ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
История развития вычислительной техники
Анализируя раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи в качестве древнего предшественника компьютера называют… В западной Европе около 1500 г. Леонардо да Винчи* разработал эскиз… Впервые автоматически действующие вычислительные машины появились в середине XX века. Это стало возможным благодаря…Таблица 2.1
| Показатель | Поколения ЭВМ | ||||
| I 1945-1955 | II 1955-1965 | III 1965-1980 | IV с 1980 | V | |
| Элементная база | Лампы | Транзисторы | Интегральные схемы (ИС) и большие интегральные схемы (БИС) | Сверхболь- шие ИС (СБИС) | Оптоэлектро- ника и крио- электроника |
| Ёмкость ОЗУ (байт) | 
| 
| 
| 
| 
|
| Быстродейст- вие (опер/с) | 
| 
|
| 
| 
|
| Языки прог- раммирования | Машинный код | Ассемблер | Процедурные языки высокого уровня (ЯВУ) | Процедурные и непроцдурные ЯВУ | Новые не- Процедурные ЯВУ |
| Средства свя- зи с пользова- телем | Пульт управ- ления и пер- фокарты | Перфокарты и перфолен- ты | Алфавитно- цифровой терминал и монохромный дисплей | Дисплей и клавиатура | Устройство голосовой связи |
ные технологические задачи. ЭВМ первого, второго и третьего поколений сейчас в лучшем случае музейные экспонаты.
Приход полупроводниковой техники (транзистор изобретен в 1948 г.) резко изменил ситуацию. ЭВМ сильно уменьшились в размерах, стали меньше потреблять электроэнергии, их стоимость также снизилась, а быстродействие увеличилось. Появились крупные фирмы по производству компьютеров широкого назначения: International Business Machines (IBM), Control Date Corporation (CDC), Digital Equipment Corporation (DEC). Уже начиная со второго поколения электронно-вычислительные машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости и вычислительных возможностей.
В начале 70-х годов ХХ века с появлением интегральных технологий в электронике были созданы микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков транзисторов и резисторов на одной небольшой кремниевой подложке. Без пайки на них “выращивались” электронные схемы, выполняющие функции основных логических узлов ЭВМ. Так появились интегральные схемы (ИС), которые позволили резко уменьшить размеры полупроводниковых схем и снизить потребляемую мощность. На их основе строились ЭВМ, которые выполнялись в виде одной стойки и периферийных устройств. В то же время радикально изменились возможности программирования. Программы стали писаться на языках высокого уровня (ЯВУ).
В 1971 г. компанией Intel было создано устройство, реализующее на одной крошечной микросхеме функции процессора. Появилась новая отрасль промышленности – микроэлектроника, которая стала производить большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы. 1976 год стал началом эры массового появления персональных ЭВМ, первым представителем которой стал Apple, созданный американцами Возняком и Джобсом*. В 1981 г. IBM выпустила свои персональные компьютеры IBM PC XT и PC AT, которые были оснащены операционной системой MS DOS, созданной фирмой Microsoft. С тех пор IBM PC стала самой популярной “персоналкой” в мире.
К 1990 г. микроэлектроника подошла к пределу, разрешенному физическими законами. В дальнейшем совершенствовании ЭВМ видны два пути. На физическом уровне это переход к использованию иных физических принципов построения узлов ЭВМ – на основе оптоэлектроники и криогенной электроники, использующей сверхпроводящие материалы при низких температурах. Кроме того должна повыситься роль сетей ЭВМ, позволяющих разделить решение задачи между несколькими компьютерами. В дальнейшем сети будут доминировать.
Классификация компьютеров по сферам применения
Вопрос любой классификации всегда достаточно условен. Компьютеры классифицируются по назначению, по уровню специализации, по типоразмерам, по совместимости, по типу используемого процессора. Наиболее часто используется такая характеристика компьютера как производительность, под которой понимается время, затрачиваемое компьютером на решение той или иной задачи. Схема классификации компьютеров, исходящая из их производительности изображена на рис. 2.1. Эту схему можно условно разбить на три части: суперкомпьютеры, мэйнфреймы (универ-сальные компьютеры) и микрокомпьютеры.
Определить супер-компьютеры можно лишь относительно. Их произ-водительность свыше 100 мегафлоп (1 мегафлоп – миллион операций с плавающей точкой в секунду). Эти машины представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end). Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений. В этих машинах параллельно, т. е. одновременно, выполняются множество похожих операций. Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.
Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами – векторами и матрицами.
Суперкомпьютеры используют для решения больших и сложных научных задач: моделировании ядерных взрывав, гидрометеорологических процессов и т. п. Супер ЭВМ требуют особого температурного режима, водяного охлаждения (или даже охлаждения жидким азотом). Такие параметры как стоимость и вес не являются определяющими.
Мэйнфреймы (большие ЭВМ на рис. 2.1) предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами с производительностью от 10 до 100 млн. операций в секунду. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200-300 рабочих мест. Централизованная обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5-6 раз дешевле, чем распределенная обработка при клиент – серверном подходе. Эти машины также требуют специального помещения, жесткого температурного режима. Конструктивно выполняются в виде одной стойки. Их стоимость может достигать 300 тыс. долларов.
Мини – ЭВМ появились в начале 1970-х гг. Их традиционное использование – либо для управления технологическими процессами, либо в режиме разделения времени в качестве управляющей машины небольшой локальной сети. Сейчас компьютеры этого класса вымирают, уступая место микрокомпьютерам.
Микрокомпьютеры – это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора. Современные модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и т. п. Самые популярные в настоящее время микрокомпьютеры – это персональные компьютеры. Это компьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком. С ними связано понятие мультимедиа. Мультимедиа – это сочетание нескольких видов данных в одном документе (текстовые, графические, музыкальные и видеоданные) или совокупность устройств для воспроизведения этого комплекса данных.
Базовая система элементов компьютерных систем
При построении функциональных узлов компьютерных систем используются элементы, которые реализуют базовую систему логических функций , условные… Кроме приведенных используются еще несколько простейших логических элементов:… Аналогично схемы элементов ИЛИ-НЕ и исключающего ИЛИ показаны на рис. 2.3 б, в, а их таблицы истинности в табл. 2.3 и…Таблица 2.3 Таблица 2.4
| 
| 
|
|
|
| 
|