Файл: История развития средств вычислительной техники ( Механический и электромеханический этапы развития вычислительной техники).pdf

Важным направлением развития вычислительных систем этого периода было появление машин с сотнями процессоров, ставшее переходом к прогрессу в области параллельных вычислений, благодаря которым каждый из процессоров может выполнять задачу отдельного пользователя. До этого же определяющим был параллелизм вычислений, выражающийся в виде конвейеризации, векторной обработки и распределения работы между небольшим числом процессоров.

Рисунок 6 - Блок-схема микропроцессора Intel 4004

2.4.2. Отечественные ЭВМ четвертого поколения

К отечественным ЭВМ четвертого поколения относятся машины серий ЕС ЭВМ-3 и ЕС ЭВМ-4, упомянутые ранее. Ниже в качестве примера вычислительных машин этого поколения приведены характеристики ЭВМ семейства «Эльбрус» и ПС-2000 [9, с. 129].

Многопроцессорный вычислительный комплекс двойного назначения «Эльбрус» начал выпускаться советской промышленностью в 1980 г.

«Эльбрус-1», построенный на ТТЛ-схемах средней интеграции имел быстродействие до 15 млн оп./с, а объем оперативной памяти – до 64 Мбайт. Пропускная способность каналов ввода-вывода достигала 120 Мбайт/с, количество процессоров в комплексе – до 10, при этом имелась возможность подключения универсальных специализированных процессоров: СВС – для реализации прикладных программ, написанных для ЭВМ БЭСМ-6, и БПФ – для быстрого преобразования Фурье.

В 1985 г. в Советском Союзе был начат выпуск универсальных многопроцессорных комплексов «Эльбрус-2», имеющих производительность до 125 млн оп./с, емкость оперативной памяти до 144 Мбайт или 16 мегаслов (слово – 72 разряда).

В 1981 г. было положено начало выпуску высокопроизводительной параллельной вычислительной системы ПС -2000, предназначавшейся для мирных геофизических целей. Для полномасштабной обработки данных сейсморазведки в геофизике суммарная вычислительная мощность парка ЭВМ должна была составлять 10 100 млрд. оп./с, т. е. в сотни и тысячи раз больше по сравнению с имеющейся. Увеличения производительности на порядки нельзя было достичь за счет простого наращивания количества машин. В 1980 г. восемь машин ПС-2000 на хорошо распараллеливаемых геофизических задачах продемонстрировали суммарную производительность около 1 млрд. операций в секунду [9, с. 131].

Аббревиатура ПС означает «перестраиваемые структуры» так называемые однородные решающие поля структуры из однотипных процессорных элементов, способных параллельно обрабатывать данные.

В состав ПС-2000 входят мультипроцессор, мониторная подсистема и от одной до четырех подсистем внешней памяти.

Мультипроцессор включает в себя 1, 2, 4 или 8 устройств обработки, каждое из которых содержит 8 процессорных элементов (ПЭ), обрабатывающих множество потоков данных по программам, находящимся в общем устройстве управления.

Мультипроцессор ПС-2000 ориентирован на высокопроизводительную обработку больших массивов информации по хорошо распараллеливаемым регулярным алгоритмам. Он обеспечивает однозадачный режим работы с одним потоком команд и многими потоками данных (SIMD-архитектура). Особенностью SIMD-архитектуры ПС-2000 является наличие значительных объемов регистровой памяти, в которой и протекают массовые вычисления и межпроцессорные обмены, а также выполняется адресация распределенной оперативной памяти.

Мультипроцессор ПС-2000 с 64 ПЭ работает с эффективной производительностью 200 млн оп./с при выполнении расчетов с фиксированной запятой и 50 млн оп./с – при решении нескольких вычислительных задач одновременно, содержащих операции с плавающей запятой.

На базе нескольких комплексов ПС-2000 были созданы высокопроизводительные (до 1 млрд. оп./с) системы обработки гидроакустической и телеметрической информации в реальном масштабе времени. Каждая система содержит три-четыре комплекса ПС-2000, соединенных в единый конвейер, а для быстрого ввода и вывода гидроакустической, спутниковой информации для таких систем создавались специализированные высокоскоростные каналы [9, с. 133].

Телеметрический вычислительный комплекс центра управления космическими полетами (ЦУП) с 1986 по 1997 гг. использовал систему предварительной обработки телеметрической информации на базе ПС-2000, связанную в единый комплекс с центральной системой обработки на базе многопроцессорного вычислительного комплекса «Эльбрус-2». Высокий параллелизм их совместного функционирования позволил реализовать новые алгоритмы обработки телеметрической информации. Первые комплексы ПС-2000 поступили в ЦУП в 1982, последние – в 1988 г. Всего было задействовано восемь 32-процессорных комплексов. К одной центральной системе «Эльбрус-2» подключена пара 32-процессорных ПС-2000 для обработки восьми полных потоков телеметрии. С целью дублирования параллельно работали два телеметрических комплекса, а на динамических участках полета космических объектов – три.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе были рассмотрены основные периоды истории вычислительной техники; более подробно представлена история электронного периода. Изложены характерные черты ЭВМ всех поколений, отмечена роль выдающихся ученых в развитии компьютерной техники.

В качестве элементной базы машин первого поколения (50-е годы) использовались электронные лампы. Машины были громоздкими, потребляли много электроэнергии.

ЭВМ второго поколения (60-е гг.) строились на полупроводниковых приборах (транзисторах). Это повысило надежность ЭВМ, уменьшило их габариты и энергопотребление, снизило стоимость.

В АЛУ было встроено некоторое количество сверхбыстрых регистров, что также способствовало повышению скорости работы. Кроме того, появились команды, в которых в качестве адреса фигурировал регистр, а не ячейка ОЗУ.

Была расширена номенклатура ВЗУ на магнитных носителях. Появились магнитные ленты (МЛ), магнитные барабаны (МБ), магнитные диски (МД), магнитные карты.

Расширилась и номенклатура устройств ввода-вывода. Стали использоваться перфокарты, перфоленты, АЦПУ (алфавитно-цифровая печать) на широкую бумажную ленту.

Способ обработки информации – последовательный, но так как появились прерывания, то стало возможным реализовать последовательно-параллельный алгоритм управления вычислительным процессом (совмещение ввода/вывода с другими операциями).

ЭВМ 3-го поколения (70-е гг.) выполнены на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе).

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.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ