Пятый этап – по настоящее время. Улучшение технологии БИС позволяет изготовлять дешевые электронные схемы, содержащие сотни тысяч элементов в кристалле – схемы сверхбольшой степени интеграции – СБИС.

Модуль 1.

Лекция №1. Основные характеристики, эволюция и классификация ЭВМ

Вопросы:

1) Цифровые и аналоговые вычислительные машины. Краткая история развития цифровых машин

2) Первые ЭВМ, архитектура и принципы фон Неймана.

3) Совершенствование элементной базы – поколения ЭВМ.

4) Классификация ЭВМ (на дом).

В 1946 году фон Нейман и др. учеными Принстонского института перспективных исследований был представлен отчет «Предварительное обсуждение логического конструирования устройства», который содержал развернутое и детальное описание принципов построения цифровых ЭВМ.

Изложенные в отчете принципы сводились к следующему:

Ø Машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе исчисления;

Ø Программа должна размещаться на одном из блоков машины – в запоминающем устройстве, обладающем достаточной емкостью и соответствующими скоростями выборки и записи команд программы;

Ø Программа, так же как и числа, с которыми оперирует машина, записывается в двоичном коде, т.е. по форме представления команды и числа однотипны;

Ø Для решения любой задачи компьютером необходимо составить программу, реализующую заданный алгоритм.

Ø Трудности физической реализации запоминающего устройства, требуют иерархической организации памяти;

Ø В машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции на д словами производятся одновременно по всем разрядам).

Первый этап – до 1955 года. За точку отсчета эры ЭВМ принимается 1946 год, когда началась эксплуатация первых опытных образцов ЭВМ. Ключевым моментом этого этапа было применение электронных ламп. Ламповые ЭВМ имели большие габариты и массу, потребляли много энергии и были очень дорогостоящими, что резко сужало круг пользователей ЭВМ, а следовательно, объем производства этих машин.

Наиболее яркими представлениями ЭВМ первого этапа были в СССР МЭСМ (малая электронно-счетная машина) и ENIAC в США.

Второй этап – до 1965 года. Развитие электроники привело к изобретению нового полупроводникового устройства – транзистора, который заменил лампы.

Появление ЭВМ, построенных на транзисторах, привело к уменьшению их габаритов, массы, энергозатрат и стоимости, а также к увеличению их надежности и производительности.

Первым транзисторным компьютером стал компьютер«Традис» фирмы «Белл телефон лабораторис», построенный на 800 транзисторах.

В 1957 г. Фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головкина воздушной подушке.

Начало третьего этапа (до 1970 года) связано с созданием технологии производства интегральных схем (ИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электронных элементов.ИС позволили увеличить быстродействие и надежность полупроводниковых схем, а также уменьшить их габариты, потребляемую мощность и соответственно стоимость.

В этот период появляются простые, дешевые и надежные машины-мини-ЭВМ (IBM 360 в США и ЕС 1030 в СССР).

Четвертый этап – до 1978 года. Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС). Это позволило разработать более дешевые ЭВМ, имеющие большую память и меньший цикл выполнения команд: стоимость байта памяти и одной машинной операции резко снизилась.

Историческим моментом в развитии персональных ЭВМ стало создание фирмой Intel (США) в 1971 года первого микропроцессора (МП). Автором микропроцессора Intel-4004 – многокристальной схемы, являлся Эдвард Хофф.

Пятый этап – по настоящее время. Улучшение технологии БИС позволяет изготовлять дешевые электронные схемы, содержащие сотни тысяч элементов в кристалле – схемы сверхбольшой степени интеграции – СБИС.

С 1982 года фирма IBM, занимавшаяся до этого времени ведущее положение по выпуску больших ЭВМ, приступила к изготовлению профессиональных персональных компьютеров IBM PC с операционной системой MS DOS.

В 1984 году компании Apple и IBM выпускают ЭВМ пятого поколения – персональные компьютеры Macintosh и PC/AT.

Развития ЭВМ пятого поколения продолжается до сегодняшнего дня. Стремительно возрастающие объемы информации предопределяют такое же стремительное развитие аппаратных средств.

Задания (для себя на зачет):

1. Изучить классификацию ЭВМ.

2. Рассмотреть основные характеристики персональных компьютеров.

Классификация ЭВМ

Рассмотрим некоторые из наиболее популярных классификаций:

· по принципу действия. Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления информации, с которой они работают

1. аналоговые (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше ,чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%).На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

2. цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

3. гибридные (ГВМ) - 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.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

- по этапам создания

Первое поколение, 50-е годы; ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

Второе поколение, 60-е годы; ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).

Третье поколение, 70-е годы; ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе).

Четвертое поколение, 80-е годы; ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах – микропроцессорах (десятки тысяч – миллионы транзисторов в одном

Пятое поколение, 90-е годы; ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

Шестое и последующие поколения; оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейтронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейтронных биологических систем.

· по назначению

1. универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых различных технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

2. проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы

3. специализированные - используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

· по размерам и функциональным возможностям

1. сверхбольшие (суперЭВМ)

2. большие

3. малые

4. мини

5. сверхмалые (микроЭВМ)

К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.

Виды микроЭВМ:

Персональные компьютеры (ПК)

Портативные компьютеры

Основные разновидности портативных компьютеров:

Laptop

Notebook

Palmtop

Основные характеристики персональных компьютеров

1) Персональные компьютеры (ПК) — это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком.

Пеpсональный компьютеp должен удовлетворять следующим требованиям:

· стоимость от нескольких сотен до 5-10 тысяч доллаpов;

· наличие внешних ЗУ (запоминающие устройства) на магнитных дисках;

· объём оперативной памяти не менее 4 Мбайт;

· наличие операционной системы;

· способность работать с программами на языках высокого уровня;

· ориентация на пользователя-непрофессионала (в простых моделях).

2) Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду)

Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Таким образом Тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера

Задается ТЧ специальной микросхемой «генератор тактовой частота», который вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Частота в 1Мгц = 1миллиону тактов в 1 секунду. Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых частот для каждого типа процессоров, например: 2,8 ; 3,0 Ггц и тд

Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.

Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и тд. Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда)

Время доступа - Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывание min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10-9с)

Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней.

Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)

Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве

Ответ на вопрос:

3. В чем заслуга Джорджа Буля в создании ЭВМ? (к лекции №2) - письменно от руки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: