Эволюция эвм

Активное развитие современной вычислительной техники началось во времена Второй Мировой Войны. В 1943 году был разработан и внедрен в эксплуатацию компьютер Марк-1, предназначенный для баллистических расчетов.

Марк -1 был реализован на электромеханических реле, длина составляла почти 17 метров, высота более 2,5 м. в нем было около 750 000 деталей, протяженность проводов была около 800 км.

Операцию сложения чисел Марк-1 выполнял за 0,3 секунды, умножение – за 3 секунды. Несмотря на не самые впечатляющие в настоящее время цифры, за день работы Марк-1 выполнял расчеты, на которые человек до внедрения Марка-1 тратил полгода.

Марк-1 отработал 16 лет.

Одним из существенных его минусов был большой шум во время работы от переключений реле. Учитывая указанный недостаток, следующий компьютер – ЭНИАК (1945 год) был выполнен на лампах (всего 17468 ламп). Размеры ЭНИАК - 6 м в высоту и 26 м в длину, производительность ЭНИАК превышала производительность Марк-1 в тысячу раз.

Существенными минусами ЭНИАК был регулярный выход из строя ламп и отсутствие памяти: операторы устанавливали в нужное положение около 6000 переключателей, а затем переключали кабели. На подготовку задачи, с решением которой машина справлялась за 20 секунд, иногда требовалось два дня.

И Марк-1 и ЭНИАК использовали десятичную систему счисления.

Фон-неймановская архитектура

Проанализировав все недостатки реализованных вычислительных устройств, математик Фон Нейманом в 1946 году сформулировал принципы построения вычислительных машин:

• Принцип двоичного кодирования: использование двоичной системы счисления для представления данных и команд.

• Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности; процессор, заканчивая выполнение одной команды, переходит к следующей; исключения составляют команды перехода.

• Принцип однородности памяти: код программы и данные размещаются в одной и той же памяти машины; компьютер не различает, что хранится в какой-либо ячейке памяти - данные или команда.

• Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек, любая из которых доступна процессору.

Основные составные части электронно-вычислительной машины (ЭВМ) согласно фон Нейману (смотри Рисунок 2):

• Процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ)

• Память, хранящая команды и данные

• Устройства ввода/вывода информации

Рисунок 2. Фон-неймановская архитектура ЭВМ.

Процессор взаимодействует с памятью, извлекая из нее команды и данные, и с устройствами ввода/вывода информации.

Описанные принципы получили название фон-неймановских, а ЭВМ, построенные согласно этим принципам в соответствии с приведенной на рисунке схемой – фон-неймановские ЭВМ. Несмотря на то, что фон-неймановские принципы были сформулированы более полувека назад, в настоящее время большая часть вычислительных систем работает в соответствии с этими принципами.

Альтернативой фон-неймановской архитектуре можно назвать гарвардскую архитектуру, в которой данные и команды находятся в разных областях памяти.