Историческое развитие архитектуры эвм
Нулевое поколение вычислительных машин считается периодом с 1492 по 1945гг. Это эра механических вычислений. В 1492 появились первые счеты – «Абак». Основным вычислительным элементом служило зубчатое колесо.
Первое поколение ЭВМ – период 19(37-45) – 19(53-55) гг. Первые машины на реле, затем на электронных лампах (ламповые компьютеры были не только теплыми, но и были значительно быстрее реле). Начинают активно использоваться перфокарты, язык программирования – машинный или ассемблер. Была разработана концепция архитектуры ЭВМ фон Неймана. Основной элемент – электронная лампа.
Второе поколение ЭВМ – 19(54-55) – 19(62-65) гг. Появились технические новинки в элементной базе, структуре и программном обеспечении. Основным элементом становятся диоды и транзисторы. Появляются языки программирования вроде Algol 60, C. Используются перфоленты. Тогда же создается первый миникомпьютер на полупроводниковых элементах (для компаний, которые не могли позволить себе покупку большой ЭВМ) – PDP (Programmed Data Processor) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation), основанный на общей шине (Omnibus).
Третье поколение ЭВМ – 19(63-65) – 19(72-80) гг. Вычислительные элементы компонуются в интегральные микросхемы. В отличие от схем на диодах и транзисторах, микросхема работает только по бинарной логике (0 и 1). Появляются запоминающие устройства на микросхемах, возникают идеи микропрограммирования (ЦП рассматривается как маленькая вычислительная машина). Резко увеличивается вычислительная мощность. Наступает эра конвейеризации и параллельной обработки данных, возникают первые операционные системы и реализации режима разделения времени. Создается серия компьютеров IBM System /360.
Четвертое поколение ЭВМ – 19(72-80) – 1984 гг. Появляются интегральные микросхемы большой интеграции. Степень интеграции разнилась:
LSI (Large Scale Integration) – около 1000 транзисторов на кристалл.
VLSI(Very LSI) – около 100 000 транзисторов на кристалл.
Появляются первые процессоры Intel 80080, 80086 … 80386. Также, появляются первые ПК в виде комплектов
Печатная плата
Набор интегральных микросхем (Intel 8080)
Пучок кабелей
Источник питания
Иногда - 8` дисковод
и операционные системы CP/M, MS DOS. В 1981 правительство Японии объявляет о выделении 50 млн компаниям на разработку ЭВМ 5-го поколения.
Пятое поколение ЭВМ – 1984 – 1990 гг. Планировалось создание нового поколения ЭВМ, ориентированного на распределенные вычисления, одновременно считалось что пятое поколение станет базой для создания устройств, способных к имитации мышления. Развернута широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта. Программа закончилась провалом, так как не опиралась на четкие научные методики, более того, даже её промежуточные цели оказались недостижимы в технологическом плане. В настоящий момент термин «пятое поколение» является неопределенным и применяется во многих смыслах, например при описании систем облачных вычислений.
Шестое поколение – с 1990 года. Невидимые компьютеры и носимые устройства, электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Общее адресное пространство ЭВМ
Революционная идея второго поколения ЭВМ – концепция общей шины данных и общего адресного пространства ЭВМ.
Шина – совокупность трактов, объединяющих между собой основные устройства вычислительной машины – ЦП, память, устройства ввода-вывод.
Концепция модульности
Суть концепции в том, что каждое специализированное устройство отвечает строго за свой круг обязанностей и действует по протоколу, одинаковому для всех производителей таких устройств, что обеспечивает их стандартизацию и взаимозаменяемость.
Модульная архитектура
Давно: Связь через телекоммуникационные каналы или адаптеры
Недавно: Общая шина данных
Сейчас: Центральный процессор и память связаны отдельной высокоскоростной шиной
В перспективе: Транспьютерная технология
Пути повышения быстродействия или мощности ЭВМ
Параллельные сумматоры
Сумматор – комбинированное логическое устройство, предназначенное для арифметического сложения чисел в двоичном коде. Основной проблемой сумматора является то, что при сложении каждых двух битов формируется два выходных бита – результат сложения и бит переноса. Необходимость сложения бита переноса с последующим битом не позволяет сложить два многоразрядных числа за один такт. Построение сумматоров с групповым переносом – лишь частичное решение этой проблемы.