Классификация и тенденции развития ЭВМ

Нижегородский Государственный Университет им. Н.И.Лобачевского

ФнФ

Кафедра «Компьютерных информационных систем финансовых расчетов»

Курсовая работа

По дисциплине: информатика

На тему: классификация и тенденции развития ЭВМ

Выполнил студент

Очного отделения 1 курса

г.Нижний Новгород 2004

Содержание:

1 Введение

2 Направления развития и поколения ЭВМ

2.1 Аналоговые вычислительные машины (АВМ)

2.2 Электронные вычислительные машины (ЭВМ)

2.3 Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ)

2.4 Поколения ЭВМ

3 Единые серии ЭВМ

3.1Отличия ЭВМ III поколения от прежних

3.2 Особенности машин ЕС ЭВМ

3.3 Агрегатный принцип построения ЭВМ

3.4 Интерфейс, селекторный и мультиплексный каналы

3.5 Структура машин ЕС ЭВМ

3.6 Машинные элементы информации

3.7 Система программного обеспечения

3.8 Программная совместимость

3.9 Защита памяти

3.10 Режимы работы ЕС ЭВМ

4 Микропроцессоры и их применение

4.1 Эффективность микропроцессоров

4.2 Структура 3-магистрального МП

4.3 Области применения МП

5 Многопроцессорные вычислительные системы, сети,

ЭВМ V поколения

5.1 Магиспральная организация процессоров ЭВМ

5.2 Матричная параллельная организация процессоров

5.3 Мультипроцессорная организация

5.4 Сети связи ЭВМ

5.5 Особенности ЭВМ V поколения

6 Заключение

7 Список литературы

1 Введение

С увеличением объёма вычислений появился первый счётный переносной инструмент - “Счёты”.

В начале 17 века возникла необходимость в сложных вычислениях. потребовались счётные устройства, способные выполнять большой объём вычислений с высокой точностью. В 1642 г. французский математик Паскаль сконструировал первую механическую счётную машину - “Паскалину”.

В 1830 г. английский учёный Бэбидж предложил идею первой программируемой вычислительной машины (“аналитическая машина”). Она должна была приводиться в действие силой пара, а программы кодировались на перфокарты. Реализовать эту идею не удалось, так как было не возможно сделать некоторые детали машины.

Первый реализовал идею перфокарт Холлерит. Он изобрёл машину для обработки результатов переписи населения. В своей машине он впервые применил электричество для расчётов.

В 1930 г. американский учёный Буш изобрел дифференциальный анализатор - первый в мире компьютер.

Большой толчок в развитии вычислительной техники дала вторая мировая война. Военным понадобился компьютер, которым стал “Марк-1” - первый в мире цифровой компьютер, изобретённый в 1944 г. профессором Айкнем. В нём использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. Размеры: 15 X 2,5 м., 750000 деталей. Могла перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с.

В 1946 г. группой инженеров по заказу военного ведомства США был создан первый электронный компьютер - “Эниак”. Быстродействие: 5000 операций сложения и 300 операций умножения в секунду. Размеры: 30 м. в длину, объём - 85 м³., вес - 30 тонн. Использовалось 18000 эл. ламп.

Первая машина с хронимой программой - ”Эдсак” - была создана в 1949 г., а в 1951 г. создали машину “Юнивак” - первый серийный компьютер с хронимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации.

2 Направления развития и поколения ЭВМ.

2.1 Аналоговые вычислительные машины (АВМ).

В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.

Достоинства АВМ:

высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;

простота конструкции АВМ;

лёгкость подготовки задачи к решению;

наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.

Недостатки АВМ:

малая точность получаемых результатов (до 10%);

алгоритмическая ограниченность решаемых задач;

ручной ввод решаемой задачи в машину;

большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением сложности задачи.

2.2 Электронные вычислительные машины (ЭВМ).

В отличие от предыдущих машин в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

высокая точность вычислений;

универсальность;

автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;

разнообразие задач, решаемых ЭВМ;

независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);

недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;

сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;

требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры.

2.3 Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).

АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.

В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).

2.4 Поколения ЭВМ

2.4.1 Поколение первое.

Компьютеры на электронных лампах. (1948-1958)

Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа -вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер , изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной цифры. Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.

Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штеккера с нужным гнездом.

Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), - первая машина с хранимой программой. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.

2.4.2 Поколение второе.

Транзисторные компьютеры. (1959-1967)
1 июля 1948 года на одной из страниц "Нью-Йорк Таймс", посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма "Белл телефон лабораториз" разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором три металлических "усика" контактировали с бруском из поликристаллического германия.
Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник (!!) и стоимостью всего 20 тыс. долларов (!!) .
Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности.
И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х годов получило распространение хранение информации на дисках. Большие достижения в архитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций в секунду! Примерами транзисторных компьютеров могут послужить "Стретч" (Англия), "Атлас" (США). В то время СССР шел в ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня (например "БЭСМ-6")

2.4.3 Поколение третье.

Интегральные схемы. (1968-1973)
Подобно тому, как появление транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения. Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2.
Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала они использовались только в космической и военной технике. Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же касается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы!

Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.
Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

2.4.4 Поколение четвертое.

Большие интегральные схемы. (1974-1982)
Вы уже знаете, что электромеханические детали счетных машин уступили место электронным лампам, которые в свою очередь уступили место транзисторам, а последние - интегральным схемам. Могло создастся впечатление, что технические возможности ЭВМ исчерпаны. В самом деле, что же можно еще придумать?

Чтобы получить ответ на этот вопрос, давайте вернемся к началу 70-х годов. Именно в это время была предпринята попытка выяснить, можно ли на одном кристалле разместить больше одной интегральной схемы. Оказалось, можно! Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном-единственном кристалле тысячи интегральных схем. Так, уже в 1980 году, центральный процессор небольшого компьютера оказался возможным разместить на кристалле, площадью всего в четверть квадратного дюйма (1,61 см2). Началась эпоха микрокомпьютеров.

Каково же быстродействие современной микроЭВМ? Оно в 10 раз превышает быстродействие ЭВМ третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз - быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 100000 раз - быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах.

Далее, почти 40 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили около 2,5 млн. долларов. Сегодня же ЭВМ со значительно большим быстродействием, более широкими возможностями, более высокой надежностью, существенно меньшими габаритами и более простая в эксплуатации стоит примерно 2000 долларов. Каждые 2 года стоимость ЭВМ снижается примерно в 2 раза.

Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне гигантские фирмы: Microsoft® и Intel®. Первая из них очень сильно повлияла на развитие программного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна благодаря выпускаемым ей лучшим микропроцессорам. "Пятое поколение ЭВМ"
Особого упоминания заслуживает так называемое пятое поколение, программа разработки которого была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров "пятого поколения" не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется.

Развитие вычислительной техники

Вычислительная техника не сразу достигла современного уровня. В ее развитии отмечают предысторию и четыре поколения ЭВМ.
Поколение	Элементная база	Быстродействие	Программное обеспечение	Применение	Примеры
1-е (1946 - 1959)	Электронные лампы	10 - 20 тыс. оп/c	Машинные языки	Расчетные задачи	ЭНИАК (США), МЭСМ (СССР)
2-е (1960 - 1969)	Полупроводники	100 - 500 тыс. оп/с	Алгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режим	Инженерные, научные, экономические задачи	IВМ 701 (США), БЭСМ-6, БЭСМ-4 (СССР)
3-е (1970 - 1979)	Интегральные микросхемы	Порядка 1млн. оп/с	Операционные системы, режим разделения времени	АСУ, САПР, научно-техничес- кие задачи	IBM 360 (США), ЕС 1030, 1060 (СССР)
4-е (1980 - настоящее время)	БИС, микропроцессоры	Десятки и сотни млн. оп/с	Базы и банки данных	Управление, коммуникации, АРМ, обработка текстов, графика	ПЭВМ, серверы

Примечание:
БИС - большие интегральные схемы;
АСУ - автоматизированная система управления;
САПР - система автоматического проектирования;
АРМ - автоматизированное рабочее место,
БЭСМ и МЭСМ - соответственно большая и малая электронные счетные машины;
ПЭВМ - персональная электронная вычислительная машина.

3 Единые серии ЭВМ.

3.1 Отличия ЭВМ III поколения от прежних.

В ЭВМ III поколения заметно значительное улучшение аппаратуры, благодаря использованию интегральных схем (ИС), что способствовало уменьшению размеров, потребляемой энергии, увеличению быстродейсвия, надежности и т.д.

Главным отличием таких ЭВМ от ЭВМ I и II поколений является совершенно новая организация вычислительного процесса.

ЭВМ III поколения способны обрабатывать как цифровую, так и алфавитно-цифровую информацию. Возможность оперировать над текстами открывает большие возможности для обмена информацией между человеком и компьютером.

Так же создание различных средств ввода-вывода информации. Ярким примером этому является способ ввода информации по средствам обычной телефонной связи, телетайпа, светового карандаша. А вывод осуществляется не только на перфокарты, как это было раньше, но и непосредственно на экран монитора, каналы телефонной связи, принтер (для получения твёрдых копий).

В связи с использованием текста возможность приблизить вводной язык к человеческому, сделать его более доступным широкому кругу пользователей.

Возможность параллельно решать на ЭВМ несколько задач.

ЭВМ III поколения имеет внешнюю память на магнитных дисках.

Широкий круг применения.

Типичными представителями машин III поколения является ЕС ЭВМ, IBM-360. Они имеют следующие особенности: использование интегральных схем, агрегатность, байтное представление информации, использование двоичной и десятичной арифметики, представление чисел в форме с плавающей и фиксированной точкой, программная совместимость, надёжность, мультисистемность.

3.2 Особенности машин ЕС ЭВМ.

ЕС ЭВМ - это целое семейство машин, которые построены на единой элементной базе, единой конструктивной основе, с единой системой программного обеспечения, одинаковым набором периферийного оборудования. Их разработка началась в 1970 г., а промышленный выпуск таких машин начался в 1972 г.

Все машины ЕС ЭВМ программно-совместимы между собой и предназначены для решения наиболее сложных и объёмных задач. Эти машины можно отнести к типу машин универсальных, мультипрограммных, с возможностью параллельно обрабатывать несколько задач.

Многие модели имеют единую логическую структуру и принцип работы. однако различные модели отличаются друг от друга быстродействием, конфигурацией, размером памяти и т.д.

Так как система ЕС ЭВМ постоянно развивается, постоянно улучшаются все характеристики, то эти машины можно подразделить на 2 семейства. К первому семейству моделей (Ряд-1) можно отнести такие машины, как ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1021, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060. К этому семейству относятся так же модифицированные образцы (Ряд-1М): ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-1033, ЕС-1052. Более совершенные машины: ЕС-1015, ЕС-1025, ЕС-1035, ЕС-1045, ЕС-1055, можно объединить в Ряд-2, а модернизированные (Ряд-2М): ЕС-1036, ЕС-1066 и др.

Устройства ЕС ЭВМ так же разделяются на центральные и периферийные. Центральные - это устройства, которые определяют основные технические характеристики машины, это центральный процессор, оперативная память, мультиплексный и селекторный каналы. К периферийным относятся внешние устройства (ВУ), устройства подготовки данных (УПД), сервисные устройства.

Для хранения больших объёмов информации используются накопители на магнитных лентах и магнитных дисках. Устройства ввода предназначены для восприятия вводимой извне информации, её преобразования в электрические кодовые сигналы и передачи к мультиплексному каналу по средствам интерфейса ввода-вывода. Устройства вывода переводят выводимый из машины сигнал обратно и выводят его на перфокарты (перфоленты), либо на другие внешние устройства.

Дисплей - это устройство ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации на электронно-лучевую трубку. Он очень удобен для оперативного изменения данных непосредственно во время решения задачи.

Выносимые пульты предназначены для общения пользователя с ЭВМ, когда их разделяют сотни метров.

Существуют 3 группы устройств подготовки данных ЕС ЭВМ: перфокарточные, перфоленточные и использующие магнитные ленты. На контрольниках в ЭВМ производится контроль за правильностью записи информации на перфокарты. Существует два режима работы УПД на магнитной ленте: запись данных и печать считываемых данных.

Сервисные устройства нужны для контроля над техническими средствами, их наладки, испытания и ремонта.

Показатели технических средств ЕС ЭВМ постоянно улучшаются: увеличивается быстродействие, объёмы памяти и т.д. Это происходит в частности за счёт перехода на микросхемы с более высоким уровнем интеграции (БИС). Но это уже относится к машинам IV поколения.

3.3 Агрегатный принцип построения ЭВМ.

Этот принцип заключается в изготовлении отдельных функциональных устройств с едиными унифицированными связями. Эти устройства легко могут быть соединены в вычислительную систему требуемой конфигурации.

Материальные затраты и время на разработку, сборку наладку и внедрение агрегатных ЭВМ намного меньше по сравнению с обычными ЭВМ.

Возможность наращивания структуры ЭВМ и уменьшения уязвимости к отказам обеспечена конструированием ЭВМ из отдельных модулей. Это расширяет границы применения таких ЭВМ.

Модуль - это конструктивная единица электронного оборудования, имеющее законченное оформление и стандартные средства сопряжения с другими подобными единицами. Это, например, оперативное запоминающее устройство, накопители на дисках, процессор, канал и т.д.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - это внутренняя (оперативная) память компьютера.

Накопители на магнитных дисках (МД), ленте (МЛ) и барабанах (МБ) - это внешняя память.

Процессор представляет собой основу каждой машины. Он выполняет арифметические и логические операции, управляет последовательностью выполнения команд. Та же у процессора есть собственное сверхоперативное запоминающее устройство. построенное на регистрах.

Каналы ввода-вывода - это специализированные средства системы ввода-вывода. Они организовывают процесс обмена между периферийными устройствами и оперативной памятью.

Все однотипные модули взаимозаменяемы.

3.4 Интерфейс, селекторный и мультиплексный каналы.

Интерфейс - это совокупность электрических, механических и программных средств, позволяющих соединить между собой элементы системы автоматической обработки данных.

На практике интерфейс - это многоконтактное разъёмное кабельное соединение с чётким разграничением сигналов для каждого провода. Он позволяет присоединять и работать с различными периферийными устройствами, быстродействие которых не превосходит пропускной способности канала.

Селекторный и мультиплексный каналы служат для обеспечения связи между ЭВМ и периферийными (внешними) устройствами.

По средствам селекторного канала ЭВМ соединяется с быстродействующими внешними устройствами, такими как накопители на МД, МБ и МЛ. Работа идет только с одним внешним устройством. Такой режим работы называется монопольным.

Так же селекторный канал может быть оснащён адаптером “канал-канал”, который устанавливает связь между каналами ЭВМ.

Через мультиплексный канал идёт обмен информацией между оперативной памятью и периферийным оборудованием с малым быстродействием, например, устройства ввода-вывода на перфоленты и перфокарты, алфавитно-цифровое печатающее устройство. Такие устройства могут работать независимо друг от друга.

3.5Структура машин ЕС ЭВМ.

Обобщённая структура машин ЕС ЭВМ.

ООЗУ ООЗУ

Процессор

I селкторный канал

II селекторный канал

Пульт оператора

Мультиплексный канал

Адаптер “канал-канал”

Алфавитно-цифровое печатаю- щее устройство

Устройство ввода на ПК

Устройство ввода на ПК

Устройство ввода на ПЛ

Пишущая машинка с блоком управле-ния

Устройство управления ВЗУ на МД и МБ

Устройство управления ВЗУ на МЛ

Устройство вывода на ПЛ

ВЗУ на МЛ

Пишущая машинка с блоком управле-ния

ВЗУ на МД

Устройство ввода на ПЛ

ВЗУ на МД

ВЗУ на МЛ

Устройство вывода на ПК

ВЗУ на МД

ВЗУ на МЛ

Устройство вывода на ПЛ

ВЗУ на МБ

ВЗУ на МЛ

ВЗУ на МБ

Устройство вывода на ПК

ВЗУ на МЛ

Алфавитно-цифровое печатаю- щее устройство

Пунктиром показаны пути прохождения команд процессора. Сплошными линиями - пути обмена информацией между основными оперативными запоминающими устройствами (ООЗУ) и внешними устройствами.

Так же процессор постоянно соединён с двумя устройствами основной оперативной памяти.

3.6 Машинные элементы информации (байт, полуслово, слово, двойное слово, поле переменной длины).

Любое слово, каждый символ увеличивает количество информации.

Чтобы измерить количество информации, нужно взять слово в качестве эталона. В качестве алфавита в ЭВМ используется двоичный алфавит, состоящий из 0 и 1. Эталонным считается слово, состоящее из одного символа такого алфавита. Оно принимается за 1 и называется “Бит”. Чтобы измерить количество информации в произвольном слове, его кодируют в этом алфавите, а затем находят его длину.

Минимальный элемент информации - 8 бит равный 1 байту. 1 байт представляет в ЭВМ букву или символ.

Для контроля информации используется 9-й бит проверки на чётность.

Более крупными единицами измерения являются:

1 Кбайт = 2¹⁰ байт,

1 Мбайт = 2²⁰ байт,

1 Гбайт = 2³⁰ байт.

Байт состоит из 8-и разрядов (битов), которые нумируются слева направо от 0 до 7. Каждый байт в памяти ЭВМ имеет свой порядковый номер, называемый абсолютным адресом байта. Последовательность нескольких байт образуют поле данных. Количество байт поля называют длиной поля, а адрес самого левого байта - адресом поля. Байты нумируются слева направо.

Различают поля фиксированной и переменной длины.

Минимальным полем фиксированной длины является полуслово - группа из двух байт , занимающих в памяти ЭВМ соседние участки. Адрес полуслова - это адрес крайнего левого байта, который всегда кратен двум. Например, байты 8, 9 образуют полуслово с адресом 8.

Два полуслова образуют слово, состоящее из 4-х последовательно расположенных байт. Адрес старшего (левого) байта кратен 4 и является адресом этого слова.

Группа из двух слов составляет двойное слово.

Поле переменной длины может быть любого размера в пределах от 0 до 255 байт.

0 7	8 15	16 23	24 31	32 39	40 47	48 55	56 63
Байт	Байт	Байт	Байт	Байт	Байт	Байт	Байт
Полуслово	Полуслово	Полуслово	Полуслово
Слово	Слово
Двойное слово

Так можно представить соотношение разрядности элементов информации.

3.7 Система программного обеспечения ЕС ЭВМ.

Систему программного обеспечения ЭВМ (СПО) формируют программные средства. Это комплекс программных средств, предназначенных для увеличения эффективности использования машин, облегчения её эксплуатации. Эта система является посредником между ЭВМ и пользователем, обеспечивает удобный способ общения.

Можно выделить 4 основные части СПО:

Операционные системы (ОС);

Набор пакетов прикладных программ (ППП);

Комплекс программ технического обслуживания (КПТО);

Системы Эксплуатационной документации (СЭД) на СПО.

Сейчас используются 4 типа ОС:

ОС-10 - для моделей ЕС-1010;

МОС (малая) - для моделей ЕС-1021;

ДОС ЕС (дисковая) - для всех других моделей ЕС ЭВМ в малой конфигурации;

ОС ЕС - для тех же моделей, что и для ДОС ЕС, но в средней и расширенной конфигурации;

Структуру ОС можно разделить на несколько групп:

Программы начального запуска машины, первоначальный ввод информации в оперативную память, настройка ЭВМ.

Программы управления данными.

Программы управления задачами.

Обслуживающие и обрабатывающие программы.

Так же в состав ОС входят средства, которые снижают трудоёмкость подготовительного процесса при решении задач. Это система автоматизации программирования (САП). Она включает в себя такие компоненты, как:

Алгоритмические языки программирования (Ассемблер, Фортран и др.);

трансляторы;

интерпретирующие и компилирующие системы;

пакеты стандартных программ;

программы сервиса.

Значительной частью СПО является пакет прикладных программ (ППП). ППП - это комплекс программ, необходимых для решения определённой задачи. Они обязаны удовлетворять требования ОС, под управлением которых они работают.

Сейчас современные ППП разрабатывают как программные системы. Каждый пакет состоит из:

набор обрабатывающих программных модулей (тело пакета), предназначенных непосредственно для решения задачи пользователем;

управляющая программа пакета (управление обработкой данных). При запросе на решение задачи эта программа формирует из обрабатывающих модулей рабочую обрабатывающую программу;

комплекс обслуживающих программ (вспомогательные функции);

средства для обеспечения создания пакета.

Ещё одной функцией ППП является расширение возможностей ОС при подключении новых устройств.

Комплекс программ технического обслуживания (КПТО) служит для профилактического контроля, исправления неисправностей, оперативной проверки работы периферийного оборудования. Комплекс состоит из двух групп тестовых программ. Первые работают под управлением ОС, вторые работают независимо от ОС.

Основные функции СПО:

Автоматическое управление вычислительным процессом.

Обеспечение повышения эффективности функционирования ЭВМ.

Обеспечение удобного общения между ЭВМ и пользователем.

Сокращение времени, требуемого для подготовки задачи к решению на ЭВМ.

Обеспечение контроля работы ЭВМ.

3.8 Программная совместимость ЕС ЭВМ.

Для более эффективного использования программного обеспечения все модели ЕС ЭВМ программно совместимы. Это означает, что программа, работающая на одной машине ЕС, будет работать и на другой, если вторая машина обладает необходимой памятью. Пользователи могут обмениваться программами, независимо от производительности их машин.

Программная совместимость гарантирует, что различные потребности пользователя удовлетворяются соответствующей моделью.

Программная совместимость снижает стоимость применения ЭВМ, повышая при этом их производительность.

3.9 Защита памяти в ЕС ЭВМ.

Для тог, чтобы программы не влияли друг на друга, предусмотрена защита информации в ОП. Используется постраничный метод защиты. ОП условно разделяется на блоки, называемые страницами, ёмкостью 2048 байт. У каждой страницы есть свой ключ защиты. Образуется самостоятельная запоминающая среда, состоящая из ключей защиты - память ключей защиты (ПКЗ).

Байт ключа состоит из: 0-3 биты - ключ, 4 - признак защиты по чтению, 5-7 - не используются, 8 - консоль по чётности.

При каждом обращении к ОП из ПКЗ считывается ключ защиты данной физической страницы. Нулевой ключ служит для защиты раздела, где располагается управляющая программа. Она имеет привилегию обращения в любую область ОП.

Ключи работающих программ должны совпадать с ключами программы защиты области памяти, к которой осуществляется обращение, иначе выполнение программы прекращается.

3.10Режимы работы ЕС ЭВМ.

Все модели ЕС ЭВМ - это мультипрограммные машины. Это означает, что в них применяется совмещение программных и аппаратных средств управления. Программные средства составляют ОС, которая устанавливает порядок работы ЭВМ при различных режимах работы. Все режимы работы ЭВМ делятся на однопрограммные и мультипрограммные.

При работе в олнопрограммном режиме все ресурсы ЭВМ отданы одной программе. Выполнение следующей программы возможно только после полного выполнения предыдущей программы.

Разновидности однопрограммного режима:

Однопрограммный режим с непосредственным доступом пользователя к ЭВМ. Пользователь ведёт диалог с машиной, работая за пультом. В этом режиме машинное время используется нерационально. Такой режим используется только при наладке ЭВМ.

Однопрограммный режим с последовательным выполнением программ без участия пользователя. Все программы введены заранее и выполняются под управлением ОС. Этот режим неэффективен, так как при таком режиме не полностью используются возможности параллельной работы основных устройств машины.

Разновидности мультипрограммного режима:

Режим пакетной обработки. В таком режиме возможно решения нескольких задач на ЭВМ одновременно. Все программы, исходные данные вводятся заранее, из них образуется пакт задач. Все задачи реализуются без вмешательства пользователя. При таком режиме значительно экономится время на выполнение набора задач.

Режим разделения времени. Этот режим похож на предыдущий, но во время выполнения пакета возможно вмешательство пользователей. Режим разделения времени сочетает эффективное использование возможностей ЭВМ с даёт пользователю возможность индивидуального пользования. Применение такого режима возможно только, когда работа ЭВМ протекает в реальном масштабе времени.

Режим запрос-ответ. Этот режим представляет собой вид телеобработки, при которой в соответствии с запросами от абонентов, ЭВМ посылает данные, содержащиеся в Файлах данных. Число ответов ограничено ёмкостью памяти, следовательно ограничено и число запросов.

Диалоговый режим. это наиболее используемый режим работы ЭВМ. При таком режиме происходит двустороннее взаимодействие (диалог) пользователя и ЭВМ. Для осуществлении этого режима необходимо, чтобы технические и программные средства могли работать в реальном масштабе времени; чтобы абоненты имели возможность формулировать свои сообщения на высоком уровне.

В мультипрограммных режимах реализованы два варианта: мультипрограммный режим с фиксированным и произвольным числом совместно решаемых задач.

4 Микропроцессоры и их применение.

4.1 Эффективность микропроцессоров.

В 1959 году фирма Intel (США) по заказу фирмы Datapoint (США) начала

создавать микропроцессоры (МП). Первым микропроцессором на мировом рынке стал МП Intel 8008.

В последние годы появились такие МП, которые могут полностью автоматизировать производство и многие сферы обслуживания. Это может привести к росту безработицы.

МП - это эффективный с технологической и экономической точки зрения инструмент для переработки возрастающих потоков информации.

Новое поколение МП идёт на смену предыдущему каждые два года и морально устаревает за 3-4 года. МП вместе с другими устройствами микроэлектроники позволяют создать довольно экономичные информационные системы.

Причина такой популярности МП состоит в том, что с их появлением отпала необходимость в специальных схемах обработки информации, достаточно запрограммировать её функцию и ввести в ПЗУ МП.

Основные характеристики МП.

Марка МП	Сопроцессор	Адресуемая память	Тактовая частота (МГц)	Виртуальная память	Быстро-действие
8086/88 (1979 г.)	8087	2020 = 1 Мб	4,77 (8; 10)	-	0,33
80286 (1982 г.)	80287	16 Мб	8 (12; 16)	1 Гб	1,2
80386 DX 80386 SX (1985 г.)	80387	4 Гб 4 Гб	16 (20-40) 16 (20-25)	64 Гб 64 Гб	6 2,5
80486 DX 80486 SX 80486 DX2 (1989 г.) 80486 DX4 (1992 г.)	Встроенный	4 Гб 4 Гб 4 Гб 4 Гб	25 (33; 50) 20 (25) 50 (66) 100	64 Гб 64 Гб 64 Гб 64 Гб	20 16,5 40 80
Pentium 60 (1994 г.)	Встроенный	4 Гб	100	64 Гб	90/100

Суперпроцессор P6:

Изготовляется на 0,6 мкм.-технологии.

Достоинства:

Частоты 133-150 Мгц

Вдвое превзойдёт по производительности существующие модели, поскольку:

Имеет 4 конвейера для параллельной обработки команд.

Интегрированные в одном корпусе 2 модуля КЭШ-памяти первого уровня - 32 Кб, второго - 256 или 512 Кб.

Введена новая шина, которой до этого оснащались большие ЭВМ.

В одном компьютере могут взаимодействовать до 4-х процессоров Р6.

В Р6 установлены интегрированный и математический сопроцессоры.

Производительность: 250-300 MFlops, 1000 MFlops - для компьютеров с 4-мя процессорами.

Зелёные компьютеры:

Эра экологически вредных настольных компьютеров заканчивается! Летом 1994 года администрация США запретила предприятиям покупать не зелёные компьютеры.

Зелёные компьютеры характеризуются:

Охраной окружающей среды и здоровья пользователя.

Пониженным уровнем электромагнитных и радиационных излучений.

Полной утилизацией составных элементов компьютера.

Пониженным потреблением электроэнергии, пониженным тепловыделением. Это происходит за счет использование процессоров с различными режимами работы: нормальный, дремлющий и спящий.

4.2 Структура 3-магистрального МП.

АЛУ - арифметико-логическое устройство; УУ - устройство управления; УВВ - устройство ввода-вывода; Т - таймер; Р - рабочие регистры; регистры: 0 - операндов, К - команд, А - адресов, Ф - флаговые, С - состояний, СК - счётчик команд, ОН - общего назначения, СТЕК - стековые.

Сигналы трёх видов - информационные, адресные и управляющие 0 могут передаваться по одной, двум или трём шинам (магистралям). Шины, как правило, двунаправлены, то есть могут передавать информацию в обоих направлениях.

Структурная схема МП С тремя раздельными

шинами информационных (И), адресных (а) и

управляющих сигналов (У)

4.3 Области применения МП.

Лет 30 назад было около 2000 различных сфер применения МП. Это управление производством (16%), научные исследования, транспорт и связь (17%), информационно-вычислительная техника (12%), военная техника (9%), бытовая техника (3%), обучение (2%), авиация и космос (15%), коммунальное и городское хозяйство, банковский учёт, метрология, медицина (4%) и другие области.

Сейчас развиваются следующие направления автоматизации с применением МП систем управления:

- станки с ЧПУ плюс робот;

- станки с ЧПУ плюс робот плюс устройство активного контроля размеров;

- станки с ЧПУ плюс робот плюс система автоматической диагностики с самовозвратом.

5 Многопроцессорные вычислительные системы, сети, ЭВМ V поколения.

5.1Магистральная организация процессоров ЭВМ.

При магистральной организации процессоры связываются в систему так, что входные данные одного из них являются исходными для другого. Получаемый ряд процессоров последовательно обрабатывают отдельные части задачи. Быстродействие ЭВМ с такой организации процессоров порядка 100 млн. операций в секунду.

Иллюстрация принципа магистральной обработки информации.

Первый этап операции.

(А,В) F (A,B)₁

Третий этап операции.

F(A,B)_2 F(A,B)₃

Хранение промежу-точного результата.

F(A,B)₂

Второй этап операции.

F(A,B)_1 F(A,B)₂

Хранение промежу-точного результата.

F(A,B)₁

Вход

(А,В)

5.2 Матричная параллельная организация процессоров.

При параллельном процессе программа каждой задачи реализуется на отдельном процессоре. Здесь появляется возможность как несколько независимых задач, так одну сложную задачу. Быстродействие примерно 200 млн. операций в секунду (“Иллиак-4” (США) содержит 64 процессора).

Для матричного процессора характерен режим совместного исполнения (все процессоры работают синхронно.

Матричная организация процессоров.

П₁

ЗУ

П₆₄

П₂

ЗУ

ЗУ

ЦУУ

Система

ввода-вывода

шина канал данных

состояний

Матричный

процессор

5.3 Мультипроцессорная организация с общей оперативной памятью.

В центре системы - мощные процессоры, имеющие собственную память и внутреннее управление. процессоры работают с общей ОП (ЗУ). Одна из главных проблем таких вычислительных систем - коммутирование процессоров. Производительность составляет свыше 100 млн. операций в секунду.

КОММУТАТОР

П₁

П_М

ЗУ₁

ЗУ_М

5.4 Сети связи ЭВМ.

Сети связи ЭВМ можно рассматривать в виде пунктов, объединяемых каналами связи. Сети можно разделить на централизованные и распределённые.

В централизованных сетях обмен информацией между ЭВМ и абонентом происходит через центральный узел связи. При большом количестве абонентов такое построение сети нерационально.

В распределённых сетях связи осуществляется между многими парами узлов. Каждый узел связан не менее чем с двумя другими узлами, и абоненты могут включатся в несколько узлов.

5.5 ЭВМ V поколения.

ЭВМ IV поколения не получили широкого распространения из-за своей специфики. Это явилось стимулом для разработки ЭВМ V поколения, при разработки которых ставились совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ I - IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основными задачами разработчиков ЭВМ V поколения являлось создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), возможность ввода информации в ЭВМ при помощи голоса, различных изображений. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.

Проект семейства ЭВМ V поколения объединяет 16 процессоров. Это позволит достичь быстродействия в 16010⁶ операций в секунду.

6 Заключение.

7 Список литературы:

1. А.П.Пятибратов, А.С.Касаткин, Р.В.Можаров. “ЭВМ, МИНИ-ЭВМ и микропроцессорная техника в учебном процессе.”

2. А.П.Пятибратов, А.С.Касаткин, Р.В.Можаров. “Электронно-вычислительные машины в управлении.”