Лекция №1 Организация ЭВМ и систем

Организация ЭВМ и систем
Тема: Установочная лекция
Цели и задачи курса
Основная литература
История развития информатики
Классификация ЭВМ
Области применения
Основные модели ПЭВМ

Тематический план курса
«Организация ЭВМ и систем»
Лекция № 1
• Цели и задачи курса
• Основная литература
• История развития информатики
• Классификация ЭВМ
• Области применения
• Основные модели ПЭВМ
Лекция № 2
Тема: Анализ развития процессоров фирмы Intel семейства IA-32
• Инициализация ПЭВМ на базе микропроцессоров IA-32
• Архитектура 16-битных процессоров IA-32 - 8086, 80286: основные регистры,
адресация памяти, режимы работы
• Архитектура 32-битных процессоров IA-32:
- ЦП 80386: основные регистры, режимы работы.
- Страничная и сегментная организация памяти. Многозадачность. Формат
команд
• ЦП 80486 – режим пакетирования
Лекция № 3
Тема: Анализ развития процессоров фирмы Intel семейства IA-32
• Конвейерная обработка данных в процессорах IA-32
• Организация и режимы работы процессоров семейства P6 и Pentium 4
• Многоядерные ЦП

Лекция № 4
Тема: Сопроцессоры
• Взаимодействие ПЭВМ и сопроцессора
• Особенности программирования ПЭВМ с сопроцессором
• Форматы данных, система команд
Лекция № 5
Тема: Системы памяти ЭВМ
• Основные характеристики системы памяти
• Распределение адресного пространства
• Кэш-память
• Типы кэш-памяти
• Особенности обновления информации в кэш-памяти
Лекция № 6
Тема: Новые технологии памяти
• Способы повышения быстродействия DRAM
• Сравнение быстродействия различных типов памяти
• Основные особенности SDRAM. DDR2, DDR3

Лекция № 7
Тема: RISC – процессоры
• Переход от CISC к чертам RISC архитектуры в семействе IA32
• Основные черты RISC – процессоров
• Характеристика современных RISC – процессоров, основные направления
развития
Лекция № 8
Тема: Способы обмена информацией
Обмен с прерываниями
• Структура контроллера прерывания. Каскадирование контроллеров
• Режимы работы контроллера прерываний
• Обмен в режиме прямого доступа к памяти
• Структура контроллера прямого доступа к памяти
Лекция № 9
Тема: Параллельные системы
• Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных
системах
• Основные классы параллельных систем, их характерные особенности

Лекция № 10
Тема: Новые архитектурные решения
• VLIW архитектура
• Особенности IA – 64
• Особенности EPIC
Лекция № 11
Тема: Интерфейсы
• Интерфейс. Основные технические характеристики интерфейсов
• Системные интерфейсы. Типы интерфейсов
• Цифровые интерфейсы ввода/вывода
• Параллельный и последовательный интерфейсы
• Шины расширения ввода/вывода

Лекция № 12
Тема: Интерфейсы
• Интерфейсы накопителей
• Интерфейсы SCSI
• Универсальная последовательная шина - Universal Serial Bus (USB)
• Интерфейс IEEE 1394 – Fire Wire
• Актуальные чипсеты: Intel 945/955 Express и 975X, NVIDIA nForce
680i SLI из новой серии nForce 600i (для процессоров Intel)
Лекция № 13
Тема: Периферийные устройства
• Классификация периферийных устройств
• Состав и характеристика периферийных устройств

Лекция № 14
Тема: Тенденции развития средств вычислительной техники
• Направления развития МП
• Перспективные технологии будущего
• Фотоника
• Нанотехнологии
Лекция № 15
Тема: Квантовый компьютер
• Квантовая информатика: компьютеры, связь, криптография

Балльно-рейтинговая система
Распределение максимального количества баллов
по каждому виду работы
Вид работы Кол-во Максимальный
балл Итого Штрафные санкции
1. Посещение лекций 13 1 13 0 (за непосещение)
2. Посещение лабораторных
занятий 13 1 13 -1 (за непосещение)
3. Выполнение заданий модуля:
а. составление программ и
получение результатов 2 10 20
- 1 балла в неделю за
непредставление задания
в установленный срок
б. решение задач 1 4 4
в. семинар по вопросам 1 10 10
г. выполнение лабораторных
работ, написание отчета и
анализ результатов
5 5 50
д. выполнение компьютерного
теста
2
1
5
5
10
5
-1 балла при получении
оценки ниже 3. В этом
случае выполняется
повторное тестирование
Итого по лабораторным
занятиям: 120
Экзамен: 30

Шкалы перевода баллов в международные буквенные оценки и
их числовые национальные эквиваленты
(в интерпретации автора).
Международные
буквенные оценки
Национальные числовые
эквиваленты буквенных оценок
Россия*Баллы
(США) США EC США Италия ГОС-3 ГОС-2
1 2 3 4 5 6 7
96-100 А 4,0 10 5,0
91-95 А-
A
(отлично) 3,7 10 4,7
5
88-90 В+ В 3,4 9 4,4
84-87 В (оч. хор.) 3,0 9 4,0
81-83 В- С
C
(хорошо)
2,7 8 3,7
4
78-80 С+ 2,4 7 3,4
74-77 С
(хорошо)
2,0 7 3,0
71-73 С- 1,7 6 2,7
68-70 D+
D
(удовл.) 1,3 6 2,3
64-67 D Е 1,0 5 2,0
61-63 D- (посред.) 0,7 5 1,7
3
0-60 F FX, F 0,0 < 5 0,0 2, 1
*) Шкалу значений в графе 6 следует рассматривать как предложение автора.

Шкала перевода баллов
в пятибалльную оценку
Баллы Оценка
109 -120 5 (отлично)
89 - 108 4 (хорошо)
73 - 88 3 (удовлетворительно)
0 - 72 2 (неудовлетворительно)
>=77 зачет

Экзамен
1. Общий вопрос по курсу «Организация
ЭВМ и систем» - 15 баллов
2. Вопрос по архитектуре ЦП х-86 – 5
балла
3. Задачи – 10 баллов

Темы лабораторных работ
Неделя Тема работы Преподаватель
1 №1 «Исследование семантического разрыва в
современных ЭВМ»
Ершова Н.Ю.
2 №1 «Исследование семантического разрыва в
современных ЭВМ»
Ершова Н.Ю.
3 №2 «Методика определения модели
процессора для семейства IA-32»
Ершова Н.Ю.
4 Тест «Архитектура процессоров IA-32» (4.5) Ершова Н.Ю.
5 Тест «Современные процессоры фирмы Intel»
(3.5)
Ершова Н.Ю.
6 №3 Изучение архитектуры ЦП i386:
инициализация, режимы работы и
особенности адресации памяти в реальном
и защищенном режимах, механизм
реализации прерываний и исключений.
Решение задач
Ершова Н.Ю.
7 №3 Семинар по вопросам Ершова Н.Ю.

Темы лабораторных работ
Неделя Тема работы Преподаватель
8 № 4 «Исследование работы подсистемы
памяти ПЭВМ»
Смирнов С.В.
9 № 5 «Исследование работы подсистемы
прерываний ПЭВМ»
10 № 6 «Дисковая подсистема ПЭВМ» (часть 1) Смирнов С.В.
11 № 6 «Дисковая подсистема ПЭВМ» (часть 2) Смирнов С.В.
12 № 7 «Исследование принципов работы
контроллера ПЭВМ»
13 №8 «Исследование принципов работы
манипуляторов»
14 Сдача долгов Смирнов С.В.
Ершова Н.Ю.
15 Зачет Ершова Н.Ю.
Экзамен Ершова Н.Ю.

Литература по курсу
1. Организация ЭВМ и систем: учебное пособие/ Н.Ю.Ершова,
С.А.Кипрушкин, А.В.Соловьев.- Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2008.- 224
с.
2. Виртуальный компьютерный музей. Электронный ресурс. Форма доступа:
http://www.computer-museum.ru/aboutmus/0.htm
3. The Virtual Museum of Computing (VMoC)
(http://museums.wikia.com/wiki/VMoC).
4. http://www.ixbt.com
5. http://www.parallel.ru
6. Электронный учебник «Современные процессоры фирмы Intel»
http://dfe3300.karelia.ru или http://dims.karelia.ru.
7. Современные десктопные процессоры архитектуры x86: общие
принципы работы (x86 CPU digest 2.0) http://www.ixbt.com/cpu/cpu-digest-
2009.shtml
8. Майерс Г. Архитектура современных ЭВМ: В 2-х кн. М.: Мир, 1985.
9. Мячев А. А., Степанов В. Н. Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы
организации: Справочник / Под ред. А. А. Мячева. М.: Радио и связь,
1991. 320 с.
10. Руководство по архитектуре IBM PC AT / Под ред. М. Л. Мархасина.
Минск: Консул, 1993.
11. Богумирский Б. С. Руководство пользователя ПЭВМ. СП.: Печатный
двор, 1994.

Рош Л. Уинн. Библия по техническому обеспечению Уинна
Роша / Пер. с англ. Минск: Динамо, 1992.
Рош Л. Уинн. Библия по модернизации персонального
компьютера. Минск: ИПП " Тивали-Стиль", 1995.
Морс С. П., Алберт Д. Д. Архитектура микропроцессора
80286 / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990. 304 с.
Левкин Г. Н., Левкина В. Е. Введение в схемотехнику
ПЭВМ IBM PC/AT. МПИ. М., 1991.
Орловский Г. В. Введение в архитектуру МП 80386. СПб:
Сеанс-Пресс, Центр инфотехнологии Инфокон, 1992. 240
с.
Смит В. Э., Джонсон М. Т. Архитектура и
программирование МП Intel 80386: Пер. с англ. / СП
"Конкорд". М, 1992. 322 с.
Бродин В. Б., Шагурин И. И. Микропроцессор i486.
Архитектура, программирование, интерфейс. М.: Диалог-
МИФИ, 1993. 240 с.

Григорьев В. Л. Микропроцессор 80486.
Куприянов М. С., Петров Г. А., Пузанков Д. В. Процессор
Pentium: Архитектура и программирование. СПб, 1995.277
с.
Фролов А. В., Фролов Г. В. Аппаратное обеспечение IBM
PC. М.: Диалог-МИФИ, 1992.
Степаненко О. Техническое обслуживание и ремонт IBM
PC. Киев, Диалектика, 1994.
Микропроцессорные системы: учебное пособие для
вузов/под общей ред.Д.В.Пузанкова. – СПб.:Политехника,
2002. – 935 с.

1642 г. - Блез Паскаль демонстрирует в Люксембургском
дворце машину, которая могла складывать и вычитать.
1673 г. - немецкий математик и философ Г.Лейбниц
представил в Парижской академии вычислитель,
выполняющий все 4 арифметических действия.
1812 - 1823 г.г. - Проф. Кембриджского университета
Чарльз Беббидж построил разностную машину, а в 1835 году
он представил проект аналитической машины (прообраз
ПК): склад, мельница, управляющий.
Данная машина все же увидела свет — появилась она
спустя 140 лет и была выполнена в точности по чертежам
Бэббиджа сотрудниками музея Науки в Лондоне. Эта огромная
машина (3,4 х 2,1 х 0,5 м) состояла из более чем четырех тысяч
частей, изготовленных из бронзы и стали. Машина производила
вычисления до 31-й значащей цифры, однако, чтобы получить
один результат, приходилось производить тысячи оборотов
рукоятки, приводящей трехтонный механизм в движение.
Первая программа была написана для машины Чарльза
Бэббиджа в 1842 году Адой Лавлейс — дочерью лорда
Байрона.

1880 г. – Г.Холлерит сконструировал
электромеханический перфокарточный табулятор,
который использовался при переписи населения в США и
в России.
А в 1896 году Герман Холлерит основал фирму
Tabulating Machine Company (будущую IBM).
1911 г. – механик А.Н. Крылов построил уникальный
аналоговый решатель дифференциальных уравнений.
1918 г. – М.А. Бонч-Бруевич изобрел триггер.
1919 г. – академик Н.Н.Павловский создал аналоговую
вычислительную машину.
1928 г. – основана фирма Motorola для производства
электронных узлов вычислителей.
1936 г. – английский математик А.Тьюринг
опубликовал доказательство того, что любой алгоритм
может быть реализован с помощью дискретного
автомата.

1939 г. – американский инженер Дж.Стибниц создал
релейную машину BELL.
1939 г. – У. Хьюлетт и Д.Паккард основали компанию
для производства компонентов первых вычислителей.
1946 г. – Дж.фон Нейман и Гольдстейн
опубликовали статью «Предварительное обсуждение
логической конструкции ЭВМ».
1947 г. - Шокли и др. изобрели транзистор.
В 1956 г. Шокли, Бардин и Браттейн были
удостоены Нобелевской премии по физике «за
исследования полупроводников и открытие
транзисторного эффекта». На церемонии презентации
Э.Г. Рудберг, член Шведской королевской академии наук,
назвал их достижение «образцом предвидения,
остроумия и настойчивости в достижении цели».

1948 г. – в Массачусетском университете был
построен первый компьютер с памятью EDVAC.
1949 г. - Морис Уилкс построил компьютер EDSAC в
соответствии с принципами фон Неймана.
1957 г. – Б. Нойс и Г. Мур открыли первую в мире
компанию по производству полупроводниковых приборов,
спустя 10 лет ими была создана фирма «Intel Corporation».
1971 г. – сотрудник фирмы Intel Д. Хофф создает
первый микропроцессор i4004.
1975 г. – рождение корпорации «Microsoft Corporation».
1977 г. – Стефен Возняк и Стивен Джобс собирают
первый настольный компьютер «Apple».
1981 г. – IBM представляет свой первый
персональный компьютер IBM PC.
1983 г. – рождается Internet.

1457 Изобретение книгопечатного станка Иоганн Гутенберг
1642 Первая цифровая вычислительная машина Блез Паскаль
1801 Первая перфокарта для управления станком Джозеф Джаккарт
1830 Первый программируемый компьютер Чарльз Бэббидж
1842 Первая программа для счетной машины Ада Лавлейс
1876 Изобретение телефона Александр Белл
1927 Первый аналоговый компьютер MIT
1939 Первый ламповый компьютер Джон Атанасофф
1940 Передача данных между двумя Джордж Стибиц
компьютерами (Bell Labs/AT&T)
1945 Магнитная цифровая запись IBM
1947 Изобретение транзистора Уильям Бедфорд
Шокли (Bell Labs/AT&T)
1958 Первая интегральная схема Джек Килби (Texas Instruments)
1964 Первая локальная сеть Ливерморская лаборатория, США
1969 Изобретение микропроцессора Тед Хофф (Intel)
1974 Первый микрокомпьютер Лес Солмен
1981 Первый персональный компьютер IBM
Таблица 1. Наиболее значимые открытия тысячелетия,
определившие развитие информатики

История развития
информатики в СССР
В конце 1948 г. 12 научных сотрудников и 15 техников
под руководством Лебедева начали работу над малой
электронно-счетной машиной (МЭСМ). Машина была
собрана за два года. В 1956 г. доклад Лебедева на
конференции в г.Дармштадте произвел настоящий фурор.
БЭСМ (8 тыс.оп./с) была признана лучшей ЭВМ в Европе.
С 1958 г. начался промышленный выпуск ЭВМ в
СССР.
1959 г. – ЭВМ М -20 (20 тыс. оп./с)
1967 г. – БЭСМ -6 (1 млн.оп./с). Было выпущено 350
машин со сроком эксплуатации – 25 лет. Последние БЭСМ
были демонтированы в середине 90-х г.
30 декабря 1967 вышло постановление Совмина СССР
о разработке ЕС ЭВМ.
1979 г. – «Эльбрус - 1» 10 ЦП на БИС с общей памятью
(1.5 – 10 млн.оп./с)
1985 г. – «Эльбрус -2» более 100 млн.оп./с
1991 г. – «Эльбрус -3» для 16 ЦП - 1 млрд.оп./с

Основные из традиционных
принципов построения ЭВМ,
сформулированные фон Нейманом:
 наличие единого вычислительного устройства,
включающего процессор, средства передачи информации
и память;
 линейная структура адресации памяти, состоящей из
слов фиксированной длины;
 двоичная система исчисления;
 централизованное последовательное управление;
 хранимая программа;
 низкий уровень машинного языка;
 наличие команд условной и безусловной передачи
управления;
 АЛУ с представлением чисел в форме с плавающей
точкой.

Другие принципы построения ЭВМ
Дж.Деннис в 1967г. сформулировал принципы
построения потоковых ЭВМ – должны
выполняться все команды, для которых есть
данные, независимо от их места в программе;
управление вычислительным процессом
переходит от программы к данным.
В 1971-74 г.г. исследованы принципы
создания машин, управляемых заданиями, в
которых выполнение операций определяется
потребностью в результате и единообразно
хранятся любые объекты: данные, программы,
файлы, массивы – редукционные ЭВМ.

Архитектура ЭВМ
Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность
общих принципов организации аппаратно-программных
средств и их характеристик, определяющая
функциональные возможности ЭВМ при решении
соответствующих классов задач.
Архитектура ЭВМ
Вычислительные и
логические
возможности
Аппаратные
средства
Программное
обеспечение
Компоненты архитектуры
Система команд
Форматы данных
Быстродействие
Структура ЭВМ
Организация памяти
Организация
ввода/вывода
Принципы управления
Операционная
система
Языки
программирования
Прикладное ПО

Основные характеристики
вычислительной техники
 Быстродействие ЭВМ
 Емкость, или объем памяти
 Точность вычислений
 Система команд
 Стоимость ЭВМ
К концу XX века компьютерный рынок, включая
программное обеспечение и услуги, во всем мире
составил примерно 850 млрд. долларов.
 Надежность ЭВМ

Классификация ЭВМ
Компьютеры могут быть классифицированы по
ряду признаков, в частности:
 по принципу действия,
 назначению,
 способам организации вычислительного
процесса, размерам и вычислительной
мощности,
 функциональным возможностям,
 способности к параллельному выполнению
программ и др.

По назначению ЭВМ можно разделить на три
группы:
 универсальные (общего назначения);
 проблемно-ориентированные;
 специализированные.
По принципу действия:
 аналоговые вычислительные машины
(АВМ);
 цифровые вычислительные машины
(ЦВМ);
 гибридные вычислительные машины
(ГВМ).

По размерам, вычислительной мощности и
функциональным возможностям
1. Большие ЭВМ – mainframe (IBM 360/370, ЕС
ЭВМ, IBM ES/9000 ( Enterprise System), включает
более 18 моделей, реализованных на основе
архитектуры IBM390 ).
Основные направления использования — это решение
научно-технических задач, работа с большими БД,
управление вычислительными сетями и их ресурсами в
качестве серверов.
2. Супер ЭВМ (Cray J90, Convex C38XX, IBM SP2,
SGI POWER CHALLENGE, системы MPP,
Электроника СС-100, Эльбрус -3).
Это мощные многопроцессорные ЭВМ с
быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов
операций в секунду.

3. Мини ЭВМ (PDP-11 (programm driven
processor -программно-управляемый
процессор), VAX, СМ ЭВМ).
Мини-ЭВМ ориентированы на использование в
качестве управляющих вычислительных
комплексов, в системах несложного
моделирования, в АСУП, для управления
технологическими процессами.
4. Микро ЭВМ
 АРМ;
 Встроенные;
 ПЭВМ (ПК).

ПК должен иметь характеристики, удовлетворяющие
требованиям общедоступности и универсальности:
 малую стоимость;
 автономность эксплуатации ;
 гибкость архитектуры, дающую возможность
адаптироваться в сфере образования, науки,
управления, в быту;
 дружественность операционной системы;
 высокую надежность (более 5000 часов наработки
на отказ).
По конструктивным особенностям выделяют ПК:
 стационарные (настольные);
 переносимые:
 портативные;
 блокноты;
 карманные;
 электронные секретари;
 электронные записные книжки.

Основные модели ПЭВМ
1. ЭВМ ф.IBM и их аналоги. Характерен принцип
открытости архитектуры . PC и PS/2 – семейства.
1. Apple (собираются на базе микропроцессоров
фирмы Motorola)
Apple Macintosh (операционная система Mac
OS X)
Замкнутость архитектуры.
3. ЭВМ независимых фирм производителей.

Классификация ЭВМ по Флинну
(1972 г.)
В основу положено описание работы
компьютера с потоками команд и данных.
В классификации Флинна имеется четыре класса
архитектур:
1. SISD (Single Instruction Stream — Single Data
Stream) — один поток команд и один поток
данных.

2. SIMD (Single Instruction Stream — Multiple Data
Stream) — один поток команд и несколько
потоков данных.
3. MISD (Multiple Instruction Stream — Single Data
Stream) — несколько потоков команд и один
поток данных.

4. MIMD (Multiple Instruction Stream — Multiple Data
Stream) — несколько потоков команд и
несколько потоков данных.

Классификация ЭВМ по поколениям
1 2 3 4 5 6
Характерист
ики
1950-1955 гг. 1955-1964гг. 1964-1977гг. 1977-1991
гг.
1991 – 1995
гг.
С 1995 г.
Элементная
база ЦП
Электронные
лампы
Транзисторы полупроводни
ковые
интегральные
схемы (сотни
– тысячи
транзисторов
в одном
корпусе)
БИС и
СБИС-
микропроце
ссоры
(десятки
тысяч-
миллионы
транзисторо
в в одном
кристалле)
СБИС,
микропроцесс
оры с
параллельно-
векторной
структурой +
опто- и крио-
электроника
сеть
большого
числа
(десятки
тысяч) МП,
моделирующи
х архитектуру
нейронных
биологически
х систем
Элементная
база ОЗУ
Электронно -
лучевые
трубки
Ферритовые
сердечники
Ферритовые
сердечники
БИС
СБИС
СБИС
Max емкость
ОП в байтах
102 103 104 105
107
108
Max
быстродейст
вие ЦП в ОС
104 106 107 108
109 +
многопроц.
1012 +
многопроц

1 2 3 4 5 6
Языки програм-
мирования
Машинный
код
+ассемблер +процедур
ные языки
высокого
уровня
(ЯВУ)
+ новые +
непроцедурные
ЯВУ
+ новые непро
цедурные ЯВУ
6. Средства
связи
пользователя с
ЭВМ
Пульт
управления,
перфокарты
Перфокарт
ы,
перфолент
ы
Алфавитно
-цифровой
терминал
Цветной
графич.
дисплей, кла
виатура, мышь
и т.д.
+ голосовая
связь
7. Зарубежные
ЭВМ
ENIAC,
ENIGMA,
EDVAC,
EDSAC,
UNIVAC
(США), Mark I
(Великобрит.)
NEC - 1101
(Япония),
IBM - 709
(США),
PDP-8
IBM PC
AT/XT
(США),
Macintosh
(Apple,
США), IBM
– 360, MSX
Yamaha
(Япония)
ПЭВМ:
«Альтаир»
IBM PC AT
(XT)
APPLE
Macintosh,
MSX Yamaha
(Япония)
8. Советские
ЭВМ
МЭСМ (Киев),
Урал-1
БЭСМ-2, М-
20, Наири,
Раздал,
Минск
БЭСМ-6,
ЕС-1010,
ЕС-1060,
ДВК “Искра”
(СССР) ,
СуперЭВМ
«Эльбрус»

Сегрегация ПЭВМ
по целевому признаку
1. Consumer PC (потребительский, массовый)
для малых и домашних офисов.
2. Office PC (модернизируемый BIOS и сетевая
карта).
3. Mobile PC (портативный).
4. Workstation PC (рабочие станции).
5. Entertainment PC (игровой мультимедийный
развлекательный центр).

Вычислительные системы
Термин вычислительная система появился в начале -
середине 60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения.
Под вычислительной системой (ВС) будем
понимать совокупность взаимосвязанных и
взаимодействующих процессоров или ЭВМ,
периферийного оборудования и программного
обеспечения, предназначенную для
подготовки и решения задач пользователей.

Классификация
вычислительных систем
Классификационный
признак
Делятся на:
по назначению универсальные и
специализированные
по типу ВС многомашинные и
многопроцессорные
по типу ЭВМ или
процессоров
однородные и неоднородные
по степени
территориальной
разобщенности
совмещенного (сосредоточенного)
и распределенного
(разобщенного) типов
по методам управления
элементами ВС
централизованные,
децентрализованные и со
смешанным управлением

Классификация
вычислительных систем
Классификационный
признак
Делятся на:
по принципу закрепления
вычислительных функций
за отдельными ЭВМ
системы с жестким и
плавающим закреплением
функций
по режиму работы работающие в оперативном и
неоперативном временных
режимах

Области применения ЭВМ
Сегодня уже невозможно назвать все сферы
применения компьютера и даже точно определить
область его назначения. По всей видимости, наиболее
остроумным определением является такое:
“Компьютер есть средство решения тех
задач, которые человек в состоянии ему
поручить на данном уровне развития
техники”.

Для самостоятельного изучения

1 поколение ЭВМ
В 1946 г. была опубликована идея использования
двоичной арифметики (Джон фон Нейман, А.Бернс) и
принципа хранимой программы, активно
использующиеся в ЭВМ 1 поколения.
ЭВМ отличались большими габаритами, большим
потреблением энергии, малым быстродействием,
низкой надежностью, программированием в кодах.
Дополнительные черты:
 устройства ввода-вывода: бумажная перфолента,
перфокарты, магнитная лента, и печатающие устройства;
 внешняя память: магнитный барабан, перфоленты,
перфокарты;
 пультовая работа программиста;
 программирование в машинных кодах.

ENIAC(Electronic Numerical Integrator and calculator)
Эта первая универсальная машина разработана в 1940
г. в Пенсильванском университете, закончена к 1946 г.
Назначение: для военных баллистических расчетов,
однако после завершения активно использовалась в
научных целях.
Руководители проекта: Джон Моучли, инженер
Дж.Эккерт
Занимала комнату 10*15 кв.м, 18000 эл. ламп, 1500
реле, мощность 150 Квт. За секунду выполняла 5000
сложений или 300 умножений.
МЭСМ (Малая Электронно - Счетная Машина )
МЭСМ- 1947-51гг., Киев, руководитель проекта -
академик Сергей Алексеевич Лебедев. Работала с 20-ти
разрядными числами, со скоростью 50 операций в секунду.
Объем памяти - 100 ячеек. Превосходила по своим
характеристикам многие зарубежные образцы.

Задачи решались в основном
вычислительного характера, содержащие
сложные расчеты, необходимые для прогноза
погоды, решения задач атомной энергетики,
управления летательной техникой и других
стратегических задач.

1 июля 1948 г. Bell Telefon Laboratory объявила о
создании первого транзистора (первая демонстрация
была еще раньше — в 1947 г). Его разработали
американские физики У. Браттейн, Бардин, У. Шокли.
По сравнению с ЭВМ предыдущего поколения
улучшились все технические характеристики. Для
программирования используются алгоритмические
языки, предприняты первые попытки автоматического
программирования.
 Внешняя память: магнитный барабан, перфоленты,
перфокарты
 Пультовая или пакетная работа программиста
 Появление мониторов и первых операционных систем
 Программирование в машинных кодах и на первых
языках программирования (FORTRAN, ALGOL).

3-е поколение ЭВМ
Особенностью ЭВМ 3 поколения считается
применение в их конструкции интегральных схем, а в
управлении работой компьютера — операционных
систем. Появились возможности
мультипрограммирования, управления памятью,
устройствами ввода-вывода. Восстановление после
сбоев взяла на себя операционная система.
 мощные операционные системы;
 развитые системы программного обеспечения для
числовых и текстовых приложений;
 возможность ограниченного диалога с
программистом;
 возможность удаленного, коллективного доступа.

IBM SYSTEM 360(IBM CORP) — знаменитое семейство
машин, программно совместимых снизу вверх. Машины
примерно одинаковой архитектуры, но самых разных
рабочих и стоимостных характеристик. До конца 70-х годов
этот этап связывается с распространением ЭВМ серии
IBM/360. Проблема этого этапа — отставание
программного обеспечения от уровня развития аппаратных
средств.
ЭВМ ЕС (Единой серии), выпускаемые бывшими
странами СЭВ, семейство малых машин СМ ЭВМ.
С середины 60-х до середины 70-х годов важным
видом информационных услуг стали базы данных,
содержащие разные виды информации по всевозможным
отраслям знаний.
Впервые возникает информационная технология
поддержки принятия решений. Это совсем новый способ
взаимодействия человека и компьютера.

4-е поколение ЭВМ
Основные черты этого поколения ЭВМ — наличие
запоминающих устройств, запуск ЭВМ с помощью
системы самозагрузки из ПЗУ, разнообразие
архитектур, мощные ОС, объединение ЭВМ в сети.
Начиная с середины 70-х годов с созданием
национальных и глобальных сетей передачи данных
ведущим видом информационных услуг стал диалоговый
поиск информации в удаленных от пользователя базах
данных.

ЭВМ со многими десятками параллельно
работающих процессоров, позволяющих строить
эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на
сверхсложных микропроцессорах с параллельной
векторной структурой, одновременно выполняющих
десятки последовательных команд программы.
Оптоэлектронные ЭВМ с массовым
параллелизмом и нейронной структурой — с сетью из
большого числа (десятки тысяч) несложных
микропроцессоров, моделирующих структуру нейронных
биологических систем.

Термин вычислительная система появился в начале -
середине 60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения. Он не
имеет единого толкования в литературе, его иногда даже
используют применительно к однопроцессорным ЭВМ.
Однако общим здесь является подчеркивание
возможности построения параллельных ветвей в
вычислениях, что не предусматривалось классической
структурой ЭВМ.
Под вычислительной системой (ВС) будем
понимать совокупность взаимосвязанных и
взаимодействующих процессоров или ЭВМ,
периферийного оборудования и программного
обеспечения, предназначенную для подготовки и
решения задач пользователей.

Отличительной особенностью ВС по отношению к
ЭВМ является наличие в них нескольких
вычислителей, реализующих параллельную
обработку. Создание ВС преследует следующие
основные цели:
 повышение производительности системы за счет
ускорения процессов обработки данных,
 повышение надежности и достоверности вычислений,
 предоставление пользователям дополнительных
сервисных услуг и т.д.
Параллелизм в вычислениях в значительной степени
усложняет управление вычислительным процессом,
использование технических и программных ресурсов. Эти
функции выполняет операционная система ВС.

Основные принципы построения, закладываемые при
создании ВС:
 возможность работы в разных режимах;
 модульность структуры технических и программных
средств, что позволяет совершенствовать и
модернизировать вычислительные системы без коренных
их переделок;
 унификация и стандартизация технических и
программных решений;
 иерархия в организации управления процессами;
 способность систем к адаптации, самонастройке и
самоорганизации;
 обеспечение необходимым сервисом пользователей
при выполнении вычислений.

Наибольший интерес у исследователей всех рангов
(проектировщиков, аналитиков и пользователей) вызывают
структурные признаки ВС. Структура ВС - это
совокупность комплексируемых элементов и их
связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные
ЭВМ и процессоры.
От того, насколько структура ВС соответствует
структуре решаемых на этой системе задач, зависит
эффективность применения ЭВМ в целом. Структурные
признаки, в свою очередь, отличаются многообразием:
топология управляющих и информационных связей
между элементами системы, способность системы к
перестройке и перераспределению функций, иерархия
уровней взаимодействия элементов. В наибольшей
степени структурные характеристики определяются
архитектурой системы.

Вопросы для самоконтроля
1. Наиболее значимые открытия, определившие
развитие информатики.
2. Сформулируйте традиционные принципы построения
ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ Вы знаете?
3. Основные характеристики вычислительной техники.
4. Классификация ЭВМ. По какому признаку выделяют
поколения ЭВМ? К какому поколению относятся первые
миниЭВМ? Какие существуют типы ЭВМ с точки зрения
взаимодействия команд и данных?
5. Классификация вычислительных систем.

Лекция №1 Организация ЭВМ и систем

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Similar to Лекция №1 Организация ЭВМ и систем

Similar to Лекция №1 Организация ЭВМ и систем (20)

Лекция №1 Организация ЭВМ и систем