7. Конец 40-х-50-х гг. – первое поколение ЭВМ.

Широкое использование и масштабное применение – ЭНИАК (электронные цифровой интегратор и вычислитель). Основное устройство – электронная лампа, их в машине было около 17,5 тыс., вес машины – 27 тонн, помещение занимала в 150 кв. метров, потребляла около 150 кВт мощности.

1951 г. – первая машина в континентальной Европе, сделана в Киеве - Малая электронная счётная машина (МЭСМ).

Для первого поколения ЭВМ характерно:

• элементная база;

• электронные лампы;

• хранение осуществлялось на перфолентах, перфокарты и магнитные ленты;

• появление первых языков программирования (середина 50-х гг.);

• воплощение основных принципов архитектуры вычислительной машины;

• организация вычислений.

Второе поколение ЭВМ (50-е-60-е гг.):

• ЭВМ с транзисторной полупроводниковой элементной базой;

• Уменьшение машины в размерах, стали более компактные, настольные;

• Для хранения информации использовались магнитные ленты и диски;

• Периферийные устройства для оперативного доступа к ЭВМ;

• Начало использование ЭВМ в промышленности, для управления производством, в сфере экономики;

Третье поколение ЭВМ:

• ЭВМ на интегральных схемах (с большой и сверхбольшой степенью интеграции);

• Уменьшение в размерах.

Четвертое поколение ЭВМ:

• ЭВМ на интегральных микросхемах (с большой и сверхбольшой степенью интеграции);

• Появление персональных компьютеров;

• Появление первого ПК – середина 70-х гг.;

• 1977 г. – Apple II;

• 1981 г. – выпущен в продажу IBM PC.

Пятое поколение ЭВМ:

• На базе многопроцессорных и многоядерных конфигураций с мультимедийными средствами ввода и вывода информации.

• Прогресс чрезвычайно значителен.

7. Классы вычислительных систем (эвм)

ИВС – совокупность технических средств вычислительной техники минимальной периферии и программного обеспечения, являющегося основой любой АИС.

В зависимости от числа компьютеров и процессоров ИВС делятся на:

• одномашинные;

• однопроцессорные;

• многомашинные;

• многопроцессорные.

Архитектуру большинства одномашинных вычислительных систем можно представить следующей укрупненной схемой:

Процессор выполняет все базовые операции вычислительной системы.

АЛУ (Арифметическо – логическое устройство) осуществляет основные математические и логические операции – арифметические, сравнение, тождество.

Регистры процессорной памяти – отличаются наибольшим быстродействием. Используются для выполнения текущих операций.

Устройство управления координируют функционирование процессора в целом.

Интерфейс служит для сопряжения процессора с остальными компонентами системы.

Оперативная память (ОЗУ) – служит для хранения данных и команд в оперативном режиме.

Каналы связи представляют собой внутримашинный интерфейс.

Внешнее устройство, главным образом, предназначено для более или менее долгосрочного хранения информации и ввода и вывода.

Архитектура современных компьютеров в основном является классической ( Фоннеймановской по имени Дж.фон – Неймана). Суть этой архитектуры сводится к схеме и нескольким основным принципам:

Основные принципы:

1. Принцип двоичного кодирования. Вычислительная машина должна использовать двоичный код, как наиболее экономичный и удобный.

2. Принцип программного управления. Машина должна выполнять операции последовательно в соответствии с командами в программе. Программа при этом должна быть хранимой.

3. Принцип идентичного хранения данных и команд, т.е. команды, как и данные должны быть представлены в двоичном коде и над ними также могут выполняться операции, т.е. невелика разница между командой и элементом данных.

4. Принцип иерархической организации памяти. Состоит он в том, что запоминающее устройство машины должны составлять иерархию, в зависимости от своего быстродействия и назначения.

5. Принцип адресности памяти. Машинная память должна состоять из ячеек. Каждая из них доступна по ее адресу или содержимому.

Классификация ИВС:

В зависимости от принципа действия и способа представления данных на 3 типа:

1. АВМ (Аналоговые вычислительные машины);

2. ЦВМ (Цифровые вычислительные машины);

3. ГВМ (Гибридные вычислительные машины).

В АВМ информация представлена значениями некоторых величин, составляющими непрерывную шкалу (напряжение, сила тока – для ЭВМ)

По существу АВМ представляют собой физические модели решаемых задач. (непрерывная линия любой формы)

Потомок – гидравлическая система трансмиссии.

В ЦВМ информация кодируется дискретными значениями каких-либо величин. (столбиковая диаграмма).

ГВМ – комбинация АВМ и ЦВМ.

ИВС классифицируются в зависимости от числа процессоров или компьютеров.

Типичный пример одномашинной и однопроцессорной машины – домашний компьютер.

Пример многомашинной системы – локальная вычислительная сеть.

Пример многопроцессорной машины – суперкомпьютер.

ИВС могут быть:

• однородными;

• неоднородными.

Системы могут быть:

• сосредоточенными;

• распределенными.

Все ИВС классифицируются по своему масштабу и производительности. В понятие «масштаб» включают следующие понятия:

1. физический габарит;

2. потребляемая мощность;

3. показатели быстродействия, объемов всех видов памяти и т.п.;

4. масштаб решаемых задач;

5. совокупная стоимость основного оборудования.

Примерная классификация по стоимости (типовых систем):

Единицы измерения в евро.

1. до 15 000 евро. Класс «Микро-ЭВМ»;

2. 15 000 – 50 000 евро. Класс «Малые системы»;

3. 50 000 – 250 000 евро. Класс «Средние системы»;

4. 250 000-1 000 000 евро. Класс «Большие системы»;

5. 1 000 000-4 000 000 евро. Класс «Сверхбольшие системы»;

6. более 4 000 000 евро. Класс «Супер-ЭВМ».

Пояснения.

- Микро-ЭВМ. Самый большой класс. К нему относят все типы персональных компьютеров (включая планшеты и ноутбуки), маломощные сетевые компьютеры, управляющие ЭВМ в любых технических устройствах.

- Малые ЭВМ. Отличаются более высокими размерами, энергопотреблением, быстродействием и т.п. К нему относят: бизнес-компьютер; среднепроизводительные сетевые компьютеры, специализированные настольные ЭВМ для различных предметных и проблемных областей.

- Большие ЭВМ (Mainframe). К нему относят: многопользовательский режим эксплуатации (до нескольких тысяч пользователей), повышенная надежность всей системы (до первого отказа – 10-15 лет). Большие ЭВМ работают круглосуточно. Надежность обеспечивается большим резервированием, повышенная защищенность, повышенные показатели быстродействия. Габариты – может занимать целое помещение (используется в банках и крупных предприятиях для хранения своих баз данных).

-Супер-ЭВМ. Многомашинный и многопроцессорный комплекс. Предназначены для решения сложных задач (прогнозирование погоды, моделирование ядерного взрыва, лекарственных препаратов). Это особый класс ЭВМ. Малочисленный класс. В мире их число не превышает 10 000 штук. Не является предметом серийного производства. Лидером по их производству является : IBM. Так же их выпуском занимаются: Cray(США), Fujitsu(Япония).

Дважды в год подводится рейтинг лучших ЭВМ (обновляется в июне и ноябре).

На июнь 2о11 г. лучшие супер-ЭВМ:

1. K computer. (Fujitsu, 2011). 548352 двухгигаядровых ядра в процессоре. Потребляемая мощность чуть менее 10 МегаВт (почти как целый завод). Максимальная производительность – 8162,0 TFLOPS (ТераФлопс).

В десятку лучших суперкомпьютеров входят: 2 японских, 2 китайских, 5 американских, 1 французский суперкомпьютеры. Лучший российский суперкомпьютер находится на 13 месте. Он используется в исследовательском центре МГУ. За Уралом самый мощный Супер-ЭВМ находится в ТГУ.

FLOPS (Floating Point Operation per Second – количество операций с плавающей точкой в секунду).

Формат числа с плавающей точкой – 0,5*10^10/

Приставка терра - это 10 в 12 степени.

Значит, производительность этого компьютера: 8*10^15.