Файл: Архитектура ЭВМ.doc

В машинах второго поколения (в конце 50-х годов) на смену лампам пришли транзисторы. В отличие от ламповых ЭВМ транзис­торные машины обладали большим быстродействием, емкостью опе­ративной памяти и надежностью. Существенно уменьшились разме­ры, масса и потребляемая мощность. Значительным достижением явилось применение печатного монтажа. Повысилась надежность электромеханических устройств ввода-вывода, их удельный вес в общей структуре ЭВМ увеличился. Машины второго поколения обладали большими вычислительными и логическими возможностями.

Особенность машин второго поколения — их дифференциация по применению. Появились машины для решения научно-технических и экономических задач, для управления производственными процесса­ми и различными объектами (управляющие машины).

Наряду с техническим совершенствованием ЭВМ развиваются ме­тоды и приемы программирования вычислений, высшей ступенью ко­торых является появление автоматического программирования, требующее ми­нимальных затрат труда математиков-программистов. Большое раз­витие и применение получили алгоритмические языки, существенно упрощающие процесс подготовки задач к решению на ЭВМ. С появ­лением алгоритмических языков резко сократились штаты «чистых» программистов, поскольку составление программ на этих языках стало под силу самим пользователям.

В период развития и совершенствования машин второго поколе­ния наравне с однопрограммными появились многопрограммные (муль­типрограммные) ЭВМ. В отличие от однопрограммных машин, в которых программы выполняются только поочередно(развернуто во времени), в многопрог­раммных ЭВМ возможна совместная реализация нескольких программ за счет организации параллельной работы основных устройств ма­шины.

Третье поколение ЭВМ (в конце 60-х — начале 70-х годов) харак­теризуется широким применением интегральных схем. Интегральная схема представляет собой законченный логический функциональный блок, соответствующий достаточно сложной транзисторной схеме. Благодаря использованию интегральных схем удалось существенно улучшить технические и эксплуатационные характеристики машин. Этому способствовало также применение многослойного печатного монтажа.

В машинах третьего поколения значительно расширился набор раз­личных электромеханических устройств для ввода и вывода инфор­мации. Развитие этих устройств носит эволюционный характер, но их характеристики совершенствуются гораздо медленнее, чем характе­ристики электронного оборудования.

Программное обеспечение машин третьего поколения получило дальнейшее развитие, особенно это касается операционных систем. Развитые операционные системы многопрограммных машин, снабжен­ных периферийными устройствами ввода-вывода с автономными пультами абонентов, обеспечивают управление работой ЭВМ в раз­личных режимах: пакетной обработки, разделения времени, запрос-ответ и др.

Например, в режиме разделения времени многим абонентам пре­доставляется возможность одновременного, непосредственного и опе­ративного доступа к ЭВМ. Вследствие большого различия инерцион­ности человека и машины у каждого из одновременно работающих абонентов складывается впечатление, будто ему одному предостав­лено машинное время.

При разработке машин третьего поколения получили развитие системы автоматизации проектирования (САПР). Основной объем доку­ментации, необходимой для монтажа, разрабатывается с помощью ЭВМ.В дальнейшем эти методы будут играть важнейшую роль в развитии ЭВМ.

Для машин четвертого поколения (конец 70-х годов) характерно применение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень ин­теграции способствует увеличению плотности компоновки электрон­ной аппаратуры, повышению ее надежности и быстродействия, сни­жению стоимости. Это, в свою очередь, оказывает существенное воз­действие на логическую структуру ЭВМ и ее программное обеспече­ние. Более тесной становится связь структуры машины и ее программ­ного обеспечения, особенно операционной системы.

Отчетливо проявляется тенденция к унификации ЭВМ, созданию машин, представляющих собой единую систему. Ярким выражением этой тенденции является создание и развитие ЕС ЭВМ — Единой сис­темы электронных вычислительных машин.

Промышленный выпуск первых моделей ЕС ЭВМ был начат в 1972 г., при их создании были использованы все современные достиже­ния в области электронной вычислительной техники, технологии и кон­струирования ЭВМ, в области построения систем программного обес­печения. Объединение знаний и производственных мощностей стран-разработчиков позволило в довольно сжатые сроки решить сложную комплексную научно-техническую проблему. ЕС ЭВМ представляла собой непрерывно развивающуюся систему, в которой улучшались технико-эксплуатационные показатели машин, совершенствовалось периферийное оборудование и расширялась, его номенклатура.

Кроме указанных выше больших ЭВМ, со второй половины 50-х годов начали развиваться мини-ЭВМ, отличающиеся меньшими фун­кциональными возможностями главным образом из-за ограниченного набора команд и меньшей разрядности чисел.

С появлением в США микропроцессоров (1971 г.) начал развивать­ся новый класс вычислительных машин — микроЭВМ. За короткое время микропроцессоры прошли большой путь развития: от первого поколения 4- и 8-разрядных микропроцессоров, выполненных по канальной МОП-технологии, до четвертого поколения 32- и 64-разряд­ных микропроцессоров.

В настоящее время реализуется программа по разработке в бли­жайшие 8—10 лет новых типов компьютеров:

• многопроцессорных компьютеров с высокой степенью параллелиз­ма обработки информации;

• компьютеров с нейронными сетями;

• компьютеров, в которых для передачи информации используется свет.

Появление персональных компьютеров — это наиболее яркое и динамично развивающееся направление в области вычислительной техники. С внедрением персональных компьютеров решение задач информа­тизации общества поставлено на реальную основу. Кроме того, по­требовался новый подход к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникла необходи­мость перехода от систем централизованной обработки данных к системам распределенной обработки данных, т.е. к компьютерным (вычислительным) сетям различных уровней — от локальных до гло­бальных. Появились качественно новые возможности как в развитии ЭВМ, так и их применении.

5. Принципы построения современных эвм Принцип программного управления

Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

В международном стандарте ISO 2382/1-84г.было определено: «Алгоритм – конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций»;

«Программа для ЭВМ –упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке»).

Следует заметить, что строгого, однозначного определения алгоритма, равно как однозначных методов его преобразования в программу вычислений, не существует. Принцип программного управления может быть осуществлен различными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. При построении ещё первых образцов ЭВМ. Сформулировать это можно следующим образом.

Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов – команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, местонахождение (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды – переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.

Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенные для хранения объектов. Информация (командная и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами «0» и «1». Поэтому различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ, практически не различимы, идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно её логике, по контексту.

Каждый тип информации имеет свои форматы – структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами «0» и «1». Обычно все форматы данных, используемые в ЭВМ, кратные байту, т.е. состоят из целого числа байтов.

Последовательность битов в формате, имеющая определённый смысл, представлена полем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, значащие разряды чисел, старшие и младшие разряды.

Последовательность, состоящая из определённого, принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет 4 байта, для ПЭВМ – 2 байта. В качестве структурных элементов информации различают также полуслово, двойное слово и др.

Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления, логично вытекает из последовательного характера преобразований, выполняемых человеком по некоторому алгоритму (программе).

Устройства ввода информации (УВв) имеются в любой ЭВМ, с их помощью пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Сначала введенная информация полностью и частично запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающееся устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в специальный программный объект - файл.

Файл - это имеющий имя информационный массив (программа, данные, текст, и т.п.) размещаемый во внешней памяти и рассматриваемый как неделимый объект при пересылках и обработке.

При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой считается в устройство управления.

Устройство управления (УУ) предназначается для автоматического выполнения программ путем принудительной координации работы всех остальных устройств ЭВМ. Цепи сигналов управления показаны на рисунке 1.1 штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ команды дешифруются устройством управления: определяется код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др. Оно каждый раз перестраивается на выполнении очередной операции. Результаты отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память. Отдельные признаки результатов r(r=0 r>0 r<0 b и др.) устройство управления использует для изменения порядка выполнения команд программы. Результаты, полученные после выполнения всех вычислений, передаются на устройство вывода (УВыв) информации. В качестве УВыв могут использоваться экран дисплея, принтер, графопостроитель и др.