Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем (2006) (1186249), страница 9
Текст из файла (страница 9)
После войны потребности в производительных ЭВМ не исчезли: они появились сначала у атомщиков, а затем и у военно-воздушных сил. Атомщикам требовались вычислительные мощности для расчетов по атомным и термоядерным бомбам; специалистам ВВС вЂ” для обсчета технологий реактивных самолетов, а чуть позже — ракет и космических кораблей. Финансировались эти направления отменно. Электронные вычислительные машины Первая электронная вычислительная машина на основе электронных вакуумных ламп с нитью накаливания была создана по заказу артиллеристов в Пенсильванском университете в 1946 году и получила название ЕН1АС (Е!ессгошс Нцшега! 1пгеягагог апс1 Сошрцгег). ПРИМЕЧАНИЕ На роль первой электронной вычислительной машины также претендуют созданные в 1943 году вычислитель Со!!овце, разработанный под руководством Макса Ньюмена при участии Алана Тьюринга, н специализированный электронный калькулятор профессора Джорджа Атанасова АВС (Атапаво(1 Веггу Сошрцгег).
Это были вычислительные машины с программным управлением, но программа вводи- лась в них извне — путем штекерного набора, как в табуляторах. В середине 40-х годов появились теоретические разработки, указывающие, что более эффективными могут быть машины с хранимой программой. В этом направлении следует отметить в первую очередь работы Норберта Винера и Джона фон Неймана'.
' Хотя авторство идеи «хранимой программы«обычно приписывают Нейману и Винеру, они всего лишь были первыми, кто опубликовал работы, где рассмотрена эта идея. Сама же концепция «вгогед-ргоягаш сопсерг«была разработана в Пенсильванском университете коллективом исследователей под руководством Д.
Экерта. Электронные вычислительные машины 45 Некоторые рекомендации по созданию эффективных электронных цифровых вычислительных машин были изложены Винером в докладной записке, направленной в 1940 году создателю аналоговых вычислительных машин В. Бушу. Позже, в книге «Кибернетика», Винер писал: «В настоящее время существует два типа вычислительных машин; О машины, подобные дифференциальному анализатору Буша, именуемые аналоговыми машинами. В них данные изображаются величинами, измеряемыми по какой-либо непрерывной шкале, так что точность машины определяется точностью построения этой шкалы; ьз машины, подобные обычному арифмометру, которые называются цифровыми машинами; в них данные изображаются серией выборов из нескольких возможностей, а точность определяется четкостью различения отдельных возможностей при каждом выборе и числом сделанных выборов.
Мы видим, что для точных вычислений цифровые машины во всяком случае лучше, а из них лучше всего машины с двоичной системой, у которой при каждом выборе представляется лишь две возможности. Употребление нами машин с десятичной шкалой обусловлено просто той исторической случайностью, что десятичная система, основанная на числе пальцев, уже была в употреблении, когда индусы сделали свое великое открытие, выявив значение нуля и преимущество позиционной системы счисления» 120, с.
148). И чуть дальше: «В случае идеальной вычислительной машины все данные должны быть введены в машину в начале работы, и затем она должна по возможности быть свободна от человеческого вмешательства до конца работы. Это означает, что в машину должны быть введены вначале не только все цифровые данные, но и все правила их сочетания в виде инструкций, учитывающих любую ситуацию, которая может возникнуть в ходе вычислений. Поэтому вычислительная машина должна быть не только арифметической, но также и и логической машиной, и должна комбинировать возможности согласно систематическому алгоритму. Существует много алгоритмов, которые можно использовать для комбинирования возможностей; но простейший из них известен как алгебра логики, или булеза алгебра» [20, с.
149]. Широко известная концепция построения ЭВМ, предложенная профессором Принстонского института Джоном фон Нейманом в работе «Общая и логическая теория автоматов» 148), во многом перекликается с концепцией Винера. Основные принципы организации ЭВМ по Дж, фон Нейману: 1. Принцип двоичного кодирования. Электронные машины должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления. 2. Принцип программного управления.
Машина выполняет вычисления по программе. Программа состоит из набора команд, которые исполняются автоматически друг за другом в определенной последовательности. 3. Принцип хранимой программы. В процессе решения задачи программа ее исполнения должна размещаться в запоминающем устройстве машины, обладающем высокой скоростью выборки и записи. 46 Глава 2. Технические предпосылки и практические потребности создании ЭВМ 4. Принцип однотипности представления чисел и команд.
Программа, так же как и числа, которыми оперирует машина, записывается в двоичном коде. Таким образом, по форме представления команды и числа однотипны, а это дает возможность машине исполнять операции над командами программы. 5. Принцип иерархичности памяти. Трудности реализации единого емкого быстродействующего запоминающего устройства требует иерархического построения памяти.
Должно быть по меньшей мере два уровня иерархии: основная память и внешняя память. 6. Принцип адресности основной памяти. Основная память должна состоять из пронумерованных ячеек, каждая из которых доступна программе в любой момент времени по ее двоичному адресу или по присвоенному ей имени (имя ячейке присваивается в программе, и соответствующий атому имени адрес должен храниться в основной памяти на протяжении всего времени выполнения программы).
Структура ЭВМ, предложенная фон Нейманом, должна содержать следующие устройства: управляющее устройство, арифметическое устройство, основную (оперативную) и внешнюю память, устройство ввода программ и данных, устройство вывода результатов расчетов, пульт ручного управления (рис. 2.2). Рис. 2.2.
Структура фон-Наймановской ЭВМ Концепции Винера и фон Неймана быстро нашли свое воплощение в новых ЭВМ, созданных уже в конце 40-х — начале 50-х годов. В первую очередь следует отметить американские ЭВМ: ЭДСАК, СЕАК, ЭДВАК и первые поступившие в открытую продажу серийные машины с хранимой программой УНИВАК (1949 г.) и 1ВМ 701. Какие же основные характеристики имел первоначально изготовленный по заказу бюро переписи населения США компьютер УНИВАК (()Х1ЧАС вЂ” ()Н1Уегза! Ангошайс Сошригег)? О Ввод данных осуществлялся с магнитной ленты, емкостью 1,4 Мбайт и с пер- фокарт. 0 Машинное слово — 78 бит, емкость ОЗУ вЂ” 1000 слов, для хранения которых использовалось 100 ртутных линий задержки (ЛЗ) с обратной связью (им- 47 Электронные вычислительные машины пульсы с выхода ЛЗ подаются обратно на ее вход, и таким образом машинное слово непрерывно циркулирует по линии задержки).
Производительность: сложение за 500 мкс, умножение — за 2,5 мс. Имелся контроль достоверности преобразований информации, основанный на сравнении результатов работы наиболее важных задублированных схем и на контроле четности. В начале 1950-х к американским машинам присоединились и советские: по заказу атомщиков в 1951 году в Киеве под руководством академика Лебедева была создана первая отечественная машина МЭСМ (Малая электронная счетная машина); в 1952 году машина БЭСМ (Большая ЭСМ; позже разработаны модификации: БЭСМ-2, БЭСМ-4, БЭСМ-6 — рис. 2.3).
Рис. 2.3. Блок-схема БЭСМ Популярная машина БЭСМ-2 имела следующие характеристики: С) Разрядность машины — 39 бит. Числа с плавающей запятой имеют разрядность: мантисса — 32 бита, поьрядок — 5 бит, по 1 биту знаки мантиссы и порядка. Диапазон чисел от 10 до 10в. В формате с фиксированной запятой представляются только дробные числа меньше 1. О Возможность двоично-кодированного представления десятичных чисел. 0 Быстродействие — до 10000 операций/с. 48 Глава 2.
Технические предпосылки и практические потребности создания ЗВМ В машине используются одно-, двух-, трехадресные и безадресные команды. Разрядность адресов — 11 бит, код операции — 6 бит. Всего 32 команды: 9 арифметических операций, 6 логических операций, 8 — передачи кодов, 9 операций управления. 12 Запоминающие устройства: ОЗУ на ферритовых сердечниках емкостью 2048 39-разрядных чисел со временем обращения 10 мкс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
