Классификация и тенденции развития ЭВМ

Содержание

 

Введение                                                                                            2

Глава 1. Исторические аспекты  создания и развития ЭВМ           3

1. Формирование основ ЭВМ                                                    3-4
2. Создание первых компьютеров                                             4-6

Глава 2. Классификация ЭВМ                                                         7

2.1. Классификация ЭВМ по принципу  действия                           7-8    

2.2. Классификация ЭВМ по этапам создания                               8-9  

2.3. Классификация ЭВМ  по назначению                                      9-11      

2.4. Классификация ЭВМ  по размерам и функц. возможностям   11-21

Глава 3. Тенденции развития ЭВМ                                                  22

3.1. Разработка шестого  поколения ЭВМ                                      22-24

3.2. Вычислительные сети                                                               24-26

Заключение                                                                                      27-28

Список литературы                                                                         29-30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

ЭВМ – одно из величайших изобретений середины XX века, изменивших нашу жизнь во многих ее проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один из основных рычагов, обеспечивающих развитие и достижение научно-технического прогресса.

Новый инструмент – ЭВМ – служит человеку еще только половину века. С расширением области применения средств вычислительной техники о грядущих и предстоящих переменах говорят как о «начале революционных преобразований» или «наступлении новой технической революции». Жизнь показывает, что это не пустые слова. Эти выражения абсолютно точно характеризуют начало компьютерной эры.

Большинство потенциальных пользователей ЭВМ считают компьютеры математическими машинами, предназначенными для решения вычислительных задач. В действительности же компьютеры представляют собой языковые машины: основа их силы заключена в способности манипулировать лингвистическими знаками – символами, которым приписан некоторый смысл. Постепенное освоение логических задач позволило применить ЭВМ в отраслях, далеких от математики. И это очень важно хотя бы потому, что численность вычисления в сфере человеческой деятельности занимают не более 30%.

Трудно отрицать некоторую вероятность  разумного поведения компьютеров. Во всяком случае, ученые всего мира пытаются преодолеть трудности осмысления и создания архитектуры ЭВМ, которая определяет интеллект, пытаются создать системы, обладающие разумным поведением. Однако как бы ни была умна ЭВМ, она всегда будет инструментом, предназначенным для роста производительности труда людей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1

Исторические аспекты  создания и развития ЭВМ

 

1.1. Формирование основ ЭВМ

Научные основы динамики, а с ней  и всей механики были заложены в  XVII веке. При этом большой вклад внес немецкий ученый Г. В. Лейбниц. Основным его открытием стала двоичная арифметика. Лейбниц предложил также арифметизацию логики. Однако центральной фигурой «алгебраического этапа» логики был Джордж Буль. Он сформировал в алгебраическом виде законы мышления и показал, что его алгебра, имея дело с суждениями, оперирует только двумя понятиями: «истинно» и «ложно», для двоичной системы счисления это 1 и 0.

Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислительной машины определил в 1834 г. английский математик и экономист Ч. Бэббидж  в своем неосуществленном проекте  аналитической машины. Проект содержал более 200 чертежей различных узлов. Необходимо особо отметить такие составные части, как хранилище для чисел (в современном понятии – память), устройство для производства арифметических действий над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой»), устройство, управляющее операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое (Бэббидж не дал названия этой части, теперь это устройство управления), устройство для ввода и вывода чисел. Также им была составлена первая программа для решения систем двух линейных уравнений и для вычисления чисел Бернулли.

После Бэббиджа значительный вклад  в технику автоматизации обработки  информации внес американский изобретатель Г. Голлерит. Голлерит является основоположником счетно-перфорационной техники, он впервые построил ручной перфоратор, который был использован для нанесения цифровых данных на перфокарты (на карте пробивались отверстия), и ввел механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от этих пробивок. Им построена суммирующая машина, названная табулятором, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала эти числа.

Испанский инженер и изобретатель Л. Торрес де Кеведо также известен своими работами по созданию аналитической машины. Им впервые предпринята попытка представления чисел в форме с «плавающей запятой».

 

 

1.2. Создание первых компьютеров 

Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий ученый К. Цузе. В 1936 г. он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система исчисления, форма представления чисел с плавающей запятой, трехадресная система программирования и перфокарты. Условный переход при программировании не был предусмотрен. Затем в качестве элементной базы Цузе выбирает реле, которые  к тому времени давно применялись в различных областях техники.

В 1938 г. Цузе изготовил модель машины Z1 на 16 слов, в следующем году – модель Z2, и еще через 2 года он построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением «модель Z3». Это был релейный двоичный компьютер, имеющий память на 64 22-разрядных числа с плавающей запятой: 7 разрядов для порядка и 15 разрядов для мантиссы. В арифметическом блоке использовалась параллельная арифметика. Команда включала операционную и адресную части. Ввод данных осуществлялся с помощью десятичной клавиатуры. Предусмотрен цифровой вывод, а также автоматическое преобразование десятичных чисел  в двоичные и обратно. Время сложения в модели Z3 – 0,3 с, умножение 4,5 с.

Независимо от Цузе построением  релейных автоматических вычислительных машин занимались в США  Д. Штибитц и Г.Айкен.

Д. Штибитц, работавший в фирме BELL, собрал на телефонных реле первые суммирующие схемы. В 1940 г. вместе с С.Уильямсом Штибитц построил специализированный релейный компьютер «BELL – модель 1». Последующие годы были созданы еще 4 модели этой машины. Последняя из них была разработана в 1946 г. – это был компьютер общего назначения, который содержал 9000 реле, занимал площадь 90 м² и весил 10 тонн. Сложение на этой машине выполнялось за 0,3 с, умножение – за 1 с. Для ввода данных использовалась перфолента, для вывода – стандартное телетайпное оборудование.

Другую идею релейного компьютера выдвинул в 1937 г. аспирант Гарвардского университета Г. Айкен. Его машина была создана из деталей фирмы IBM . Она работала с 23-значными    десятичными  числами, выполняла операцию сложения за 0,3 с и операцию умножения за 3 с. Машина не имела операции условного перехода, это было ее недостатком, но свою жизнеспособность она доказала в течение 15 лет непрерывной работы.

Электронные лампы при создании вычислительной машины впервые были применены американским профессором  физики и математики Д. Атанасовым. Вместе с К. Берри он создал работающую настольную модель, после отработки которой они приступили к постройке опытного образца, способного решать систему уравнений с 29 неизвестными.

В 1942 г. профессор Д. Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений», который положил начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC. Новая машина имела «впечатляющие» параметры: 18000 электронных ламп занимало помещение 9*15 м2 весило 30 тонн и потребляло 150 кВт. ENIAC  работала с тактовой частотой 100 кГц и выполняла операцию сложения за 0,2 мс, а умножение – 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины.

Долгое время ENIAC считался первым действующим электронным компьютером. Однако в 1975 г. в Великобритании был создан компьютер «Колосс», который можно отнести к компьютерам специального назначения с ограниченной формой операции условного перехода. Количество электронных ламп, используемых в «Колоссе», достигало 2000, машина работала параллельным методом с частотой 5000 импульсов в секунду. В ней применен быстрый ввод с перфолент, память на электронных регистрах, вывод на печатающее устройство. Однако программирование было внешним, этот компьютер так же, как и ENIAC, не хранил в памяти программ.

В 1945 г. в Великобритании была создана Национальная математическая лаборатория, впервые реализовавшая в своих разработках идею хранимой памяти. В созданной в этой лаборатории машине в качестве оперативного запоминающего устройства была использована трубка Вильямса, применение которой позволяло осуществлять произвольную выборку хранимых данных вместо последовательной выборки при использовании ртутных линий задержки, применявшихся в первых серийных ЭВМ первого поколения. Также была создана машина EDSAC. Вскоре в США были выпущены машины BINAC и SEAC, работающие с тактовой частотой 1 МГц и 4 МГц соответственно.

В эти же годы в Киеве создавалась  МЭСМ – первая советская ЭВМ. МЭСМ работала в двоичной системе, с трехадресной системой команд, причем программа  вычислений хранилась в запоминающем устройстве оперативного типа. Эта машина с параллельной обработкой слов представляла собой принципиально новое решение. Она была одной из первых в мире ЭВМ с хранимой в памяти программой.

 

 

Глава 2

Классификация ЭВМ

 

2.1. Классификация ЭВМ по принципу действия

Электронная вычислительная машина, компьютер – комплекс технических  средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса (рис. 1): аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).

 

Рис. 1. Классификация вычислительных машин по принципу действия

 

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (рис.2).

 

Рис. 2. Две формы представления информации в машинах: а – аналоговая; б – цифровая импульсная

 

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного  действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Аналоговые  вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в  непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в  виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения  на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию  оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства  АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно  использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные  цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

 

2.2. Классификация ЭВМ по этапам создания

По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся  на поколения:

• 1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;
• 2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых

приборах (транзисторах);

• 3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных

схемах с малой и средней  степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе);

• 4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших