Вычислительная техника Печать

Вернуться к оглавлению

Вычислительная техника это совокупность технических и математических средств, используемых для автоматизации процессов вычислений и обработки информации, а также отрасль техники, занимающаяся разработкой, изготовлением и эксплуатацией этих средств.
engineering

Из истории вычислительной техники

История приспособлений для счета длинная, тысячелетняя. Самым древним «инструментом счета», который сама природа предоставила человеку, была его собственная рука - десять пальцев, на которых люди учились считать, то есть производить первую арифметическую операцию. Не случайно в древнерусской нумерации первые десять цифр назывались перстами, то есть пальцами.

Счет с помощью косточек возник как самобытный способ счисления. Впоследствии он подготовил почву для появления «дощаного счета» - прообраза современных счетов.

От настольного арифмометра до быстродействующей электронно-вычислительной машины. От простейшего планиметра до сложной электронной моделирующей установки. От небольшого счетного бюро до мощного вычислительного центра. Все это поставлено на службу человеку и позволяет ему с большой скоростью, точностью и надежностью выполнять арифметические действия с гигантскими числами, решать сложнейшие задачи вычислительной математики, изучать быстропротекающие процессы.

Наиболее простые средства вычисления способствовали созданию известного всем арифмометра. Дальнейшее его развитие привело к появлению всевозможных настольных клавишных машин, ручных калькуляторов. Они работают на счетных станциях, в вычислительных бюро. Такие вычислительные машины выполняют не только основные арифметические действия, но и комплексы сложных операций.

Большое распространение получили микрокалькуляторы еще и потому, что современные их модели построены на основе микропроцессора -- миниатюрного вычислительного устройства. Микрокалькуляторы стали необходимым инструментом инженера, конструктора, экономиста, студента, школьника. Применяют их и в быту.

Другая часть вычислительной техники - счетно-перфорационные машины. Они работают с использованием перфорационных карт: картонных прямоугольников с отверстиями. Полный комплект таких машин образует поточную вычислительную линию, на которой перфокарты проходят все стадии обработки.

Счетно-перфорационные, или, как их еще называют, табуляторные машины обладают сравнительно большой производительностью - десятки тысяч перфокарт в час. Счетно-перфорационный комплект - основное оборудование машинносчетных станций. В аналоговых устройствах и машинах математические величины представляются не числами, не конкретными, скачкообразно меняющимися данными, а определенным масштабом физических величин: перемещением углов поворота, напряжением электротока, уровнем жидкости. Эти машины позволяют производить вычисления над величинами, поступающими непрерывно, как струя воды. И ответ они дают по такому же принципу - непрерывно.

Пример таких устройств: подвижные номограммы, логарифмические линейки, математические инструменты- планиметры, тангенсные механизмы, пантографы и другие.

Но электроника и здесь произвела революцию. Построено много электронных аналоговых вычислительных машин непрерывного действия, которые быстро, с большой точностью решают сложнейшие системы уравнений. Эти машины просты в эксплуатации и надежны. Исходные данные в них вводят автоматически, а весь ход решения можно проследить на специальном экране.

Аналоговые машины применяют для решения теоретических и практических задач. Например, для изучения полей различной физической природы: тепловых, электрических, магнитных; для управления различными объектами; как измерительные устройства в системах сбора информации; для регулирования сложных процессов; для анализа динамических систем. Перечисленные задачи аналоговые машины решают с достаточным быстродействием, требуют мало затрат и дают возможность вести работу на них в реальном масштабе времени.

К аналоговым машинам близко примыкают аналогово-цифровые вычислительные машины, в которых цифровой процессор соединен с аналоговым. Это позволяет использовать при обработке данных сильные стороны устройств каждого типа.

Но конечно, лидеры в мире электронных устройств - это электронные цифровые вычислительные машины. По своим характеристикам, по назначению они делятся на большие, средние микро-, мини-ЭВМ, суперЭВМ и персональные ЭВМ.

Не сразу электронные вычислительные машины стали такими совершенными, как последние их модели. Если предпримем путешествие в прошлое ЭВМ, то познакомимся с прародителями современных машин. Они работали на радиолампах. Не случайно начальный период в истории ЭВМ называют «эрой радиоламп». Затем наступила «эра транзисторов», а за ней «эра интегральных схем».

В настоящее время более распространено иное деление по периодам развития компьютерной техники - по поколениям машин. Каждому поколению свойственны определенные характеристики. В них учитывается, какова архитектура и программное обеспечение ЭВМ, как осуществляется взаимодействие машин с пользователем, какие у нее технические параметры. Правда, не по всем характеристикам одновременно растет машина. То быстрее развивается элементная база, то есть техническая реализация, то опережают эти возможности новые, более простые языки общения. Поэтому этапное деление на поколения в достаточной мере условное.

К сказанному стоит добавить и то, что поколения ЭВМ не сменяют полностью одно другое: отработало, например, второе поколение, нет больше таких машин. Бывает, компьютеры разных поколений прекрасно уживаются рядом на протяжении многих лет. Только каждый выполняет свою работу в зависимости от производительности: одни попроще, другие - очень сложную.

У первого поколения машин быстродействие было от нескольких (сотен до 20 тысяч операций в секунду. Память тоже от нескольких сотен до 8 тысяч машинных слов. К этим машинам относятся Mark-1, ENIAC.

Второе поколение - на транзисторах и диодах – давало возможность поднять быстродействие до нескольких миллионов операции в секунду, а объем запоминающих устройств - до сотен тысяч машинных слов. В свое время разработки вели инженеры бывшего советского союза «Минск-22», «Минск-32», «Мир», «Напри», серия «Урал» и БЭСМы - (БЭСМ-2, БЭСМ-З, БЭСМ-3М). Безусловно они очень сильно отставали от своих западных аналогов, но для советского союза это было достижением.

Особо следует сказать о замечательной машине БЭСМ-6. Ее называли гигантом. Гигантом не по размерам, а по мощности, производительности. Хотя она была в несколько раз меньше своего предшественника БЭСМ-1, но совершала миллион операций в секунду. Предназначалась для решения широкого круга задач науки и техники требовавших очень большого объема вычислений.

В машине было учтено все самое новое, чем богата была тогда вычислительная техника. Использовали параллельное совмещенное вычисление операций - одновременное решение нескольких задач. Она воспринимала их условия и с перфокарт, и с перфолент, и с магнитных барабанов и лент, и даже с телеграфной линии. Быстродействующее запоминающее устройство значительно повышало производительность машины. На ней могли работать несколько операторов с нескольких пультов и даже вне машинного зала.

Машины третьего поколения строили с использованием интегральных схем - миниатюрных вычислительных устройств на одном кристалле. Они могут выполнять довольно сложные функции. Из таких отдельных серийных модулей можно собирать различные серии машин. Они экономичны, надежны. Быстродействие у них доходит до нескольких. миллионов операций в секунду. Внешняя память практически неограниченная - наборы магнитных дисков позволяют ее постоянно увеличивать.

ЭВМ такого типа существуют целыми семействами, составляющими единую систему ЭВМ, например семейства ЕС, СМ, «Электроника». Все они программно совместимы в своих семействах и выпускались для социалистических стран. Следует добавить, что архитектура машин была полностью заимствована с западных ЭВМ. В частности ЭВМ ЕС была техническим подражанием IBM System/360.

Представителей первой очереди единой системы называют РЯД-1. Отметим некоторые из этого «ряда». В классе малых ЭВМ - ЕС-1010, ЕС-1020, EC-1022. Производительность у последней модели 0,08 миллиона операций в секунду. объем основной памяти 0,5 Мегабайт.

Вторая очередь ЕС ЭВМ (РЯД-2) появилась в 1976 году. Есть модели этого ряда, помеченные, тaк же 1982 годом. Например среди малых машин ЕС-1015 и ЕС-1035, среди средних ЕС-1045 и EC-1055, среди больших EC-1060 и EC-1061. У этой ЭВМ производительность уже 2 миллиона операций в секунду и основная память 8 Мегабайт.

Подробнее следует сказать о третьей очереди (РЯД-3). С 1983 по 1988 год выпущено много разных ЭВМ, Среди малых, например, ЕС-1016 и ЕС-1036, среди средних EC-1046, среди больших - ЕС-1065, ЕС-1066. В этом классе интересны машины ЕС-1068 и EC-1088.

Четкую грань между машинами третьего и четвертого поколений провести трудно. Пожалуй, главное отличие - технологический уровень: не просто интегральные схемы, а большие интегральные схемы - БИС - и, конечно, новые архитектурные решения. БИС позволяют строить микропроцессоры. Эти миниатюрные вычислительные устройства отличаются от ЭВМ полного объема только тем, что у них нет оперативной памяти и устройств ввода-вывода. Есть лишь внешние входы, к которым присоединяют память для хранения чисел и команд. По сути дела, микропроцессор - это центральная часть миниатюрной ЭВМ, ее АЛУ и УУ.

Понятно каждому: если отдельные клеточки узлов машины становятся как бы самостоятельными быстродействующими маленькими ЭВМ, включенными в большую ЭВМ, то и вся система может работать еще оперативнее, еще производительнее. И принцип работы у машин четвертого поколения иной. Обычные работают последовательно - шаг за шагом выполняют команды. А эти обрабатывают данные поточно: узлы ЭВМ одновременно выполняют большое число операции. Работа идет как на промышленных сборочных линиях, где исходная продукция поступает сразу на несколько рабочих мест и на каждом из них выполняется одна своя операция общего процесса. Таким образом, на всех рабочих местах в одно и то же время обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях, ускоряя во много раз всю работу.

Достойно представляют это поколение машины М-10, «Эльбрус-l» и некоторые другие. Производительность у них более 100 миллионов операций в секунду. Микропроцессоры позволили создать и принципиально новую разновидность электронно-вычислительных машин -- микро и мини. Особую разницу между мини-ЭВМ и микроЭВМ усмотреть трудно.

Микро-ЭВМ легко встраиваются в приборы, инструменты, аппараты. Практически их можно вставлять в любое устройство, где требуется программное управление, а это диапазон от игрушек до роботов и от бытовых стиральных машин до заводских автоматических линий.

Мини-ЭВМ  это уже стационарные установки, самостоятельные машины как для вычислений и обработки информации, так и для управления, автоматизации проектирования, для инженерных расчетов.

Средние-ЭВМ, в отличие от Мини-ЭВМ, ведут вычисления с большей точностью, имеют более мощные внешние устройства - память на магнитных лентах и дисках, что позволяет хранить большие объемы информации.

Основные вычислительные мощности в объединенных вычислительных центрах составляют большие ЭВМ. Их производительность от одного до нескольких десятков миллионов операций в секунду. Дисковые запоминающие устройства создают гигантскую память в несколько сотен миллионов байт. У такой ЭВМ мощные каналы ввода-вывода, она обеспечивает ресурсами многих пользователей одновременно.

Супер-ЭВМ некоторые из этого класса машин содержат сотни тысяч микроэлементов памяти и логики. Такая ЭВМ может содержать, сотни процессоров, каждый из которых играет роль обычной ЭВМ. Производительность супер-ЭВМ миллиард операций в секунду и даже больше.


Вернуться к оглавлению