p align="left">3. Классы вычислительных машин Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер -- комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. ЭВМ можно классифицировать по ряду признаков, в частности: * физическому представлению обрабатываемой информации; * поколениям (этапам создания и элементной базе). * сферам применения и методам использования (а также размерам и вычислительной мощности). Физическое представление обрабатываемой информации Здесь выделяют аналоговые (непрерывного действия); цифровые (дискретного действия); гибридные (на отдельных этапах обработки используются различные способы физического представления данных). АВМ -- аналоговые вычислительные машины, или вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т. е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаше всего электрического напряжения): ЦВМ -- цифровые вычислительные машины, или вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, цифровой форме. В силу универсальности цифровой формы представления информации ЭВМ является более универсальным средством обработки данных. ГВМ -- гибридные вычислительные машины, или вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме. Они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами. Поколения ЭВМ Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения ее структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования (табл. 2.). Таблица 2 Этапы развития компьютерных информационных технологий |
Параметр | Период, годы | | | 50-е | 60-е | 70-е | 80-е | Настоящее время | | Цель использования компьютера | Научно-технические расчеты | Технические и экономи ческие расчеты | Управление и экономические расчеты | Управление, предоставление информации | Телеком муникации, информа ционное обслужив ание | | Режим работы компьютера | Однопрограммный | Пакетная обработка | Разделение времени | Персональная работа | Сетевая обработка | | Интеграция данных | Низкая | Средняя | Высокая | Очень высокая | Сверхв ысокая | | Расположение пользователя | Машинный зал | Отдельное помещение | Терминальный зал | Рабочий стол | Произ вольное мобильное | | Тип пользователя | Инженеры-программисты | Профес сиональные програм мисты | Программисты | Пользователи с общей компьютерной подготовкой | Мало обученные пользов атели | | Тип диалога | Работа за пультом компьютера | Обмен перфоно-сителями и машино-граммами | Интерактивный (через клавиатуру и экран) | Интерактивный с жестким меню | Интер активный экранный типа «вопрос - ответ» | | |
К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х гг. и базирующиеся на электронных лампах. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли значительное количество электроэнергии и выделяли много тепла (рис. 1.). Набор команд был ограничен, схемы арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно просты, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Быстродействие порядка 10--20 тыс. операций в секунду. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был весьма длительным по времени. Несмотря на ограниченность возможностей эти машины позволили выполнить сложнейшие расчеты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др. Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета. Эти проблемы начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность ее использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить ее к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров. В октябре 1945 года в США был создан первый компьютер ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator -- электронный числовой интегратор и вычислитель). Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счетная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20. Второе поколение компьютерной техники -- машины, сконструированные в 1955--65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов (рис. 2). Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами (НМЛ), магнитные барабаны (НМБ) и первые магнитные диски (табл. 2.). Эти машины характеризуются быстродействием до сотен тысяч операций в секунду, емкостью памяти -- до нескольких десятков тысяч слов. Появляются языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде. Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык. Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных задач, а также мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ, из которых в дальнейшем выросли современные операционные системы. Операционная система -- важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вы вода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания. Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х гг. наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе. Наивысшим достижением отечественной вычислительной техники созданной коллективом С.А. Лебедева явилась разработка в 1966 году полупроводниковой ЭВМ БЭСМ-6 с производительностью 1 млн. операций в секунду. Машины третьего поколения -- это семейства машин с единой архитектурой, т. е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами. Машины третьего поколения появились в 60-е гг. Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нем участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда «поколение» начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры. Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т. е. параллельного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина. Примеры машин третьего поколения -- семейства IBM-360, IBM-370, PDP-11, VAX, EC ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Емкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов. Четвертое поколение -- это основной контингент современной компьютерной техники, разработанной после 70-х гг. Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвертого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя. В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой емкостью в десятки мегабайт (рис. 3, б). С точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, использующие общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти порядка 1--512 Мбайт. Для них характерны: * применение персональных компьютеров (ПК); * телекоммуникационная обработка данных; * компьютерные сети; * широкое применение систем управления базами данных; * элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств. К ЭВМ четвертого поколения относятся ПЭВМ “Электроника МС 0511” комплекта учебной вычислительной техники КУВТ УКНЦ, а также современные IBM -- совместимые компьютеры, на которых мы работаем. В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в таблице 3. Таблица 3 Поколения ЭВМ |
Параметры сравнения | Поколения ЭВМ | | | первое | второе | третье | четвертое | | Период времени | 1946 - 1959 | 1960 - 1969 | 1970 - 1979 | с 1980 г. | | Элементная база (для УУ, АЛУ) | Электронные (или электрические) лампы | Полупроводники (транзисторы) | Интегральные схемы | Большие интегральные схемы (БИС) | | Основной тип ЭВМ | Большие | Малые (мини) | Микро | | Основные устройства ввода | Пульт, перфокарточный, перфоленточный ввод | Добавился алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура | Алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура | Цветной графический дисплей, сканер, клавиатура | | Основные устройства вывода | Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод | Графопостроитель, принтер | | Внешняя память | Магнитные ленты, барабаны, перфоленты, перфокарты | Добавился магнитный диск | Перфоленты, магнитный диск | Магнитные и оптические диски | | Ключевые решения в ПО | Универсальные языки программирования, трансляторы | Пакетные операционные системы, оптимизирующие трансляторы | Интерактивные операционные системы, структурированные языки программирования | Дружественность ПО, сетевые операционные системы | | Режим работы ЭВМ | Однопрограммный | Пакетный | Разделения времени | Персональная работа и сетевая обработка данных | | Цель использования ЭВМ | Научно-технические расчеты | Технические и экономические расчеты | Управление и экономические расчеты | Телекоммуникации, информационное обслуживание | | |
Таблица 4 Основные характеристики отечественных ЭВМ второго поколения |
Параметр | Первая очередь | | | Раздан-2 | БЭСМ-4 | М-220 | Урал-11 | Минск-22 | Урал-16 | | Адресность | 2 | 3 | 3 | 1 | 2 | 1 | | Форма представления данных | С плавающей запятой | С плавающей запятой | С плавающей запятой | С фикси рованной запятой, символьная | С фикси рованной запятой, символьная | С плавающей и фикси рованной запятой, символьная | | Длина машинного слова(дв. разр.) | 36 | 45 | 45 | 24 | 37 | 48 | | Быстродействие (оп./с) | 5 тыс. | 20 тыс. | 20 тыс. | 14-15 тыс. | 5 тыс. | 100 тыс | | ОЗУ, тип, емкость (слов) | Ферри товый сердечник 2048 | Ферри товый сердечник 8192 | Ферри товый сердечник 4096-16 384 | Ферри товый сердечник 4096-16 384 | Ферри товый сердечник 8192 | Ферри товый сердечник 8192-65 536 | | ВЗУ, тип, емкость (слов) | НМЛ 120 тыс. | НМЛ 8 млн | НМЛ 16 млн | НМЛ 8 млн | НМЛ до 5 млн | НМЛ 12 млн НМБ130тыс. | | |
В компьютерах пятого поколения предположительно должен произойти качественный переход от обработки данных к обработке знаний. Архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них -- это традиционный компьютер, однако лишенный связи с пользователем. Эту связь осуществляет интеллектуальный интерфейс. Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей. Кратко основную концепцию ЭВМ пятого поколения можно сформулировать следующим образом: 1. Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы. 2. Компьютеры с многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы. Вывод До XVII в. деятельность общества в целом и каждого человека в отдельности была направлена на овладение веществом, т. е. есть познание свойств вещества и изготовление сначала примитивных, а потом все более сложных орудий труда, вплоть до механизмов и машин, позволяющих изготовлять потребительские ценности. Затем в процессе становления индустриального общества на первый план вышла проблема овладения энергией -- сначала тепловой, затем электрической, наконец, атомной. В конце XX в. человечество вступило в новую стадию развития -- стадию построения информационного общества. В конце 60-х гг. Д. Белл констатировал превращение индустриального общества в информационное. Важнейшая задача общества -- восстановить каналы коммуникации в новых экономических и технологических условиях для обеспечения четкого взаимодействия всех направлений экономического, научного и социального развития как отдельных стран, так и в глобальном масштабе. Современный компьютер -- это универсальное, многофункциональное, электронное автоматическое устройство для работы с информацией. Шотландец Джон Непер в 1614-м г. опубликовал «Описание удивительных таблиц логарифмов». В 1642 г., когда Паскалю было 19 лет, была изготовлена первая действующая модель суммирующей машины. В 1673 г. Лейбниц изобрёл механическое устройство для расчетов (механического калькулятора). 1804 г. инженер Жозеф-Мари Жаккар построил полностью автоматизированный станок (станок Жаккара), способный воспроизводить сложнейшие узоры. Работа станка программировалась с помощью колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока. В 1822 г. Ч. Беббиджем была построена разностная машина (пробная модель), способная рассчитывать и печатать большие математические таблицы. В последующем он пришел к идее создания более мощной - аналитической машины. Она не просто должна была решать математические задачи определенного типа, а выполнять разнообразные вычислительные операции в соответствии с инструкциями, задаваемыми оператором. Графиня Огаста Ада Лавлейс совместно с Ч. Бэббиджем работала над созданием программ для его счетных машин. Ее работы в этой области были опубликованы в 1843 г. Дж. Буль по праву считается отцом математической логики. Его именем назван раздел математической логики - булева алгебра. Дж. Буль изобрел своеобразную алгебру - систему обозначений и правил, применяемую к всевозможным объектам, от чисел и букв до предложений (1854 г). Модели арифмометров, первая из которых была сконструирована не позднее 1876 г. Арифмометр Чебышева для того времени был одной из самых оригинальных вычислительных машин. В своих конструкциях Чебышев предложил принцип непрерывной передачи десятков и автоматический переход каретки с разряда на разряд при умножении. Алексей Николаевич Крылов 1904 г. предложил конструкцию машины для интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений. В 1912 г. такая машина была построена. И другие. Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер -- комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. ЭВМ можно классифицировать по ряду признаков, в частности: * физическому представлению обрабатываемой информации; * поколениям (этапам создания и элементной базе). * сферам применения и методам использования (а также размерам и вычислительной мощности).
Страницы: 1, 2
|