Классификация и тенденции развития ЭВМ

Содержание 

1. Введение……………………………………………………………………….2

2. Электронная вычислительная машина……………………………….……..3

2.1. История развития средств вычислительной техники……………………3

2.2. Архитектура ЭВМ……………………………………………………….....6

3. Классификация  ЭВМ…………………………………………………………9

3.1. Назначение…………………………………………………………………..9

3.2. Этапы создания……………………………………………………………10

3.3. Принцип действия…………………………………………………………14

3.4. Функциональные  возможности……………………………………………15

3.5 Совместимость………………………………………………………………17

3.6 Типоразмер…………………………………………………………………17

3.7 Тип  используемого процессора……………………………………………19

4. Тенденции  развития ЭВМ…………………………………………………..20

4.1. Оптический компьютер...…………………………………………………20

4.2. Квантовый  компьютер……………………………………………………..23

4.3. Нейрокомпьютер……………………………………………………………25

5. Заключение……………………………………………………………………28

6. Список  литературы…………………………………………………………..29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

       Компьютер в переводе с английского означает «вычислитель», то есть устройство, машина для проведения вычислений. При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по заранее определённому алгоритму. Кроме того, компьютер при помощи программного обеспечения способен принимать, хранить и осуществлять поиск информации, выводить информацию на различные виды устройств вывода.

      Идея  создания искусственного интеллекта появилась  очень  давно, но только в 20 столетии ее начали приводить в исполнение. Сначала появились огромные компьютеры, которые были зачастую размером с  дом. Использование таких громад  было не очень удобным, но мир не стоял на месте — менялись люди, менялась среда их обитания,  вместе с тем менялись и технологии, все больше совершенствуясь. В процессе этого компьютеры становились все меньше и меньше по своим размерам, пока не достигли сегодняшних.

      Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ.

      Вследствие  развития ЭВМ возникла и их классификация, разделяющая компьютеры на группы по различным признакам,  в частности, по: назначению, этапам создания, принципу действия, функциональным возможностям, совместимость и т.д.

      Исходя  из вышесказанного, целью данной работы является изучение различных типов  классификации ЭВМ, а также исследование тенденций их развития. 
 

2.Электронная  вычислительная машина

      Электронная вычислительная машина (ЭВМ), или компьютер – это электронное устройство, используемое для автоматизации процессов приема, хранения, обработки и передачи информации, которые осуществляются по заранее разработанным человеком алгоритмам (программам).

      Как следует из определения, компьютер должен «уметь» хранить, обрабатывать, принимать и перерабатывать информацию. Для этого в составе компьютера предусмотрены специальные устройства, такие как: память – устройство или несколько устройств для хранения информации, процессор – основное устройство для обработки информации, и большая группа устройств ввода-вывода, которые осуществляют необходимые действия по обмену информацией между выполняющим программу компьютером и пользователем или какими-либо техническими устройствами. 

2.1. История развития средств вычислительной техники

      В определении компьютера как прибора  мы указали определяющий признак  — электронный. Однако автоматические вычисления не всегда производились электронными устройствами. Известны и механические устройства, способные выполнять расчеты автоматически.

      Анализируя  раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи  нередко в качестве древнего предшественника  компьютера называют абак. Абак — это наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представлявшее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н. э., а местом его возникновения считается Азия.  В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях, а в России в XVI— XVII веках появилось намного более передовое изобретение, применяемое и поныне, — русские счеты. Подход «от абака» свидетельствует о глубоком методическом заблуждении, поскольку абак не обладает свойством автоматического выполнения вычислений, а для компьютера оно определяющее.

      В то же время, нам хорошо знаком другой прибор, способный автоматически  выполнять вычисления, — это часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. Этот принцип прослеживается даже в солнечных часах, содержащих только устройство регистрации (роль генератора выполняет система Земля — Солнце).

      В основе любого современного компьютера, как и в электронных часах, лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление может производиться автоматически (в этом случае говорят о программном управлении) или вручную с помощью внешних органов управления - кнопок, переключателей, перемычек и т. п. (в ранних моделях). В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано с помощью специальных аппаратно-логических интерфейсов, к которым подключаются устройства управления и ввода данных (клавиатура, мышь, джойстик и другие). В отличие от программного управления такое управление называют интерактивным.

      Первое  в мире автоматическое устройство для  выполнения операции сложения было создано  на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных  языков в университете Тюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими часами».

      В 1642 году французский механик Блез Паскаль (1623-1662) разработал более компактное суммирующее устройство (рис. 2.1), которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял). В 1673 году немецкий математик и философ Г. В. Лейбниц (1646-1717) создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания.

      На  протяжении XVIII века, известного как эпоха Просвещения, появились новые, более совершенные модели, но принцип механического управления вычислительными операциями оставался тем же. Идея программирования вычислительных операций пришла из той же часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким — одна и та же операция выполнялась в одно и то же время.

      Идея  гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной  бумажной ленты впервые была реализована  в 1804 году в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до программного управления вычислительными операциями.

      Этот  шаг был сделан выдающимся английским математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем (1792-1871) в его Аналитической машине, которая, к сожалению, так и не была до конца построена изобретателем при жизни, но была воспроизведена в наши дни по его чертежам, так что сегодня мы вправе говорить об Аналитической машине, как о реально существующем устройстве. Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Аналитическая машина содержала два крупных узла — «склад» и «мельницу». Данные вводились в механическую память «склада» путем установки блоков шестерен, а потом обрабатывались в «мельнице» с использованием команд, которые вводились с перфорированных карт (как в ткацком станке Жаккарда).

            Идея Чарльза Бэббиджа о раздельном рассмотрении команд и данных оказалась необычайно плодотворной. В XX в. она была развита в принципах Джона фон Неймана (1941 г.), и сегодня в вычислительной технике принцип раздельного рассмотрения программ и данных имеет очень важное значение. Он учитывается и при разработке архитектур современных компьютеров, и при разработке компьютерных программ. 

2.2. Архитектура ЭВМ

      Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура  ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.  Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.

Положения фон Неймана:

• Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)
• Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти
• Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)
• Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
• Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся  в одном и том же запоминающем устройстве
• Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода

      Один  из важнейших принципов – принцип  хранимой программы – требует, чтобы  программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.

      Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.

      Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

      Запоминающие  устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.

      Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой  компьютер работает непосредственно  в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.

      Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.

      ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.

      В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер  и т.д.

      В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления.