Перспективы развития архитектур ЭВМ (дисциплина: «Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей»)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Вычислительная техника прочно вошла в жизнь и профессиональную деятельность современного человека. Её степень очень широка. Информатика, включающая в себя все, что связано с применением вычислительной техники, служит в наши дни мощным катализатором научно-технического прогресса. Именно развитию средств вычислительной техники мы обязаны успехами, достигнутыми в автоматизации производственных процессов, в разработке новых технологий, в повышении эффективности труда и управления, в совершенствовании системы образования и в ускорении подготовки кадров.

На сегодняшний день уже немало устройств, которые предлагают производительность сравнимую с персональным компьютером, объёмы продаж компьютерной индустрии составляют около 200 млрд. долларов в год.

Все это подтверждает актуальность выбранной темы исследования.

Целью является рассмотрение перспектив развития ЭВМ.

Задачи данной работы следующие:

• рассмотрение понятия персонального компьютера, в частности

истории развития ЭВМ, принципов функционирования компьютера,

• его структуры и видов ЭВМ;
• анализ перспектив развития персональных компьютеров;
• изучение роли ЭВМ в современной жизни.

Одним из самых важных достижений, которые привели к революции в персональных компьютерах, было изобретение полупроводника или транзистора в 1948 году. Этот подвиг совершили инженеры фирмы Веll Laboratories Джон Бардин, Вальтер Бреттейн и Вильям Шоки.

Транзистор, который является не более чем твердотельным электронным переключателем, заменил гораздо большие по размерам электронные лампы и потреблял значительно меньше энергии, выполняя ту же работу, что и лампа. Таким образом, компьютерная система, построенная на транзисторах, была много меньше и гораздо эффективней.

Переход на транзисторы положил начало миниатюризации, которая сделала возможным появление современных портативных ПЭВМ, которые питаются от батареек, имеют большую вычислительную мощь, чем многие ранние системы, которые занимали комнаты и потребляли огромное количество энергии.

В 1959 году инженеры фирмы Техаs Instruments поняли, как разместить несколько транзисторов на одной основе или подложке и соединить эти транзисторы без проволоки. Так родилась интегральная схема или ИС. Первая интегральная схема содержала только 6 транзисторов, а процессор Intel 80386, который используется во многих современных системах, имеет 280000 транзисторов. Современная ИС может быть создана из миллионов транзисторов.

B 1969 году фирма Intel внесла волнение в электронную индустрию, выпустив ИС с памятью 1 Кбит, которая была намного больше любой другой, имевшейся в то время. Из-за успеха этой фирмы в разработке и производстве микросхем с ней связалась японская фирма Busiсомр, производящая калькуляторы и предложила выпустить 12 микросхем для одного из своих калькуляторов. Таким первым микропроцессором был Intel 4004 четырехбитовый микропроцессор, появившийся в 1971 году. Его преемником был процессор 8008 восьмибитовый микропроцессор, появившийся в 1972 году. 1973 году были разработаны некоторые из первых комплектов микропроцессоров, основывавшихся на процессоре 8008. В конце 1973 года фирма Intel выпустила процессор 8080, который был в 10 раз быстрее, чем 8008, и мог адресовать 64К памяти. Это был один из прорывов, которого ожидали персональные компьютеры.

Фирма IВМ выпустила свой первый персональный компьютер в 1975 году. Модель 5100 имела 16 Кб( памяти, встроенный интерпретатор ВАSICa и встроенный кассетный лентопротяжный механизм, который используется в качестве запоминающего устройства. За моделью 5100 последовали модели 5110 и 5120, прежде чем фирма выпустила IВМ РС1 (который назывался моделью 5150).

Поколения ЭВМ

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ.

Первое поколение ЭВМ.

ЭВМ первого поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники.

Основной недостаток этих ЭВМ – рассогласование быстродействия внутренней памяти и АЛУ и УУ за счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более медленным компонентом – внутренней памятью и снижало общий эффект. Уже в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток путем асинхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваемая информация «сбрасывается» в буфер, освобождая устройство для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы устройств ввода-вывода использовалась собственная память.

Существенным функциональным ограничением ЭВМ первого поколения являлась ориентация на выполнение арифметических операций. При попытках приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными.2

Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов.

Начало современной эры использования ЭВМ в нашей стране относят к 1950 году, когда в институте электротехники АН УССР под руководством С.А. Лебедева была создана первая отечественная ЭВМ под названием МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ, Стрела, Урал, М-2.

Второе поколение ЭВМ

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства - системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет).

К отечественным ЭВМ второго поколения относятся Проминь, Минск.

Третье поколение ЭВМ

В 70-х годах возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения. В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап - переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило создавать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности.

Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД.

Четвёртое поколение ЭВМ

С 1980 года начался современный четвертый этап, для которого характерны переход к большим интегральным схемам, создание серий недорогих микро-ЭВМ, разработка супер-ЭВМ для высокопроизводительных вычислений.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС. В сетевых ОС хорошо развиты средства защиты информации от несанкционированного доступа. Распределенные ОС обладают схожими с сетевыми системами функциями работы с файлами и другими ресурсами удаленных компьютеров, но там слабее выражены средства защиты.

Роль и перспективы развития ЭВМ

ЭВМ подвергается столь стремительной модернизации как никакое другое техническое устройство. С момента появления в начале 80-х годов прошлого столетия до настоящего времени, например, емкость жесткого диска увеличилась с 10 Мбайт до 10 Tb, и продолжает наращиваться. Тактовая частота микропроцессоров возросла в 1000 раз от 4,7 МГц в самом первом персональном компьютере до 5 ГГц в последних моделях.

Системы распознавания речи часто провозглашаются наиболее естественным интерфейсом для ПК, и их разработка остается одним из самых активных направлений в компьютерной отрасли. Луис Воо, президент и генеральный директор компании Lernout & Hauspie — ведущей фирмы в области речевых технологий, считает, что аппаратное и программное обеспечение достигли уровня, на котором речевой ввод может быть независимым от диктора — иначе говоря, становится ненужным этап тренировки. Благодаря успехам техники аппаратного и программного шумоподавления, рассказывает Воо, появляются ненаправленные компьютерные микрофоны, способные выделять подаваемые голосом команды из фонового шума, который стоит в комнате. По его мнению, системы с голосовым интерфейсом станут частью повседневной работы с компьютером в течение ближайших трех—пяти лет.

Компьютеры стремительно научаются также мастерски узнавать лица, прослеживать взгляд и даже чувствовать настроение. Именно вокруг таких биометрических технологий построена исследовательская программа IBM под названием Blue Eyes («Голубые глаза»). «Одним из интересующих нас предметов, — говорит Моррис (директор исследовательского центра IBM), — являются внимательные пользовательские интерфейсы. Это интерфейсы, которые обращают внимание на вас, когда вы обращаете внимание на них».

Одна из разрабатываемых технологий, прослеживание взгляда, состоит в том, что на верху дисплея устанавливается компьютерная видеокамера, следящая за зрачками пользователя. По тому, на каком месте монитора он сосредотачивает взгляд, компьютер «чувствует», какая информация ему нужна, и вызывает ее на экран — щелкать на гиперссылке не требуется.

У систем распознавания лиц будут и иные применения. Например, компьютер с постоянно включенной видеокамерой сможет сканировать лицо всякого садящегося за него человека, и если это окажется кто-то, не имеющий доступа к данной машине, то блокировать клавиатуру, а если один из постоянных пользователей — подстраиваться под него. «Ваш дисплей мог бы регулировать размер шрифта в зависимости от того, в каком месте комнаты вы находитесь, — говорит Моррис. — Он мог бы узнавать в лицо членов вашей семьи и сразу же выдавать соответствующим образом настроенную информацию».

Еще один проект в рамках программы Blue Eyes — компьютерная мышь, способная чувствовать настроение: она будет оценивать эмоциональное состояние пользователя, измеряя через кончики пальцев его пульс, температуру и кожно-гальванический рефлекс. Возможные применения такого устройства относятся, по словам разработчиков, к областям видеоигр и изучения рынка. Авторам игры «чувствительная мышь» расскажет о том, в какие моменты человек волнуется или боится, а исследователям рынка — о том, что он чувствует, отвечая на те или иные вопросы при заполнении на компьютере опросного листа.

Для улучшения конфиденциальности, целостности и аутентичности электронных данных, архитектура VIA Isaiah включает передовые для индустрии аппаратные возможности ускорения криптографических функций, реализуемые на уровне ядра процессора. Возможности, входящие в систему обеспечения безопасности VIA PadLock, включают в себя генератор случайных чисел, модуль криптошифрования по методу AES, хеш-блоки по схемам SHA-1 и SHA-256 для улучшения целостности данных, а также новый специализированный режим «защищенного исполнения», позволяющий работать в безопасном разделе памяти, размещенном прямо на чипе и передавать инструкции в зашифрованном виде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной работы были рассмотрены тенденции развития ЭВМ, история развития, рассмотрели поколения ЭВМ. Был проведён анализ перспектив развития ЭВМ , и важность ЭВМ в современной жизни

• рассмотрение понятия персонального компьютера, в частности

истории развития ЭВМ, принципов функционирования компьютера,

• его структуры и видов ЭВМ;
• анализ перспектив развития ЭВМ;
• изучение роли ЭВМ в современной жизни.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Богумирский Б.С. Руководство пользователя ПЭВМ: В 2-х ч. Санкт-Питербург: Ассоциация OILCO, 1992. Ч.1.
2. Брябрин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. - М.: Наука, 1988.
3. ГОСТ 28043-89 Персональные электронные вычислительные машины. Интерфейс накопителей на жестких несменных магнитных дисках с подвижными головками.
4. Игорь Цуканов. HP подтвердила лидерство // Ведомости, № 8 (2030), 18 января 2008
5. Каймин В.А. Информатика: Учебник. 5-е изд. – М.: Инфра-М, 1999.
6. Ковтанюк Ю.С. Библия пользователя ПК. — М.: «Диалектика», 2007.
7. Кузнецов Е. Ю., Осман В. М. Персональные компьютеры и программируемые микрокалькуляторы: Учеб. пособие для ВТУЗов - М.: Высш. шк. -1991.
8. Леонтьев В.П. ПК: универсальный справочник пользователя. – М., 2000.
9. Локальные вычислительные сети. /Под ред. С.В. Назарова. -В 3-х кн. - М.: Финансы и статистика, 1994 - 1995.
10. Ляхович В. Ф., Крамаров С. О. Основы информатики: учебник. – М., 2005.
11. Пасько В. Самоучитель работы на персональном компьютере, шестое издание. – М., 2004.
12. Персональный компьютер фирмы IBM и операционная система MS DOS: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1991.
13. Семененко В.А. Айдидын В.М., Липова А.Д. Электронные вычислительные машины. – М.: Высшая школа, 1991.