Эволюция средств вычислительной техники

 

Достоинства АВМ: высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;  простота конструкции АВМ;  лёгкость подготовки задачи к решению;

 

Недостатки АВМ: малая точность получаемых результатов (до 10%);     алгоритмическая ограниченность решаемых задач;  ручной ввод решаемой задачи в машину; большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением сложности задачи.

 

2. Электронные  вычислительные машины (ЭВМ). 

В ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

 

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микро ЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

 

Достоинства ЭВМ: высокая точность вычислений; универсальность;   автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;    разнообразие задач, решаемых ЭВМ; независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ: сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);      недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов; сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание.

 

3. Аналого-цифровые  вычислительные машины (АЦВМ).

 

        АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.

 

В АЦВМ числа представляются последовательностью, а метод решения задач  -  математическое моделирование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Все поколения ЭВМ

 

 

 

I   поколение (до 1955 г.)

 

  Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными - лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

 

Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

 

Эти неудобства начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

 

Основные компьютеры первого поколения:

 

         - 1946г. ЭНИАК 

В 1946 г. американцы Дж. П. Эккерт и Дж.У. Моучли сконструировали первую электронно-вычислительную машину - “Эниак”, которая предназначалась для решения задач баллистики. Выполняя за одну секунду 300 умножений или 5000 сложений многоразрядных чисел. Размеры: 30 м. в длину, объём - 85 м3., вес - 30 тонн. Использовалось около 20000 электронных ламп и1500 реле. Мощность ее была до 150 кВт.

 

- 1949г. ЭДСАК.

Первая машина с хранимой программой - ”Эдсак” - была создана в 1949 г. Она имела запоминающее устройство на 512 ртутных линиях задержки. Время выполнения сложения было 0,07 мс, умножения - 8,5 мс.

 

 

- 1951г. МЭСМ 

В 1948г. году Лебедев предложил проект первой на континенте Европы ЭВМ -  Малой электронной счетно-решающей машины (МЭСМ). В 1951г. МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются вычислительные задачи. Машина оперировала с 20­разрядными двоичными кодами с быстродействием 50 операций в секунду, имела оперативную память в 100 ячеек на электронных лампах.

 

-  1951г. UNIVAC-1. (Англия)

В 1951 г. была создана машина “Юнивак” - первый серийный компьютер с хранимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации.

 

-     1952-1953г. БЭСМ-2

    Вводится в эксплуатацию  БЭСМ-2 (большая электронная счетная  машина) с быстродействием около 10 тыс. операций в секунду над 39-разрядными двоичными числами. Оперативная память на электронно-акустических  линиях задержки - 1024 слова, затем  на электронно-лучевых трубках  и позже на ферритовых сердечниках. ВЗУ состояло из двух магнитных  барабанов и магнитной ленты  емкость свыше 100 тыс. слов.

II   поколение  (1958-1964)

 

В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г.  Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.

 

II поколение

 

Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты ("БЭСМ-6", "Минск-2","Урал-14") и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.  

В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

 

III поколение   (1964-1972)

 

В 1960 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. ИС - это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. 1 ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. 1 кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.

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 имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного 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, ЕС 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. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов. 

 

IV поколение      (с 1972 г. по настоящее время)

 

Четвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

 

C точки зрения  структуры машины этого поколения  представляют собой многопроцессорные  и многомашинные комплексы, работающие  на общую память и общее  поле внешних устройств. Ёмкость  оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт. 

 

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры - IBM PC.

 

Персональный компьютер.

 

      Персональный  Компьютер, компьютер, специально созданный  для работы в однопользовательском  режиме. Появление персонального  компьютера прямо связано с  рождением микрокомпьютера. Очень  часто термины «персональный  компьютер» и «микрокомпьютер»  используются как синонимы.

 

      ПК - настольный или  портативный компьютер, который  использует микропроцессор в  качестве единственного центрального  процессора, выполняющего все логические  и арифметические операции. Эти  компьютеры относят к вычислительным  машинам четвертого и пятого  поколения.

 

Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят и карманные компьютеры — палмтопы.

 

Основными признаками ПК являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей.

 

        С развитием  полупроводниковой техники персональный  компьютер, получив компактные электронные  компоненты, увеличил свои способности  вычислять и запоминать. А усовершенствование  программного обеспечения облегчило  работу с ЭВМ для лиц с  весьма слабым представлением  о компьютерной технике.

 

Основные компоненты: плата памяти и дополнительное запоминающее устройство с произвольной выборкой (РАМ); главная панель с микропроцессором (центральным процессором) и местом для РАМ; интерфейс печатной платы; интерфейс платы дисковода; устройство дисковода (со шнуром), позволяющее считывать и записывать данные на магнитных дисках; съемные магнитные или гибкие диски для хранения информации вне компьютера; панель для ввода текста и данных.

 

V поколение ЭВМ

 

Сейчас ведутся интенсивные разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

 

Основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.

 

Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предыдущими существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Основные виды ЭВМ

 

 

СуперЭВМ

К СуперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.

CуперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей:

- магистральные (конвейерные) МПВС

- векторные МПВС

- матричные МПВС

В суперЭВМ используются все три варианта архитектуры МПВС:

- структура MIMD в классическом ее  варианте

-параллельно-конвейерная модификация, иначе, MMISD

- параллельно-векторная модификация, иначе, MSIMD

Большие ЭВМ

Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами (Mainframe). К мейнфреймам относятся, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

- производительность не менее 10 MIPS;

- основную память емкостью от 64 до 10000 MIPS;

- внешнюю память не менее 50 Гбайт;

- многопользовательский режим  работы (обслуживают одновременно  от 16 до 1000 пользователей).

 

Основные направления эффективного применения мейнфреймов - это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами.

Родоначальником современных больших ЭВМ, по стандартам которой в последние несколько десятилетий развивались ЭВМ этого класса в большинстве стран мира, является фирма IBM.

Малые ЭВМ

Малые ЭВМ - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мейнфреймами возможностями.