Архітектура комп’ютера та організація комп’ютерних мереж

1. Архітектура комп’ютера та організація комп’ютерних мереж

АРХІТЕКТУРА КОМП’ЮТЕРА ТА
ОРГАНІЗАЦІЯ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ
Лекція 1. Вступ у дисципліну

2. Мета курсу

Вивчення особливостей архітектур сучасних
комп’ютерів та систем.
Формування компетенцій, пов’язаних з
використанням теоретичних знань в галузі архітектур
обчислювальных систем, для їх практичного
застосування при розробці сучасного програмного
забезпечення.

3. Література. Базова:

1. Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем. Учебник для ВУЗ'ов. —
СПб.: Питер, 2009. — 720 с.
2. Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера.— СПб.: Питер, 2013. — 816 с.
3. Столлингс В. Структурная организация и архитектура компьютерных систем.
— М.: Издательский дом “Вильямс”, 2002. – 896 с.
4. Олифер В.Г., Олифер Н.А., Компьютерные сети: принципы, технологии,
протоколы: Учебник для вузов. – 4-е изд. – СПб.: Питер, 2010 – 944с.: ил.
5. Кулаков Ю. А. , Луцкий Г. М. – Комп’ютерні мережі. Підручник – Київ:
“Юніор”, 2005. – 400 с.

4. Література. Додаткова:

1. Паттерсон, Д. Архитектура компьютера и проектирование
компьютерных систем [Текст] : пер. с англ. / Д. Паттерсон, Дж.
Хеннесси. — 4-е изд. — М.- СПб. : Питер, 2012. — 784 с.
2. Торба, А. А. Компьютерная электроника и схемотехника [Текст] :
учеб. пособие / А. А. Торба. — Х. : СМИТ, 2009. — 404 с.
3. Баула, В. Г. Архитектура ЭВМ и операционные среды [Текст] :
учебник для студ. высш. учеб. заведений / В. Г. Баула, А. Н. Томилин,
Д. Ю. Волканов. — М. : Академия, 2011. — 336 с.
4. Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ. Сер. Учебная литература для
ВУЗ'ов. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — 352 с.

5. Организация ЭВМ и систем (лекция 19.10.2009)

Рівні подання IТ-систем та
IТ-фахівців
Суспільство
Звичайні користувачі
Інформаційні системи
Професіональні користувачі
Програмне забезпечення
Прикладні програмісти
Апаратне забезпечення
Системні програмісти
Електронні компоненти
Розробники пристроїв
Схемотехніки
Фізика
Логіка
Матеріальний
світ
Ідеальний
світ
Организация ЭВМ и систем (лекция 19.10.2009)
Технологи, фізики

6. Организация ЭВМ и систем (лекция 19.10.2009)

Структура знань про
ком’пютерну техніку
Неможливо охопити неохватне
Облікові
Управлінські
Обчислювальні
Комунікаційні
Web
CAD/CAM
Бази
даних
Системне
Прикладне
Інструментальне
Вбудоване
Сети
Проектування
Розробка
Виготовлення
Експлуатація
Застосування
Взлом
Захист
Архітектура
Схеми та алгоритми
Схемотехніка
Елементи, вузли
Пристрої, блоки
Технологія
ЕОМ, системи
Конструкція
μПроцесори, μконтролери
Інтерфейси

7. Организация ЭВМ и систем (лекция 19.10.2009)

Побажання щодо ваших знань
ПІСЛЯ вивчення курсу …
• Принципи побудови та функціонування ЕОМ:
Загальні принципи, що лежать в основі організації ЕОМ
Як працює ЕОМ зсередини (як виконує команди і операції)
Як апаратура взаємодіє з ПЗ під час розв’язання задач
Як ЕОМ взаємодіє з навколишнім світом
• Основні характеристики мереж та методи комутації
• Основні “вузькі місця” інформаційного обігу в обчислювальних
системах
• Загальні тенденції розвитку обчислювальних систем та мереж
Организация ЭВМ и систем (лекция 19.10.2009)

8. Организация ЭВМ и систем (лекция 19.10.2009)

Побажання щодо ваших вмінь
ПІСЛЯ вивчення курсу …
•Підбирати конфігурацію ЕОМ для роботи в конкретних умовах
• Розбиратися (в принципі, за допомогою додаткової технічної
інформації) в будь-яких питаннях організації обчислювальних
систем
• Налагоджувати параметри систем
• Не боятися “влізти” хоча б в свою ЕОМ
• Визначати несправний блок або вузел ЕОМ та замінювати його
Организация ЭВМ и систем (лекция 19.10.2009)

9. Вступ у дисципліну

«…Телевизор отупляет и убивает много времени.
Выключите его, и вы сохраните несколько клеток вашего
мозга. Однако будьте осторожны — отупеть можно и за
компьютером Apple»
Стивен Пол Джобс

10. Термінологія

Система (від др.-греч. σύστημα — ціле, складене з частин;
Архітектура системи — принципіальна організація системи,
поєднання) — Что
множина
елементів,
що знаходятся у відношеннях
такое
система?
та зв’язках один з одним, яка складає визначену цілісність,
єднисть.
Что такое архитектура системы?
яка втілена в її елементах, їх взаємовідношеннях один з одним та
зовнішнім середовищем, а також принципи, що направляють її
проектування та еволюцію.

11. Система

нявність мети створення;
взаємодія та взаємозв’язок між вход
x
елементами;
поява нової функціональності або
досягнення рівня продуктивності,
що не дорівнює додатку елементів;
регулярність;
наявність механизму управління…
Внешние условия
h
cистема
f
y=f(x,h)
Механізм
Пристрій
Комплекс
Інфрастуктура
…
выход
y

12. Складна система

значна кількість елементов
та зв’язків;
наявність підсистем;
наявність декількох рівнів
функціонування;
існування декількох
способів досягнення мети;
неможливість/складність
точного опису стану елементів
та їх взаємозв’зків.
h
x
f2
f4
f1
f3
y

13. Комп’ютерні системи

Комп’ютерна система
(computer system) – це
система, в який частина
функцій реалізована з
використанням засобів
обчислювальної
(мікропроцесорної)
техніки.

14. Комп’ютерні системи

Комп’ютерна система – це
система, яка поєднує комп'ютери
та периферійне обладнання
(принтери, сканери,
маршрутизатори тощо) в єдину
інфраструктуру.

15. Термінологія

Структура системы - це сукупність окремих
елементів та їх зв’язків.
Розрізняють структури технічних, програмних та апаратнопрограмних засобів.
Архітектура ЕОМ - це багаторівнева ієрархія
апаратно-програмних засобів, з яких будується
ЕОМ.

16. Термінологія

Комп’ютер — це машина, яка може розв’язувати
такое компьютер?
задачі підЧто
час виконання
послідовності команд.
Послідовність команд, яка описує розв’язання
Что називають
такое программа?
окремої задачі,
програмою.

17. Термінологія

Обчислювальна система - це сукупність
одного або декількох комп’ютерів (або
процесорів), програмного забезпечння та
періферійного обладнання, які організовані
для сумісного виконання інформаційнообчислювальних процесів.

18. Відмінності між ЕОМ та ОбчС:

Формальне – за кількістю обчислювальних модулів
Декілько обчислювальних модулів дозволяє організувати
паралельну обробку даних
Діалектичне – ОбчС є противоставленням ЕОМ:
ЕОМ
ОбчС
Обробка інформації
Послідовна
Паралельна
Архітектура системи
Фіксована
Програмується
Неоднородні
Однородні
Елементи системи

19. Організація комп’ютерів

Є суттєва різниця між тим, що
зручно людині, і тим, що
можуть комп’ютери. Людина
бажає отримати X, але
комп’ютери можуть виконати
лише Y. Саме у цьому полягає
проблема…

20. Організація комп’ютерів

Мова програмування (programming language) — це
формалізована мова для подання програм та
алгоритмів розв’язання задач на ЕОМ. Мови
програмування є штучними — їх синтаксис та
семантика суворо визначені, вони не допускають
вільного подання змісту виразу, що є характерним для
природної мови:
СТРАТИТИ НЕМОЖНА ПОМИЛУВАТИ
Мови програмування передбачають
використання команд, які є більш зручними
для людини, ніж вбудовані машинні команди

21. Організація комп’ютерів

Нехай мова, якою володіє людина, це мова М1.
Вбудовані машинні команди також формують мову –
мову комп’ютера, яку ми будемо називати М0.
Комп’ютер може виконувати лише ті програми, які
записані на його машинній мові М0.
Що виявляється простішим – вивчити
людині машинну мову М0 або навчити
комп’ютер розуміти команди мови М1?

22. Організація комп’ютерів

Існують два підходи до
виконання команд–
трансляція та інтерпретація
Трансляція:
Передбачає заміну кожної команди М1 еквівалентним набором команд
мови М0.
У цьому випадку комп’ютер виконує нову програму, що записана мовою М0,
замість старої програми мовою М1.

23. Організація комп’ютерів

Інтерпретатор:
Під час створення програм мовою М0
інтерпретатор отримує в якості вхідних даних
програми, що записані мовою М1. При цьому
кожна окрема команда мови програмування М1
обробляється по черзі, після чого відразу
виконується еквівалентний їй набір команд мови
М0. Ця технологія не потребує складання нової
програми мовою М0.

24. Організація комп’ютерів

Транслятор та інтерпретатор: відмінності
Під час трансляції вся програма М1 «переробляєтся»
в програму на М0, програма М1 відкидається, а нова
програма на М0 завантажується в пам’ять комп’ютера
та виконується. Під час виконання згенерована
програма М0 керує роботою комп’ютера.
Під час інтерпретації кожна команда програми на М1
перекодується в М0 та відразу виконується.
Транслюєма програма при цьому не створюється.
Роботою комп’ютера керує інтерпретатор

25. Організація комп’ютерів

АРХІТЕКТУРА
Більшість сучасних
комп’ютерів
складається з двох и
або більш рівнів

26. Історія комп’ютера

Аппаратное обеспечение – это всего лишь
окаменевшее программное обеспечение
К.П. Ленц

27.

Перші лічильні пристрої
3000 р. до н. е. - у Вавилоні були винайдено першу рахівницю абак. Дошка абака була поділена лініями на полоси, підрахунки
здійснювались за допомогою розташованих на полосах камінців
або інших предметів.
500 р. до н. е. - в Китаї з'явився більш «сучасний» варіант абака з
кісточками на соломинках — суаньпань. Це була прямокутна
рамка, в якій паралельно один одному протягнуті проволоки або
дроти кількістю від дев’яти та більш. Перпендикулярно цьому
напрямку суаньпань перегороджений на дві нерівні частини.
XVI ст. - в Росії з'явились счёты, які мали 10 дерев'яних шариків
на проволоці.

28.

Перші механічні підсумовуючі
машини (1492г.)
Леонардо да Вінчі
(1452-1519)
скульптор, художник, музикант,
архітектор, вчений та геніальний
винахідник
Леонардо да Вінчі (1452-1519) наприкінці XV ст. створив ескіз 13-розрядного
підсумовуючого пристрою з десятизубними кільцями. Креслення цього пристрою були
знайдені серед двотомного зібрання творів Леонардо з механіки, відомого як "Codex
Madrid". В 1968 р. було побудовано модель цього лічильного пристрою.
Модель підтримувала постійне відношення десяти до одного в кожному з 13 цифрових
колес. Після повного оберту першої ручки колесо одиниць трохи проверталось, щоб
відмітити нову цифру в межах від нуля до дев’яти.
У відповідності до пропорції десять до одного, десятий оберт першої ручки вимагав
колесо одиниць виконати повний оберт та стати на нуль, який, у свою чергу, зсував
колесо десятків з нуля на одиницю. Кожне наступне колесо, яке відмічає сотні, тисячі та
т.д., діє таким самим образом.

29.

Підсумовуюча машина Паскаля (1642г.)
Бажаючи полегшити роботу батька, який обіймав посаду королівського чиновника, Блез Паскаль
вирішив створити машину, яка б автоматично виробляла все арифметичні дії. Три роки тривала завзята
робота над арифмометром і в 1642 гуду Блез Паскаль сконструював перший механічний рахунковий
пристрій - підсумовуючу машину (калькулятор).
У підсумовуючій машині Паскаля десяткові цифри шестизначного числа задавалися поворотами дисків
з цифровими розподілами, а результат операції можна було прочитати в шести віконцях - по одному на
кожну цифру десяткового числа).
Блез Паскаль
(1623-1662)
Великий французський
математик и фізик
Диски були механічно пов'язані між собою, при додаванні можна
було врахувати «перенесення одиниці» в наступний десятковий
розряд.
Диск «одиниць» був пов'язаний з диском «десятків», диск
«десятків» - з диском «сотень» і т.д.
Якщо при повороті диск проходив через 0, то наступний диск
повертався на один зубець.
Цей поворот, в свою чергу, міг викликати поворот на зубець
наступного диска (наприклад, при додаванні 1 до числа 99).

30.

Арифмометр Лейбница (1673г.)
Готфрид Вильгельм Лейбниц
(1646-1716)
известный немецкий
философ и математик
В 1673 году выдающийся немецкий ученый Готфрид Лейбниц построил первую счетную
машину, способную механически выполнять все четыре действия арифметики. Ряд
важнейших ее механизмов применяли вплоть до середины 20 века в некоторых типах
машин. Главным достоинством вех этих машин являлись более высокие, чем у человека,
скорость и точность вычислений. Их создание продемонстрировало принципиальную
возможность механизации интеллектуальной деятельности человека.
Лейбниц первый понял значение и роль двоичной системы счисления в рукописи на
латинском языке, написанной в марте 1679 года Лейбниц разъясняет, как выполнять
вычисление в двоичной системе, в частности умножение, а позже в общих чертах
разрабатывает проект вычислительной машины, работающей в двоичной системе
счисления. Вот что он пишет: "Вычисления такого рода можно было бы выполнять и на
машине. Несомненно, очень просто и без особых затрат это можно сделать следующим
образом: нужно проделать отверстия в банке так, что бы их можно было открывать и
закрывать. Открытыми будут те отверстия, которые соответствуют 1, а закрытыми
соответствующие 0. Через открытые отверстия в желоба будут падать маленькие кубики или
шарики, а через закрытые отверстии ничего не выпадет. Банка будет перемещаться и
сдвигаться от столбцак столбцу, как того требует умножение. Желоба будут представлять
столбцы, причем ни один шарик не может попасть из одного желоба в какой либо другой,
пока машина не начнет работать...".

31.

Поява перфокарт (1801г.)
В 1801 г. французський винахідник Жозеф Марі Жаккар
розробив ткацький станок, в якому вишиваний
візерунок визначався перфокартами.
Серія карт могла бути замінена и зміна візерунку не
вимагала змін механіки станку
Це було важливою віхою в
історії програмування.
Жозеф Мари Жаккар
(1752-1834)
французський винахідник

32.

Аналітична машина
Чарльза Беббіджа (1822г.)
На початку ХІХ століття Чарльз Беббідж сформулював основні положення, які повинні
лежати в основі конструкції обчислювальної машини принципово нового типу:
- в машині повинен бути "склад" для зберігання цифрової інформації
(в сучасних ЕОМ це – запам’ятовуючий пристрій.)
- в машині повинен бути пристрій, що здійснює операції над числами, взятими зі
"складу". Беббідж називав такий пристрій "млином" (в сучасних ЕОМ - арифметичний
пристрій)
- в машині повинен бути пристрій для управління послідовністю виконання операцій,
передачею чисел зі "складу" на "млин" і назад, тобто пристрій керування.
- в машині повинен бути пристрій для введення вихідних даних і подання результатів,
тобто пристрій вводу-виводу
Чарльз Беббідж
(1791-1871)
англійський математик
Ці постулати, що були викладені майже 200 років тому, повністю реалізовані в
сучасних ЕОМ, але для ХІХ століття вони виявилися передчасними. Беббідж зробив
спробу створити машину такого типу на основі механічного арифмометра, але її
конструкція виявилася дуже дорогою, і роботи по виготовленню діючої машини
закінчити не вдалося.

33.

Аналітична машина
Чарльза Беббіджа (1822г.)
З 1834 року і до кінця життя Беббідж працював над проектом аналітичної
машини, не намагаючись її побудувати. Тільки в 1906 році його син створив
демонстраційні моделі деяких частин машини. Якби аналітичну машину було
б завершено, то, за оцінками Беббіджа, на додавання і віднімання треба
було б 2 секунди, а на множення і ділення - 1 хвилина.
У 1991 році, до двохсотріччя з дня народження вченого, співробітники
лондонського Музею науки відтворили за його кресленнями 2,6-тонну
«Різницеву машину №2», а у 2000 році - ще й 3,5-тонний принтер Беббіджа.
Обидва пристрої, виготовлені за технологіями середини XIX століття, чудово
працюють - в розрахунках Беббіджа було знайдено всього дві помилки.
Частина машини Беббіджа, зібрана після його смерті сином з
частин, знайдених в лабораторії.

34.

Перший програміст
Ч. Беббідж розробляв конструкцію аналітичної машини поодинці. Він часто
відвідував промислові виставки, де були представлені різні новинки науки і
техніки. Саме там відбулося його знайомство з Адою Августою Лавлейс
(дочкою Джорджа Байрона), яка стала його дуже близьким другом,
помічником і єдиним однодумцем.
У 1840 році Беббідж їздив на запрошення італійських математиків в Турин,
де читав лекції про свою машину. Луїджі Менабреа, викладач Туринської
артилерійської академії, створив і опублікував конспект лекцій французькою
мовою.
Ада Лавлейс
(1815-1852)
дочка поета
Джорджа Байрона
Пізніше Ада Лавлейс перевела ці лекції англійською мовою, доповнивши їх
коментарями, що за обсягом перевищують вихідний текст. У коментарях
Ада зробила опис ЦОМ і створила інструкції з її програмування. Це були
перші в світі програми. Саме тому Аду Лавлейс справедливо називають
першим програмістом.

35.

Табулятор (1884 р. – 1887 р.)
Герман Холлерит розробив електричну табулюючу систему - обладнання
для роботи з перфокартами - яка використовувалася в переписах
населення США 1890 і 1900 років та в Росії у 1897 році.
Машина Холлерита виявилася настільки швидкодіючої, що попередні
підрахунки були завершені через 6 тижнів, а повний статистичний аналіз
зайняв усього два з половиною роки.
В 1896 Холлерит створив компанію
TMC (Tabulating Machine Company)
для просування своїх табулюючих
машин.
Герман Холлерит
(1860-1929)
У 1911 він продав свою компанію, і вона увійшла до промислового
конгломерату C-T-R. В 1924 C-T-R була перейменована в IBM
(International Business Machines).

36.

Термін “Комп’ютер” (1897 рік)
Вперше трактування слова «комп'ютер» з'явилось в 1897 році в Оксфордському англійському
словнику. Його укладачі тоді розуміли комп'ютер як механічний обчислювальний пристрій.
У 1946 році словник поповнився доповненнями, що дозволяють розділити поняття цифрового,
аналогового і електронного комп'ютера.
Слово комп'ютер є похідним від англійських слів to compute, computer, які переводяться як
«обчислювати», «обчислювач» (англійське слово, в свою чергу, походить від латинського computo «обчислюю»).
Спочатку в англійській мові це слово означало людину, яка виконує арифметичні обчислення із
залученням або без залучення механічних пристроїв.
Надалі його значення було перенесено на самі машини, проте сучасні комп'ютери виконують
безліч завдань, не пов'язаних безпосередньо з математикою

37.

Перший аналоговий механічний
комп’ютер (1927 р.)
Вені вар Буш — американський інженер, розробник
аналогових комп’ютерів, адміністратор і організатор
наукових досліджень і наукової спільноти.
Вені вар Буш
(1890-1974)
американський інженер
Радник з науки при президенті
США Рузвельте.
Він створив аналоговий
комп'ютер, що
використовувався для
розрахунків траєкторій стрільб
корабельних гармат.

38.

Перший механічний аріфмометр
Шведський інженер Вільгодт Теофіл Однер винайшов точну і практичну
механічну обчислювальну машину - арифмометр.
Однер багато років прожив в Санкт-Петербурзі, де і заснував в 1880 році
фабрику, що виробляла арифмометри.
Після революції 1917 року
фірма Однера була
вимушена
перенести свою діяльність в
Швецію.
Вільгодт Теофіл Однер
(1845-1903)
Арифмометри Однера мали шалений успіх і їх
виробництво продовжувалось до 1970-х років.

39.

Арифмометр “Феликс” (1929 р.)
«Фелікс» - найпоширеніший в СРСР арифмометр.
Випускався з 1929 по 1978 рр. на заводах рахункових машин в
Курську, в Пензі і в Москві. Ця рахункова машина відноситься
до важільних арифмометрів Однера.
Вона дозволяє працювати з операндами довжиною до 9 знаків
і отримувати відповідь довжиною до 13 знаків.
Пристрій машини було оптимізовано для мінімальної ціни, в
результаті арифмометр коштував близько 13 рублів (1970-ті),
але якість виготовлення залишало бажати кращого. З іншого
боку, в арифмометрі використаний дуже простий і в той же час
надійний транспортний механізм каретки, який відрізняє його
від всіх західних аналогів.

40.

Машина Тьюринга.
Основи теорії алгоритмів (1936 р.)
Машина Тьюринга - абстрактна
обчислювальна машина була запропонована
Аланом Тьюрингом в 1936 році для
формалізації поняття алгоритму.
Код німецької шифрувальної машини «Енігма»
був підданий аналізу за допомогою
електромеханічних машин.
Алан Тьюринг
(1912-1954)
английский математик,
логик
Ця машина, розроблена Аланом Тьюрингом і
Гордоном Уелшманом виключала ряд варіантів
шляхом логічного висновку, реалізованого
електрично.
Більшість варіантів призводила до протиріччя,
кількість залишившихся була вже достатньою
для того, щоб їх можна було протестувати
вручну.

41.

Перший комп’ютер на електронних
вакуумних лампах
Американський ENIAC - перший широкомасштабний електронний
цифровий комп'ютер, який можна було перепрограмувати для
рішення повного діапазону завдань.
Побудований в 1946 році на замовлення Армії США в лабораторії
балістичних досліджень для розрахунків таблиць стрільби.
Запущений 14 лютого 1946 р
Використовувався для передбачення погоди, аеродинаміки,
вивчення космосу.
Це стало ключовим моментом у розробці обчислювальних машин, перш за все через
величезний приріст в швидкості обчислень, але також і через що з'явилися
можливостей для мініатюризації.
Створена під керівництвом Джона мокли і Дж. Преспера Еккерта, ця машина була в
1000 разів швидше, ніж всі інші машини того часу.

42.

Перший комп’ютер на електронних
вакуумних лампах
У конструкцію ENIAC входило 18 тисяч вакуумних ламп і
близько 1500 реле, машина займала окреме приміщення
площею в 85 квадратних метрів, важила 30 тон і
споживала 150 кіловат енергії. На відміну від своїх
попередників, ENIAC мала замість зубчастих коліс для
зберігання числових значень замкнуті ланцюги з 10
спеціальних електронних перемикачів - тригерів (тригер це комутаційне пристрій, який досить довго зберігає одне
з двох станів рівноваги і стрибкоподібно переключається
з одного стану в інший по сигналу ззовні).
Одним з найбільших недоліків цього комп'ютера - пристрій введення. Зараз це навіть уявити важко - введення інформації
в машину здійснювався за допомогою перемикання контактних комутаторів на 40 набірних дошках, кожна з яких була
оснащена декількома тисячами проводів, а загальне їх число становило 6 000. Щоб переключити комп'ютер на іншу
задачу, у «операторів» це займало до декількох днів.
Другий недолік ENIAC'а - 18 тисяч вакуумних ламп.
Якщо перегорала одна з них, то комп'ютер оголошував перерву - техніки вручну перебирали всі лампи, поки не
знаходили винуватицю цього торжества. На це також уходило досить багато часу.

43.

Архітектура фон Неймана (1946 р.)
Переробивши ідеї Екерта і Мокли, а також, оцінивши
обмеження
«ЕНІАК», Джон фон Нейман написав широко цитований звіт,
що описує проект комп'ютера (EDVAC), в якому і програма, і
дані зберігаються в єдиній універсальній пам'яті. Принципи
побудови цієї машини стали відомі під назвою
«Архітектура фон Неймана» і послужили основою для
розробки перших по-справжньому гнучких, універсальних
цифрових комп'ютерів.
Джон Нейман (1903- 1957)
американський математик
Пам'ять на феритових сердечниках.
Кожний сердечник - один біт
Першою працюючою машиною з архітектурою фон Неймана стала Манчестерская мала
експериментальна машина, створена в Манчестерському університеті в 1948 році; в 1949
році за ним послідував комп'ютер Манчестерський Марк I, який вже був повною системою, з
трубками Вільямса і магнітним барабаном у якості пам'яті, а також з індексними регістрами.

44.

Принципи фон Неймана
1. Принцип використання двійкової системи числення для
представлення даних і команд.
2. Принцип програмного управління.
3. Програма складається з набору команд, які виконуються процесором
один за одним в певній послідовності.
4. Принцип однорідності пам'яті.
5. Як програми (команди), так і дані зберігаються в одній і тій же пам'яті
(і кодуються в одній і тій же системі числення - найчастіше двійковій).
Над командами можна виконувати такі ж дії, як і над даними.
6. Принцип адресуємості пам'яті.
7. Структурно основна пам'ять складається з пронумерованих осередків; процесору в довільний момент
часу доступна будь-яка осередок.
8. Принцип послідовного програмного управління
9. Всі команди розташовуються в пам'яті і виконуються послідовно, одна після завершення інший.
10.Прінціп умовного переходу.

45.

Перше покоління комп’ютерів
(1938 р. – 1956 р.)
Особливості:
1.
Наявність електронних вакуумних ламп (діоди і
тріоди).
2.
Пристрої пам'яті на електростатичних трубках.
3.
Для кожного комп'ютера своя машинна мова (спосіб
запису команд, які допускають їх безпосереднє
виконання на даному комп'ютері).
4.
Невисока продуктивність до кілька тис. операцій на
секунду, ємність оперативної пам'яті - 2К або 2048
машинних слів довжиною 48 двійкових знаків.
5.
Архітектура фон Неймана.
6.
Обмежена сфера застосування.
Машини першого покоління призначалися для вирішення відносно нескладних науково-технічних завдань.
До цього покоління ЕОМ можна віднести:
МЕСМ, БЕСМ-1, М-1, М-2, М-З, "Стріла", "Мінськ-1", "Урал-1", "Урал-2", "Урал-3", M-20, "Сетунь", БЕСМ-2, "Раздан".
Вони були значних розмірів, споживали велику потужність, мали невисоку надійність роботи і слабке програмне
забезпечення.

46.

Перші електромеханічні цифрові
комп’ютери Z-серії
У 1936 р. побудована модель механічної обчислювальної машини, в якій використовувалися
двійкова система числення, форма представлення чисел з плаваючою комою, трьохадресна
система програмування і перфокарти. Умовний перехід при програмуванні не був передбачений.
В якості елементної бази Цузе обирає реле, яке на той час давно застосовувалися в різних
областях техніки.
У 1938 році Цузе виготовив модель машини Z1 на 16 машинних слів, у наступному році - модель
Z2, і ще через 2 роки він побудував першу в світі діючу обчислювальну машину з програмним
управлінням, яка демонструвалася в Німецькому науково-дослідному центрі авіації.
Це була релейна двійкова машина, що мала пам'ять 6422розрядних числа з плаваючою комою: 7 розрядів - для
порядку і 15 - для мантиси. В арифметичному блоці
використовувалася паралельна арифметика. Команда
Конрад Цузе
включала операційну та адресну частини. Введення даних
(1903-1957)
здійснювався за допомогою десяткової клавіатури.
німецький інженер
Передбачений цифровий висновок, а також автоматичне
перетворення десяткових чисел в двійкові і назад.
Всі ці зразки машин були знищені під час бомбардувань під час другої світової війни.
Після війни Цузе виготовив моделі Z4 і Z5.

47.

Перший у світі електронний
цифровий комп’ютер (1939 р.)
В Університеті штату Айова Джон Атанасов та його
аспірант Кліффорд Беррі створили (а точніше розробили і почали монтувати) перший в США
електронний цифровий комп'ютер (англ. AtanasoffBerry Computer - ABC). Хоча цю машину так і не було
завершено (Атанасов пішов у діючу армію), вона, як
пишуть історики, мала великий вплив на Джона Мочлі,
який створив двома роками пізніше ЕОМ ЕНІАК.
Електронний комп'ютер використовував для подання
чисел двійкову систему числення.
Атанасов і Беррі взяли за основу булеву алгебру
(англійський математик XIX століття Джордж Буль).
Джон Атанасов
(1903-1995)
американський фізик,
математик і інженерелектрик болгарського
походження
В основі булевої алгебри лежить інтерпретація елементів
булевої алгебри, як висловлювань, які приймають
значення «істина» і «ложь». Атанасов і Беррі застосували
цю концепцію для електронних пристроїв. Істині
відповідало проходження електричного струму, а лжі його відсутність.

48.

Перші ЕОМ в СРСР - МЕСМ
(1951 р.), БЕСМ (1952 р.)
На початку 50-х років в Києві в лабораторії моделювання та
обчислювальної техніки Інституту електротехніки АН УРСР під
керівництвом академіка С. А. Лебедєва створювалася МЕСМ (Мала
Електронна Рахункова Машина) - перша радянська ЕОМ.
Функціонально структурна організація МЕСМ була запропонована
Лебедєвим в 1947 році. Перший пробний пуск макета машини відбувся в
листопаді 1950, а в експлуатацію машина була здана в 1951 році. МЕСМ
працювала в двійковій системі, з трьохадресних системою команд,
причому програма обчислень зберігалася в пристрої оперативного типу.
Сергій Олексійович Лебєдев
(1902-1974)
академік АН СРСР и
АН УРСР
Машина Лебедєва з паралельною обробкою слів представляла собою
принципово нове рішення. Вона була однією з перших в світі і першою на
європейському континенті ЕОМ з програмою, що зберiгається в пам'ятi.
В 1952 р. було створено Швидкодіючу Електронну Рахункову Машину – БЭСМ.

49.

Друге покоління комп’ютерів (1956 р. – 1963 р.)
ОСОБЛИВОСТІ:
Електронні вакуумні лампи замінюються транзисторами.
З'являються пристрої пам'яті на магнітних сердечниках.
Розширилося використання обладнання введення-виведення.
З'явилися високопродуктивні пристрої для роботи з магнітними стрічками,
магнітними барабанами і перші магнітні диски, принтер, графопобудовник.
5. Швидкодія - до сотень тисяч операцій на секунду, ємність пам'яті - до
декількох десятків тисяч слів.
6. З'явилися мови високого рівня.
7. Державні організаціі і великі компанії використовують комп'ютери для
розв’язання різних завдань (фінансових, складних математичних та
інженерних розрахунків, обробки великих обсягів даних тощо)
1.
2.
3.
4.

50.

Перший комп’ютер, побудований на транзісторах
(1956 р.)
Інженери з Bell Labs Вільям Шоклі, Джон Бардін і Уолтер Бретт
винаходять транзистор.
Транзистори займали в 200 разів менше місця і споживали в 100 разів
менше енергії у порівнянні з електролампами. Перший комп'ютер,
побудований на транзисторах, з’явився у 1956 р.
У 1954 році компанія Texas Instruments оголосила про початок
серійного виробництва транзисторів.
У 1956 році вчені Массачусетського технологічного інституту створили
перший транзисторний комп'ютер ТХ-О.
Транзистори, як мініатюрна і більш ефективна заміна
електровакуумним лампам, зробили революцію в
обчислювальній техніці

51.

Комп’ютери, побудовані на транзисторах
У 1959 році на основі транзисторів IBM випустила
мейнфрейм IBM 7090 і машину середнього класу IBM +1401.
Остання використовувала перфокарточний ввод і стала
найпопулярнішим комп'ютером загального призначення того
часу: в період 1960 -1964 рр. було випущено понад 100 тис.
екземплярів цієї машини. У ній використовувалася пам'ять
на 4000 символів (пізніше збільшена до 16 000 символів).
У 1960 році IBM випустила транзисторную IBM 1620, спочатку
тільки перфоленточную, але незабаром оновлену до перфокарт.
Модель стала популярна в якості наукового комп'ютера, було
випущено близько 2000 примірників.
У машині використовувалася пам'ять на магнітних сердечниках
об'ємом до 60 000 десяткових цифр.
Кращою вітчизняної ЕОМ 2-го покоління вважається БЕСМ-6,
яку було створено в 1966 році.
IBM 1620

52.

Прототипи перших вінчестерів (1956 р.)
З'являється пристрій, що отримав назву RAMAC
305.
Він став прообразом того, що сьогодні носить
абревіатуру HDD або просто жорсткий диск.
Важив перший вінчестер близько 900 кілограм, а
його ємність становила всього 5 Мбайт.
Головна інновація полягала в використанні 50
алюмінієвих круглих постійно обертаючихся
пластин, на яких носіями інформації були
намагнічені елементи.
Це дозволило забезпечити довільний доступ до
файлів, що одночасно і значно підвищувало
швидкість обробки даних.
Але задоволення це було не з дешевих обходилося воно в суму $ 50 000 за цінами того
часу.

53.

Інтегральні мікросхеми (1958 р.)
1958 рік.
Джек Кілбі з Texas Instruments та Роберт Нойс (згодом заснував INTEL)
з Fairchild Semiconductor незалежно один від одного винаходять
інтегральну схему.
Обох об'єднало питання: «Як в мінімум місця
вмістити максимум компонентів?». Транзистори,
резистори, конденсатори та інші деталі в той час
розміщалися на платах окремо, і вчені вирішили
спробувати їх об'єднати на одному монолітному
кристалі з напівпровідникового матеріалу. Тільки
Кілбі скористався германієм, а Нойс віддав
перевагу кремнію.

54.

Третє покоління комп’ютерів
(1964 р. – 1971 р.)
ОСОБЛИВОСТІ:
1. Наявність єдиної архітектури, тобто програмно сумісних
компонентів.
2. У якості елементної бази в них використовуються
інтегральні схеми, які також називаються мікросхемами.
3. Машини третього покоління мають розвинені операційні
системи. Вони надають можливість
мультипрограмування, тобто одночасного виконання
кількох програм.
4. У 1964 р. IBM починає масове виробництво комп'ютерів.
5. Було випущено приблизно 20 000 примірників IBM
System 360, побудованих на основі інтегральних
мікросхем.
6. Прикладами комп'ютерів третього покоління є
комп'ютери - IBM-370, EC ЕОМ (Єдина система ЕОМ),
СМ ЕОМ (Сімейство малих ЕОМ) та ін.
IBM-360
IBM-370

55.

Третє покоління комп’ютерів
(1964 р. – 1971 р.)
В СРСР під керівництвом Глушкова В.М. в 1966 році була розроблена
перша персональна ЕОМ МИР-1 (машина для інженерних розрахунків).
Мала ряд унікальних особливостей, таких як апаратно реалізовану
машинну мову, близьку за можливостями до мов програмування
високого рівня, розвинене математичне забезпечення. Фактично
відноситься до класу обчислювальних машин, які згодом отримали
назву робочих станцій.
Віктор Михайлович Глушков
(1923-1982)
радянський математик,
кібернетик

56.

Перша комп’ютерна миша (1967 р.)
Дуглас Карл Енгельбарт
(1925-2013)
один з перших дослідників
людино-машинного інтерфейсу
та винахідник комп'ютерного
маніпулятора – миши
Енгельбарт був автором понад 25 наукових робіт, мав 20
патентів на винаходи, безліч нагород (у 1992 році був
нагороджений медаллю «Піонер комп'ютерної техніки», в
1997 році премією Тюрінга, в 2001 році Британським
комп'ютерним спільнотою був нагороджений медаллю
Лавлейс, в 2005 отримав премію імені Норберта Вінера).
Крім того, Енгельбарт створив:
• першу систему обміну текстовими повідомленнями;
• протоколи для віртуальних терміналів;
• множинні вікна (відкриття нового сегменту даних для
прикладної програми при запуску);
• протокол віддаленого доступу;
• посилання, працював в області гіпермедіа.
Перша комп'ютерна миша

57.

Четверте покоління комп’ютерів
(1971 р. – середина 80-х р.)
ОСОБЛИВОСТІ:
1. Застосування персональних комп'ютерів.
2. Телекомунікаційна обробка даних.
3. Об'єднання комп’ютерів в комп'ютерні мережі.
4. Широке використання систем управління базами даних.
5. Елементи інтелектуальної поведінки систем обробки даних і пристроїв.
Четверте покоління ЕОМ характеризується появою інтегральних схем, що
відносяться до класу великих, а також так званих надвеликих. В архітектурі
ПК з'явилася ведуча мікросхема - процесор. ЕОМ за своєю конфігурацією
стали ближча до пересічних громадян. Користування ними стало можливим
при мінімальній кваліфікаційній підготовці, в той час як робота з ЕОМ
попередніх поколінь вимагала професійних навичок. Модулі ОЗУ стали
випускатися не на основі феритових елементів, а на базі CMOS-мікросхем.
До четвертого покоління ЕОМ прийнято відносити і перший комп'ютер
Apple, зібраний в 1976 році Стівом Джобсом і Стефаном Возняком.
Більшість IT- експертів вважають, що Apple – це перший в світі
персональний комп'ютер.

58.

Четверте покоління комп’ютерів
(1971 р. – середина 80-х р.)
До вітчизняних продуктів цього покоління можна віднести ЕОМ ЄС:
ЄС-1015, -1025, -1035, -1045, - 1055, -1065 ( "Ряд 2"), -1036, -1046, -1066, СМ1420, -1600 , -1700, всі персональні ЕОМ ( "Електроніка МС 0501«, "Електроніка85", "Іскра-226", ЄС-1840 -1841, -1842 та ін.).
До ЕОМ четвертого покоління відноситься також багатопроцесорний
обчислювальний комплекс "Ельбрус". "Ельбрус-1кб" мав швидкодію до 5,5 млн.
операцій з плаваючою крапкою на секунду, обсяг оперативної пам'яті - до 64 Мб.
"Ельбрус-2" мав продуктивність до 120 млн. операцій на секунду, ємність
оперативної пам'яті до 144 Мб або 16 Мслов (слово 72 розряду), максимальна
пропускна здатність каналів введення-виведення - 120 Мб / с. «Ельбрус-2»
використовувався в ядерних центрах, системі протиракетної оборони та інших
галузях «оборонки».

59.

Перший персональний комп’ютер IBM (1981 р.)
Фірма IBM (International Business Machines Corporation) до кінця 70-х років була провідною компанією з виробництва великих ЕОМ. До цього часу
з'явилися (з 1975 р) і стали широко розповсюджуватися персональні комп'ютери, побудовані на основі мікропроцесорів фірми INTEL. Це були перші
комп'ютери IV покоління. Назва "персональні" означає, що пристрої введення інформації в комп'ютер і виведення інформації користувачеві (клавіатура і
дисплей) призначені для спілкування з "персоною", тобто з людиною. Наприкінці 1981 році фірма IBM вперше випустила персональний комп'ютер IBM
PC на основі мікропроцесора INTEL 8088. Цей комп'ютер був розроблений з використанням блоків, виготовлених іншими фірмами. У ньому був вперше
використаний принцип відкритої архітектури. Це означає, що закладена можливість заміни окремих пристроїв на більш досконалі і підключення нових
пристроїв. Такий підхід до побудови комп'ютера забезпечив йому грандіозний успіх і дозволив іншим фірмам приступити до випуску комп'ютерів,
сумісних з комп'ютерами IBM.
У 1983 р був випущений комп'ютер IBM PC XT (eXTra), який мав вбудований жорсткий диск.
Операційна система для цього комп'ютера була розроблена фірмою MICROSOFT і названа MS
DOS.
У 1984 р був випущений комп'ютер IBM PC AT (Advanced Technology - передова технологія) на
основі мікропроцесора INTEL 80286, що працює в 3-4 рази швидше, ніж IBM PC XT.
В наслідок були випущені комп'ютери IBM PC AT (386) на процесорі INTEL 80386, IBM PC AT
(486) на процесорі INTEL 80486 і комп'ютери на процесорі PENTIUM фірми INTEL, які
використовуються в даний час.
Таким чином, IBM PC фактично став стандартом ПК. У наші дні комп'ютери, сумісні з IBM PC,
складають близько 90% всіх ПК, вироблених в світі.

60.

П’яте покоління комп’ютерів (після 1982 р.)
ОСОБЛИВОСТІ:
1.
2.
3.
4.
5.
Головний акцент при створенні комп'ютерів зроблений на їх "інтелектуальність", увага
акцентується не стільки на елементній базі, скільки на перехід від архітектури, орієнтованої на
обробку даних, до архітектури, орієнтованої на обробку знань.
Обробка знань - використання і обробка комп'ютером знань, якими володіє людина для
вирішення проблем і прийняття рішень.
ЕОМ і обчислювальні системи п'ятого покоління мають високу продуктивність, компактність і
низьку вартість (ці характеристики поліпшуються в кожному наступному поколінні ЕОМ).
Основна особливість ЕОМ п'ятого покоління полягає в їх високої інтелектуальності, що
забезпечує можливість спілкування людини з ЕОМ на природній мові, здатності ЕОМ до навчання
Швидкодія ЕОМ п'ятого покоління досягає десятків і сотень мільярдів операцій на секунду, вони
оперують пам'яттю в сотні гігабайт і будуються на надвеликих БІС, на кристалі яких розміщуються
мільйони транзисторів.

61.

Етапи розвитку п’ятого покоління ЕОМ
2007– 2009 роки - Intel: Створені чотирьохядерні процесори Itanium, Core 2
Extreme, представила нові процесори Core i7 та Core i5 для настольних
комп’ютерів.
2010 рік - Компанія Apple представила свій планшетний комп'ютер — iPAD
7 січня 2010 года вперше був представлений на виставці CES планшетний
персональний комп'ютер HP Slate 500, який працював під управлінням ОС
Microsoft Windows 7.

62.

Етапи розвитку п’ятого покоління ЕОМ
2012 рік – Apple представила новий Macbook Pro.
2013 рік - Intel почала поставки першого 60-ядерного процесора, який
знаменував нову еру в суперкомп'ютерній отраслі.
2013 год - Корпорация Microsoft представила второе поколение планшетов
Surface. Аппарат использует процессор Intel на архитектуре Haswell и
работает под управлением Windows 8.1 Pro. Устройство получило экран Full
HD, более быстрый процессор и интерфейс USB 3.0. Планшет снабжен
подставкой, которую можно зафиксировать в двух положениях. Планшеты
Surface — собственная разработка Microsoft. .

63. Apple : стратегія

Створення продуктів, що не містять
в собі ничого зайвого
Створення
достатньо
простих в
користуванні
продуктів, які
вирішують в
першу чергу
проблеми
користувачів
Ноутбуки
Macintosh є
одними з
небагатьох, які не
мають різного
роду наліпок, що
містять свої
характеристики
Дізайн прост,
але у той же час
чудовий
Навколо компанії
сформувався
ком’юніті відданих
фанатів, які миттєво
повідомляють про
кожний новий
продукт

64.

Якими повинні бути ЕОМ шостого покоління?
Зараз ведуться інтенсивні розробки ЕОМ шостого покоління. Розробка подальших поколінь
комп'ютерів проводиться на основі великих інтегральних схем підвищеного ступеня інтеграції,
використання оптоелектронних принципів (лазери, голографія). Ставляться абсолютно інші завдання, ніж
при розробці всіх колишніх ЕОМ. Якщо перед розробниками ЕОМ з I по V поколінь стояли такі завдання, як
збільшення продуктивності в області числових розрахунків, досягнення великої ємкості пам'яті, то основним
завданням розробників ЕОМ шостого покоління є створення штучного інтелекту машини
(можливість робити логічні висновки з представлених фактів),
розвиток " інтелектуалізації "комп'ютерів - усунення бар'єру
між людиною і комп'ютером. Комп'ютери будуть здатні
сприймати інформацію з рукописного або друкованого тексту,
з бланків, з людського голосу, дізнаватися користувача по
голосу, здійснювати переклад з однієї мови на іншу. Це
дозволить спілкуватися з ЕОМ всім користувачам, навіть тим,
хто не володіє спеціальними знаннями в цій області.

65.

Якими повинні можуть бути сучасні ЕОМ?

66.

Проблеми розвитку елементної бази (ЕБ)
Одним з головних чинників досягнення високої швидкодії і
продуктивності ЕОМ - побудова їх на новітній елементній базі.
Всі сучасні ЕОМ будуються на мікропроцесорних наборах,
основу яких складають великі (БІС) і надвеликі інтегральні схеми
(НВІС).
Найбільш перспективними в даний час вважаються:
• створення молекулярних і біокомп'ютерів (нейрокомп’ютеров);
• розробка квантових комп'ютерів;
• розробка оптичних комп'ютерів.

67.

Молекулярні комп’ютери
У багатьох країнах проводяться досліди із синтезу молекул на
основі їх стереохімічного генетичного коду, здатних змінювати
орієнтацію і реагувати на вплив струмом.
Наприклад, вчені з Hewlett-Packard та
Каліфорнійського університету довели
принципову можливість створення
молекулярної пам'яті ЕОМ на основі
молекул Роксана. Тривають роботи зі
створення логічних схем, вузлів і
блоків. За оцінками вчених, подібний
комп'ютер в 100 млрд. разів буде
економічнішим за сучасні
мікропроцесори.

68.

Біокомп’ютери та нейрокомп’ютери
Ідея створення подібних комп'ютерів базується на основі теорії перцептрону штучної нейронної мережі, здатної навчатися. Такі структури, що володіють
властивостями мозку і нервової системи, дозволяють отримати цілий ряд
переваг:
• паралельність обробки інформаційних потоків;
• здатність до навчання та налаштування;
• здатність до автоматичної класифікації;
• більш високу надійність;
• асоціативність.
Комп'ютери, що складаються з нейроподібних елементів, можуть шукати
потрібні рішення за допомогою самопрограмування, на основі відповідності
множин вхідних та вихідних даних.
На теперішній час вже створені і використовуються програмні
нейропакети, які доводять можливість побудови подібних машин на НВІС.

69.

Квантові комп’ютери
Принцип роботи елементів квантового комп'ютера заснований на
здатності електрона в атомі мати різні рівні енергії. Перехід електрона з
нижнього енергетичного рівня на більш високий пов'язаний з поглинанням
кванта електромагнітної енергії - фотона. При випромінюванні фотона
здійснюється зворотний перехід. Всіма подібними переходами можна
управляти, використовуючи дію електромагнітного поля від атомного або
молекулярного генератора. Цим виключаються можливі спонтанні
переходи з одного рівня на інший.
Основним «будівельним» блоком квантового комп'ютера служить
Quantum Bit, який може мати велике число станів. Для таких блоків
визначено логічно повний набір елементарних функцій. Є експерименти зі
створення RISC-процесора на RSFQ-логіці (Rapid Single Flux Quantum) і
проекти таких ЕОМ.

70.

Оптичні комп’ютери
Ідея побудови оптичного комп'ютера давно розробляється.
Багато пристроїв ЕОМ використовують оптику в своєму складі:
сканери, дисплеї, лазерні принтери, оптичні диски, успішно
працюють оптоволоконні лінії зв'язку. Залишається створити
пристрій обробки інформації з використанням світлових потоків.
Здатність світла паралельно поширюватися в просторі дає
можливість створювати паралельні пристрої обробки. Це
дозволило б на багато порядків прискорити швидкодію ЕОМ.
Поки відсутні проекти створення чисто оптичних
процесорів, але вже проводяться експерименти з проектування
оптоелектронних і оптонейронних пристроїв.

71.

Подальший розвиток
Які ж стан і прогноз розвитку мікропроцесорів на
теперішній час?
Основні
конкуренти
з
виробництва
інтегральних
розрядних мікросхем фірми Intel та AMD перетнули рубіж у
3,5 ГГц.
В найближчий перспективі основний шлях – це
багатоядерні процесоры, но також слід очикувати на появу
мікропроцесора з частотою у 5 ГГц.

72. Класифікація ЕОМ

«Я не люблю машины. Я ненавижу Интернет, ненавижу
компьютеры. Они мешают нам жить, они отбирают наше
время. Люди слишком много работают за компьютерами,
они слишком много болтают, вместо того чтобы слушать
и слышать друг друга»
Рэй Бредбери

73.

Принципи побудови ЕОМ
Базуючись на принципах, що були визначені фон Нейманом, традиційна архітектура
ЕОМ повинна забезпечувати:
наявність единого обчислювального пристрою, до складу якого входять процесор,
засоби передачі інформації та пам’ять;
лінійну структуру адресації пам’яті, яка складається зі слів фіксованої довжини;
двійкову систему счислення;
централізоване послідовне управління;
програму, що зберігається у пам’яті;
однокомандний рівень машинної мови;
наявність команд умовної та безумовної передачі управління;
АЛУ з поданням чисел в формі з плаваючою крапкою.

74.

Принципи побудови ЕОМ
Дж. Денніс в 1967 р. визначив принципи побудови потокових ЕОМ
– вони повинні виконувати всі команди, для яких є данні,
незалежно від їх місця в програмі; управління обчислювальним
процесом переходить від програми до даних.
В
1971-74
рр.
було
досліджено
принципи
створення
обчислювальних машин, які могли управлятися завданнями, в яких
виконання операцій визначається необхідністю в отриманні
результата та в яких единообразно зберігаються будь-які
об’єкти: данні, програми, файли, масиви – редукційні ЕОМ.

75. Архітектура ЕОМ

Під архітектурою ЕОМ розуміють сукупність загальних принципів організації
апаратно-програмних засобів та їх характеристик, яка визначає функціональні
можливості ЕОМ щодо розв’язання відповідних класів задач

76. Классификация ЭВМ

Класифікація ЕОМ
ЕОМ слід класифікувати за:
призначенням
Принципом дії
Розмірами та функціональними можливостями
Способом структурної організації
Продуктивністю
Режимами роботи

77. Классификация ЭВМ

Класифікація
ЕОМ
Классификация ЭВМ
За призначенням:
Загального призначення
Супер ЕОМ
Міні супер ЕОМ
Мейнфрейми
Сервери
Робочі станції
Персональні комп'ютери
Ноутбуки
Портативні комп'ютери
...
Спеціалізовані
...
За структурою:
• Однопроцесорні
• Багатопроцесорні
За режимами роботи:
Однопрограмні
Мультипрограмні
Мультипрограмні у складі систем
ЕОМ в системах реального часу
За кількістю потоків команд та даних:
ЕОМ с одним потоком команд и одним потоком данных
(ОКОД, SISD);
ЭВМ с одним потоком команд и многими потоками данных
(ОКМД, SIMD);
ЭВМ с многими потоками команд и одним потоком данных
(МКОД, MISD);
ЭВМ с многими потоками команд и многими потоками
данных (МКМД, MIMD).

78. По назначению

Классификация ЭВМ. По назначению:
По назначению
универсальные (общего назначения) — предназначены для решения самых разных
инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и
других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом
обрабатываемых данных. Характерными чертами этих ЭВМ являются высокая
производительность, разнообразие форм обрабатываемых данных (двоичных,
десятичных, символьных), разнообразие выполняемых операций (арифметических,
логических, специальных), большая емкость оперативной памяти, развитая
организация ввода-вывода информации;
проблемно-ориентированные — предназначены для решение более узкого круга задач,
связанных обычно с технологическими объектами, регистрацией, накоплением и
обработкой небольших объемов данных (управляющие вычислительные комплексы);
специализированные — для решения узкого круга задач, чтобы снизить сложность и
стоимость этих ЭВМ, сохраняя высокую производительность и надежность работы
(программируемые микропроцессоры специального назначения, контроллеры,
выполняющие функции управления техническими устройствами).

79. По принципу действия

Классификация ЭВМ. По принципу действия:
По принципу действия
аналоговые вычислительные машины (АВМ) — вычислительные машины
непрерывного действия, работают с информацией, представленной в
непрерывной форме, т.е. виде непрерывного ряда значений какой-либо
физической величины (чаще всего электрического напряжения); в этом
случае величина напряжения является аналогом значения некоторой
измеряемой переменной. Например, ввод числа 19.42 при масштабе 0.1
эквивалентен подаче на вход напряжения в 1.942 В;
цифровые вычислительные машины (ЦВМ) — вычислительные машины
дискретного действия, работают с информацией, представленной в
дискретной, а точнее в цифровой, форме — в виде нескольких различных
напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении
переменной;
гибридные вычислительные машины (ГВМ) — вычислительные машины
комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в
цифровой, и в аналоговой форме.

80. Классификация ЭВМ. По размерам и функциональным возможностям

Большие ЭВМ
Малые ЭВМ
Супер ЭВМ
Микро ЭВМ или персональный компьютер
Специальные ЭВМ

81. Большие ЭВМ

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь
от электронных ламп до ИС со сверх высокой степенью интеграции. Однако их
производительность оказалась недостаточной для моделирования экологических
систем, задач генной инженерии, управления сложными оборонными комплексами и др.
Большие ЭВМ часто называют за рубежом MAINFRAME и слухи об их смерти сильно
преувеличены. Как правило они имеют:
производительность не менее 10 MIPS (миллионов операций с плавающей точкой в
секунду)
основную память от 64 до 10000 МВ
внешнюю память не менее 50 ГВ
многопользовательский режим работы
Основные направления использования — это решение научно-технических задач,
работа с большими БД, управление вычислительными сетями и их ресурсами в качестве
серверов. Пример:
Семейство mainframe: IBM ES/9000 ( Enterprise System), включает более 18 моделей,
реализованных на основе архитектуры IBM390.

82. Малые ЭВМ

Малые (мини) ЭВМ — надежные, недорогие и удобные в эксплуатации,
обладают несколько более низкими, по сравнению с большими ЭВМ
возможностями.
Супер-мини ЭВМ имеют:
емкость основной памяти — 4-512 МВ
емкость дисковой памяти — 2 - 100 ГВ
число поддерживаемых пользователей - 16-512.
Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих
вычислительных комплексов, в системах несложного моделирования, в
АСУП, для управления технологическими процессами.
Родоначальник современных мини-ЭВМ — PDP-11,(programm driven
processor - программно-управляемый процессор) фирмы DEC (США).

83. Супер ЭВМ

Это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием сотни
миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.
Достичь такую производительность на одном микропроцессоре по
современным технологиям невозможно, в виду конечного значения
скорости распространения электромагнитных волн (300000 км/сек),
ибо время распространения сигнала на расстояние в несколько
миллиметров (размер стороны МП) становится соизмеримым с
временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создают
в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных
систем.
В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперЭВМ,
начиная от простеньких офисных Cray EL до мощных Cray 3, SX-X
фирмы NEC, VP2000 фирмы Fujitsu (Япония), VPP 500 фирмы
Siemens (Германия).

84. Микро ЭВМ или персональный компьютер

ПК должен иметь характеристики, удовлетворяющие
требованиям общедоступности и универсальности:
малую стоимость
автономность эксплуатации
гибкость архитектуры, дающую возможность
адаптироваться в сфере образования, науки,
управления, в быту;
дружественность операционной системы;
высокую надежность (более 5000 часов наработки на
отказ);

85. Термины микроЭВМ

С понятием микроЭВМ связаны также термины:
Однокристальная ЭВМ [single-chip computer] - МикроЭВМ, выполненная
на одной большой (БИС) или сверхбольшой (СБИС)
интегральной микросхеме ;
Одноплатная ЭВМ [single-board computer] - МикроЭВМ, у
которой микропроцессор , микросхемы устройств памяти и подсистемы
ввода-вывода а также другие основные компоненты размещены на
одной печатной плате ;
Однопроцессорная ЭВМ [monoprocessor computer ] - ЭВМ с
одним центральным процессором .
Интеллектуальная карточка [smart card ] - Пластиковая карточка со
встроенным микропроцессором и памятью. Она может хранить, например,
личные сведения, идентификационные шифры для охранных устройств,
данные банковского счета и т.д.

86. Специальные ЭВМ

Специальные ЭВМ ориентированы на решение специальных
вычислительных задач или задач управления. В качестве
специальной ЭВМ можно рассматривать также электронные
микрокалькуляторы. Программа, которую выполняет
процессор находится в ПЗУ или в ОП. Т.к. машина решает, как
правило, одну задачу, то меняются только данные. Это удобно
(программу хранить в ПЗУ), в этом случае повышается
надежность и быстродействие ЭВМ. Такой подход часто
используется в бортовых ЭВМ; управлении режимом работы
фотоаппарата, кинокамеры, в спортивных тренажерах.

87. Альтернативная классификация

Базовая ЭВМ [original computer ] - ЭВМ, являющаяся начальной исходной
моделью в серии ЭВМ определенного типа или вида.
Универсальная ЭВМ [universal computer ] - ЭВМ, предназначенная для
решения широкого класса задач. ЭВМ этого класса имеют разветвленную и
алгоритмически полную систему операций, иерархическую структуру ЗУ и
развитую систему устройств ввода-вывода данных.
Специализированная ЭВМ [specialized computer ] - ЭВМ,
предназначенная для решения узкого класса определенных задач.
Характеристики и архитектура машин этого класса определяются
спецификой задач, на которые они ориентированы, что делает их более
эффективными в соответствующем применении по отношению
к универсальным ЭВМ. К разряду специализированных могут быть
отнесены, в частности, - “управляющие”, “бортовые“, “бытовые“ и
“выделенные“ ЭВМ (см. ниже).

88. Альтернативная классификация

Управляющая ЭВМ [control computer ] - ЭВМ, предназначенная для автоматического
управления объектом (устройством, системой, процессом) в реальном масштабе
времени. Сопряжение ЭВМ с объектом управления производится с помощью аналогоцифровых и цифро-аналоговых преобразователей .
Бортовая ЭВМ [onboard computer ] - Специализированная управляющая ЭВМ,
устанавливаемая на борту транспортного средства (самолета, спутника, корабля,
автомобиля и т.п.) и предназначенная для оптимального управления
функционированием других бортовых устройств, в частности, связанных с
управлением перемещением своего носителя в пространстве.
Выделенная ЭВМ [dedicated computer ] - Разновидность (как
правило) однокристальной специализированной ЭВМ, встроенной в какое-либо
устройство с целью управления им или передачи ему данных. Используется в бытовой
технике и других видах устройств - нагревательных приборах, часах, автомобилях,
магнитофонах и т.д.
Бытовая ( домашняя ) ЭВМ [home computer ] - То же, что - домашняя ПЭВМ или
домашний ПК.

89. Классификация ЭВМ. По способу структурной организации

Для увеличения скорости ЭВМ в ее состав включают
несколько процессоров. Различают:
Однопроцессорные ЭВМ
Мультипроцессорные ЭВМ (можно также выделить
квазипроцессорные ЭВМ), которые состоят как из
однотипных, так и из разнотипных процессоров
(неоднородные ЭВМ).

90. Классификация ЭВМ. По режиму и месту работы

Активная ЭВМ [active computer ] - ЭВМ, входящая в состав многомашинного
комплекса (см. вычислительная сеть) и ведущая в данный момент обработку или
готовая к немедленной обработке задач пользователей.
Дублирующая ( резервная ) ЭВМ [slave (standby) computer] - ЭВМ, ориентированная
на выполнение тех же операций, что и активная ЭВМ, но работающая в т.н.
“дежурном” или “ждущем” режиме, предусматривающем передачу ей функций
активной машины в случаях сбоев в работе или выхода из строя последней.
Периферийная ЭВМ [peripheral (satellite) computer] - 1. ЭВМ, управляющая
периферийным оборудованием;
ЭВМ, выполняющая вспомогательные функции, например, предварительный сбор и
обработку данных.
Подчиненная ЭВМ [slave computer ] - В многомашинных системах - ЭВМ,
работающая под управлением главной ( центральной) ЭВМ.
Псевдоведущая ЭВМ [take host] - ЭВМ, осуществляющая сбор статистики о работе
вычислительной сети.

91. Классификация ЭВМ. По функциям, выполняемым в многомашинных системах (комплексах)

Главная ( ведущая , центральная ) ЭВМ , ГВМ , хост[master (host, central) computer]
В многомашинных вычислительных комплексах ЭВМ, осуществляющая управление другими
ЭВМ, организацию работ в системе (вычислительной сети) и производящая основную
обработку информации .
В телекоммуникационных вычислительных сетях - ЭВМ, обеспечивающая обслуживание
сети, передачу сообщений и выполнение программ, связанных с дополнительными
функциями или задачами.
Сервер [server] В локальных вычислительных сетях - специализированная ЭВМ, управляющая
использованием разделяемых между терминалами сети дорогостоящих ресурсов
системы, например, - внешней (дисковой) памяти, баз данных, средств связи, принтеров
и т.д. По признаку характера разделяемых ресурсов различают файловые
серверы , серверы приложений и др.;
ЭВМ, выполняющая определенные функции обслуживания вычислительной сети.

92. Виды серверов 1

Почтовый сервер [mail server] - Сервер, обеспечивающий
поддержку обмена электронной почтой в рамках
сетей Интернет и Интранет.
Сервер-издатель [publishing server] - Сервер с базой данных,
которые рассылаются (“публикуются“) по другим станциям сети.
Сервер приложений [application server] - Сервер, управляющий
работой локальной сети ЭВМ при выполнении каких-либо
прикладных задач автоматизированной системы. Примерами такого
рода задач могут служить: обеспечение связи с другими локальными
и/или телекоммуникационными системами, коллективное
использование печатающих устройств и т.п. В указанной связи
различают также: серверы связи (см. ниже) и сервер печати [print
server].

93. Виды серверов 2

Сервер ( станция ) связи [gateway server ] Специализированный узел (станция,
сервер) локальной сети, обеспечивающий доступ
терминалов этой сети к внешней сети передачи
данных и другим вычислительным сетям.
Сервер ( станция ) телексной связи [telex
server] - Сервер, обеспечивающий связь
данной локальной сети и отдельных ее узлов с
телексной сетью.

94. Виды серверов 3

Файловый сервер , файл-сервер [file server] - Сервер, управляющий
созданием и использованием информационных ресурсов локальной
сети (системы ЭВМ), включая доступ к ее БД и отдельным файлам, а
также их защиту. Для поддержки и ведения “больших” и “очень
больших” баз данных, содержащих десятки миллионов записей,
используются т.н. многопроцессорные системы, способные эффективно
обрабатывать большие объемы информации и обладающие хорошим
соотношением характеристик цена/производительность.
Разновидностью файловых серверов, предназначенных для
обеспечения резервного копирования данных абонентов сети,
являются: NFS (Network File System ) и NAS(Network Attached Storage ).
Более гибкими и перспективными считаются NAS . Существует
несколько разновидностей серверов NAS , использующих различные
системы внешней памяти, в том числе - комбинированные.

95. Виды серверов 4

Телефонный сервер API [TSAPI - Telephony Server Application
Programming Interface ] – Сервер, предназначенный для
управления вызовами, мониторинга устройств, маршрутизации
вызовов и других функций связи. Разработан фирмой Novell при
участии фирмы AT&T.
Мэйнфрэйм [mainframe ] - Мощная, высокопроизводительная
ЭВМ с весьма значительным объемом оперативной и внешней
памяти, которая выполняет функции сервера в
развитых локальных вычислительных сетях (ЛВС) с большим
числом периферийных ЭВМ и терминалов (например, ЛВС
больших организаций, фирм, учебных заведений и т.д.). Данный
термин многими специалистами считается устаревшим, в связи с
развитием персональных и мини-ЭВМ

96. Виды серверов 5

Псевдо-УАТС, телефонный телекоммуникационный
сервер, – Объединение в одном продукте готового
аппаратного обеспечения, серверного программного
обеспечения и программного обеспечения телефонии для
выполнения функций учрежденческой автоматической
телефонной станции (УАТС). Указанный сервер выполняет
также функции, автоматического секретаря, голосовой
почты и факсимильной связи.
Удаленный файловый сервер [remote file server] - Сервер,
обеспечивающий телеобработку и управление
информационными ресурсами распределенной сети на
расстоянии через каналы связи.

97. Виды серверов 6

Хост-узел [host ] - Отдельная ЭВМ или их группа, имеющая
прямое сетевое соединение с Интернет, и предоставляющая
пользователям теледоступ к своим информационным
ресурсам, программно-техническим средствам и службам.
WAIS (Wide Area Information Server) - “ Сервер глобальной
информации” предоставляет доступ к неструктурированной
информации, распределенной по сети Интернет. Использует
простой язык управления, близкий к естественному. Поиск
информации производится по ключевым словам.

98. Совместимость и мобильность программного обеспечения

Совместимость программного обеспечения мера того, насколько просто объединить
различные программные изделия вместе для
нового применения.
Мобильность – возможность работы ПО в
различных ОС.

99. Классификация персональных компьютеров (ПК)

По конструктивным особенностям можно классифицировать ПК на:
Стационарные (настольные)
Переносимые:
портативные
блокноты
карманные
электронные секретари
электронные записные
книжки

100. Понятие о супер-ЭВМ, мини- и микро-ЭВМ, особенности их архитектуры

По совокупности технических характеристик (производительности,
объёму памяти, принципу реализации, характеру применения,
стоимости, габаритным размерам, и др.) различают
высокопроизводительные, сверхвысокопроизводительные,
средние, малые (мини-) и микро-ЭВМ.
Высокопроизводительные ЭВМ предназначены для решения
задач комплексного проектирования и использования в системах
управления высшего звена.
Сверхвысокопроизводительные модели ЭВМ получили за
рубежом название супер-ЭВМ, что в первую очередь означает
широкие возможности, предоставляемые пользователю, а также
способность системы проводить по сложности обработку
данных.

101. Понятие о суперЭВМ, мини- и микроЭВМ, особенности их архитектуры (2)

Средние ЭВМ имеют производительность ниже 1 млн. оп/с,
развитую конфигурацию ввода-вывода и служат для
применения в системах обработки информации коллективного
пользования, отраслевых системах автоматизированного
проектирования и системах управления.
К малым (мини-ЭВМ) относят ЭВМ с производительностью
процессора порядка сотен тысяч операций в секунду,
ограниченным объёмом оперативной памяти, упрощённой
организацией ввода-вывода.
МикроЭВМ - это обычно ЭВМ с малой ёмкостью оперативной
памяти, низкой разрядностью и познаковым вводом-выводом.

102. Понятие о суперЭВМ, мини- и микроЭВМ, особенности их архитектуры (3)

Можно предложить следующую классификацию средств
вычислительной техники, в основу которой положено их
разделение по быстродействию.
СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных
задач, для обслуживания крупнейших информационных
банков данных.
Большие ЭВМ для комплектования ведомственных,
территориальных и региональных вычислительных центров.
Средние ЭВМ широкого назначения для управления
сложными технологическими производственными
процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для
управления распределенной обработкой информации в
качестве сетевых серверов.

103. Понятие о суперЭВМ, мини- и микроЭВМ, особенности их архитектуры (4)

Персональные и профессиональные ЭВМ,
позволяющие удовлетворять индивидуальные
потребности пользователей. На базе этого класса
ЭВМ строятся автоматизированные рабочие
места (АРМ) для специалистов различного
уровня.
Встраиваемые микропроцессоры,
осуществляющие автоматизацию управления
отдельными устройствами и механизмами.

104. ОКМД, SIMD

Классификация ЭВМ. По количеству потоков команд и данных
ОКОД, SISD
ОКМД, SIМD
МКОД, MISD
МКМД, MIMD

105. Основные характеристики ЭВМ

Общий коэффициент эффективности:
• Эффективность
• Производительность
• Надежность
• Стоимость
• Энергопотребление
Э
P
C
ЭВМ
Э'
C
эксплуатации
P
C
C
ЭВМ
P K
Э
и
C
ЭВМ
C
Эксплуатации
ЭВМ
>> C
Эксплуатации

106.

Закон Мура
Число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца

107. Список наиболее производительных ЭВМ Параметры: Количество процессоров; Максимальная производительность Rmax (TFlops); Пиковая

производительность Rpeak (TFlops); Рассеиваемая мощность (KW).
Декабрь 2013:
Декабрь 2015: