Тема 1_2010 Этапы развития ВТ (Все лекции Шамаевой в формате PDF)
Описание файла
Файл "Тема 1_2010 Этапы развития ВТ" внутри архива находится в папке "Лекции". PDF-файл из архива "Все лекции Шамаевой в формате PDF", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "вычислительные машины, системы и сети (вмсис)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "вмсс" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Тема 1Развитие вычислительной техники от механических машин доэлектронных и суперсовременных.Появление первой механической машины, способной производить 4арифметических действия датируется началом X\/II века.В 1623г. В Шиккард (1542-1635) изобрел машину, которая не толькосуммировала, но и частично умножала и делила.
Об этой машине мало чтоизвестно.Более известен настольный арифмометр, созданный в 1642 г великимфранцузским философом и ученым Б.Паскалем (1623-1662). Ему пришла идеямеханизировать канцелярские расчеты, которые производил его отец, бывшиймуниципальным инспектором по налогам.В 1671г. немецкий философ и математик Г.Лейбниц (1646-1716) создал«зубчатое колесо Лейбница», выполняющее 4 арифметических действия.XIX век был веком «значительных» вычислений, выполняемых вручную, это и составление таблиц логарифмов и расчеты в астрономии и др.Задавшись целью автоматизировать процессы создания таких таблиц,английский математик Ч.Бэббидж (1791-1871) начал работать в 1821 году надпроектированием «разностной машины».
По его замыслу эта машина с зубчатымиколесами должна была вычислять значения полиномов. Приводить в движениемашину предполагалось с помощью парового двигателя. Однако реализовать этумашину не удалось.Новая счетная машина Бэббиджа получила название «аналитическая» и в1834г. он изложил ее основные принципы. Эта машина впервые была применена вткацком станке с перфокарточным управлением. На одном станке можно былоткать ткани с различными узорами в зависимости от комбинации отверстий наперфокартах.По замыслу Бэббиджа такая машина должна была автоматически выполнятьразличные вычисления при последовательном вводе набора перфокарт,содержащих команды и данные.Аналитическая машина – это программируемая автоматическая ВМ споследовательным управлением, содержащая арифметическое устройство ипамять.Меценат проекта – графиня Ада Августа Лавлейнс (1815-1852) – дочьлорда Байрона – была программисткой этой ВМ.
В ее честь назван языкпрограммирования АДА. Реализация машины завершилась лишь наэкспериментальной стадии.К заслуживающим внимание отличительным чертам аналитической машиныследует отнести появление команды условного перехода.Во второй половине XIX века Г.Холлерит (1860-1929) разработал машинус перфокарточным вводом, способную автоматически классифицировать исоставлять таблицы данных. Эта машина использовалась в 1890г.
в Америке припроведении переписи населения. Наличие – отсутствие отверстия в перфокартеобнаруживалось электрическимиприменялись реле.контактнымищетками,авсчетчикахВ 1896 г. Холлерит основал фирму, которая явилась предшественникомIBM 1 (это название возникло в 1924 г.). Перфокарты, используемые в этойпереписи населения, были применены впоследствии фирмой IBM.В Германии в 1938 г. К.Цузе создал механическую вычислительнуюмашину Z1. В ней впервые были использованы двоичные числа.Америка 1944, Г.Айкен (1900-1973) спроектировал универсальную машину,которая появилась на свет при содействии фирмы IBM. Она называлась Mark-I. Напроект машины оказали влияние идеи Бэббиджа, поэтому она оперироваладесятичными числами.Скорость вычислений в механических машинах и в машинах на электромеханических реле была не высока, поэтому в 30-х годах начались разработкиэлектронных вычислительных машин (ЭВМ), элементной базой которых сталатрехэлектродная вакуумная лампа – триод, изобретенная в 1906 г.
Л.Форостом.Первая ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator)появилась в 1946 г.Первая универсальная машина была разработана в университете г.Пенсильванияпод руководством Дж.Маушли и Дж. Эккерта.Разработка началась в 1943 г. и закончилась в 1946 г.Машина весила 30 т, занимала площадь 200м2, содержала18 тыс. ламп и потребляламощность 140 квт., использовала десятичные операции и ее программированиеосуществлялось путем установи переключателей и коммутации разъемов.При этом на программирование уходило много времени, и еще вставала проблема смногочисленными ошибками.Джон фон Нейман (1903-1957), являвшийся в то время консультантом проектаENIAC, предложил записывать алгоритм вычислений в память вместе с данными так,чтобы содержимое его можно было свободно изменять вместе с данными.
Этот принципполучил название «Принцип хранимой программы».Дж. Фон Нейман выделил и детально описал 5 ключевых компонентов того, чтосейчас называют «Архитектура фон Неймана» современного компьютера.Компьютер для обеспечения критериев эффективности и универсальности долженвключать в себя следующие компоненты:1.2.3.4.5.Центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ);Центральное устройство управление (УУ);Запоминающее устройство (ЗУ);Устройство ввода информации;Устройство вывода информации.Эта система (по фон Нейману) должна работать с двоичными числами, бытьэлектронной и выполнять операции последовательно.1International Bisness MashineАЛУЗУУУУстройствоВводаУстройствоВыводаРазвитие средств ВТ в России:1874 г.
– русский инженер Однер В.Т. изобрел механический арифмометр1878 г. – акад. П.Л.Чебышев изобрел механическую ВМ, которая выполняла+,-,*,/1911 г. – Акад. А.Н.Крылов предложил ВМ для решения арифметическихуравнений1918 г. – М. Бонч-Бруевич изобрел триггер (электронное реле)1951 г. создание первой ЭВМ МЭСМ (Малая Электронная СчетнаяМашина) под рук. Акад. С.А.Лебедева г.Киев1955 г.
создание машины БЭСМ (Быстродействующая Электронная СчетнаяМашина) в Институте точной механики и вычислительной техники Академии наукСССР (ИТМВТ) г.Москва. Быстродействие 7-8 тыс оп/сек2. Поколения ЭВМ.Эволюция информационных технологий.Поколение ЭВМ-серия машин, обладающих едиными научными и техническимипринципами построения, возможно созданными в разных странах и фирмах.Смена поколения определяется:1. Изменением элементной базы.2. Новыми решениями в архитектуре.3.
Изменениями в вычислительном процессе и программномобеспечении.1 Поколение: 1946г-середина 50-х гг.Элементная база - электронные лампы (остальные компоненты компьютерыиспользовали резисторы, конденсаторы, трансформаторы.)Для ЗУ использовались ферритовые сердечники.Архитектура: архитектура Дж. Фон-Неймона.Производительность: 102 опер/сек-20*103 опер/сек.Пример: ENIAC«+» -500 опер/сек«*»- 40 опер/сек.МЭСМ (1950-51 гг.) выполняла 50 опер/сек и 7 тыс опер/мин.Стрела, Урал 1;2, БЭСМ-4 10 тыс опер/сек.
1953г.Программирование: машинные коды.Основной тип машин: большие машины, потребляли большую мощность изанимали большую площадь.2 Поколение: сер.50-сер. 60 гг.Элементная база: полупроводниковые приборы.Производительность 103 опер/сек-105 опер/сек.Примеры: RCA (США)Минск 22(32).Для ЗУ: магнитная лента.Программирования на языках: Алгол, Фортран, Ассемблер.Основной тип: большие машины.Развитие ПО: появляются операционные системы и трансляторы.Критерий эффективности: время решения задач и объем используемойпамяти.Появление первых средств мультипрограммированияРасширенные группы пользователей.3 Поколение середина 60-70гг.Элементная база: интегральная микросхема.Производительность: 106 опер/секВнешнее устройство: расширенный набор программ для ввода/выводаинформации.Примеры: IBM 360/370, ЕСЭВМ, БЭСМ.
СМ ЭВМ-семейство малых ЭВМПрограммирование на языках: Алгол, Фортран, Ассемблер, Кобол,Бейсик, Паскал, ПЛ/1.Основной тип: большие машины.Развитие ОС: появление UNIXКлючевая технология: режим разделения времени,мультипрограммирование.Критерий эффективности: трудоемкость разработки программ.4 Поколение : конец 70х-85гг.Элементная база: БИС, СБИС.Производительность: 106 -108 опер/секПример: Примером может служить многопроцессорный вычислительныйкомплекс "Эльбрус".
Эльбрус -1КБ имел быстродействие до 5,5 млн. операций сплавающей точкой в секунду, а объем оперативной памяти до 64 Мб. У "Эльбрус2" производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативнойпамяти до 144 Мб или 16 Мслов ( слово 72 разряда), максимальная пропускнаяспособность каналов ввода-вывода - 120 Мб/с.Классы компьютеров 4-го поколения:КомпьютерыМногопроцессорные.СуперЭВМ.Транспьютерные системы.ПВЭМ.CRAY-1,2Языки программирования:• проблемно-ориентированные.• обьектно-ориентированные.• Паскаль и CОсновной тип: персональные, рабочие станции и Суперкомпьютеры, микро ЭВМ.Структурная схема ПЭВМ5 Поколение:85-95 гг.Японский проект «Интеллектуальные ЭВМ»• Общение с ЭВМ на языке проблемной области (речевой ввод данных, вводтекста, графики, изображения).• Понимание описываемой проблемы на языке, близком к естественному.• Синтез процедуры обработки данных.• Манипуляция знаниями и получение логических выводов на основе БД.Машины логического вывода.Вывод: в полном объеме проект реализован не был.Развития средств вычислительной техники на современном этапе.1.
Совершенствование элементной базы от микропроцессора допринципиально новых компьютеров оптических, биологических,молекулярных, квантовых.2. Бурное развитие сетевых технологий в рамках локальных сетей и суперЭВМ + глобальные сети - GRID-технологии, метакомпьютинг.3. Массовость и доступность средств обработки информации.2 и 3 влечет за собой принципиально изменение рынка труда.4. Рост сложно решаемых задач и как результат- рост требований кпроизводительности вычислительных средств.Примеры сложных расчетных задач:а) исследования сверхпроводимости.б) расчет генома человека.в) задачи фармакологияг) расчет прогноза погоды и др.5. Мощные компьютеры есть показатель уровня развития общества.Развитие суперкомпьютеров1 Ef/sоп./с1810www.top500.org151 Pf/s101 Tf/s1 Gf/s1 Mf/sENIAC12ЭСЛ-базаCDC Cray 16600ТранзисторыIBM 70110КМОП-база109106103Фирма, тип системы,Ввод в Колич. Производит.