2 Основные понятия, этапы и перспективы развития вычислительной техники Вычислительная система (ВС) - это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, ПО и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов. Первые ВС создавались с целью увеличения быстродействия и надежности в следствии распараллеливания вычисл.операций. Параллелизм выполнения операций существенно повышает быстродействие, увеличивает надежность. Первый ЭВМ ENIAC, 1946, университет Пенсильвания, США, 18 тыс ламп, 30 т, 200 м площадь. Программирование путём коммутации разъемов и переключателей. Джон фон Нейман предложил записывать программу и ее данные в память ЭВМ. Возникла принципиально новая EDVAC (1951), здесь впервые используется двоичная арифметика и оперативная память. 1-е поколение ЭВМ (1945-1954) - машины с фоннеймановской архитектурой. Формирование типового набора структурных элементов, входящих в состав ЭВМ. Это: центральный процессор (ЦП), оперативная память (ОЗУ), устройства ввода-вывода (УВВ). ЦП должен состоять из арифм.логич.устройство(АЛУ), управл.устройства(УУ). Устройства работали на электр.вакуумных лампах, потребляли огромное кол-во энергии, были надёжны. Применение: научные задачи. 2-е поколение (1955-1964): Вместо ламп начали применяться миниатюрные транзисторы, появилась память на магнитных сердечниках. Уменьшение габаритов, повышение надёжности и производительности ЭВМ. Появились языки программирования высокого уровня (Algol, Fortran, Cobol). Зарождение портируемого ПО, независящего от типа ЭВМ. Поясление ОС. 3-е поколение (1965-1970): Смена поколений. Обновление элементной базы. Вместо транзисторов стали использоваться интегральные микросхемы (сотри, тысячи транзисторов в одном корпусе). Повышение производительности ЭВМ, уменьшение габаритов и стоимости. Появились мини-ЭВМ. Применение: управление технологическими и производственными процессами, сбор и обработка информации. Увеличение мощности ЭВМ позволило одновременно выполнять несколько программ в ЭВМ. Расширение функций ОС (координация одновременно-выполняемых действий). Развиваются методы программирования, компиляции, баз данных, ОС. Создаются пакеты пригладных программ для различных областей жизнедеятельности. Появление семейств ЭВМ. IBM System 360 или ЕС ЭВМ. Компьютеры становятся рыночным товаром. Всё-еще дороги. Возникновение рыночных отношений. Стимул к развитию. Лидер IBM. Становление рынка, рост числа пользователей. Digital Equipment Corporation. 4-поколение (1970-1984): Смена элементной базы, смена поколений. В 1970-е годы ведутся активные работы по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), - размещение на одном кристалле десятков тысяч элементов. Существенное снижение размеров и стоимости ЭВМ. Работа с ПО стала более дружественной. Рост числа пользователей ЭВМ. 1971 год, Intel выпустила первый процессор i4004 содержащий 2300 транзисторов, имевший быстродействие 60000 операций в секунду. Процессор - фунциональный блок ЭВМ, предназначенный для логической и арифметической обработки информации на основе принципа микропрограммного управления. Микропроцессор реализует все функции процессора на одном кристале. Процессоры других типов реализуют все функции путём соединения большого количества микросхем. Быстродействие: 10-12 млн операций в секунду. Появление ПК. Формирование бизнес-модели массового рынка. 5-поколение: В 1976 г. фирма Intel закончила разработку 16-разрядного микропроц. i8086. В 1982 был представлен улучшенный вариант - i80286. Первые проц. появились в 1984г. На этом 4е поколение завершилось. Налажен промышленный выпуск чипов, которые содержат более миллиона транзисторов. 6-е и последующие поколения: оптоэлектронных ЭВМ с массовым параллелизмомм и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических сетей. Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим существенно лучшие характеристики. Перспективы развития ЭВМ: Переход от отдельных машин к их системам - вычислительным системам и комплексам. Молекулярные компьютеры. Молекулярная память на основе молекул роксана. Подобный ПК будет в 100млрд раз экономичнее обычного компьютера. Компьютеры в основе которых лежал молекулы ДНК. Миниатюризация, сверхпроизводительность. Биокомпьютеры или нейрокомпьютеры. Теория перцептрона - искусственной нейронной сети, способной обучаться. Автор идеи, Ф.Розенблат. Преимущества нейронных сетей: параллельность, способность к обучению, классификации, более высокая надежность, ассоциативность. Элементная база - нейрочипы. Получение результата на основе множества входящих данных. Сейчас используются на сверхбольших интегр.схемах (СБИС). Квантовые компьютеры: Принцип основан на способности электрона в атоме иметь различные уровни энергии E0, E1, ..., En. Переход электрона с нижнего энергенического уровня на более высокий связан с поглощением квандта электромагнитной энергии - фотона. При излучении фотона, происходит обратный переход. Этими переходами можно управлять с помощью атомного или молекулярного генератора. Строительный блок квант.компьютера служит кубит (qubit), который может иметь множество состояний. Сердце квантового пк последнего поколения - семикубитовая молекула. RISC-процессор на RSFQ-логике (rapid single flux quantum) и проекты создания петафлопных (1000 трлн операций в сек) компьютеров. Оптические компьютеры: комп.с использованием световых потоков. прототипы пока отсутствуют.