История развития ЭВМ

Содержание:

 Введение 

 Направления развития  и поколения ЭВМ 

1.Аналоговые вычислительные  машины (АВМ) 

2.Электронные вычислительные  машины (ЭВМ) 

3.Аналого-цифровые  вычислительные машины (АЦВМ)

4.Поколения ЭВМ 

 Единые серии  ЭВМ

1.Отличия ЭВМ  III поколения от прежних 

2.Особенности машин  ЕС ЭВМ 

3.Агрегатный принцип  построения ЭВМ 

4.Интерфейс, селекторный  и мультиплексный каналы 

5.Структура машин  ЕС ЭВМ 

6.Машинные элементы  информации 

7.Система программного  обеспечения 

8.Программная совместимость 

9.Защита памяти 

10.Режимы работы  ЕС ЭВМ 

 Микропроцессоры  и их применение

1.Эффективность  микропроцессоров 

2.Структура 3-магистрального  МП 

3.Области применения  МП 

 Многопроцессорные  вычислительные системы, сети,

 ЭВМ V поколения

1.Магиспральная  организация процессоров ЭВМ 

2.Матричная параллельная  организация процессоров 

3.Мультипроцессорная  организация 

4.Сети связи ЭВМ 

5.Особенности ЭВМ  V поколения 

 Введение. 

 С увеличением  объёма вычислений появился первый  счётный переносной инструмент - “Счёты”.

 В начале 17 века  возникла необходимость в сложных  вычислениях. потребовались счётные  устройства, способные выполнять  большой объём вычислений с  высокой точностью. В 1642 г. французский  математик Паскаль сконструировал  первую механическую счётную  машину - “Паскалину”.

 В 1830 г. английский  учёный Бэбидж предложил идею  первой программируемой вычислительной  машины (“аналитическая машина”). Она  должна была приводиться в  действие силой пара, а программы  кодировались на перфокарты. Реализовать  эту идею не удалось, так  как было не возможно сделать  некоторые детали машины.

 Первый реализовал  идею перфокарт Холлерит. Он изобрёл  машину для обработки результатов  переписи населения. В своей  машине он впервые применил  электричество для расчётов.

 В 1930 г. американский  учёный Буш изобрел дифференциальный  анализатор - первый в мире компьютер.

 Большой толчок  в развитии вычислительной техники  дала вторая мировая война.  Военным понадобился компьютер,  которым стал “Марк-1” - первый  в мире цифровой компьютер,  изобретённый в 1944 г. профессором  Айкнем. В нём использовалось  сочетание электрических сигналов  и механических приводов. Размеры: 15 X 2,5 м., 750000 деталей. Могла перемножить  два 23-х разрядных числа за 4 с.

 В 1946 г. группой  инженеров по заказу военного  ведомства США был создан первый  электронный компьютер - “Эниак”.  Быстродействие: 5000 операций сложения  и 300 операций умножения в секунду.  Размеры: 30 м. в длину, объём  - 85 м3., вес - 30 тонн. Использовалось 18000 эл. ламп.

 Первая машина  с хронимой программой - ”Эдсак”  - была создана в 1949 г., а в  1951 г. создали машину “Юнивак” - первый серийный компьютер с  хронимой программой. В этой машине  впервые была использована магнитная  лента для записи и хранения  информации.

 Направления развития  и поколения ЭВМ. 

1.Аналоговые вычислительные  машины (АВМ). 

 В АВМ все  математические величины представляются  как непрерывные значения каких-либо  физических величин. Главным образом,  в качестве машинной переменной  выступает напряжение электрической  цепи. Их изменения происходят  по тем же законам, что и  изменения заданных функций. В  этих машинах используется метод  математического моделирования  (создаётся модель исследуемого  объекта). Результаты решения выводятся  в виде зависимостей электрических  напряжений в функции времени  на экран осциллографа или  фиксируются измерительными приборами.  Основным назначением АВМ является  решение линейных и дифференцированных  уравнений.

 Достоинства АВМ:

* высокая скорость  решения задач, соизмеримая со  скоростью прохождения электрического  сигнала;

* простота конструкции  АВМ;

* лёгкость подготовки  задачи к решению;

* наглядность протекания  исследуемых процессов, возможность  изменения параметров исследуемых  процессов во время самого  исследования.

 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 отличие от  предыдущих машин 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  микроЭВМ. 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;

* требование специальной  аппаратуры при работе с элементами  реальной аппаратуры. 

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 как в ЭВМ (последовательностью  цифр), а метод решения задач  как в АВМ (метод математического  моделирования). 

4.Поколения ЭВМ. 

 Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. 

 П О К О  Л Е Н И Я Э В М

 ХАРАКТЕРИСТИКИ I II III IV

 Годы применения 1946-1960 1960-1964 1964-1970 1970-1980

 Основной элемент  Эл. лампа Транзистор ИС БИС

 Количество ЭВМ  в мире (шт.) Сотни Тысячи Десятки  тысяч Миллионы

 Размеры ЭВМ  Большие Значительно меньше Мини-ЭВМ  микроЭВМ

 Быстродействие(усл) 1 10 1000 10000

 Носитель информации  Перфокарта, Перфолента Магнитная  лента Диск Гибкий диск 

 Поколения:

I. ЭВМ на эл. лампах, быстродействие порядка 20000 операций  в секунду, для каждой машины  существует свой язык программирования. (“БЭСМ”,”Стрела”).

II. В 1960 г. в  ЭВМ были применены транзисторы,  изобретённые в 1948 г., они были  более надёжны, долговечны, обладали  большой оперативной памятью. 1 транзистор  способен заменить ~40 эл. ламп и работает с большей скоростью. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты. (“Минск-2”,”Урал-14).

III. В 1964 г. появились  первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение.  ИС - это кристалл, площадь которого 10 мм2. 1 ИС способна заменить 1000 транзисторов. 1 кристалл - 30-ти тонный “Эниак”.  Появилась возможность обрабатывать  параллельно несколько программ.

IV. 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. (“Иллиак”,”Эльбрус”).

V. Синтезаторы, звуки,  способность вести диалог, выполнять  команды, подаваемые голосом или  прикосновением.

VI.

 Единые серии  ЭВМ. 

1.Отличия ЭВМ  III поколения от прежних. 

 В ЭВМ III поколения  заметно значительное улучшение  аппаратуры, благодаря использованию  интегральных схем (ИС), что способствовало  уменьшению размеров, потребляемой  энергии, увеличению быстродейсвия,  надежности и т.д. 

* Главным отличием  таких ЭВМ от ЭВМ I и II поколений  является совершенно новая организация  вычислительного процесса.

* ЭВМ III поколения  способны обрабатывать как цифровую, так и алфавитно-цифровую информацию. Возможность оперировать над  текстами открывает большие возможности  для обмена информацией между  человеком и компьютером.

* Так же создание  различных средств ввода-вывода  информации. Ярким примером этому  является способ ввода информации  по средствам обычной телефонной  связи, телетайпа, светового карандаша.  А вывод осуществляется не  только на перфокарты, как это  было раньше, но и непосредственно  на экран монитора, каналы телефонной  связи, принтер (для получения  твёрдых копий).

* В связи с  использованием текста возможность  приблизить вводной язык к  человеческому, сделать его более  доступным широкому кругу пользователей.

* Возможность параллельно  решать на ЭВМ несколько задач.

* ЭВМ III поколения  имеет внешнюю память на магнитных  дисках.

* Широкий круг  применения.

 Типичными представителями  машин III поколения является ЕС  ЭВМ, IBM-360. Они имеют следующие  особенности: использование интегральных  схем, агрегатность, байтное представление  информации, использование двоичной  и десятичной арифметики, представление  чисел в форме с плавающей  и фиксированной точкой, программная  совместимость, надёжность, мультисистемность. 

2.Особенности машин  ЕС ЭВМ. 

 ЕС ЭВМ - это  целое семейство машин, которые  построены на единой элементной  базе, единой конструктивной основе, с единой системой программного  обеспечения, одинаковым набором  периферийного оборудования. Их  разработка началась в 1970 г., а  промышленный выпуск таких машин  начался в 1972 г.

 Все машины  ЕС ЭВМ программно-совместимы  между собой и предназначены  для решения наиболее сложных  и объёмных задач. Эти машины  можно отнести к типу машин  универсальных, мультипрограммных,  с возможностью параллельно обрабатывать  несколько задач.

 Многие модели  имеют единую логическую структуру  и принцип работы. однако различные  модели отличаются друг от  друга быстродействием, конфигурацией,  размером памяти и т.д. 

 Так как система  ЕС ЭВМ постоянно развивается,  постоянно улучшаются все характеристики, то эти машины можно подразделить  на 2 семейства. К первому семейству  моделей (Ряд-1) можно отнести такие  машины, как ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1021, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060. К этому семейству  относятся так же модифицированные  образцы (Ряд-1М): ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-1033, ЕС-1052. Более совершенные машины: ЕС-1015, ЕС-1025, ЕС-1035, ЕС-1045, ЕС-1055, можно объединить  в Ряд-2, а модернизированные (Ряд-2М): ЕС-1036, ЕС-1066 и др.