Материал: Информатика Лекции 27.03.02

отверстие, то игла, пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной под картой. Возникавший таким образом контакт замыкал электрическую цепь, благодаря чему к результатам расчетов автоматически добавлялась единица, после чего перфокарта попадала в определенное отделение сортировочного ящика.

В1890 изобретение Холлерита было впервые использовано для 11-й американской переписи населения. Успех вычислительных машин

сперфокартами был феноменален. То, чем десятилетием ранее 500 сотрудников занимались в течение семи лет, Холлерит сумел выполнить с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

Это изобретение имело успех не только в США, но и в Европе, где стало широко применяться для статистических исследований. Несколько таких машин закупила Россия. Холлерит был удостоен нескольких премий и получил звание профессора Колумбийского университета. В 1896 он организовал в Нью-Йорке компанию по производству машин для табуляции (Tabulating Machine Company),

которая впоследствии выросла в International Business Machines

Corporation — IBM.

Вконце 30-х годов XX века американские ученые Дж. Атанасов и К. Берри построили фактически первую электронную счетную машину. Аппарат содержал около 300 вакуумных трубок, с помощью которых производились вычисления, использовал двоичный код, мог осуществлять логические операции. Для ввода и вывода данных применялись перфокарты. Аппарат Атанасова мог достигать точности вычислений, в тысячу раз превышающей точность дифференциального анализатора Х. Буша, считавшегося в ту пору самым передовым вычисляющим прибором.

Машина Атанасова оказала огромное влияние на развитие компьютерных технологий. Это был первый компьютер, в котором для операций с двоичными числами были применены электронные устройства (вакуумные трубки). Некоторые идеи Атанасова до сих

в оперативной памяти, регенерация конденсаторов, разделение памяти и процесса вычислений.

Тем не менее, машина Атанасова и Берри не была универсальной в полном смысле этого слова. В результате работ американского инженера Джона Мокли была предложена конструкция универсального цифрового компьютера, который мог оперировать закодированными данными. С использованием разработок Дж. Атанасова, к 1946 было завершено создание модели «Эниак» (ENIAC, Electronic Numerical Integrator and Computer), огромной машины,

которая состояла из более 18 тысяч электронных ламп. Вес машины составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 м2. Машина оперировала двоичными числами и могла производить 5 тыс. операций сложения или 300 операций умножения в секунду. Впервые эта машина была применена при баллистических военных исследованиях на Абердинском испытательном полигоне в 1947.

Изобретение не принесло Атанасову никаких дивидендов. Патент на изобретение получили создатели «Эниака», которым Атанасов демонстрировал свою машину. Его же вклад в изобретение был признан лишь в результате судебного разбирательства. Было доказано, что практически все основные узлы «Эниака» заимствованы из машины Атанасова и Берри, и той информации, которую Атанасов передал Джону Мокли в начале 1940-х. В 1973 году патент на «Эниак» был признан недействительным по решению Федерального суда.

Таким образом, аппаратной базой для первых электронных вычислительных машин явились вакуумные лампы. Такие машины принято называть машинами первого поколения. В нашей стране представителями первого поколения ЭВМ стали машины МЭСМ и БЭСМ, созданные соответственно в 1951 и 1953 годах под руководством академика С. А. Лебедева. Впоследствии были созданы полупроводниковые варианты этих машин (второе поколение ЭВМ). Представитель этого поколения - машина БЭСМ-6 долгое время считалась одной из лучших в мире. Быстродействие этих машин достигало 1 млн. операций в секунду.

А первым в мире компьютером, созданным на основе транзисторов, стал TX-0, разработанный в 1953 году в Массачусетском технологическом университете. На этой аппаратной базе были созданы и первые в мире мини-компьютеры фирмы Digital

Equipment Corporation PDP-1 (1961 год).

Аппаратной базой ЭВМ третьего поколения стали большие интегральные схемы. В 1968 году американская фирма Burroughs выпустила на рынок первые ЭВМ на БИС В2500 и В3500. Ну а наиболее известными машинами этого поколения стали IBM 360/370, разработанные в конце 60-х годов XX века. Отечественными аналогами этих компьютеров стали машины единой серии ЕС, которые выпускались в рамках социалистической интеграции странами СЭВ.

Настоящая революция в аппаратном обеспечении ЭВМ произошла с появлением СБИС - сверх больших интегральных схем. Именно они стали аппаратной базой для ЭВМ четвертого поколения и основой для создания персональных ЭВМ. Первый же четырехразрядный микропроцессор Intel 4004 был создан в 1970 году. Осознав перспективность своей разработки, Intel выкупила права на

производительности микропроцессора. Уже в 1973 году выпускается восьмиразрядный процессор Intel 8008, а в 1975 году создается первый персональный компьютер Altair-8800.

IBM PC XT со встроенным жестким диском, памятью 128 килобайт и новой версией DOS, а в 1984 году фирма Apple выпускает свой Macintosh с памятью 128 килобайт на базе процессора Motorola 68000. В этом же году выходит IBM PC AT на базе 16-разрядного процессора Intel 80286.

Тема 13. Классификация компьютеров и вычислительных систем.

По принципу действия:

- аналоговые (вычислительные устройства непрерывного действия, обрабатывающие аналоговые данные без преобразования их в цифровую форму);

-цифровые;

-гибридные.

По вычислительной мощности и габаритам:

- большие ЭВМ (построены с использованием многоядерной,

-средние ЭВМ (серверы баз данных в информационных системах среднего масштаба, управляющие компьютеры в системах автоматизированного производства);

-малые ЭВМ;

-микроЭВМ.

По способу применения:

-суперкомпьютеры (научные вычислительные центры большой мощности, системы противоракетной обороны, управление распределенными космическими спутниками);

-серверы (файловые, интернет-служб, приложений, серверы баз данных, мэйнфреймы);

-персональные (рабочие станции, бытовые, игровые приставки, персональные информационные менеджеры, наладонные и коммуникаторы);

-специализированные (бортовые, управляющие, микроконтроллеры, встроенные, специализированные рабочие станции).

Мэйнфрейм – это мощный компьютер в сетевой инфраструктуре, в которой на стороне пользователя находится терминал.

Производительность мейнфреймов, как правило, вычисляется в миллионах операций в секунду (MIPS),

Вконтексте общей вычислительной мощности мейнфреймы проигрывают суперкомпьютерам.

Любой современный компьютер создан на основе СБИС и в качестве исполнителя программы и вычислителя имеет один или несколько микропроцессоров.

Самые производительные на сегодняшний день процессоры обеспечивают вычислительную мощность примерно в 4000 раз меньше самого производительного суперкомпьютера. Механизм достижения такой скорости обработки информации – параллельные вычисления. Каждая параллельная задача может выполняться одним микропроцессором.

Все современные суперкомпьютеры по классификации Флинна

мультиплицирование. Все микропроцессоры, входящие в состав суперкомпьютера, подключены к одному адресному пространству, к одной памяти при помощи специальной шины памяти. Эта архитектура дает наибольший выигрыш по производительности, но не может содержать большого количества процессоров.

MPP (Massive Parallel Processing) – обработка с массовым параллелизмом. В этом случае общей памяти нет. Каждый процессор или модуль с несколькими процессорами является владельцем своего банка памяти, а между процессорами устанавливаются соединения, которые могут выполняться не только при помощи обычных сетевых устройств, но и посредством специальных вспомогательных компьютеров, предназначенных для высокоскоростной передачи данных (транспьютеров).

NUMA (Nonuniform Memory Access) – неоднородный доступ к памяти. При такой архитектуре несколько процессоров объединяются

между собой в SMP-узел, а SMP-узлы, в свою очередь, образуют MPP-архитектуру.

Кроме того, суперкомпьютеры принято объединять в кластеры – узлы, объединенные при помощи сети таким образом, что для

рода сетевые соединения, включая Интернет (так называемая гетерогенная структура).

Производительность суперкомпьютеров измеряется в операциях с плавающей запятой (точкой) в секунду (FLOPS – Float Point Operation Per Second). В настоящее время преодолен рубеж в триллион FLOPS.

Сервер – это компьютер или система компьютеров, связанная через сетевые соединения с другими компьютерами и обрабатывающая их запросы.

Современные специализированные серверы изначально конструируются с учетом особенностей их работы. Такими особенностями являются:

размещение (специальные помещения с вентиляцией, резервной системой питания, сигнализацией и т.д.);

резервирование (возможность функционирования при выходе из строя части комплектующих, наличие резервных компьютеров, кластерная архитектура);

защита от вирусов (средства антивирусной защиты могут встраиваться непосредственно в серверный процессор);

резервное копирование и хранение данных (в системах непрерывного цикла резервное копирование может производиться во время работы);

удаленное управление (используется отдельный канал связи с сервером);

масштабирование (сервер должен иметь возможность увеличивать свою мощность путем наращивания вычислительных блоков).

Серверы реализуются в трёх исполнениях – напольное, стоечное, блейд-серверное. В блэйд-сервере отсутствуют или вынесены наружу некоторые типичные компоненты, традиционно присутствующие в компьютере. Функции питания, охлаждения, сетевого подключения, подключения жёстких дисков, межсерверных соединений и управления могут быть возложены на внешние агрегаты.

Персональные компьютеры в соответствии с PC 99 System Design Guide подразделяются на: