Файл: История развития средств вычислительной техники (Периоды развития вычислительной техники).pdf

Прерывание – ситуация, возникающая в результате воздействия некоторого независимого события, приводящего к временному прекращению выполнения последовательности команд одной программы с целью выполнения последовательности команд другой программы. Механизм взаимодействия основной программы и подпрограммы прерывания не отличается от организации обращений к библиотечной программе и выхода из нее. Только там инициатива исходит от основной программы, а в случае прерываний – от сигнала прерывания.

Сигналы прерывания поступают на регистры прерывания, которые периодически, через короткий интервал времени, опрашиваются. Внутренние сигналы прерывания поступают от ОС, ЦУУ при окончании программы, при нехватке данных, при сбоях и т.д. Внешние прерывания поступают от периферийных процессоров, от периферийных устройств, закончивших свою работу, или готовых к работе, от таймера.

Система прерываний включает аппаратные и программные (входят в ОС) блоки. Ее назначение состоит в следующем: если по ходу работы ВС возникает необходимость выполнить срочную работу, не входящую в выполняемую в данный момент программу, то выполнение программы приостанавливается, включается подпрограмма требуемой работы и после ее выполнения вновь восстанавливается работа прерванной программы. Для этого при прерывании основной программы состояние всех регистров ЦУУ и использовавшихся регистров АЛУ запоминается, а также запоминается адрес следующей по порядку команды основной программы, управление передается подпрограмме ОС, обрабатывающей прерывание. В конце этой подпрограммы помещены команды, восстанавливающие состояние ВС перед прерыванием, и последней командой управление вновь передается основной программе.

Введены специальные периферийные процессоры (каналы обмена, процессоры ввода-вывода, контроллеры внешнего устройства или просто контроллеры (К)) для управления ВЗУ и периферией, создан единый ресурс (селекторный и мультиплексный каналы, общая шина и т.д.), через который осуществляется взаимодействие между центральным процессором и другими устройствами (рис. 12).

Рисунок 12 - Шинная структура ЭВМ

Система прерываний позволяла синхронизировать работу различных устройств компьютера, работающих параллельно и синхронно (каналы ввода-вывода, диски, принтеры и пр.). Аппаратная поддержка операционных систем с тех пор стала неотъемлемым свойством практически любых ВС.

В ЭВМ 3-го поколения была установлена минимальная единица информации для обмена с ОЗУ – 1 байт. Ввели новые единицы измерения информации – машинное слово (4 байта), двойное слово, полуслово. Адрес (номер ячейки ОЗУ) стал относиться к одному байту. Адреса слов меняются уже не через 1; их приращение зависит от длины машинного слова.

В машинах третьего поколения появилось еще несколько особенностей: разная длина команд в зависимости от способа адресации данных, наличие специальной сверхоперативной регистровой памяти, вычисление эффективного адреса ОЗУ как суммы нескольких регистров и пр.

Память ЭВМ первых двух поколений была организована просто: она состояла из отдельных ячеек, содержимое каждой из которых считывалось как единое целое. Номер ячейки и получил название адреса. При необходимости обработки последовательно расположенных ячеек (массивов) адрес модифицировался значением специальных индексных ячеек. Меняя содержание индексной ячейки, можно было получить доступ к различным элементам массива.

В ЭВМ 3-го поколения усилена иерархия памяти: ОЗУ делится на блоки с независимыми системами управления, могущие работать одновременно; в процессоре появляются элементы ограниченной сверхбыстродействующей памяти на электронных регистрах; ячеечная структура ОЗУ дополняется более крупным структурным объединением – страницей, сегментом.

Значительно расширена номенклатура и число периферийных устройств внешней памяти, в том числе в качестве основного устройства внешней памяти вводятся накопители на магнитных дисках (НМД).

Несколько моделей одной архитектуры, отличающихся производительностью, но программно совместимых «снизу вверх», с совместимыми для всех моделей периферийными и внешними запоминающими устройствами, объединены в одно семейство (ряд).

В этот период стали активно создаваться и использоваться базы данных (БД). С 50-х до 70-х годов (в мировом масштабе) компании превратились в автоматизированные предприятия. Но самое главное, можно сказать, что, пришло понимание того, что надо делать, чтобы повысить эффективность работы с информацией: информация всегда доступна, оперативна, если она организована в БД.

Наиболее известными представителями машин данного поколения были машины серии IBM 360/370 (рис. 13-14), ЕС ЭВМ.

Рисунок 13 - IBM 360

Рисунок 14 - IBM 370

2.4. Четвертое поколение ЭВМ

К сожалению, начиная с середины 1970-х годов стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.

Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени). Однако, есть и другое мнение - многие полагают, что достижения периода 1975-1985 г.г. не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим "третьему-с половиной" поколению компьютеров. И только с 1985г., когда появились супер большие интегральные схемы (СБИС. В кристалле такой схемы может размещаться до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день.

Особенности четвертого поколения ЭВМ:

1. Применение персональных компьютеров.

2. Телекоммуникационная обработка данных.

3. Объединение в компьютерные сети.

4. Широкое использование систем управления базами данных.

5. Элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

Для четвёртого поколения ЭВМ характерно появление интегральных схем, относящихся к классу больших, а также так называемых сверхбольших. В архитектуре ПК появляется основная микросхема - процессор. ЭВМ по своей конфигурации стали больше подходить обычным гражданам. Пользование ЭВМ стало возможным при незначительной квалификационной подготовке, в то время как работа с ЭВМ прошлых поколений требовала определенных навыков. Модули ОЗУ стали выпускаться не на основе ферритовых элементов, а на базе CMOS-микросхем. К четвёртому поколению ЭВМ также относят и первый компьютер Apple, который был собран 1976 г. С. Джобсом и С. Возняком. Многие эксперты в области IT считают, что Apple является первым в мире персональным компьютером.

К отечественным продуктам данного поколения можно отнести ЭВМ ЕС: ЕС-1015 (рис. 15), -1025, -1035, -1045, -1055, -1065 («Ряд 2»), -1036, -1046, -1066, СМ-1420, -1600, -1700, все персональные ЭВМ («Электроника МС 0501» (рис. 16), «Электроника-85», «Искра-226», ЕС-1840, -1841, -1842 и пр.), а также другие виды и модификации.

Рисунок 15 – ЭВМ ЕС-1015

Рисунок 16 – ЭВМ «Электроника МС 0501»

К ЭВМ четвёртого поколения относят также многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус». «Эльбрус-1КБ» имел быстродействие до 5,5 миллионов операций с плавающей точкой в секунду, а объём оперативной памяти - до 64 мегабайт. У «Эльбрус-2» производительность - до 120 миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти - до 144 мегабайт или 16 Мслов (слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода - 120 Мб/с. «Эльбрус-2» использовался в системе противоракетной обороны, ядерных центрах и других сферах оборонной промышленности.

Фирма IBM (International Business Machines Corporation) до конца 70-х гг. была ведущим предприятием по производству больших ЭВМ. К тому времени появились (с 1975 года) и стали повсеместно распространяться персональные компьютеры, построенные на основе микропроцессоров компании INTEL. Это были первые компьютеры четвертого поколения. Название «персональные» значит, что устройства ввода информации в компьютер и вывода информации пользователю (клавиатура и дисплей) предназначены для общения с «персоной», т. е. с человеком. В конце 1981 года компания IBM впервые выпустила персональный компьютер IBM PC на основе микропроцессора INTEL 8088. Данный компьютер был разработан при использовании блоков, изготовленных другими компаниями. В нем впервые использовался принцип открытой архитектуры. Это значит, что заложена возможность замены отдельных устройств на более совершенные и подключения новых устройств. Данный подход к построению ЭВМ обеспечил ей грандиозный успех и позволил другим компаниям приступить к выпуску компьютеров, совместимых с компьютерами компании IBM.

Рисунок 17 - IBM PC

В 1983 году выпускается компьютер IBM PC XT (eXTra), который имел встроенный жёсткий диск. Операционная система для данного компьютера была разработана фирмой Microsoft и названа MS DOS.

В 1984 году выпускается компьютер IBM PC AT (Advanced Technology - передовая технология) на основе микропроцессора INTEL 80286, который работал в три-четыре раза быстрее, чем IBM PC XT.

В дальнейшем выпускаются компьютеры IBM PC AT (386) на основе микропроцессора INTEL 80386, IBM PC AT (486) на основе микропроцессора INTEL 80486 и компьютеры на основе микропроцессора PENTIUM компании INTEL, которые пользуются в настоящее время.

Таким образом, IBM PC практически стал стандартом ПК. В настоящий момент компьютеры, совместимые с IBM PC, составляют около 90 процентов всех ПК, которые производятся в мире.

2.5. Пятое поколение ЭВМ

По большому счету компьютеры пятого поколения и четвертого имеют столько общих признаков, что многие специалисты объединяют их в одно поколение. Принято считать, что к пятому относятся компактные персональные ЭВМ, предназначенные для работы одного-двух пользователей. Первый ПК «Альтаир 8800» фирмы MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems) увидел свет в 1975 году. Годом позже свои "персоналки" Apple I (1976) и Apple II (1977) представила Apple Computer. После выхода культового ПК IBM PC в 1981 году персональные компьютеры окончательно покорили мир.

Особенность: главный упор при создании компьютеров делается на их «интеллектуальность», внимание акцентируется не столько на элементной основе, сколько на переход от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний.

Под обработкой знаний понимается использование и обработка компьютерами знаний, которыми владеют люди для принятия решений и решения проблем.

ЭВМ и вычислительные системы данного поколения обладают компактностью, высокой производительностью и низкой стоимостью (данные характеристики улучшаются в каждом последующем поколении ЭВМ).

Главная особенность ЭВМ данного поколения состоит в их высокой интеллектуальности, которая обеспечивает возможность общения людей с ЭВМ на естественном языке, способности ЭВМ к обучению и т. п.

Быстродействие ЭВМ данного поколения достигает десятков и сотен миллиардов операций в секунду, они обладают памятью в сотни мегабайт и строятся на сверхбольших БИС, на кристалле которых размещаются миллионы транзисторов.

26 февраля 1999 г. появляется Pentium III (рис. 18), предлагающий новые поточные SIMD-расширения: 70 новых команд, обеспечивающих улучшенные возможности обработки изображений, трёхмерной графики, аудио, видео и распознавания речи. Принципиальным новшеством Pentium III стала идентификация: каждый процессор имеет уникальный 96-разрядный регистрационный номер, заданный ещё во время производства. Данный номер может быть считан программными средствами, но в любом случае доступна полная блокировка указанной возможности на уровне настройки параметров BIOS системной платы.

Рисунок 18 - Pentium III

В 2000 г. компанией Intel создается процессор Pentium 4 (рис. 19), который стал первым микропроцессором, в основе которого лежит принципиально новая в сравнении с предшественниками архитектура седьмого поколения — NetBurst.