1.Основные сведения о структурной организации, классификации, хронологии разработки и основных хар-кахвычисл. машин и систем.
Вычислительная машина – это комплекс технических средств, создающих возможность автоматизации обработки информации по заданному алгоритму и получения результата в необходимой форме».
Чаще всего годом появления первой электронной вычислительной машины считается 1946 год, когда американцами Джоном Мочли и Преспером Эккертом была сконструирована цифровая машина ENIAC
Огромный вклад в теорию и практику создания ВМ на начальном этапе их развития внес выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Совокупность знаменитых «принципов фон Неймана» породило классическую архитектуру ВМ.
Первый период (1945-1955). Ламповые машины. Операционные систем отсутствовали. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Вычислительная система выполняла одновременно только одну операцию. Второй период (1955-Начало 60-х). Компьютеры на основе транзисторов - ТРИГГЕРОВ. Пакетные операционные системы. В 1948г. Появились полупроводниковые устройства на основе кремния – ТРАНЗИСТОРЫ привело к повышению надежности компьютеров. Одновременно наблюдается бурное развитие алгоритмических языков ( LISP, COBOL и т.д.). Упрощается процесс программирования. Третий период (Начало 60-х - 1980). Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС. Четвертый период (1980-настоящее время). Персональные компьютеры. Классические, сетевые и распределенные системы.
Классификация вычислительных машин.
по назначению: 1.универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых различных технических задач. 2.проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы. 3.специализированные - используются для решения узкого крута задач или реализации строго определенной группы функций. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.
по размерам и функциональным возможностям: 1)сверхбольшие (суперЭВМ) - К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач. 2)большие - чаще всего называют мэйнфреймами (Mainframe). Они предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. 3)малые - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. Основные их особенности: широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения. 4)сверхмалые (микроЭВМ):
Многопользовательские - это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям. Персональные компьютеры (ПК) - однопользовательские микроЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения. Рабочие станции (work station) представляют собой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.). Серверы (server) - многопользовательские мощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети.
Структурная организация и классификация вычислительных машин и систем
Под архитектурой ВМ будем понимать совокупность ее ос-новных функциональных блоков и схем их взаимодействия, опре-деляющих функционально-логическую и структурную организа-цию вычислительной машины. Фундаментальные основы структурной организации ВМ базируются на классических принципах, ключевой идеей которых является хранение в памяти вычислительной машины исполняемой ею программы. Сущность так называемой «фон-неймановской» концепции вы-числительной машины может быть сведена к четырем принципам: двоичного кодирования, программного управления, однородности памяти, адресности.
Согласно принципу двоичного кодирования, вся информа-ция (как данные, так и команды) кодируются двоичными циф-рами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной по-следовательностью и имеет свой формат.В соответствии с принципом программного управления все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, долж-ны быть пред¬ставлены в виде программы, состоящей из последова-тельности управляющих слов – команд. Каждая команда предпи-сывает некоторую операцию из набора опе¬раций, реализуемых вы-числительной машиной. Команды программы хранятся в последо-вательных ячейках памяти ВМ. Согласно принципу однородности памяти команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. В соответствии с принципом адресности основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называе-мые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним ис-пользуются номера соответствующих ячеек – адреса.
Классическая ВМ (рис.1.1) содержит запоминающее устрой-ство – ЗУ (устройство памяти или, коротко, «память»), устрой-ство управления – УУ и арифметико-логическое устройство – АЛУ. В вычислительной машине имеются средства для ввода про-грамм и данных к ним, а также вывода результирующей информа-ции. Информа¬ция поступает из подсоединенных к ВМ периферий-ных устройств ввода (ПУвв). Результаты вычислений выводятся на периферийные устройства вывода (ПУвыв). Связь и взаимодей-ствие ВМ и ПУ обеспечивает аппаратура сопряжения ВМ с ПУ. При этом аппаратура ввода именуется устройством ввода (Увв), а аппаратура вывода – устройством вывода (Увыв). Совокупность устройств ввода и вывода может быть названа устройством вво¬да/вывода.
Устройство управления организует автоматическое выполне-ние программ и обеспе-чивает функционирование ВМ как единого вычислительного мо-дуля. Основной функцией УУ является формирование управляющих сигналов, от-вечающих за извлечение команд из памяти в порядке, определяе-мом программой, и последующее исполнение этих команд. Кроме того, УУ формирует сигналы управления для синхронизации и ко-ординации внутренних и внешних устройств ВМ.
Арифметико-логическое устройство обеспечивает арифмети-ческую и логическую обработку двух входных переменных, в ре-зультате которой формируется выходная переменная. Функции АЛУ обычно сводятся к простым арифметическим и логическим операциям, а также операциям сдвига.
Задачей запоминающего устройства является хранение про-грамм и данных. ЗУ подразделяются на два класса – основное ЗУ (часто называемое основной памятью) и внешнее ЗУ (ВЗУ или внешняя память). Команды и дан¬ные записываются в память и считываются из памяти под управлением процессора. Основная память современных ВМ обычно строится на базе электронных полупроводниковых запо-минающих устройств, обеспечивающих как считывание, так и за-пись информации. Такие устройства «энергозависимы» (то есть хранимая информация теряется при отключении электропитания) и их называют оперативными запоминающими устройствами (ОЗУ). Если необходимо, чтобы часть основной памяти была энер-гонезависимой, в состав основной памяти включают так называе-мые «постоянные» запоминающие устройства (ПЗУ), также обеспечивающие произвольный доступ, но хранящаяся в ПЗУ ин-формация в штатном режиме работы ВМ может только считывать-ся (но не записываться).
