Поколение ЭВМ

Последующее интенсивное  развитие радиоэлектроники привело  в 60-х годах к созданию интегральных схем (ИС), а на их основе — к разработке ЭВМ третьего поколения. Интегральная схема является функционально законченным блоком, эквивалентным по своим логическим возможностям достаточно сложной транзисторной схеме. Она представляет собой пластину полупроводникового материала (обычно кремния), в поверхностном слое которой методами микроэлектронной технологии формируются области, выполняющие функции транзисторов, диодов, резисторов и других компонентов схемы.

 

Рисунок. 2 - ЭВМ второго поколения (Мир)

 

2.3 Поколение третье. Интегральные схемы

 

ЭВМ третьего поколения характеризуются значительным увеличением производительности и емкости памяти, существенным повышением надежности и вместе с тем уменьшением потребляемой мощности, массы и занимаемой площади. Конструктивно машины третьего поколения состоят из типовых элементов и узлов, обеспечивающих высокую плотность компоновки, необходимую помехозащищенность, а, также устойчивость к механическим и климатическим воздействиям.

Значительное внимание в машинах третьего поколения было уделено совершенствованию средств программного обеспечения с точки зрения наиболее эффективного использования технических возможностей ЭВМ, максимальной автоматизации вычислительного процесса, уменьшения трудоемкости подготовки и отладки программ пользователей. В результате этого, начиная с ЭВМ третьего поколения разрозненные средства программного обеспечения, превратились в целостную систему.

Отличительной особенностью ЭВМ третьего (и последующих) поколений стала возможность их работы в мультипрограммном режиме - многозадачность, при котором за счет организации параллельной работы основных устройств ЭВМ обеспечивается одновременное выполнение программ различных пользователей, повышается эффективность использования ЭВМ и уменьшаются возможные простои ее дорогостоящего оборудования. С применением мультипрограммного режима ЭВМ превратилась в вычислительный инструмент нового качества. Теперь на базе ЭВМ стало возможным создание вычислительных систем, одновременно обрабатывающих программы нескольких пользователей, которые могут находиться от ЭВМ на значительном расстоянии и непосредственно общаться с ней независимо друг от друга.

В ЭВМ третьего поколения были достигнуты производительность в несколько миллионов операций в секунду, емкость основной памяти — в несколько сотен Кбайт.

Начиная с ЭВМ третьего поколения в широких масштабах начала проводиться работа по стандартизации технических и программных средств. В это же время создаются семейства (ряды) ЭВМ, представляющие собой единую систему. Для этой цели в 1969 г. Советским Союзом было заключено соглашение о сотрудничестве с рядом европейских стран в области вычислительной техники, которое обеспечило разработку и производство Единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) и системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

 

2.3.1 Особенности машин единой системы ЭВМ

 

ЕС ЭВМ - это  целое семейство машин, которые  построены на единой элементной базе, единой конструктивной основе, с единой системой программного обеспечения, одинаковым набором периферийного оборудования. Их разработка началась в 1970 г., а промышленный выпуск таких машин начался в 1972 г.

Все машины ЕС ЭВМ программно-совместимы между собой и предназначены  для решения наиболее сложных  и объёмных задач. Эти машины можно  отнести к типу машин универсальных, мультипрограммных, с возможностью параллельно обрабатывать несколько задач.

Многие модели имеют единую логическую структуру и принцип  работы. Однако различные модели отличаются друг от друга быстродействием, конфигурацией, размером памяти и т.д.

Так как система ЕС ЭВМ постоянно развивается, постоянно улучшаются все характеристики, то эти машины можно подразделить на 2 семейства. К первому семейству моделей (Ряд-1) можно отнести такие машины, как ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1021, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060. К этому семейству относятся так же модифицированные образцы (Ряд-1М): ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-1033, ЕС-1052. Более совершенные машины: ЕС-1015, ЕС-1025, ЕС-1035, ЕС-1045, ЕС-1055, можно объединить в Ряд-2, а модернизированные (Ряд-2М): ЕС-1036, ЕС-1066 и др.

 

Рисунок.3 - ЭВМ ЕС-1010

 

 

Рисунок.4 - АСВТ М-6000

 

Устройства  ЕС ЭВМ так же разделяются на центральные и периферийные. Центральные - это устройства, которые определяют основные технические характеристики машины, это центральный процессор, оперативная память, мультиплексный и селекторный каналы. К периферийным относятся внешние устройства (ВУ), устройства подготовки данных (УПД), сервисные устройства.

Для хранения больших объёмов  информации используются накопители на магнитных лентах и магнитных  дисках. Устройства ввода предназначены  для восприятия вводимой извне информации, её преобразования в электрические кодовые сигналы и передачи к мультиплексному каналу по средствам интерфейса ввода-вывода. Устройства вывода переводят выводимый из машины сигнал обратно и выводят его на перфокарты (перфоленты), либо на другие внешние устройства.

Дисплей - это устройство ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации на электронно-лучевую трубку. Он очень удобен для оперативного изменения данных непосредственно во время решения задачи.

Выносимые пульты предназначены для общения пользователя с ЭВМ, когда их разделяют сотни метров.

Существуют 3 группы устройств подготовки данных ЕС ЭВМ: перфокарточные, перфоленточные и использующие магнитные ленты. На контрольниках  в ЭВМ производится контроль за правильностью  записи информации на перфокарты. Существует два режима работы УПД на магнитной ленте: запись данных и печать считываемых данных.

Сервисные устройства нужны для контроля над техническими средствами, их наладки, испытания и  ремонта.

Показатели  технических средств ЕС ЭВМ постоянно  улучшаются: увеличивается быстродействие, объёмы памяти и т.д. Это происходит в частности за счёт перехода на микросхемы с более высоким уровнем интеграции (БИС). Но это уже относится к машинам IV поколения.

2.3.2 Отличия III ЭВМ поколения от прежних

 

В ЭВМ III поколения заметно значительное улучшение аппаратуры, благодаря использованию интегральных схем (ИС), что способствовало уменьшению размеров, потребляемой энергии, увеличению быстродействия, надежности и т.д.

• Главным отличием таких ЭВМ от ЭВМ I и II поколений является совершенно новая организация вычислительного процесса.
• ЭВМ III поколения способны обрабатывать как цифровую, так и алфавитно-цифровую информацию. Возможность оперировать над текстами открывает большие возможности для обмена информацией между человеком и компьютером.
• Так же создание различных средств ввода-вывода информации. Ярким примером этому является способ ввода информации по средствам обычной телефонной связи, телетайпа, светового карандаша. А вывод осуществляется не только на перфокарты, как это было раньше, но и непосредственно на экран монитора, каналы телефонной связи, принтер (для получения твёрдых копий).
• В связи с использованием текста возможность приблизить вводной язык к человеческому, сделать его более доступным широкому кругу пользователей.
• Возможность параллельно решать на ЭВМ несколько задач.
• ЭВМ III поколения имеет внешнюю память на магнитных дисках.
• Широкий круг применения.

Типичными представителями  машин III поколения является ЕС ЭВМ, IBM-360. Они имеют следующие особенности: использование интегральных схем, агрегатность, байтное представление информации, использование двоичной и десятичной арифметики, представление чисел в форме с плавающей и фиксированной точкой, программная совместимость, надёжность, мультисистемность.

2.4 Поколение четвертое. Большие интегральные схемы

 

ЭВМ четвертого поколения стали развиваться в 70-е годы. Конструктивно-технологической основой таких ЭВМ стали большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС). Высокая степень интеграции способствовала дальнейшему увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, увеличению быстродействия и снижению стоимости. Производительность ЭВМ четвертого поколения достигла десятков и сотен миллионов операций в секунду, а объем основной памяти — десятков мегабайт. ЭВМ третьего и четвертого поколений представлены в основном вычислительными машинами серии ЕС ЭВМ.

Для ЕС ЭВМ характерен высокий уровень стандартизации и унификации, который обеспечивался типовой элементной базой, основанной на использовании интегральной микроэлектроники, единой базовой структурой всех моделей ЭВМ, стандартным набором команд и форматов представления данных, единой номенклатурой периферийных устройств, подключаемых через стандартную систему сопряжения (интерфейс ввода-вывода), единством принципов конструирования, производства и эксплуатации.

Разработка ЕС ЭВМ проводилась с учетом международных стандартов и рекомендаций, а также установившихся в мировой практике соглашений относительно форматов данных, используемых носителей информации, системы сопряжения между отдельными устройствами ЭВМ. Так, в частности, основной структурной единицей данных, подлежащих обработке в ЕС ЭВМ, был принят 8-разрядный байт, к которому может быть присоединен дополнительный двоичный разряд для целей контроля. Все форматы данных в ЕС ЭВМ кратны байту. Байтовая структура данных хорошо согласуется со стандартным 8-разрядным двоичным кодом обмена информацией, включающим строчные и прописные буквы латинского и русского алфавитов, десятичные цифры, а также различные специальные символы.

Наиболее устойчивой частью конфигурации технических средств  ЕС ЭВМ является центральный процессор, технические характеристики которого в основном и определяли данную модель ЭВМ. Центральный процессор обрабатывает данные в ЭВМ, обеспечивает автоматическое управление работой других устройств, взаимодействует с каналами ввода-вывода, посылая в них команды на выполнение соответствующих операций и получая информацию об их выполнении.

Основная память в  ЕС ЭВМ реализовывалась на базе одного или нескольких блоков, выполненных на полупроводниковых БИС (в первых моделях использовались ферритовые сердечники). Пространство (поле) основной памяти представляет собой последовательность пронумерованных байтов начиная с нулевого. Номер байта является его адресом. Для адресации к основной памяти в ЕС ЭВМ использовался 24-разрядный двоичный код, позволяющий адресовать 2²⁴ = 16777216 байт, то есть 16 Мбайт.

В ЕС ЭВМ использовались каналы ввода-вывода трех типов: селекторные, блок- и байт-мультиплексные. Общее число каналов не превышает 16, при этом допускается не более двух байт-мультиплексных каналов. Каждый канал производит адресацию до 256 периферийных устройств. Обширный набор периферийных устройств ЕС ЭВМ и стандартный способ их подключения позволял создавать вычислительные системы различной конфигурации для решения широкого круга научных, инженерно-технических, экономических, управленческих и других задач.

В составе ЕС ЭВМ входили также устройства подготовки данных, которые могли использоваться автономно, т.е. автоматически, не взаимодействуя с ЭВМ. Они включили в себя различные по техническим характеристикам устройства подготовки, контроля, расшифровки, репродукции данных на перфокартах, перфолентах, магнитной ленте (МЛ) и гибком магнитном диске (ГМД).

Разнообразные технические  средства сочетались в ЕC ЭВМ с развитой системой программного обеспечения, ориентированной на постоянно расширяющуюся сферу применения ЭВМ. В состав программного обеспечения ЕС ЭВМ вошли операционная система, комплекс программ технического обслуживания и различные пакеты прикладных программ.

Основная цель, которая  ставилась при создании первой очереди  ЕС («Ряд-1»), заключалась в разработке семейства ЭВМ, отвечающих требованиям своего времени в отношении элементной базы, логической структуры, средств программного обеспечения, конструкции и технологии. В составе моделей этой очереди можно назвать, например, ЕС 1010, ЕС 1020, ЕС 1030, ЕС 1040, ЕС 1050, а также их модернизированные варианты: ЕС1011, ЕС1012, ЕС1021, ЕС 1022, ЕС 1032, ЕС 1033, ЕС 1052. В конце 70-х годов был прекращен выпуск моделей первой очереди.

Вторая очередь ЕС ЭВМ «Ряд-2» сохранила все достоинства первой очереди, однако по сравнению с ней характеризовалась более высокой производительностью, повышенной емкостью основной и внешней памяти, расширенными функциональными возможностями технических и программных средств, большим количеством периферийных устройств, возможностью создания на базе моделей многопроцессорных и многомашинных вычислительных комплексов. В составе моделей второй очереди ЕС ЭВМ вошли: ЕС 1015, ЕС 1025, ЕС 1035, ЕС 1045, ЕС 1055, ЕС 1060, ЕС 1061. В ЕС ЭВМ второй очереди использовалась более прогрессивная технология производства, основанная на применении многослойного печатного монтажа (до 10 слоев), плоских многожильных кабелей, трехрядных разъемов с повышенной плотностью компоновки и др. Можно сказать, что вторая очередь ЕС ЭВМ стала материальной основой построения аппаратурных и программных средств электронной вычислительной техники четвертого поколения.

Частично были разработаны  ЕС ЭВМ третьей очереди («Ряд-3»). Первые модели ее (ЕС1007, ЕС1036, ЕС1046, ЕС 1066, ЕС1068) реализовывали принцип параллельной работы пользователей, названный системой виртуальных (кажущихся) машин. Этот принцип состоит в предоставлении каждому пользователю системы некоторого функционального эквивалента отдельной вычислительной машины. Функционирование множества таких виртуальных машин в реальной вычислительной системе обеспечивается соответствующей операционной системы виртуальных машин.