Реферат: Поколения ЭВМ

РЕФЕРАТ<span English111 Vivace BT"; color:black">

по предмету:

Основы информатики и вычислительной техники

ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ

Выполнил: ученик 9 «В»

класса, с.о.ш. №32

Кутузов Михаил

Астрахань, <st1:metricconverter ProductID=«2004 г» w:st=«on»>2004 г</st1:metricconverter>.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU; mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

За относительно небольшой период своего развития ЭВМ прошлипуть нескольких поколений. Каждое поколение ЭВМ характеризуется определеннойсово­купностью логической организации (архитектуры) и используемойконструктивно-технологической (глав­ным образом элементной) базы.

Основным элементом ЭВМ первого поколения была электроннаялампа. Промышленный выпуск и эксплуатация таких ЭВМ начались в 50-х го­дах. К первому поколению относятсяотечественные ЭВМ БЭСМ-1, БЭСМ-2, «Урал-1», «Урал-2», «Стрела», М-2, М-3,«Минск-1», М-20 и другие, ориентирован­ные в основном на решениенаучно-технических задач.

<img src="/cache/referats/18816/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис. 1. Электронная вычислительная машинапервого поколения БЭСМ-2

Машины первого поколения были весьма гро­моздки, потреблялибольшое количество энергии и имели невысокую надежность. Их производитель­ностьне превышала 10—20 тыс. оп/с, а емкость основной памяти — 4 К машинных слов (гдеК = 210 = 1024). В ЭВМ первого поколения, по существу, не былосистемы программного обеспечения. Про­граммирование было детализировано доуровня ма­шинных команд и выполнялось пользователями на машинном языке даннойЭВМ. Пользователь также осуществлял ввод и отладку программ, обеспечивалуправление вычислительным процессом при возникно­вении непредвиденных или недопустимыхситуаций.

Несмотря на указанные недостатки, ЭВМ первого поколенияпродемонстрировали определенные возмож­ности для автоматизации вычислительныхработ, в частности в области космических исследований, ядерной физики и др.,способствовали накоплению опыта по применению ЭВМ в других отраслях народ­ногохозяйства.

В конце 50-х годов появились отечественные ЭВМ второгопоколения. Их элементной базой стали полупроводниковые приборы — транзисторы,что позволило существенно повысить производитель­ность и надежность ЭВМ приодновременном уменьше­нии ее габаритных размеров, массы и потребляемоймощности.

В ЭВМ второго поколения широко исполь­зовался печатныймонтаж, при котором необходимые электрические соединения между элементами созда­валисьвытравливанием фольги, нанесенной на изо­ляционный материал.

В СССР были созданы различные по назначению и возможностямполупроводниковые ЭВМ второго поколения, в том числе БЭСМ-4, «Урал-14»,«Урал-16», Минск-22», «Минск-32», М-220, М-222, «Мир», «Раздан», «Наири» имногие другие. Производитель­ность этих ЭВМ не превышала 50—100 тыс. оп/с, аемкость основной памяти — 32 К машинных слов. Среди машин второго поколения особовыделяется БЭСМ-6 с производительностью около 1 млн. оп/си емкостьюосновной памяти до 128 К машинных слов.

В машинах второго поколения получило также развитиепрограммное обеспечение, в частности заро­дилось так называемое системноепрограммирование, позволившее установить определенное взаимодействие междуразрозненными наборами различных программ в процессе их выполнения. Комплексытаких систем­ных программ были первоначально названы операционными системами.

<img src="/cache/referats/18816/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">

Рис. 2. ЭВМ второго поколения (Мир)

Для повышения производительно­сти труда программистов сталиприменяться различ­ные алгоритмические языки (Алгол, Фортран и др.), а такжебиблиотечные наборы стандартных программ. В результате развития средствпрограммного обеспе­чения значительно расширилась сфера применениявычислительной техники, появились ЭВМ не только для научно-техническихрасчетов, но и для решения планово-экономических задач, управления различнымипроизводственно-технологическими процессами и т. д.

Последующее интенсивное развитие радиоэлектро­ники привелов 60-х годах к созданию интегральных схем (ИС), а на их основе — к разработкеЭВМ третьего поколения. Интегральная схема является функционально законченнымблоком, экви­валентным по своим логическим возможностям доста­точно сложнойтранзисторной схеме. Она представляет собойпластину полупроводникового материала (обычно кремния), вповерхностном слое которой методами микроэлектронной технологии формируютсяобласти, выполняющие функции транзисторов, диодов, резисторов и другихкомпонентов схемы.

ЭВМ третьего поколения характеризуются значи­тельнымувеличением производительности и емкости памяти, существенным повышениемнадежности и вме­сте с тем уменьшением потребляемой мощности, массы изанимаемой площади. Конструктивно машины третьего поколения состоят из типовыхэлементов и узлов, обеспечивающих высокую плотность компоновки, необходимуюпомехозащищенность, а, также устой­чивость к механическим и климатическимвоздей­ствиям.

Значительное внимание в машинах третьего поко­ления былоуделено совершенствованию средств программного обеспечения с точки зрения наиболееэффективного использования технических возможностей ЭВМ, максимальнойавтоматизации вычислитель­ного процесса, уменьшения трудоемкости подготовки иотладки программ пользователей. В результате этого, начиная с ЭВМ третьегопоколения разрознен­ные средства программного обеспечения, превратились вцелостную 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 ЭВМобеспечивается одновременное выполнение про­грамм различных пользователей,повышается эффек­тивность использования ЭВМ и уменьшаются возмож­ные простои еедорогостоящего оборудования. С при­менением мультипрограммного режима ЭВМпревра­тилась в вычислительный инструмент нового качества. Теперь на базе ЭВМстало возможным создание вычислительных систем, одновременно обрабатыва­ющихпрограммы нескольких пользователей, которые могут находиться от ЭВМ назначительном расстоянии и непосредственно общаться с ней независимо друг отдруга.

В ЭВМ третьего поколения были достигнуты про­изводительностьв несколько миллионов операций в секунду, емкость основной памяти — в несколькосотен Кбайт.

Начиная с ЭВМ третьего поколения в широких масштабах началапроводиться работа по  стан­дартизациитехнических и программных средств. В это же время создаются семейства (ряды)ЭВМ, представляющие собой единую систему. Для этой цели в 1969 г. СоветскимСоюзом было заключено соглашение о сотрудничестве с рядом европейских стран вобласти вычислительной техники, которое обеспечило разработку и производ­ствоЕдиной 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 сверхбольшиеинтегральные схемы (БИС и СБИС). Высокая степень интеграции способствовала даль­нейшемуувеличению плотности компоновки электрон­ной аппаратуры, повышению ее надежности,увели­чению быстродействия и снижению стоимости. Производительность ЭВМчетвертого поколения достигла десятков и сотен миллионов операций в секунду, аобъем основной памяти — десятков мегабайт. ЭВМ третьего и четвертого поколенийпредставлены в основном вычислительными машинами серии ЕС ЭВМ.

Для ЕС ЭВМ характерен высокий уровень стандар­тизации иунификации, который обеспечивался типо­вой элементной базой, основанной наиспользовании интегральной микроэлектроники, единой базовой струк­турой всехмоделей ЭВМ, стандартным набором команд и форматов представления данных, единойноменклатурой периферийных устройств, подключаемых через стандартную системусопряжения (интерфейс ввода-вывода), единством принципов конструирования,производства и эксплуатации.

Разработка ЕС ЭВМ проводилась с учетом между­народныхстандартов и рекомендаций, а также уста­новившихся в мировой практикесоглашений 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 принят8-разрядный байт, к которому может быть присоединен дополнительный двоичныйразряд для целей контроля. Все форматы данных в ЕС ЭВМ кратны байту. Байтоваяструктура данных хорошо согласуется со стандартным 8-разрядным дво­ичным кодомобмена информацией, включа­ющим строчные и прописные буквы латинского и рус­скогоалфавитов, десятичные цифры, а также различ­ные специальные символы.

Наиболее устойчивой частью конфигурации технических средствЕС ЭВМ является центральный про­цессор, технические характеристики которого восновном и определяли данную модель ЭВМ. Центральный процессор обрабатывает данныев ЭВМ, обеспечивает автоматическое управление работой других устройств,взаимодействует с каналами ввода-вывода, посылая в них команды на выполнениесоответствующих операций и получая информа­цию об их выполнении.

Основная память в ЕС ЭВМ реализовывалась на базе одного илинескольких блоков, выполненных на полупроводнико­вых БИС (в первых моделяхиспользовались ферритовые сердечники). Пространство (поле) основной памятипредставляет собой последовательность пронумерован­ных байтов начиная снулевого. Номер байта явля­ется его адресом. Для адресации к основной памяти вЕС 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 каналпроизводит адресацию до 256 периферийных устройств. Обширный набор периферийныхустройств ЕС ЭВМ и стандарт­ный способ их подключения позволял создаватьвычислительные системы различной конфигурации для решения широкого круганаучных, инженерно-технических, экономических, управленческих и других задач.

В составе ЕС ЭВМ входили также устройства подготовкиданных, которые могли использоваться автономно, т.е. автоматически, не взаи­модействуяс ЭВМ. Они включили в себя различные по техническим характеристикам устройстваподготов­ки, контроля, расшифровки, репродукции данных на перфокартах,перфолентах, магнитной ленте (МЛ) и гибком магнитном диске (ГМД).

Разнообразные технические средства сочетались в ЕCЭВМ с развитой системой программного обеспе­чения,ориентированной на постоянно расши­ряющуюся сферу применения ЭВМ. В составпрограммного обеспечения ЕС ЭВМ вошли операционная система, комплекс программтехнического обслуживания и различные пакеты прикладных программ.

Основная цель, которая ставилась при создании первойочереди ЕС («Ряд-1»), заключалась в разработке семейства ЭВМ, отвечающихтребова­ниям своего времени в отношении элементной базы, логической структуры,средств программного обеспе­чения, конструкции и технологии. В составе моделейэтой очереди можно назвать, например, ЕС 1010, ЕС 1020, ЕС 1030, ЕС 1040, ЕС1050, а также их модер­низированные варианты: ЕС1011, ЕС1012, ЕС1021, ЕС 1022,ЕС 1032, ЕС 1033, ЕС 1052. В конце 70-х годов был прекращен выпуск моделейпервой очереди.

Вторая очередь ЕС ЭВМ «Ряд-2» сохранила все достоинствапервой очереди, однако по сравнению с ней характеризовалась более высокойпроизводитель­ностью, повышенной емкостью основной и внешней памяти,расширенными функциональными возможностя­ми технических и программных средств,большим количеством периферийных устройств, возможностью созда­ния на баземоделей многопроцессорных и многома­шинных вычислительных комплексов. В составемоделей второй очереди ЕС ЭВМ вошли: ЕС 1015, ЕС 1025, ЕС 1035,ЕС 1045, ЕС 1055, ЕС 1060, ЕС 1061. В ЕС ЭВМ второй очередииспользовалась более прогрессивная технология производства, основанная наприменении многослойного печатного монтажа (до 10 слоев), плоских многожильныхкабелей, трех­рядных разъемов с повышенной плотностью компо­новки и др. Можносказать, что вторая очередь ЕС ЭВМ стала материальной основой построенияаппаратурных и программных средств электронной вычислительной техники четвертогопоколения.

Частично были разработаны ЕС ЭВМ третьей очереди («Ряд-3»).Первые модели ее (ЕС1007, ЕС1036, ЕС1046, ЕС 1066, ЕС1068) реализовывалипринцип параллельной работы пользователей, названный системой виртуальных(кажущихся) машин. Этот принцип состоит в предоставлении каждому пользователюсистемы некоторого функционального эквивалента отдельной вычислительной машины.Функционирование множе­ства таких виртуальных машин в реальной вычисли­тельнойсистеме обеспечивается соответствующей операционной системы виртуальных машин.

В таблице приведены основные технические характеристикинекоторых 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 средстваобработки информации — микропро­цессоры (МП). По своим логическим возможностями структуре они напоминают упрощенный вариант процессора обычной ЭВМ, однако конструктивнореализуются всего на одной или несколько микросхемах с высокой степенью интеграции. На базе микропроцессоровстали создаваться микро-ЭВМ, состоящие из одного или нескольких микропроцессоров,дополненных постоянной и оперативной памятью, а также необхо­димыми периферийнымиустройствами. Микропроцессоры и микро-ЭВМ широко применяются при автоматизации технологическихпроцессов.

В ЭВМ четвертого поколения получил развитие начавшийся ещев третьем поколении процесс созда­ния вычислительных систем и сетей ЭВМ, многомашинныхи многопроцессорных вычислительных комплексов. Так в нашей стране,научно-исследовательским институтом многопроцессорных вычислительных системТаганрогского государственного радиотехнического института в <st1:metricconverter ProductID=«1989 г» w:st=«on»>1989 г</st1:metricconverter>. быларазработана универсальная многопроцессорная вычислительная система ЕС-2703,рассчитанная на работу от 16 до 64 процессоров и обеспечивающая высокую длятого времени производительность – 128 миллионов операций в секунду.

<img src="/cache/referats/18816/image005.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">

Рис. 3. Электронная вычислительная машина ЕС-2703

Современные вычислительные машины иперсональные компьютеры можно отнести к пятому поколению ЭВМ. Развитиеэлементной базы ЭВМ пятого поколения происходит на наших глазах – каждые 3-5лет в несколько раз возрастает степень интеграции электронных схем, улучшаетсятехнология их производства, что ведет к снижению стоимости компонентовкомпьютера. Сетевые технологии позволяют связывать компьютеры в локальные иглобальные сети, которые, взаимодействуя и объединяясь, образуют глобальнуюСеть – Интернет. ЭВМ пятого поколения используют многозадачные операционные системыс дружественным графическим интерфейсом, а большое количество прикладныхпрограмм делает их незаменимыми при решении практически любых задач. Типичныйобъем оперативной памяти современных персональных компьютеров – сотни мегабайт,дисковой памяти – десятки или сотни гигабайт, тактовая частота – единицыгигагерц.

Последние годы определили требования к ЭВМбудущего, которые помимо малых габаритов и небольшого энергопотребления, болеевысокой производительности и надежности должны обладать возможностью общения с человеком на его естественномязыке, способностью производить логи­ческие выводы, обучаться, формировать всвоей памя­ти так называемую базузнаний и т.д. Это может быть достигнуто применением и дальнейшимсовершенствованием нейронных вычислительных структур, то есть структур,строение которых сходно со строением клеток мозга человека и животных –нейронов. Работа таких структур основана на способности обучаться ианализировать нечеткие или неполные данные и принимать решения на основепредыдущего опыта. Биологические основы работы сетей нейронов были впервыеизучены академиком И.П.Павловым. Механизмы памяти и реакции на раздражителибыли названы им «условным рефлексом» Параллельно с прогрессом в нейроанатомии инейрофизиологии психологами были созданы модели человеческого обучения. Однойиз таких моделей, оказавшейся наиболее плодотворной, была модель Д. Хэбба,который в 1949 г. предложил закон обучения, явившийся стартовой точкой дляалгоритмов обучения искусственных нейронных сетей. Дополненный сегоднямножеством других методов он продемонстрировал ученым того времени, как сетьнейронов может обучаться.

В пятидесятые и шестидесятые годы группаисследователей, объединив эти биологические и физиологические подходы, создалапервые искусственные нейронные сети. Выполненные первоначально как электронныесети, они были позднее перенесены в более гибкую среду компьютерногомоделирования, сохранившуюся и в настоящее время. М. Минский, Ф. Розенблатт,Б. Уидроу и другие разработали сети, состоящие из одного слояискусственных нейронов. Эти сети, часто называемые персептронами, былииспользованы для такого широкого класса задач, как предсказание погоды, анализэлектрокардиограмм и искусственное зрение.

На сегодняшний день существует многовпечатляющих демонстраций возможностей искусственных нейронных сетей: сетьнаучили превращать текст в фонетическое представление, которое затем с помощьюуже иных методов превращалось в речь; другая сеть может распознавать рукописныебуквы; сконструирована система сжатия изображений, основанная на нейроннойсети.

Для улучшения существующих сетей требуется ещемного теоретической и экспериментальной работы. Должны быть развиты новыетехнологии, улучшены существующие методы, прежде чем данная область сможетполностью реализовать свои потенциальные возможности.

<img src="/cache/referats/18816/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">

Рис. 4. Цифровой нейрокомпьютер спрограммируемой архитектурой (разработан НИИ МВС Таганрогского государственногорадиотехнического университета)

На сегодняшний день реальный «интеллект»,демонстрируемый самыми сложными нейронными сетями, находится ниже уровнядождевого червя, однако, как бы ни были ограничены возможности нейронных сетейсегодня, множество революционных открытий, могут быть не за горами.

ЛИТЕРАТУРА

1.<span Times New Roman"">     

Семененко В.А. идр. Электронные вычислительные машины. – М.: Высш. шк., 1991. – 288 с.

2.<span Times New Roman"">     

Терминологическийсловарь 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.<span Times New Roman"">     

Крайзмер Л.П.Бионика. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 72 с.

4.<span Times New Roman"">     

Ф. Уоссермен. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика.

5.<span Times New Roman"">     

Электронный ресурс НИИМВС ТРТУ: http://www.mvs.tsure.ru