Тема 0_2010 Этапы развития ВТ (Лекции 1,2 по ВМСС в pdf)

Тема 0Развитие 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.Развитие 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.1International Bisness Mashine1 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.5 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 значений 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, квантовых.2. Бурное развитие сетевых технологий в рамках локальных сетей и суперЭВМ + глобальные сети-CRID-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-база1091061031946 1953 1964 1975 1986 1997 2008 2019 гг.Фирма, тип системы,Ввод в Колич.

Производит. Энер- Top[Tflops]микропроцессора идейст. процессорных пиков. тест потр. 500межпроцессорной сети; странагг.ядерLinp-k кВт 06.09IBM Roadrunner; Cell 8i; 3,2 ГГц;12008 129600 1456,7 1105,0 24832Opteron; 1,8 ГГц; Infiniband2Cray XT5 Jaguar; 4Opteron; 2,3 ГГц 2008 150152 1381,4 1059,0 69513IBM BG/Р; 2Pow.PC450; 0,85 ГГц; Герм. 2007-9 294912 1002,7 825,5 22684SGI Altix; 4Xeon; 3/2,7 ГГц; Inf-b-d 2008 51200 608,8 487,0 20905IBM Blue Gene/L; PowerPC440; 0,7 ГГц 2005-7 212992 596,4 478,2 23308Sun Runger; 4Opteron; 2 ГГц; Inf-band 2008 62976 579,4 433,2 2000Bull; 4Xeon; 2,9 ГГц; Inf-band; Герм. 2009 26304 308,3 274,8 1549 10Cray XT4 Jaguar; 4Opteron; 2,1 ГГц 2006-8 30976 260,2 205,0 1581 12IBM Blue Gene/Р; Саудов. Аравия 2009 65536 222,8 185,2 504 1415Dawning;4Opteron;1,9 ГГц; Inf-b-d; КНР 2007-8 30720 233,5 180,6HP Индия; 4Xeon; 3 ГГц; Infiniband 2007-8 14384 172,6 132,8 786 1822NEC; SX9/E, Earth Simul.; 3,2 ГГц; Яп. 20091280 131,1 122,4IBM Power575; Pow.6; 4,7 ГГц; I-d; В-бр.