Краткая история развития вычислительной техники

    Ñåé÷àñ ñîâðåìåííûå ÏÏÏ ðàçðàáàòûâàþò êàê ïðîãðàììíûå ñèñòåìû. Êàæäûé ïàêåò ñîñòîèò èç:

• íàáîð îáðàáàòûâàþùèõ ïðîãðàììíûõ ìîäóëåé (òåëî ïàêåòà), ïðåäíàçíà÷åííûõ íåïîñðåäñòâåííî äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è ïîëüçîâàòåëåì;
• óïðàâëÿþùàÿ ïðîãðàììà ïàêåòà (óïðàâëåíèå îáðàáîòêîé äàííûõ). Ïðè çàïðîñå íà ðåøåíèå çàäà÷è ýòà ïðîãðàììà ôîðìèðóåò èç îáðàáàòûâàþùèõ ìîäóëåé ðàáî÷óþ îáðàáàòûâàþùóþ ïðîãðàììó;
• êîìïëåêñ îáñëóæèâàþùèõ ïðîãðàìì (âñïîìîãàòåëüíûå ôóíêöèè);
• ñðåäñòâà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ñîçäàíèÿ ïàêåòà.

    Åù¸ îäíîé ôóíêöèåé ÏÏÏ ÿâëÿåòñÿ ðàñøèðåíèå âîçìîæíîñòåé ÎÑ ïðè ïîäêëþ÷åíèè íîâûõ óñòðîéñòâ.

    Êîìïëåêñ ïðîãðàìì òåõíè÷åñêîãî îáñëóæèâàíèÿ (ÊÏÒÎ) ñëóæèò äëÿ ïðîôèëàêòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ, èñïðàâëåíèÿ íåèñïðàâíîñòåé, îïåðàòèâíîé ïðîâåðêè ðàáîòû ïåðèôåðèéíîãî îáîðóäîâàíèÿ. Êîìïëåêñ ñîñòîèò èç äâóõ ãðóïï òåñòîâûõ ïðîãðàìì. Ïåðâûå ðàáîòàþò ïîä óïðàâëåíèåì ÎÑ, âòîðûå ðàáîòàþò íåçàâèñèìî îò ÎÑ.

    Îñíîâíûå ôóíêöèè ÑÏÎ:

• Àâòîìàòè÷åñêîå óïðàâëåíèå âû÷èñëèòåëüíûì ïðîöåññîì.
• Îáåñïå÷åíèå ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ÝÂÌ.
• Îáåñïå÷åíèå óäîáíîãî îáùåíèÿ ìåæäó ÝÂÌ è ïîëüçîâàòåëåì.
• Ñîêðàùåíèå âðåìåíè, òðåáóåìîãî äëÿ ïîäãîòîâêè çàäà÷è ê ðåøåíèþ íà ÝÂÌ.
• Îáåñïå÷åíèå êîíòðîëÿ ðàáîòû ÝÂÌ.

 

8.Ïðîãðàììíàÿ ñîâìåñòèìîñòü ÅÑ ÝÂÌ. 

    Äëÿ áîëåå ýôôåêòèâíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ  âñå ìîäåëè ÅÑ ÝÂÌ ïðîãðàììíî ñîâìåñòèìû. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïðîãðàììà, ðàáîòàþùàÿ íà îäíîé ìàøèíå ÅÑ, áóäåò ðàáîòàòü è íà äðóãîé, åñëè âòîðàÿ ìàøèíà îáëàäàåò íåîáõîäèìîé ïàìÿòüþ. Ïîëüçîâàòåëè ìîãóò îáìåíèâàòüñÿ ïðîãðàììàìè, íåçàâèñèìî îò ïðîèçâîäèòåëüíîñòè èõ ìàøèí.

    Ïðîãðàììíàÿ ñîâìåñòèìîñòü ãàðàíòèðóåò, ÷òî ðàçëè÷íûå ïîòðåáíîñòè ïîëüçîâàòåëÿ óäîâëåòâîðÿþòñÿ ñîîòâåòñòâóþùåé ìîäåëüþ.

    Ïðîãðàììíàÿ ñîâìåñòèìîñòü ñíèæàåò ñòîèìîñòü ïðèìåíåíèÿ ÝÂÌ, ïîâûøàÿ ïðè ýòîì èõ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. 

9.Çàùèòà ïàìÿòè â ÅÑ ÝÂÌ. 

    Äëÿ òîã, ÷òîáû ïðîãðàììû íå âëèÿëè äðóã íà äðóãà, ïðåäóñìîòðåíà çàùèòà èíôîðìàöèè â ÎÏ. Èñïîëüçóåòñÿ ïîñòðàíè÷íûé ìåòîä çàùèòû. ÎÏ óñëîâíî ðàçäåëÿåòñÿ íà áëîêè, íàçûâàåìûå ñòðàíèöàìè, ¸ìêîñòüþ 2048 áàéò. Ó êàæäîé ñòðàíèöû åñòü ñâîé êëþ÷ çàùèòû. Îáðàçóåòñÿ ñàìîñòîÿòåëüíàÿ çàïîìèíàþùàÿ ñðåäà, ñîñòîÿùàÿ èç êëþ÷åé çàùèòû - ïàìÿòü êëþ÷åé çàùèòû (ÏÊÇ).

    Áàéò êëþ÷à ñîñòîèò èç: 0-3 áèòû - êëþ÷, 4 - ïðèçíàê çàùèòû ïî ÷òåíèþ, 5-7 - íå èñïîëüçóþòñÿ, 8 - êîíñîëü ïî ÷¸òíîñòè.

    Ïðè êàæäîì îáðàùåíèè ê ÎÏ èç ÏÊÇ ñ÷èòûâàåòñÿ êëþ÷ çàùèòû äàííîé ôèçè÷åñêîé ñòðàíèöû. Íóëåâîé êëþ÷ ñëóæèò äëÿ çàùèòû ðàçäåëà, ãäå ðàñïîëàãàåòñÿ óïðàâëÿþùàÿ ïðîãðàììà. Îíà èìååò ïðèâèëåãèþ îáðàùåíèÿ â ëþáóþ îáëàñòü ÎÏ.

    Êëþ÷è ðàáîòàþùèõ ïðîãðàìì äîëæíû ñîâïàäàòü ñ êëþ÷àìè ïðîãðàììû çàùèòû îáëàñòè ïàìÿòè, ê êîòîðîé îñóùåñòâëÿåòñÿ îáðàùåíèå, èíà÷å âûïîëíåíèå ïðîãðàììû ïðåêðàùàåòñÿ. 

10.Ðåæèìû ðàáîòû ÅÑ ÝÂÌ. 

    Âñå ìîäåëè ÅÑ ÝÂÌ - ýòî ìóëüòèïðîãðàììíûå ìàøèíû. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â íèõ ïðèìåíÿåòñÿ ñîâìåùåíèå ïðîãðàììíûõ è àïïàðàòíûõ ñðåäñòâ óïðàâëåíèÿ. Ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà ñîñòàâëÿþò ÎÑ, êîòîðàÿ óñòàíàâëèâàåò ïîðÿäîê ðàáîòû ÝÂÌ ïðè ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ ðàáîòû. Âñå ðåæèìû ðàáîòû ÝÂÌ äåëÿòñÿ íà îäíîïðîãðàììíûå è ìóëüòèïðîãðàììíûå.

    Ïðè ðàáîòå â îëíîïðîãðàììíîì ðåæèìå âñå ðåñóðñû ÝÂÌ îòäàíû îäíîé ïðîãðàììå. Âûïîëíåíèå ñëåäóþùåé ïðîãðàììû âîçìîæíî òîëüêî ïîñëå ïîëíîãî   âûïîëíåíèÿ ïðåäûäóùåé ïðîãðàììû.

    Ðàçíîâèäíîñòè îäíîïðîãðàììíîãî ðåæèìà:

• Îäíîïðîãðàììíûé ðåæèì ñ íåïîñðåäñòâåííûì äîñòóïîì ïîëüçîâàòåëÿ ê ÝÂÌ. Ïîëüçîâàòåëü âåä¸ò äèàëîã ñ ìàøèíîé, ðàáîòàÿ çà ïóëüòîì.  ýòîì ðåæèìå ìàøèííîå âðåìÿ èñïîëüçóåòñÿ íåðàöèîíàëüíî. Òàêîé ðåæèì èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî ïðè íàëàäêå ÝÂÌ.
• Îäíîïðîãðàììíûé ðåæèì ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì âûïîëíåíèåì ïðîãðàìì áåç ó÷àñòèÿ ïîëüçîâàòåëÿ. Âñå ïðîãðàììû ââåäåíû çàðàíåå è âûïîëíÿþòñÿ ïîä óïðàâëåíèåì ÎÑ. Ýòîò ðåæèì íåýôôåêòèâåí, òàê êàê ïðè òàêîì ðåæèìå íå ïîëíîñòüþ èñïîëüçóþòñÿ âîçìîæíîñòè ïàðàëëåëüíîé ðàáîòû îñíîâíûõ óñòðîéñòâ ìàøèíû.

    Ðàçíîâèäíîñòè ìóëüòèïðîãðàììíîãî ðåæèìà:

• Ðåæèì ïàêåòíîé îáðàáîòêè.  òàêîì ðåæèìå âîçìîæíî ðåøåíèÿ íåñêîëüêèõ çàäà÷ íà ÝÂÌ îäíîâðåìåííî. Âñå ïðîãðàììû, èñõîäíûå äàííûå ââîäÿòñÿ çàðàíåå, èç íèõ îáðàçóåòñÿ ïàêò çàäà÷. Âñå çàäà÷è ðåàëèçóþòñÿ áåç âìåøàòåëüñòâà ïîëüçîâàòåëÿ. Ïðè òàêîì ðåæèìå çíà÷èòåëüíî ýêîíîìèòñÿ âðåìÿ íà âûïîëíåíèå íàáîðà çàäà÷.
• Ðåæèì ðàçäåëåíèÿ âðåìåíè. Ýòîò ðåæèì ïîõîæ íà ïðåäûäóùèé, íî âî âðåìÿ âûïîëíåíèÿ ïàêåòà âîçìîæíî âìåøàòåëüñòâî ïîëüçîâàòåëåé. Ðåæèì ðàçäåëåíèÿ âðåìåíè ñî÷åòàåò ýôôåêòèâíîå èñïîëüçîâàíèå âîçìîæíîñòåé ÝÂÌ ñ äà¸ò ïîëüçîâàòåëþ âîçìîæíîñòü èíäèâèäóàëüíîãî ïîëüçîâàíèÿ. Ïðèìåíåíèå òàêîãî ðåæèìà âîçìîæíî òîëüêî, êîãäà ðàáîòà ÝÂÌ ïðîòåêàåò â ðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè.
• Ðåæèì çàïðîñ-îòâåò. Ýòîò ðåæèì ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âèä òåëåîáðàáîòêè, ïðè êîòîðîé â ñîîòâåòñòâèè ñ çàïðîñàìè îò àáîíåíòîâ, ÝÂÌ ïîñûëàåò äàííûå, ñîäåðæàùèåñÿ â Ôàéëàõ äàííûõ. ×èñëî îòâåòîâ îãðàíè÷åíî ¸ìêîñòüþ ïàìÿòè, ñëåäîâàòåëüíî îãðàíè÷åíî è ÷èñëî çàïðîñîâ.
• Äèàëîãîâûé ðåæèì. ýòî íàèáîëåå èñïîëüçóåìûé ðåæèì ðàáîòû ÝÂÌ. Ïðè òàêîì ðåæèìå ïðîèñõîäèò äâóñòîðîííåå âçàèìîäåéñòâèå (äèàëîã) ïîëüçîâàòåëÿ è ÝÂÌ. Äëÿ îñóùåñòâëåíèè ýòîãî ðåæèìà íåîáõîäèìî, ÷òîáû òåõíè÷åñêèå è ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà ìîãëè ðàáîòàòü â ðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè; ÷òîáû àáîíåíòû èìåëè âîçìîæíîñòü ôîðìóëèðîâàòü ñâîè ñîîáùåíèÿ íà âûñîêîì óðîâíå.

    Â ìóëüòèïðîãðàììíûõ ðåæèìàõ ðåàëèçîâàíû äâà âàðèàíòà: ìóëüòèïðîãðàììíûé ðåæèì ñ ôèêñèðîâàííûì è ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì ñîâìåñòíî ðåøàåìûõ çàäà÷. 
 

Ìèêðîïðîöåññîðû è èõ ïðèìåíåíèå. 
 

1.Ýôôåêòèâíîñòü ìèêðîïðîöåññîðîâ. 

    Â 1959 ãîäó ôèðìà Intel (ÑØÀ) ïî çàêàçó ôèðìû Datapoint (ÑØÀ) íà÷àëà

ñîçäàâàòü ìèêðîïðîöåññîðû (ÌÏ). Ïåðâûì ìèêðîïðîöåññîðîì íà ìèðîâîì ðûíêå ñòàë ÌÏ Intel 8008.

    Â ïîñëåäíèå ãîäû ïîÿâèëèñü òàêèå ÌÏ, êîòîðûå ìîãóò ïîëíîñòüþ àâòîìàòèçèðîâàòü ïðîèçâîäñòâî è ìíîãèå ñôåðû îáñëóæèâàíèÿ. Ýòî ìîæåò ïðèâåñòè ê ðîñòó áåçðàáîòèöû.

    ÌÏ - ýòî ýôôåêòèâíûé ñ òåõíîëîãè÷åñêîé è ýêîíîìè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ èíñòðóìåíò äëÿ ïåðåðàáîòêè âîçðàñòàþùèõ ïîòîêîâ èíôîðìàöèè.

    Íîâîå ïîêîëåíèå ÌÏ èä¸ò íà ñìåíó ïðåäûäóùåìó êàæäûå äâà ãîäà è ìîðàëüíî óñòàðåâàåò çà 3-4 ãîäà. ÌÏ âìåñòå ñ äðóãèìè óñòðîéñòâàìè ìèêðîýëåêòðîíèêè ïîçâîëÿþò ñîçäàòü äîâîëüíî ýêîíîìè÷íûå èíôîðìàöèîííûå ñèñòåìû.

    Ïðè÷èíà òàêîé ïîïóëÿðíîñòè ÌÏ ñîñòîèò â òîì, ÷òî ñ èõ ïîÿâëåíèåì îòïàëà íåîáõîäèìîñòü â ñïåöèàëüíûõ ñõåìàõ îáðàáîòêè èíôîðìàöèè, äîñòàòî÷íî çàïðîãðàììèðîâàòü å¸ ôóíêöèþ è ââåñòè â ÏÇÓ ÌÏ. 

Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ÌÏ.

 

    Ñóïåðïðîöåññîð P6:

    Èçãîòîâëÿåòñÿ íà 0,6 ìêì.-òåõíîëîãèè.

    Äîñòîèíñòâà:

2. ×àñòîòû 133-150 Ìãö
3. Âäâîå ïðåâçîéä¸ò ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñóùåñòâóþùèå ìîäåëè, ïîñêîëüêó:

• Èìååò 4 êîíâåéåðà äëÿ ïàðàëëåëüíîé îáðàáîòêè êîìàíä.
• Èíòåãðèðîâàííûå â îäíîì êîðïóñå 2 ìîäóëÿ ÊÝØ-ïàìÿòè ïåðâîãî óðîâíÿ - 32 Êá, âòîðîãî - 256 èëè 512 Êá.
• Ââåäåíà íîâàÿ øèíà, êîòîðîé äî ýòîãî îñíàùàëèñü áîëüøèå ÝÂÌ.
• Â îäíîì êîìïüþòåðå ìîãóò âçàèìîäåéñòâîâàòü äî 4-õ ïðîöåññîðîâ Ð6.
•  Ð6 óñòàíîâëåíû èíòåãðèðîâàííûé è ìàòåìàòè÷åñêèé ñîïðîöåññîðû.

    Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü: 250-300 MFlops, 1000 MFlops - äëÿ êîìïüþòåðîâ ñ   4-ìÿ ïðîöåññîðàìè.

    Çåë¸íûå êîìïüþòåðû:

    Ýðà ýêîëîãè÷åñêè âðåäíûõ íàñòîëüíûõ êîìïüþòåðîâ çàêàí÷èâàåòñÿ! Ëåòîì 1994 ãîäà àäìèíèñòðàöèÿ ÑØÀ çàïðåòèëà ïðåäïðèÿòèÿì ïîêóïàòü íå çåë¸íûå êîìïüþòåðû.

    Çåë¸íûå êîìïüþòåðû õàðàêòåðèçóþòñÿ:

• Îõðàíîé îêðóæàþùåé ñðåäû è çäîðîâüÿ ïîëüçîâàòåëÿ.
• Ïîíèæåííûì óðîâíåì ýëåêòðîìàãíèòíûõ è ðàäèàöèîííûõ èçëó÷åíèé.
• Ïîëíîé óòèëèçàöèåé ñîñòàâíûõ ýëåìåíòîâ êîìïüþòåðà.
• Ïîíèæåííûì ïîòðåáëåíèåì ýëåêòðîýíåðãèè, ïîíèæåííûì òåïëîâûäåëåíèåì. Ýòî ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèå ïðîöåññîðîâ ñ ðàçëè÷íûìè ðåæèìàìè ðàáîòû: íîðìàëüíûé, äðåìëþùèé è ñïÿùèé.

 

2.Ñòðóêòóðà 3-ìàãèñòðàëüíîãî ÌÏ. 

    ÀËÓ - àðèôìåòèêî-ëîãè÷åñêîå óñòðîéñòâî; ÓÓ - óñòðîéñòâî óïðàâëåíèÿ; Ó - óñòðîéñòâî ââîäà-âûâîäà; Ò - òàéìåð; Ð - ðàáî÷èå ðåãèñòðû; ðåãèñòðû: 0 - îïåðàíäîâ, Ê - êîìàíä, À - àäðåñîâ, Ô - ôëàãîâûå, Ñ - ñîñòîÿíèé, ÑÊ - ñ÷¸ò÷èê êîìàíä, ÎÍ - îáùåãî íàçíà÷åíèÿ, ÑÒÅÊ - ñòåêîâûå.

    Ñèãíàëû òð¸õ âèäîâ - èíôîðìàöèîííûå, àäðåñíûå è óïðàâëÿþùèå 0 ìîãóò ïåðåäàâàòüñÿ ïî îäíîé, äâóì èëè òð¸ì øèíàì (ìàãèñòðàëÿì). Øèíû, êàê ïðàâèëî, äâóíàïðàâëåíû, òî åñòü ìîãóò ïåðåäàâàòü èíôîðìàöèþ â îáîèõ íàïðàâëåíèÿõ. 

Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ÌÏ Ñ òðåìÿ ðàçäåëüíûìè

øèíàìè èíôîðìàöèîííûõ (È), àäðåñíûõ (à) è

óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ (Ó) 
 
 
 

   Ìèêðîïðîöåññîð

    È

   

    À 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Ó 

3.Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ÌÏ. 

    Ëåò 30 íàçàä áûëî îêîëî 2000 ðàçëè÷íûõ ñôåð ïðèìåíåíèÿ ÌÏ. Ýòî óïðàâëåíèå ïðîèçâîäñòâîì (16%), íàó÷íûå èññëåäîâàíèÿ, òðàíñïîðò è ñâÿçü (17%), èíôîðìàöèîííî-âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà (12%), âîåííàÿ òåõíèêà (9%), áûòîâàÿ òåõíèêà (3%), îáó÷åíèå (2%), àâèàöèÿ è êîñìîñ (15%), êîììóíàëüíîå è ãîðîäñêîå õîçÿéñòâî, áàíêîâñêèé ó÷¸ò, ìåòðîëîãèÿ, ìåäèöèíà (4%) è äðóãèå îáëàñòè.

    Ñåé÷àñ ðàçâèâàþòñÿ ñëåäóþùèå íàïðàâëåíèÿ àâòîìàòèçàöèè ñ ïðèìåíåíèåì ÌÏ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ:

    - ñòàíêè ñ ×ÏÓ ïëþñ ðîáîò;

    - ñòàíêè ñ ×ÏÓ ïëþñ ðîáîò ïëþñ óñòðîéñòâî àêòèâíîãî êîíòðîëÿ ðàçìåðîâ;

    - ñòàíêè ñ ×ÏÓ ïëþñ ðîáîò ïëþñ ñèñòåìà àâòîìàòè÷åñêîé äèàãíîñòèêè ñ ñàìîâîçâðàòîì. 
 
 

Ìíîãîïðîöåññîðíûå âû÷èñëèòåëüíûå ñèñòåìû, ñåòè, ÝÂÌ V ïîêîëåíèÿ. 
 

1.Ìàãèñòðàëüíàÿ îðãàíèçàöèÿ ïðîöåññîðîâ ÝÂÌ. 

    Ïðè ìàãèñòðàëüíîé îðãàíèçàöèè ïðîöåññîðû ñâÿçûâàþòñÿ â ñèñòåìó òàê, ÷òî âõîäíûå äàííûå îäíîãî èç íèõ ÿâëÿþòñÿ èñõîäíûìè äëÿ äðóãîãî. Ïîëó÷àåìûé ðÿä ïðîöåññîðîâ ïîñëåäîâàòåëüíî îáðàáàòûâàþò îòäåëüíûå ÷àñòè çàäà÷è. Áûñòðîäåéñòâèå ÝÂÌ ñ òàêîé îðãàíèçàöèè ïðîöåññîðîâ ïîðÿäêà       100 ìëí. îïåðàöèé â ñåêóíäó.

Èëëþñòðàöèÿ ïðèíöèïà ìàãèñòðàëüíîé îáðàáîòêè èíôîðìàöèè. 

                                                                                                                                                             

Âõîä

(À,Â) 
 
 
 
 

2.Ìàòðè÷íàÿ ïàðàëëåëüíàÿ îðãàíèçàöèÿ ïðîöåññîðîâ. 

    Ïðè ïàðàëëåëüíîì ïðîöåññå ïðîãðàììà êàæäîé çàäà÷è ðåàëèçóåòñÿ íà îòäåëüíîì ïðîöåññîðå. Çäåñü ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü êàê íåñêîëüêî íåçàâèñèìûõ çàäà÷, òàê îäíó ñëîæíóþ çàäà÷ó. Áûñòðîäåéñòâèå ïðèìåðíî    200 ìëí. îïåðàöèé â ñåêóíäó (“Èëëèàê-4” (ÑØÀ) ñîäåðæèò 64 ïðîöåññîðà).