ЕОМ - це складна система, що включає як технічні засоби, так і програмне забезпечення. Для вивчення ЕОМ доцільно використовувати ту чи іншу ступінь деталізації. Ми представимо ЕОМ у вигляді трьох послідовно ускладнюються рівнів деталізації:
1. Апаратні засоби - електронні схеми, з яких складаються окремі пристрої ЕОМ;
2. Архітектура - склад, характеристики і взаємозв'язок пристроїв ЕОМ (структурна організація ЕОМ), принцип функціонування ЕОМ і її машинний мову;
3. Програмне забезпечення ЕОМ. Перші два рівня будуть розглянуті в цій лекції, а третій - в наступній. Розглянемо з використанням цих рівнів, як змінилися ЕОМ за 40 з невеликим років їх існування.
Розвиток апаратних засобів обчислювальної техніки можна умовно розбити на кілька етапів, які мають свої характерні особливості. Коротко розглянемо ці етапи.
Перший етап - до 55г.За точку відліку ери ЕОМ приймається 1946 рік, коли почалася дослідна експлуатація перших дослідних зразків обчислювальних машин. Відомі також дані про перші з них: загальна маса - 30 тонн, число електронних ламп - 18 тис. Споживана потужність - 150 кВт. (Потужність достатня для невеликого заводу), обсяг пам'яті - 20 10-ти розрядних чисел, час виконання операції: складання - 0,0002 с. множення - 0,0028 с. Числа в ЕОМ вводилися за допомогою перфокарт і набору перемикачів, а програма задавалася з'єднанням гнізд на спеціальних складальних платах. Продуктивність цієї гігантської ЕОМ була нижче, ніж кишенькового калькулятора "Електроніка МК-54".
Лампові ЕОМ мали великі габарити і масу, споживали багато енергії і були дуже дорогими, що різко звужувало коло користувачів ЕОМ, а отже, обсяг виробництва цих машин. Основними їх користувачами були вчені, що вирішували найбільш актуальні науково-технічні завдання, пов'язані з розвитком реактивної авіації, ракетобудування і т. Д. Збільшенню кількості вирішуваних завдань перешкоджали низька надійність, обмеженість їх ресурсів і надзвичайно трудомісткий процес підготовки, введення і налагодження програм, написаних на мовою машинних команд.
Підвищення швидкодії ЕОМ йшло за рахунок збільшення її пам'яті і поліпшення архітектури: використання двійкових кодів для представлення чисел і команд, а також розміщення їх у збільшенні пам'яті ЕОМ спростили структуру процесора і підвищили продуктивність обробки даних. Для прискорення процесу підготовки програм стали створювати перші мови автоматизації програмування (мови символьного кодування і автокоди). Представниками перших ЕОМ були ЕНІАК (США) і МЕСМ (СРСР).
Другий етап - до 65 року. Розвиток електроніки призвело до винаходу нового напівпровідникового пристрою - транзистора, який замінив лампи. Поява ЕОМ, побудованих на транзисторах, призвело до зменшення їх габаритів, маси, енерговитрат і вартості, а також до збільшення їх надійності та продуктивності. Це відразу розширило коло користувачів і, отже, номенклатуру вирішуваних завдань. Стали створювати алгоритмічні мови для інженерно-технічних і економічних завдань.
Але і на цьому етапі основним завданням технології програмування залишалося забезпечення економії машинних ресурсів (машинного часу і пам'яті).
Для її розв'язання стала створювати операційні системи (комплекси службових програм, що забезпечують кращий розподіл ресурсів ЕОМ при використанні призначених для користувача завдань).
Третій етап - до 70 м Збільшення швидкодії і надійності напівпровідникових схем, а також зменшення їх габаритів, споживаної потужності і вартості вдалося добитися за рахунок створення технології виробництва інтегральних схем (ІС), що складаються з десятка електронних елементів, утворених в прямокутної пластині кремнію з довжиною боку не більше 1см. Така пластина (кристал) розміщується в невеликому пластмасовому корпусі, розмір якого визначається, як правило, тільки числом "ніжок".
Це дозволило не тільки підвищити продуктивність і знизити вартість великих ЕОМ, але і створити малі, прості, дешеві і надійні машини-міні-ЕОМ (СМ-1420 і т.д.). Міні-ЕОМ спочатку призначалися для заміни апаратно-реалізованих контролерів (пристроїв управління) в контурі управління будь-яким об'єктом.
Організації, які купували міні-ЕОМ для створення контролерів, досить швидко зрозуміли, що, володіючи функціональної надмірністю, міні-ЕОМ може вирішувати і обчислювальні завдання традиційні для великих ЕОМ. Простота обслуговування міні-ЕОМ, їх порівняно низька вартість і малі габарити дозволяли забезпечити цими машинами невеликі колективи дослідників, разработчіков- експериментаторів і т.д. тобто дати прямо в руки користувачів ЕОМ. На початку 70-х років з терміном міні-ЕОМ пов'язували вже два істотно різних типи засобів обчислювальної техніки:
- універсальний блок обробки даних і видачі керуючих сигналів, що серійно випускаються для застосування в різних спеціалізованих системах контролю і управління;
- невеликих габаритів універсальну ЕОМ, проблемно-орієнтовану користувачем на рішення обмеженого кола завдань в рамках однієї лабораторії, тех. ділянки і т.д. тобто задач, в рішенні яких виявлялися зацікавлені 10-20 чоловік, які працювали над однією проблемою.
Представники цього покоління ЕОМ: СМ-1420.
Четвертий етап - до 78 м Успіхи в розвитку електроніки привели до створення великих інтегральних схем (ВІС), де в одному кристалі розміщувалося кілька десятків тисяч електронних елементів. Це дозволило розробити більш дешеві ЕОМ, що мають велику пам'ять і менший цикл виконання команд: вартість байта пам'яті і однієї машинної операції різко знизилася. Але, так як витрати на програмування майже не скорочувалися, то на перший план вийшло завдання економії людських, а не машинних ресурсів.
Розроблялися нові ОС, що дозволяють програмістам налагоджувати свої програми прямо за дисплеєм ЕОМ і прискорювало розробку програм. Це повністю суперечило концепціям перших етапів інформаційної технології: "процесор виконує лише ту частину роботи по обробці даних, яку принципово виконати не можуть люди, тобто масовий рахунок". Стала простежуватися інша тенденція: "все, що можуть робити машини, повинні робити машини, люди виконують лише ту частину роботи, яку не можна автоматизувати".
У 71 році був виготовлений перший мікропроцесор - БІС, в якій повністю розміщувався процесор ЕОМ простий архітектури. Стала реальною можливість розміщення в одній БІС майже всіх електронних пристроїв нескладної по архітектурі ЕОМ, тобто можливість серійного випуску простих ЕОМ малої вартості. З'явилися дешеві мікрокалькулятори і мікроконтролери - керуючі пристрої, побудовані на одній або декількох БІС, що містять процесор, пам'ять і системи зв'язку з датчиками і виконавчими органами в об'єкті управління. Програма управління об'єктами вводилася в пам'ять ЕОМ або при виготовленні, або безпосередньо на підприємстві.
У 70-х роках стали виготовляти і мікро-ЕОМ - універсальні ВС, що складаються з процесора, пам'яті, схем сполучення з пристроями В / В і тактового генератора, розміщених в одній ВІС (однокристальна ЕОМ) або в декількох БІС, встановлених на одній платі ( одноплатні ЕОМ). Повторюється картина 60-х років, коли перші міні-ЕОМ відбирали частину роботи у великих ЕОМ.
Представники цього покоління ЕОМ: СМ-1800, "Електроніка 60М".
П'ятий етап - н / в. Поліпшення технології БІС дозволяло виготовляти дешеві електронні схеми, що містять сотні тисяч елементів в кристалі - схеми надвеликої ступеня інтеграції - НВІС.
З'явилася можливість створити настільний прилад з габаритами масового телевізора, в якому розміщувалися мікро-ЕОМ, клавіатура, а також схеми сполучення з малогабаритним друкуючим пристроєм, вимірювальною апаратурою, іншими ЕОМ і т.п. Завдяки ОС, що забезпечує простоту спілкування з цією ЕОМ такий персональний комп'ютер стає приналежністю будь-якого фахівця і навіть дитини.
До найбільш істотних властивостях архітектури і характеристикам ЕОМ загального призначення можна віднести:
3) розвинуте програмне забезпечення;
4) агрегатний технічних засобів і широка номенклатура зовнішніх (периферійних) пристроїв;
5) висока технологічність;
6) відповідність широко поширеним світовим стандартам.
Універсальність забезпечує можливість однаково вирішувати завдання різних класів практично для всіх областей діяльності. Це досягається насамперед:
-універсальною системою команд, що містить крім операцій двійковій арифметики повний набір операцій десяткової арифметики з операндами (тобто елементами даних, над якими виконується операція);
-універсальної логічної структурою, що має обов'язкові (стандартні) апаратні і програмні засоби для всіх моделей ЕОМ, що утворюють єдине сімейство;
-збалансованістю входять до неї пристроїв за швидкодією і потокам інформації між ними.
Сумісність досягається апаратно-програмними засобами з метою створення єдиного прикладного та системного програмного забезпечення для всіх моделей ЕОМ загального призначення одного сімейства. За рахунок сумісності забезпечується однаковість результатів програм і перенесення програмних засобів між різними моделями ЕОМ. Досягнення повної сумісності (абсолютної) представляється дуже складним завданням, тому в більшості випадків обмежуються частковою сумісністю, а саме, сумісністю "знизу - вгору", при якій програми, розроблені для менш потужної ЕОМ (молодшої), повинні обов'язково і з тим же результатом проходити на більш потужної ЕОМ (старшої). Перенесення "зверху-вниз" обмежений. Але навіть в цьому випадку повинна забезпечуватися сумісність принаймні на 4-х рівнях апаратно-програмних засобів: 1) операційної системи і пакетів її розширюють; 2) мовних інтерфейсів; 3) системи програм; 4) призначених для користувача засобів.
Розвиток програмного забезпечення орієнтованого на конкретні структурні і функціональні можливості апаратури, що дозволяють ефективно вирішувати завдання користувача. Для ЕОМ загального призначення ОС стала невід'ємною частиною, що представляє собою програмне розширення апаратних засобів ЕОМ.
Агрегатний принцип побудови технічних засобів. стандартний інтерфейс введення-виведення, що дозволяє підключати різні за призначенням периферійні пристрої (ПУ) широкої номенклатури; в сукупності з програмним забезпеченням дозволяють будувати конкретний обчислювальний комплекс, найбільш підходящий для заданого застосування з урахуванням вимог і продуктивності, функціональним можливостям і набору ПУ.
Висока технологічність забезпечує можливість великосерійного виробництва і високу техніко-економічну ефективність ЕОМ загального призначення.
Відповідність стандартам дозволяє забезпечити сумісність зі світовим парком ЕОМ загального призначення в частині подання інформації, способів сполучення і організації обміну даними.