Архитектура и её аппаратное обеспечение

  Успехи  в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ  привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального  обслуживания пользователя и ориентированных  на решение различных задач неспециалистами  в области вычислительной техники. Все оборудование персональной ЭВМ  размещается в пределах стола. ПЭВМ, выпускаемые в сотнях тысяч и  миллионах экземпляров, вносят коренные изменения в формы использования  вычислительных средств, в значительной степени расширяют масштабы их применения. Они широко используются как для  поддержки различных видов профессиональной деятельности (инженерной, административной, производственной, литературной, финансовой и др.), так и в быту, например для обучения и досуга. Персональный компьютер позволяет эффективно выполнять научно-технические и  финансово-экономические расчеты, организовывать базы данных, подготавливать и редактировать  документы и любые другие тексты, вести делопроизводство, обрабатывать графическую информацию и т.д. Выполнение многих из указанных функций поддерживается многочисленными эффективными универсальными функциональными пакетами программ. На основе ПЭВМ создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) для представителей разных профессий (конструкторов, технологов, административного аппарата и др.). Рынок персональных и микро-ЭВМ  непрерывно расширяется за счет поставок ведущих мировых фирм: IBM, DEC, Hewlett Packard, Apple (США), COMPARE/, Siemens (Германия), ICL (Англия) и др. Отечественная промышленность, к сожалению, здесь не представлена.

  Рынок персональных и микро-ЭВМ непрерывно расширяется за счет поставок ведущих  мировых фирм: IBM, DEC, Hewlett Packard, Apple (США), COMPARE/, Siemens (Германия), ICL (Англия) и др. Отечественная промышленность, к  сожалению, здесь не представлена.

3. Поколения ЭВМ  

3.1 История поколений  ЭВМ

  1. 1946 г. создание машины ЭНИАК  на электронных лампах. Запоминающие  устройства (ЗУ) были построены на  электронных. лампах, электронно-лучевых  трубках (ЭЛТ) и линиях задержки.

  2.60-е  годы. ЭВМ построены на транзисторах, ЗУ на транзисторах, линиях задержки  и ферритовых сердечниках.

  3.70-е  годы. ЭВМ построены на интегральных  микросхемах (ИМС). ЗУ на ИМС.

  4. Начало создаваться с 1971 г.  с изобретением микропроцессора  (МП). Построены на основе больших  интегральных схем (БИС) и сверх  БИС (СБИС).

  Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется  голосом, используется новая технология на основе арсенида галлия.

  ЭВМ предназначены для обработки  информации и отображения результатов  обработки. Для решения задачи должна быть написана программа.

  Во  время решения задачи программа  и операнды (числа, над которыми производится операции) находятся в оперативной  памяти (ОЗУ). Быстродействие ОЗУ соизмеримо с быстродействием АЛУ. В процессе решения задачи АЛУ постоянно  взаимодействует с ОЗУ, передавая  в ОЗУ промежуточные и конечные результаты и получая из ОЗУ операнды действия всех частей ЭВМ при решении  задачи осуществляется под воздействием управляющих сигналов, вырабатываемых устройством управления в соответствии с программой, записанной в ОЗУ.

  ПЗУ предназначено для хранения стандартных  программ, таких как sin и cos, констант, е.

  Существует  еще сверх ОЗУ (СОЗУ), которое обладает малым объемом и высоким быстродействием. СОЗУ применяется для кратковременного хранения операндов и промежуточных  результатов.

  Качество  ЭВМ определяется: объемом ОЗУ (т.е. количеством одновременно хранимых в ОЗУ двоичных слов); быстродействием, определяемым количеством операций в сек. После выполнения задачи, программа  и результаты через устройство вывода записываются во внешнее ЗУ. В качестве внешних ЗУ используются магнитная  лента, гибкий магнитный диск, магнитный  барабан, перфолента, перфокарты. Программа  вводится в ОЗУ с внешних ЗУ или с клавиатуры через устройство ввода.  

3.2 Перспективы развития  ЭВМ

  Появление новых поколений ЭВМ обусловлено  расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских  свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой  производительности и надежности при  более низкой стоимости, обеспечиваемых новейшими электронными технологиями, должны удовлетворять качественно  новым функциональным требованиям:

  работать  с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

  обеспечивать  простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и  изображения;

  упрощать  процесс создания программных средств  путем автоматизации синтеза  программ.

  В настоящее время ведутся интенсивные  работы как по созданию ЭВМ пятого поколения традиционной (неймановской) архитектуры, так и по созданию и  апробации перспективных архитектур и схемотехнических решений. На формальном и прикладном уровнях исследуются  архитектуры на основе параллельных абстрактных вычислителей (матричные и клеточные процессоры, систолические структуры, однородные вычислительные структуры, нейронные сети и др.) Развитие вычислительной техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой, степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией распараллеливания алгоритмов решаемых задач.

  Проблема  создания эффективных систем параллельного  программирования, ориентированных  на высокоуровневое распараллеливание  алгоритмов вычислений и обработки  данных, представляется достаточно сложной  и предполагает дифференцированный подход с учетом сложности распараллеливания  и необходимости синхронизации  процессов во времени.

  Наряду  с развитием архитектурных и  системотехнических решений ведутся  работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптоэлектронных  и оптических принципах.

  В плане создания принципиально новых  архитектур вычислительных средств  большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии  нейронной сети (структуры на формальных нейронах), моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения био- или оптоэлементов могут  быть созданы соответственно биологические  или оптические нейрокомпыотеры. Многие исследователи считают, что в  следующем веке нейрокомпьютсры  в значительной степени вытеснят современные ЭВМ, используемые для  решения трудноформализуемых задач. Последние достижения в микроэлектронике и разработка элементной базы на основе биотехнологий дают возможность  прогнозировать создание биокомпыотеров.

Заключение

  Важным  направлением развития вычислительных средств пятого и последующих  поколений является интеллектуализация ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта, интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. Работа в  данном направлении, затрагивая, в первую очередь, программное обеспечение, потребует и создания ЭВМ определенной архитектуры, используемых в системах управления базами знаний, - компьютеров  баз знаний, а так же других подклассов ЭВМ. При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить  ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.

  В заключение отметим, что ряд названных  вопросов реализован в перспективных  ЭВМ пятого поколения либо находится  в стадии технической проработки, другие - в стадии теоретических  исследований и поисков.