Архитектура вычислительных систем 01.

Архитектура вычислительных систем 01. Краткая история вычислительной техники

Краткая история вычислительной техники История Поколения ВС Классификация ВС Персональные компьютеры

01. Предыстория ВТ Счетные палочки Счеты, абак «Считающие часы» , 1623 год Логарифмическая линейка Механические устройства …

01. Абак Когда людям надоело вести счёт при помощи загибания пальцев и перекладывания палочек, они изобрели абак (счёты). Количество подсчитываемых предметов соответствовало числу передвинутых костяшек этого инструмента.

01. Счеты Знакомые всем счеты впервые появились на Руси в XVI веке. 1658 г. – в “Переписной книге деловой казны Патриарха Никона 1658 г. ” встречается слово “счоты”, счеты уже изготавливались для продажи в России

01. Логарифмические линейки 1614 год Роберт Биссакар придумал логарифмическую линейку

01. Логарифмические линейки Первая универсальная логарифмическая линейка, была сконструирована в 1779 году выдающимся английским механиком Дж. Уаттом.

01. Механические устройства Машина Шикарда – 1623

01. Механические устройства Паскалина - 1642

01. Механические устройства Вычислитель Лейбница - 1673

01. Механические устройства В 1801 году Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок, в котором вышиваемый узор определялся перфокартами. Серия карт могла быть заменена, и смена узора не требовала изменений в механике станка. Это было важной вехой в истории программирования.

01. Механические устройства Беббидж, разностная машина – 1822 -1840

01. Аналитическая машина Автоматическое выполнение операций. Работа по вводимой «на ходу» программе. Необходимость специального устройства - памяти - для хранения данных.

01. Табулятор Холлерита - 1890

01. Зарождение ЭВМ 1936 год А. Тьюринг и Э. Пост разработали концепцию абстрактной вычислительной машины, чем доказали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации.

01. Первые образцы Цузе — Z 3, была завершена в 1941 году. Она была построена на телефонных реле и работала вполне удовлетворительно. Тем самым, Z 3 стала первым работающим компьютером, управляемым программой. Во многих отношениях Z 3 была подобна современным машинам

01. Первые образцы В 1939 году Джон Винсент Атанасов и Клиффорд Берри из Университета штата Айова разработали Atanasoff-Berry Computer (ABC). Это был первый в мире электронный цифровой компьютер. Конструкция насчитывала более 300 электровакуумных ламп, в качестве памяти использовался вращающийся барабан. Несмотря на то, что машина ABC не была программируемой, она была первой, использующей электронные лампы в сумматоре.

01. Первые образцы 1943 год М. Ньюмен и Т. Флауэрс построили машину Colossus на 1500 электронных ламп.

01. Первые образцы Первой работающей машиной с архитектурой фон Неймана стал манчестерский «Baby» — Small-Scale Experimental Machine (Малая экспериментальная машина), созданный в Манчестерском университете в 1948 году; в 1949 году за ним последовал компьютер Манчестерский Марк I.

01. Первые образцы Джон фон Нейман на фоне компьютера EDVAC

02. Поколения компьютеров I поколение (1945 - 1955) электронно-вакуумные лампы II поколение (1955 - 1965) транзисторы III поколение (1965 - 1980) интегральные микросхемы IV поколение (1980 - …) большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС)

02. I поколение (1945 - 1955) на электронных лампах быстродействие 10 -20 тысяч операций в секунду каждая машина имеет свой язык нет операционных систем ввод и вывод: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты

02. I поколение (1945 - 1955) ENIAC – электронный цифровой интегратор и вычислитель

02. «ЭНИАК» (1946) Разработчики – Дж. Моучли и П. Эккерт Первый компьютер общего назначения на электронных лампах: длина 26 м, вес 35 тонн сложение – 1/5000 сек, деление – 1/300 сек десятичная система счисления 10 -разрядные числа проблема – сложность ввода программ…

02. Советские компьютеры 1951. МЭСМ – малая электронно- счетная машина 6 000 электронных ламп 3 000 операций в секунду двоичная система 1952. БЭСМ – большая электронно-счетная машина 5 000 электронных ламп 10 000 операций в секунду

02. II поколение (1955 - 1965) на полупроводниковых элементах – транзисторах (1948, Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли) быстродействие 10 -200 тыс. операций в секунду первые операционные системы первые языки программирования: Фортран (1957), Алгол (1959) средства хранения информации: магнитные барабаны, магнитные диски

02. II поколение (1955 - 1965) 1953 -1955. IBM 604, IBM 608, IBM 702 1965 -1966. БЭСМ-6 60 000 транзисторов 200 000 диодов 1 млн. операций в секунду память – магнитная лента, магнитный барабан

02. III поколение (1965 -1970) Микросхемы: быстродействие до 1 млн. операций в секунду оперативная памяти – сотни тысяч байт операционные системы – управление памятью, устройствами, временем процессора языки программирования Бэйсик (1965), Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи) совместимость программ

02. Мэйнфреймы IBM 1964. IBM/360 фирмы IBM. большие универсальные компьютеры (мэйнфреймы) кэш-память конвейерная обработка команд операционная система OS/360 1 байт = 8 бит (а не 4 или 6!) разделение времени 1970. IBM/370 1990. IBM/390

02. Компьютеры ЕС ЭВМ 1971. ЕС-1020 20 тыс. операций в секунду память 256 Кб 1977. ЕС-1060 1 млн. операций в секунду память 8 Мб 1984. ЕС-1066 5, 5 млн. операций в секунду память 16 Мб

02. Мини-компьютеры Серия PDP фирмы DEC меньшая цена проще программировать графический экран Система малых машин – СМ ЭВМ (СССР) до 3 млн. операций в секунду память до 5 Мб

02. IV поколение (1970 -1984) компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах (БИС, СБИС) персональные компьютеры появление пользователей-непрофессионалов, необходимость «дружественного» интерфейса быстродействие более 1 млрд. операций в секунду оперативная памяти – до нескольких гигабайт многопроцессорные системы компьютерные сети возможности мультимедиа (графика, анимация, звук)

02. Суперкомпьютеры 1972. «ILLIAC-IV» (США) 20 млн. операций в секунду многопроцессорная система 1976. «Cray-1» (США) 166 млн. операций в секунду память 8 Мб векторные вычисления 1980. «Эльбрус-1» (СССР) 15 млн. операций в секунду память 64 Мб 1985. «Эльбрус-2» (СССР) 8 процессоров 125 млн. операций в секунду память 144 Мб водяное охлаждение

02. Суперкомпьютеры 1985. «Cray-2» 2 млрд. операций в секунду 1989. «Cray-3» 5 млрд. операций в секунду 1995. «GRAPE-4» (Япония) 1692 процессора 1, 08 трлн. операций в секунду 2002. «Earth Simulator» (NEC) 5120 процессоров 36 трлн. операций в секунду 2005. «Blue. Gene/L» (IBM) 131 072 процессора 280 трлн. операций в секунду

02. Микропроцессоры 1971. Микропроцессор Intel 4004 4 -битные данные 2250 транзисторов 60 тыс. операций в секунду. 1974. Микропроцессор Intel 8080 8 -битные данные деление чисел

02. Первый микрокомпьютер 1974. Микрокомпьютер «Альтаир-8800» (Э. Робертс) 1975. Б. Гейтс и П. Аллен написали транслятор языка Бейсик для «Альтаира»

02. Поколения ЭВМ Пятое поколение ЭВМ (1984 г. – наши дни). Создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов); Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; Создание новых технологий в производстве вычислительной техники; Создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

02. Поколения ЭВМ Показатель Поколения ЭВМ Первое Второе Третье Четвертое Пятое 1951 -1954 1958 -I 960 1965 -1966 ? А Б 1976 -1979 1985 -? Элементная Электронные Транзисторы Интегральные Большие ИС Свербольшие. И +Оптоэлектро база лампы схемы (БИС) С ника процессор (ИС) (СБИС) +Криоэлектро а ника Элементная Электронно- Ферритовые БИС СБИС база ОЗУ лучевые сердечники трубки ики Емкость ОЗУ, 102 101 104 105 107 108 (? ) байт Быстродействие 104 106 107 108 109 1012 , процессор +Многопроцесс +Многопроцес а (оп/с) орность сорность Средства связи Пульт Перфокарты Алфавитно- Монохромный Цветной + Устройства пользоват управлен и цифров графическ графичес голосово еля с ЭВМ ия и перфол ой ий кий й связи с перфокар енты термина дисплей, ЭВМ ты л клавиатур а, «мышь» и др.

02. Проблемы и перспективы Проблемы: технические средства приближаются к пределу быстродействию сложность программного обеспечения приводит к снижению надежности Перспективы: квантовые компьютеры эффекты квантовой механики параллельность вычислений 2006 – компьютер из 7 кубит оптические компьютеры ( «замороженный свет» ) биокомпьютеры на основе ДНК химическая реакция с участием ферментов 330 трлн. операций в секунду

03. История ЭВМ в СССР Обоснование принципов построения ЭВМ с хранимой в памяти программой, независимо от Джона фон Неймана, было подготовлено С. А. Лебедевым в октябре-декабре 1948 года. В ноябре 1950 году произведен первый пробный пуск макета малой электронной счетной машины МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) под руководством С. А. Лебедева.

03. История ЭВМ в СССР С. А. Лебедев и МЭСМ

03. История ЭВМ в СССР МЭСМ: наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления; кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам; двоичная система счисления для кодирования чисел и команд; автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы; наличие как арифметических, так и логических операций; иерархический принцип построения памяти; использование численных методов для реализации вычислений.

03. История ЭВМ в СССР 1955 год Под руководством С. А. Лебедева и З. Л. Рабиновича введен в эксплуатацию СЭСМ - первый в Союзе матрично- векторный процессор. 1956 год С. А. Лебедев впервые в СССР выдвинул идею многопроцессорной системы. 1958 год Создание первой и единственной в мире троичной ЭВМ Сетунь, руководитель проекта - Н. П. Брусенцов.

03. История ЭВМ в СССР Создание самых производительных в Европе (на момент ввода в эксплуатацию) быстродействующих вычислительных машин под руководством С. А. Лебедева: 1953 год - БЭСМ, 1958 год - М-20, 1967 год - БЭСМ-6 БЭСМ

03. История ЭВМ в СССР Тактовая частота — 10 МГц 48 -битное машинное слово Быстродействие — около 1 млн операций в секунду Конвейерный центральный процессор (ЦП) с отдельными конвейерами для устройства управления (УУ) и арифметического устройства (АУ). Конвейер позволял совмещать обработку нескольких команд, находящихся на разных стадиях выполнения. 8 -слойная физическая организация памяти Виртуальная адресация памяти и расширяемые регистры страничной приписки. Совмещённое АУ для целой и плавающей арифметики. Кеш на 16 48 -битных слов: 4 чтения данных, 4 чтения команд, 8 — буфер записи Система команд включала в себя 50 24 -битных команд (по две в слове)

03. История ЭВМ в СССР 1969 год В ЭВМ МИР-2 впервые применен дисплей со световым пером, обеспечивающий оперативный вывод, контроль, редактирование информации и отображение на экране промежуточных и окончательных результатов решения задач. Использовалась внешняя память на магнитных картах; язык программирования - Аналитик (расширение языка Алмир). По сути дела, ЭВМ МИР представляла собой персональный компьютер: возможность индивидуальной работы на компьютере без посредников; простота использования, обеспечиваемая путем взаимодействия с машиной в режиме диалога; достаточно высокая надежность.

03. История ЭВМ в СССР 1974 год В. М. Глушковым, В. А. Мясниковым, И. Б. Игнатьевым предложены принципы построения рекурсивной (не неймановской) ЭВМ. М. А. Карцевым реализована первая в мире многоформатная векторная структура ЭВМ. В 70 -е годы М. А. Карцев впервые в мире предложил и реализовал концепцию полностью параллельной вычислительной системы на базе ЭВМ М-10 - с распараллеливанием на всех четырех уровнях: программ, команд, данных и слов. А в 1978 году разработал проект первой в СССР векторно-конвейерной ЭВМ М-13.

03. История ЭВМ в СССР

04. Классификация по размерам Большие ЭВМ (мэйнфрем) Мини-ЭВМ Микро-ЭВМ ПК

04. Классификация по применению

04. Классификация по применению

04. Классификация ЭВМ

05. Персональный компьютер 70 -е годы – микропроцессор!!! 76 г. Первый ПК

05. Персональный компьютер относительно невысокая стоимость; наличие «дружественных» операционной и интерфейсной систем; наличие достаточно развитого и относительно недорогого набора внешних устройств; наличие аппаратных и программных ресурсов общего назначения.

05. Персональный компьютер

05. Персональный компьютер IBM – принцип открытой архитектуры 2 семейства ПК IBM совместимые Apple

05. Компьютеры «Apple» 1976. «Apple-I» С. Возняк и С. Джобс 1977. «Apple-II» - стандарт в школах США в 1980 -х тактовая частота 1 МГц память 48 Кб цветная графика звук встроенный язык Бейсик первые электронные таблицы Visi. Calc

05. Компьютеры «Apple» 1983. «Apple-IIe» память 128 Кб 2 дисковода 5, 25 дюйма с гибкими дисками 1983. «Lisa» первый компьютер, управляемый мышью 1984. «Apple-IIc» портативный компьютер жидкокристаллический дисплей

05. Компьютеры «Apple» 1984. «Macintosh» системный блок и монитор в одном корпусе нет жесткого диска дискеты 3, 5 дюйма 1985. Excel для «Macintosh» 1992. Power. Book 1994. Переход на процессоры Power. PC (Apple, IBM, Motorolla) Power. Mac G 3 (1997) i. Mac (1999) Power. Mac G 4 (1999) Cube (2000)

05. Компьютеры IBM PC 1981. IBM 5150 процессор Intel 8088 частота 4, 77 МГц память 64 Кб гибкие диски 5, 25 дюйма 1983. IBM PC XT память до 640 Кб винчестер 10 Мб 1985. IBM PC AT процессор Intel 80286 частота 8 МГц винчестер 20 Мб

05. Процессоры Intel для IBM 1985. Intel 80386 275 000 транзисторов виртуальная память 1989. Intel 80486 1, 2 млн. транзисторов 1993 -1996. Pentium частоты 50 -200 МГц 1997 -2000. Pentium-II, Celeron 7, 5 млн. транзисторов частоты до 500 МГц 1999 -2001. Pentium-III, Celeron 28 млн. транзисторов частоты до 1 ГГц 2000 -… Pentium 4 42 млн. транзисторов частоты до 3, 4 ГГц

Литература История ЭВМ: Апокин И. А. Майстров Л. Е. – Развитие вычислительной техники Гутер Р. С. Полунов Ю. Л. – От абака до компьютера

Литература Архитектура ЭВМ: Хамахер К. – Организация ЭВМ; Королев Л. Н. – Архитектура ЭВМ; Таненбаум Э. С. – Архитектура компьютера; Горнец Н. Н. – Организация ЭВМ и систем

Литература Устройство ПК: Мюллер С. - Модернизация и ремонт ПК; Бигелоу С. – Устройство и ремонт ПК; Гук М. – Аппаратные средства IBM PC

Литература Ассемблер: Ирвин Кип. – Язык ассемблера для процессоров Intel; Митницкий В. Я. – Архитектура IBM PC и язык ассемблера; Рудаков П. И. Финогенов К. Г. – Язык ассемблера; Голубь Н. И. – Искусство программирования на ассемблере.