Поколения ЭВМ
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-20520.zip (102kb [zip], Скачиваний: 258) скачать |
РЕФЕРАТ
по предмету:
Основы информатики и вычислительной техники
ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ
Выполнил: ученик 9 «В»
класса, с.о.ш. №32
Кутузов Михаил
Астрахань,
За относительно небольшой период своего развития ЭВМ прошли путь нескольких поколений. Каждое поколение ЭВМ характеризуется определенной совокупностью логической организации (архитектуры) и используемой конструктивно-технологической (главным образом элементной) базы.
Основным элементом ЭВМ первого поколения была электронная лампа. Промышленный выпуск и эксплуатация таких ЭВМ начались в 50-х годах. К первому поколению относятся отечественные ЭВМ БЭСМ-1, БЭСМ-2, «Урал-1», «Урал-2», «Стрела», М-2, М-3, «Минск-1», М-20 и другие, ориентированные в основном на решение научно-технических задач.
Рис. 1. Электронная вычислительная машина первого поколения БЭСМ-2
Машины первого поколения были весьма громоздки, потребляли большое количество энергии и имели невысокую надежность. Их производительность не превышала 10—20 тыс. оп/с, а емкость основной памяти — 4 К машинных слов (где К = 210 = 1024). В ЭВМ первого поколения, по существу, не было системы программного обеспечения. Программирование было детализировано до уровня машинных команд и выполнялось пользователями на машинном языке данной ЭВМ. Пользователь также осуществлял ввод и отладку программ, обеспечивал управление вычислительным процессом при возникновении непредвиденных или недопустимых ситуаций.
Несмотря на указанные недостатки, ЭВМ первого поколения продемонстрировали определенные возможности для автоматизации вычислительных работ, в частности в области космических исследований, ядерной физики и др., способствовали накоплению опыта по применению ЭВМ в других отраслях народного хозяйства.
В конце 50-х годов появились отечественные ЭВМ второго поколения. Их элементной базой стали полупроводниковые приборы — транзисторы, что позволило существенно повысить производительность и надежность ЭВМ при одновременном уменьшении ее габаритных размеров, массы и потребляемой мощности.
В ЭВМ второго поколения широко использовался печатный монтаж, при котором необходимые электрические соединения между элементами создавались вытравливанием фольги, нанесенной на изоляционный материал.
В СССР были созданы различные по назначению и возможностям полупроводниковые ЭВМ второго поколения, в том числе БЭСМ-4, «Урал-14», «Урал-16», Минск-22», «Минск-32», М-220, М-222, «Мир», «Раздан», «Наири» и многие другие. Производительность этих ЭВМ не превышала 50—100 тыс. оп/с, а емкость основной памяти — 32 К машинных слов. Среди машин второго поколения особо выделяется БЭСМ-6 с производительностью около 1 млн. оп/с и емкостью основной памяти до 128 К машинных слов.
В машинах второго поколения получило также развитие программное обеспечение, в частности зародилось так называемое системное программирование, позволившее установить определенное взаимодействие между разрозненными наборами различных программ в процессе их выполнения. Комплексы таких системных программ были первоначально названы операционными системами.
Рис. 2. ЭВМ второго поколения (Мир)
Для повышения производительности труда программистов стали применяться различные алгоритмические языки (Алгол, Фортран и др.), а также библиотечные наборы стандартных программ. В результате развития средств программного обеспечения значительно расширилась сфера применения вычислительной техники, появились ЭВМ не только для научно-технических расчетов, но и для решения планово-экономических задач, управления различными производственно-технологическими процессами и т. д.
Последующее интенсивное развитие радиоэлектроники привело в 60-х годах к созданию интегральных схем (ИС), а на их основе — к разработке ЭВМ третьего поколения. Интегральная схема является функционально законченным блоком, эквивалентным по своим логическим возможностям достаточно сложной транзисторной схеме. Она представляет собой пластину полупроводникового материала (обычно кремния), в поверхностном слое которой методами микроэлектронной технологии формируются области, выполняющие функции транзисторов, диодов, резисторов и других компонентов схемы.
ЭВМ третьего поколения характеризуются значительным увеличением производительности и емкости памяти, существенным повышением надежности и вместе с тем уменьшением потребляемой мощности, массы и занимаемой площади. Конструктивно машины третьего поколения состоят из типовых элементов и узлов, обеспечивающих высокую плотность компоновки, необходимую помехозащищенность, а, также устойчивость к механическим и климатическим воздействиям.
Значительное внимание в машинах третьего поколения было уделено совершенствованию средств программного обеспечения с точки зрения наиболее эффективного использования технических возможностей ЭВМ, максимальной автоматизации вычислительного процесса, уменьшения трудоемкости подготовки и отладки программ пользователей. В результате этого, начиная с ЭВМ третьего поколения разрозненные средства программного обеспечения, превратились в целостную систему.
Отличительной особенностью ЭВМ третьего (и последующих) поколений стала возможность их работы в мультипрограммном режиме - многозадачность, при котором за счет организации параллельной работы основных устройств ЭВМ обеспечивается одновременное выполнение программ различных пользователей, повышается эффективность использования ЭВМ и уменьшаются возможные простои ее дорогостоящего оборудования. С применением мультипрограммного режима ЭВМ превратилась в вычислительный инструмент нового качества. Теперь на базе ЭВМ стало возможным создание вычислительных систем, одновременно обрабатывающих программы нескольких пользователей, которые могут находиться от ЭВМ на значительном расстоянии и непосредственно общаться с ней независимо друг от друга.
В ЭВМ третьего поколения были достигнуты производительность в несколько миллионов операций в секунду, емкость основной памяти — в несколько сотен Кбайт.
Начиная с ЭВМ третьего поколения в широких масштабах начала проводиться работа постандартизации технических и программных средств. В это же время создаются семейства (ряды) ЭВМ, представляющие собой единую систему. Для этой цели в 1969 г. Советским Союзом было заключено соглашение о сотрудничестве с рядом европейских стран в области вычислительной техники, которое обеспечило разработку и производство Единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) и системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ).
ЭВМ четвертого поколения стали развиваться в 70-е годы. Конструктивно-технологической основой таких ЭВМ стали большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС). Высокая степень интеграции способствовала дальнейшему увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, увеличению быстродействия и снижению стоимости. Производительность ЭВМ четвертого поколения достигла десятков и сотен миллионов операций в секунду, а объем основной памяти — десятков мегабайт. ЭВМ третьего и четвертого поколений представлены в основном вычислительными машинами серии ЕС ЭВМ.
Для ЕС ЭВМ характерен высокий уровень стандартизации и унификации, который обеспечивался типовой элементной базой, основанной на использовании интегральной микроэлектроники, единой базовой структурой всех моделей ЭВМ, стандартным набором команд и форматов представления данных, единой номенклатурой периферийных устройств, подключаемых через стандартную систему сопряжения (интерфейс ввода-вывода), единством принципов конструирования, производства и эксплуатации.
Разработка ЕС ЭВМ проводилась с учетом международных стандартов и рекомендаций, а также установившихся в мировой практике соглашений относительно форматов данных, используемых носителей информации, системы сопряжения между отдельными устройствами ЭВМ. Так, в частности, основной структурной единицей данных, подлежащих обработке в ЕС ЭВМ, был принят 8-разрядный байт, к которому может быть присоединен дополнительный двоичный разряд для целей контроля. Все форматы данных в ЕС ЭВМ кратны байту. Байтовая структура данных хорошо согласуется со стандартным 8-разрядным двоичным кодом обмена информацией, включающим строчные и прописные буквы латинского и русского алфавитов, десятичные цифры, а также различные специальные символы.
Наиболее устойчивой частью конфигурации технических средств ЕС ЭВМ является центральный процессор, технические характеристики которого в основном и определяли данную модель ЭВМ. Центральный процессор обрабатывает данные в ЭВМ, обеспечивает автоматическое управление работой других устройств, взаимодействует с каналами ввода-вывода, посылая в них команды на выполнение соответствующих операций и получая информацию об их выполнении.
Основная память в ЕС ЭВМ реализовывалась на базе одного или нескольких блоков, выполненных на полупроводниковых БИС (в первых моделях использовались ферритовые сердечники). Пространство (поле) основной памяти представляет собой последовательность пронумерованных байтов начиная с нулевого. Номер байта является его адресом. Для адресации к основной памяти в ЕС ЭВМ использовался 24-разрядный двоичный код, позволяющий адресовать 224 = 16777216 байт, то есть 16 Мбайт.
В ЕС ЭВМ использовались каналы ввода-вывода трех типов: селекторные, блок- и байт-мультиплексные. Общее число каналов не превышает 16, при этом допускается не более двух байт-мультиплексных каналов. Каждый канал производит адресацию до 256 периферийных устройств. Обширный набор периферийных устройств ЕС ЭВМ и стандартный способ их подключения позволял создавать вычислительные системы различной конфигурации для решения широкого круга научных, инженерно-технических, экономических, управленческих и других задач.
В составе ЕС ЭВМ входили также устройства подготовки данных, которые могли использоваться автономно, т.е. автоматически, не взаимодействуя с ЭВМ. Они включили в себя различные по техническим характеристикам устройства подготовки, контроля, расшифровки, репродукции данных на перфокартах, перфолентах, магнитной ленте (МЛ) и гибком магнитном диске (ГМД).
Разнообразные технические средства сочетались в ЕC ЭВМ с развитой системой программного обеспечения, ориентированной на постоянно расширяющуюся сферу применения ЭВМ. В состав программного обеспечения ЕС ЭВМ вошли операционная система, комплекс программ технического обслуживания и различные пакеты прикладных программ.
Основная цель, которая ставилась при создании первой очереди ЕС («Ряд-1»), заключалась в разработке семейства ЭВМ, отвечающих требованиям своего времени в отношении элементной базы, логической структуры, средств программного обеспечения, конструкции и технологии. В составе моделей этой очереди можно назвать, например, ЕС 1010, ЕС 1020, ЕС 1030, ЕС 1040, ЕС 1050, а также их модернизированные варианты: ЕС1011, ЕС1012, ЕС1021, ЕС 1022, ЕС 1032, ЕС 1033, ЕС 1052. В конце 70-х годов был прекращен выпуск моделей первой очереди.
Вторая очередь ЕС ЭВМ «Ряд-2» сохранила все достоинства первой очереди, однако по сравнению с ней характеризовалась более высокой производительностью, повышенной емкостью основной и внешней памяти, расширенными функциональными возможностями технических и программных средств, большим количеством периферийных устройств, возможностью создания на базе моделей многопроцессорных и многомашинных вычислительных комплексов. В составе моделей второй очереди ЕС ЭВМ вошли: ЕС1015, ЕС1025, ЕС1035, ЕС1045, ЕС1055, ЕС1060, ЕС1061. В ЕС ЭВМ второй очереди использовалась более прогрессивная технология производства, основанная на применении многослойного печатного монтажа (до 10 слоев), плоских многожильных кабелей, трехрядных разъемов с повышенной плотностью компоновки и др. Можно сказать, что вторая очередь ЕС ЭВМ стала материальной основой построения аппаратурных и программных средств электронной вычислительной техники четвертого поколения.
Частично были разработаны ЕС ЭВМ третьей очереди («Ряд-3»). Первые модели ее (ЕС1007, ЕС1036, ЕС1046, ЕС 1066, ЕС1068) реализовывали принцип параллельной работы пользователей, названный системой виртуальных (кажущихся) машин. Этот принцип состоит в предоставлении каждому пользователю системы некоторого функционального эквивалента отдельной вычислительной машины. Функционирование множества таких виртуальных машин в реальной вычислительной системе обеспечивается соответствующей операционной системы виртуальных машин.
В таблице приведены основные технические характеристики некоторых моделей ЕС ЭВМ первой, второй, третьей очередей.
|
Характеристика |
Модели ЕС ЭВМ |
||||||||
|
«Ряд-1» |
«Ряд-2» |
«Ряд-3» |
|||||||
|
ЕС 1020 |
ЕС 1030 |
ЕС 1040 |
ЕС 1035 |
ЕС 1045 |
ЕС 1060 |
ЕС 1036 |
ЕС 1046 |
ЕС 1066 |
|
|
Производительность, млн. оп/с |
0,02 |
0,06 |
0,4 |
0,14 |
0,8 |
1,0 |
0,45 |
1,3 |
5,5 |
|
Максимальная емкость основной памяти, Кбайт |
256 |
512 |
1024 |
512 |
4096 |
8192 |
4096 |
8192 |
16384 |
|
Количество/пропускная способность каналов, Кбайт/с: |
|||||||||
|
селекторных |
2/300 |
3/800 |
6/1250 |
4/1000 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
блок-мультиплексных |
— |
— |
— |
— |
4/1300 |
6/1500 |
4/1500 |
4/1500 |
10/1500 |
|
байт-мультиплексных |
1/16 |
1/40 |
1/50 |
1/40 |
2/40 |
2/100 |
1/50 |
2/50 |
2/75 |
|
Максимальная емкость внешней памяти (количество накопителей и емкость каждого), Мбайт: |
|||||||||
|
НМД |
2/7,25 |
2/7,25 |
2/7,25 |
8/100 |
8/100 |
8/100 |
8/100 |
8/100 |
16/200 |
|
НМЛ |
4/20 |
8/20 |
8/20 |
8/40- |
8/40 |
8/40 |
8/40 |
8/40 |
8/40 |
|
Потребляемая мощность, кВт |
21 |
33 |
65 |
43 |
25 |
80 |
40 |
50 |
100 |
|
Занимаемая площадь, м2 |
50 |
110 |
150 |
110 |
120 |
270 |
100 |
120 |
200 |
В начале 80-х годов были созданы принципиально новые средства обработки информации — микропроцессоры (МП). По своим логическим возможностям и структуре они напоминают упрощенный вариант процессора обычной ЭВМ, однако конструктивно реализуются всего на одной или несколько микросхемах с высокой степенью интеграции. На базе микропроцессоров стали создаваться микро-ЭВМ, состоящие из одного или нескольких микропроцессоров, дополненных постоянной и оперативной памятью, а также необходимыми периферийными устройствами. Микропроцессоры и микро-ЭВМ широко применяются при автоматизации технологических процессов.
В ЭВМ четвертого поколения получил развитие начавшийся еще
в третьем поколении процесс создания вычислительных систем и сетей ЭВМ, многомашинных
и многопроцессорных вычислительных комплексов. Так в нашей стране,
научно-исследовательским институтом многопроцессорных вычислительных систем
Таганрогского государственного радиотехнического института в
Рис. 3. Электронная вычислительная машина ЕС-2703
Современные вычислительные машины и персональные компьютеры можно отнести к пятому поколению ЭВМ. Развитие элементной базы ЭВМ пятого поколения происходит на наших глазах – каждые 3-5 лет в несколько раз возрастает степень интеграции электронных схем, улучшается технология их производства, что ведет к снижению стоимости компонентов компьютера. Сетевые технологии позволяют связывать компьютеры в локальные и глобальные сети, которые, взаимодействуя и объединяясь, образуют глобальную Сеть – Интернет. ЭВМ пятого поколения используют многозадачные операционные системы с дружественным графическим интерфейсом, а большое количество прикладных программ делает их незаменимыми при решении практически любых задач. Типичный объем оперативной памяти современных персональных компьютеров – сотни мегабайт, дисковой памяти – десятки или сотни гигабайт, тактовая частота – единицы гигагерц.
Последние годы определили требования к ЭВМ будущего, которые помимо малых габаритов и небольшого энергопотребления, более высокой производительности и надежности должны обладать возможностью общения с человеком на его естественном языке, способностью производить логические выводы, обучаться, формировать в своей памяти так называемую базу знаний и т.д. Это может быть достигнуто применением и дальнейшим совершенствованием нейронных вычислительных структур, то есть структур, строение которых сходно со строением клеток мозга человека и животных – нейронов. Работа таких структур основана на способности обучаться и анализировать нечеткие или неполные данные и принимать решения на основе предыдущего опыта. Биологические основы работы сетей нейронов были впервые изучены академиком И.П.Павловым. Механизмы памяти и реакции на раздражители были названы им «условным рефлексом» Параллельно с прогрессом в нейроанатомии и нейрофизиологии психологами были созданы модели человеческого обучения. Одной из таких моделей, оказавшейся наиболее плодотворной, была модель Д.Хэбба, который в 1949г. предложил закон обучения, явившийся стартовой точкой для алгоритмов обучения искусственных нейронных сетей. Дополненный сегодня множеством других методов он продемонстрировал ученым того времени, как сеть нейронов может обучаться.
В пятидесятые и шестидесятые годы группа исследователей, объединив эти биологические и физиологические подходы, создала первые искусственные нейронные сети. Выполненные первоначально как электронные сети, они были позднее перенесены в более гибкую среду компьютерного моделирования, сохранившуюся и в настоящее время. М.Минский, Ф.Розенблатт, Б.Уидроу и другие разработали сети, состоящие из одного слоя искусственных нейронов. Эти сети, часто называемые персептронами, были использованы для такого широкого класса задач, как предсказание погоды, анализ электрокардиограмм и искусственное зрение.
На сегодняшний день существует много впечатляющих демонстраций возможностей искусственных нейронных сетей: сеть научили превращать текст в фонетическое представление, которое затем с помощью уже иных методов превращалось в речь; другая сеть может распознавать рукописные буквы; сконструирована система сжатия изображений, основанная на нейронной сети.
Для улучшения существующих сетей требуется еще много теоретической и экспериментальной работы. Должны быть развиты новые технологии, улучшены существующие методы, прежде чем данная область сможет полностью реализовать свои потенциальные возможности.
Рис. 4. Цифровой нейрокомпьютер с программируемой архитектурой (разработан НИИ МВС Таганрогского государственного радиотехнического университета)
На сегодняшний день реальный «интеллект», демонстрируемый самыми сложными нейронными сетями, находится ниже уровня дождевого червя, однако, как бы ни были ограничены возможности нейронных сетей сегодня, множество революционных открытий, могут быть не за горами.
ЛИТЕРАТУРА
1. СемененкоВ.А. и др. Электронные вычислительные машины. – М.: Высш. шк., 1991. – 288 с.
2. Терминологический словарь по основам информатики и вычислительной техники / А.П.Ершов, Н.М.Шанский, А.П.Окунева, Н.В.Баско; Под ред. А.П.Ершова, Н.М.Шанского. – М.: Просвещение, 1991. – 159 с.
3. КрайзмерЛ.П. Бионика. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 72 с.
4. Ф.Уоссермен. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика.
5. Электронный ресурс НИИ МВС ТРТУ: http://www.mvs.tsure.ru