Общие сведения об электронных вычислительных машинах
Основные понятия и определения
В современной литературе можно найти различные определения терминов «вычислительная машина» (ВМ), «электронная вычислительная машина» (ЭВМ) и «вычислительная система» (ВС). Причина этого в том, что любая из формулировок несет в себе стремление авторов отразить наиболее существенные, по их мнению, свойства ВМ, в силу чего не может быть всеобъемлющей.
Например, вычислительная машина – это:
1. Устройство, которое принимает данные, обрабатывает их в соответствии с хранимой программой, формирует результаты и обычно состоит из блоков ввода, управления, арифметических и логических устройств;
2. Функциональный блок, способный выполнять вычисления, включающие арифметические и логические операции, без участия человека в процессе этих вычислений.
3. Устройство, способное хранить программу обработки и информацию, необходимую для выполнения программы, иметь возможность перепрограммирования в соответствии с требованиями пользователя, способное автоматически выполнять программу и изменять характер действий путём принятия логических решений в процессе обработки.
Однако наиболее общее определение можно сформулировать следующим образом:
ЭВМ – это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.
В свою очередь, вычислительную систему (ВС) определяют как совокупность взаимосвязанных вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей.
Здесь под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ.
При рассмотрении принципов построения и функционирования вычислительных машин важное значение имеют понятия структурной организации и архитектуры ЭВМ.
Под структурной организацией понимают совокупность элементов ЭВМ и их связей. Чаще всего имеют в виду построение технических средств (состав устройств, регистров процессора, вид АЛУ, емкость памяти, тактовую частоту и принцип работы устройства управления).
Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратно – программных средств, из которых строится ЭВМ. Архитектура определяет логическое построение ЭВМ, то есть то, какой машина представляется программисту, и какие возможности она предоставляет для решения задач пользователя.
Для пользователей ЭВМ, которые обычно не являются программистами и профессионалами в области электронной вычислительной техники (ЭВТ), архитектура проявляется через набор эксплуатационных характеристик ЭВМ таких, как:
- технические характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, надежность, емкость оперативной и внешней памяти, габариты, стоимость, особенности эксплуатации);
- характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ, возможности изменения и расширения структуры;
- состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг.
Эволюция средств автоматизации вычислений
На пути развития электронной вычислительной техники можно выделить несколько поколений ЭВМ, отличающихся элементной базой, функционально – логической организацией, технологическим исполнением, программным обеспечением и т.д. Возможности улучшения технико-экономических показателей ЭВМ в значительной степени зависят от элементов, используемых для настроения электронных схем. Поэтому каждое поколение ЭВМ в первую очередь характеризуется элементной базой.
Первое поколение (1937 – 1953 г.г.)
Элементная база – электронные лампы. Характеризовались большими размерами и потребляемой мощностью, малыми быстродействием и ёмкостью оперативной памяти, очень низкой надёжностью.
Второе поколение (1954 – 1962 г.г.)
На смену лампам в ЭВМ второго поколения пришли транзисторы. Это позволило достичь времени переключения электронных схем порядка 0,3 мс. Существенно уменьшились габариты, масса и потребляемая мощность. ЭВМ стали обладать большими вычислительными и логическими возможностями. Развиваются методы и приeмы программирования, начался переход к автоматическому программированию. Получили развитие алгоритмические языки.
Третье поколение (1963 – 1972 г.г.)
Характеризуется широким использованием интегральных микросхем. ИС представляет собой функциональный узел, соответствующий достаточно сложной транзисторной схеме. Удалось существенно повысить технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ, расширить номенклатуру и возможности периферийного оборудования. В части программного обеспечения (ПО) получили развитие операционные системы, многопрограммные режимы работы ЭВМ, расширились возможности по обеспечению доступа удалeнных пользователей.
Четвертое поколение (1972 – 1984 г.г.)
Для ЭВМ этого поколения характерно применение БИС. Высокая степень интеграции электронных компонентов способствовала повышению плотности компоновки электронных блоков, повышению надёжности и быстродействия, снижению стоимости. В тот период появляются и начинают развиваться микропроцессоры и микро ЭВМ. Получают дальнейшее развитие многопроцессорные системы. В области программного обеспечения важным событием явилось создание и развитие алгоритмических языков сверхвысокого уровня.
