Экзамен сети. Блок 1 1 вопрос. История развития ЭВМ
 Скачать 1.08 Mb.
|
|
Блок 1: 1 вопрос. История развития ЭВМ. Одним из первых устройств (VI—V вв. до н. э.), облегчающих вычисления, можно считать специальную доску для вычислений, названную «абак». Вычисления на ней производились перемещением камешков или костей в углубления досок из бронзы, камня или слоновой кости. В середине 17 века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал «суммирующую» машину, названной Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание. В 1670—1680 гг. немецкий математик Готфрид Лейбниц конструировал счётную машину, которая выполняла все арифметические действия. В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено ещё несколько подобных счётных устройств, которые, однако, из-за своих недостатков, в том числе из-за медлительности в работе, не получили широкого распространения. Наибольшую популярность получил тогда арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия. В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу над созданием, так называемой «разностной» машины, которая, по его замыслам, должна была не просто выполнять арифметические действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию. В качестве основного элемента своей машины Бэббидж взял зубчатое колесо для запоминания одного разряда числа (всего таких колёс было 18). К 1822 году учёный построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов. В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины. Его проект содержал более 2000 чертежей различных узлов. Машина Бэббиджа предполагалась как чисто механическое устройство с паровым приводом. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни (он умер в 1871 году), успев сделать лишь некоторые узлы своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня развития техники. После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. 2 вопрос. Первое поколение. 1950-1960-е годы Компьютеры на электронных вакуумных лампах (диодах и триодах), а в качестве оперативных запоминающих устройств использовались электронно-лучевые трубки, в качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы. Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке, то есть программы были жестко ориентированы на конкретную модель машины .Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы. Быстродействие их не превышало 2-3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти - 2048 машинных слов длиной 48 двоичных знаков. Использовались в основном для научных расчетов .В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках .ЭНИАК, МЭСМ, БЭСМ и первые модели ЭВМ "Минск" и "Урал". 3 вопрос. Второе поколение ЭВМ. 1960-1970-е годы Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые элементы (транзисторы). Транзисторы (твердые диоды и триоды) заменили электронные лампы в процессорах, а ферритовые (намагничиваемые) сердечники – электронно-лучевые трубки в оперативных запоминающих устройствах. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. Скорость ЭВМ возросла до сотен тысяч операций в секунду, а память – до десятков тысяч машинных слов. Создаются долговременные запоминающие устройства на магнитных лентах. Начали применять языки программирования высокого уровня, такие как Фортран. В 1964 году появился первый монитор для компьютеров - IBM 2250. Это был монохромный дисплей с экраном 12 × 12 дюймов и разрешением 1024 × 1024 пикселов. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц. 4 вопрос Третье поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы Элементная база ЭВМ - малые интегральные схемы (МИС), что привело к дальнейшему увеличению скорости до миллиона операций в секунду и памяти до сотен тысяч слов. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники. ЭВМ третьего поколения также характеризуется крупнейшими сдвигами в архитектуре ЭВМ, их программном обеспечении, организации взаимодействия человека с машиной. Это, прежде всего наличие развитой конфигурации внешних устройств (алфавитно-цифровые терминалы, графопостроители, магнитные диски (30 см в диаметре) и т.п.), развитая операционная система. В период машин третьего поколения произошел крупный сдвиг в области применения ЭВМ. Если раньше ЭВМ использовались в основном для научно-технических расчетов, то в 60-70-е годы первое место стала занимать обработка символьной информации, в основном экономической. 5 вопрос Четвертое поколение. 1980-1990-е годы Переход к машинам четвертого поколения – ЭВМ на больших интегральных схемах (БИС) – происходил во второй половине 70-х годов и завершился приблизительно к 1980 г. Теперь на одном кристалле размером 1 см2 стали размещаться сотни тысяч электронных элементов. Скорость и объем памяти возросли в десятки тысяч раз по сравнению с машинами первого поколения и составили примерно 109 операций в секунду и 107 слов соответственно. Наиболее крупным достижением, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров, а затем на их основе микро-ЭВМ. Если прежние поколения ЭВМ требовали для своего расположения специальных помещений, системы вентиляции, специального оборудования для электропитания, то требования, предъявляемые к эксплуатации микро-ЭВМ, ничем не отличаются от условий эксплуатации бытовых приборов. При этом они имеют достаточно высокую производительность, экономичны в эксплуатации и дешевы. Микро-ЭВМ используются в измерительных комплексах, системах числового программного управления, в управляющих системах различного назначения. Дальнейшее развитие микро-ЭВМ привело к созданию персональных компьютеров (ПК), широкое распространение которых началось с 1975 г., когда фирма IBM выпустила свой первый персональный компьютер IBM PC. В период машин четвертого поколения стали также серийно производиться супер-ЭВМ. В нескольких серийных моделях была достигнута производительность свыше 1 млрд. операций в секунду. К числу наиболее значительных разработок четвертого поколения относится ЭВМ «Крей-3». Примером отечественной суперЭВМ является многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус». 6 вопрос Пятое поколение ЭВМ. ЭВМ пятого поколения — это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется. Предполагается, что их элементной базой будут служить не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники и биопроцессоры. На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработке всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером. К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом. Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области . Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, производство, быт - везде она приложила свою кибернетическую руку), а также многоагентные системы. Не дремлют и другие направления искусственного интеллекта, например распределенное представление знаний и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ждать революции в целом ряде областей человеческой деятельности. 7 вопрос Современные ЭВМ Именно современный, отвечающий всем сегодняшним требованиям. Это относится ко всему, начиная от устройства самого компьютера и кончая установленным программным обеспечением. При рассмотрении современных компьютеров наиболее важной особенностью, отличающей их от ранних вычислительных устройств, является то, что при соответствующем программировании любой компьютер может подражать поведению любого другого (хоть эта возможность и ограничена, к примеру, вместимостью средств хранения данных или различием в скорости). Таким образом, предполагается, что современные машины могут копировать любое вычислительное устройство будущего, которое когда-либо может быть создано. как же устроен современный настольный компьютер? Центральная его часть, содержащая в себе практически все основные устройства, -системный блок. Затем следуют так называемые устройства ввода-вывода информации: монитор, клавиатура и мышь. Все эти части являются жизненно необходимыми для работы современного компьютера. И действительно как мы могли бы работать без монитора? Без мыши? Без клавиатуры? Правда, первые компьютеры как-то обходились без этой роскоши. И даже позже, в эпоху появления персональных компьютеров, их первые модели представляли из себя “системный блок”, снабженный клавиатурой. В место монитора телевизор. Что касается мыши, то она вообще “новосел” в мире ПК: её присутствие стало обязательным только в эпоху “графического интерфейса”, эпоху Windows. Итак, с основными устройствами покончено. Но ведь существует еще и масса дополнительных внешних устройств: принтеров, сканеров, емких внешних дисководов. Их присутствие не является обязательным для компьютера, но они могут сделать вашу работу несколько более комфортной, подарить вашему ПК новые возможности… На самом деле задача даже сложнее, чем кажется. Вот взять хотя бы системный блок это ведь не некий монолит и стандартов тут не существует. В состав системного блока входит множество “блоков” поменьше: процессор и материнская плата, видеокарта и жесткий диск. И существуют ДЕСЯТКИ разновидностей каждой из этих деталей (или, как говорят специалисты, --“комплектующих”) 8 вопрос 16-битовые процессоры, история, назначение, примеры HP BPC, представленный в 1975 году, был первым 16-битным микропроцессором в мире. Известные 16-битные процессоры включают PDP-11, Intel (модели c 8086 по 80386 SX включительно) и WDC 65C816. Intel 8088 был программно-совместим с Intel 8086, и имел 16-битные инструкции, хотя его внешняя шина была 8-битная. Другие известные 16-битные процессоры включают Texas Instruments TMS9900 и Zilog Z8000. 16-разрядное целое может хранить 2^{16} (или 65 536) уникальных значений. В беззнаковом представлении, это значения целых чисел от 0 до 65 535; с использованием «дополнения до двух» диапазон возможных значений: от −32 768 до 32 767. Таким образом, процессоры с 16-разрядной адресацией памяти могут получить прямой доступ 64 KB адресуемой памяти. 16-битные процессоры были почти полностью вытеснены в индустрии персональных компьютеров, но по-прежнему используется в самых разнообразных встраиваемых приложениях. Например 16-битный процессор XAP используется во многих ASIC. Примеры: Data General(Nova), Digital Equipment Corporation (PDP-11, LSI-11), EnSilica (eSi-1600), General Instrument (General Instrument CP1600), National Semiconductor (IMP-16), NEC (V20/V30), Seiko Epson (EPSON S1C17 family), Texas Instruments (Texas Instruments TMS9900, MSP430), Intel (Intel 8086/Intel 8088, Intel 80186/Intel 80188, Intel 80286, Intel MCS-96). 9 вопрос 32-битовые процессоры, история, назначение, примеры В компьютерной архитектуре — 32-разрядные целые, адреса памяти или другие типы данных размером 32 бита (4 октета). 32-битные ЦПУ и АЛУ — архитектуры, основанные на регистрах и шинах данного размера. Диапазон целых значений, которые могут быть сохранены в 32 бит: от 0 до 4294967295. Таким образом, процессор с 32-битной адресацией памяти может напрямую обращаться 4 Гб памяти. Разрядность внешних шин адреса и данных обычно больше 32 бит, но внутри 32-битного процессора адреса и данные 32-разрядные. Например, 32-битный Pentium Pro имел 36-разрядую внешнюю шину адреса и 64-разрядную шину данных. Известные 32-битные архитектуры для систем общего назначения: IBM System/360, DEC VAX, NS320xx (англ.), Motorola 68k, Intel IA-32 32-битная версия x86, а также 32-битные версии ARM, SPARC, MIPS, PowerPC и PA-RISC. 32-битные архитектуры, используемые во встраиваемых системах: 68k, ColdFire (англ.), x86, ARM, MIPS, PowerPC и Infineon TriCore (англ.). В компьютерной графике 32-битными называют True Color изображения с 8-битным альфа-каналом. Также существуют системы, в которых на представление цвета выделяется 32 бит на канал. Такой широкий диапазон используется для представления величин, ярче белого - для того, чтобы более точно передать яркие блики при малой экспозиции (либо в случае использования темного фильтра). Говоря о 32-битном формате бинарного файла, подразумевают, что размер элементарного куска его содержимого равен 32 битам (или 4 байтам). Примером такого формата является Enhanced Metafile Format. 10 вопрос 64-битовые процессоры, история, назначение, примеры 64 бит (англ. 64-bit) в информатике и компьютерной технике используется для обозначения структур и типов данных, размер которых в памяти компьютеров составляет 64 бита, что равно 8 байтам. Архитектуры компьютеров, которые широко используют регистры, адресные шины или шины данных, разрядности 64 бита, называются 64-битными архитектурами (или 64-разрядными архитектурами). 64-битные архитектуры использовались в суперкомпьютерах с 1970х годов (Cray-1, 1975), а в рабочих станциях и серверах с процессорами семейства RISC с 1990х годов. С 2003 года широко используются в персональных компьютерах (x86-64 и PowerPC 64). 64-битный регистр способен хранить в себе одно из 264 = 18 446 744 073 709 551 616 значений. Процессор с 64-битной адресацией памяти может напрямую обращаться к 16 ЭБ памяти. История 64-битных процессоров 1961 (IBM создает суперкомпьютер IBM 7030 Stretch, использующий 64-битные данные и 32- и 64-битные машинные коды), 1974 (Control Data Corporation представляет векторный суперкомпьютер CDC Star-100, имеющий 64-разрядные инструкции (предыдущие системы CDC использовали 60 бит для хранения инструкций). 1976 (Cray Research создает суперкомпьютер Cray-1, использующий 64-битные машинные коды). 1983 (Elxsi выпустила параллельный минисуперкомпьютер Elxsi 6400, имеющий 64-битные регистры данных и 32-битную систему адресации). 1989 (Intel выпустила RISC процессор Intel i860. Хотя в рекламных материалах он назывался «64-битным микропроцессором», у него была 32-разрядная архитектура, дополненная блоком «3D Graphics Unit» с 64-битными операциями над целыми числами). 1991 (MIPS выпустила первый 64-разрядный микропроцессор R4000, с системой команд MIPS III.[2] Процессор использовался в графических станциях SGI начиная с IRIS Crimson. В Kendall Square Research создают суперкомпьютер KSR1 на базе 64-разрядных процессоров. Использовалась операционная система OSF/1). 1992 (Digital Equipment Corporation (DEC) начал выпуск 64-разрядных процессоров Alpha, развившихся из проекта PRISM). 1994 (Intel объявляет о планах по созданию совместно с Hewlett-Packard 64-разрядной архитектуры IA-64 для замены IA-32 и PA-RISC. Датой выхода обозначен 1998—1999 года). 1995 (Sun начинает выпуск 64-разрядных процессоров SPARC под брендом UltraSPARC. Новая архитектура получает название SPARC v9.[4]. IBM выпускает процессоры A10 и A30, являющиеся 64-разрядными PowerPC.[5] IBM выпускает новые версии серверов AS/400 с 64-битными процессорами). 1996 (Nintendo представила игровую консоль Nintendo 64, построенную на базе дешевой версии процессора MIPS R4000. HP выпускает 64-разрядную версию архитектуры PA-RISC, процессор PA-8000). 1997 (IBM выпустила линейку RS64 64-разрядных процессоров PowerPC/PowerPC AS). 1998 (IBM выпустила процессор POWER3, являющийся полностью 64-разрядным процессором архитектуры PowerPC/POWER). 1999 (Intel публикует описание набора инструкций архитектуры IA-64. AMD раскрывает описание 64-разрядного расширения архитектуры IA-32, названного x86-64 (позже переименованного в AMD64). 2000 (IBM выпустила первый 64-разрядный мейнфрейм с архитектурой z/Architecture: zSeries z900. z/Architecture является 64-разрядным развитием 32-разрядной архитектуры ESA/390, наследника архитектуры System/360). 2001 (Intel начинает поставки процессоров IA-64 после нескольких задержек. Процессоры выпускаются под брендом Itanium и предназначаются для high-end серверов. Продажи не достигают прогнозируемых объемов). 2003 (AMD представила процессоры Opteron и Athlon 64 с архитектурой AMD64. Apple выпустила 64-разрядный компьютер «G5» с процессором PowerPC 970 (IBM). Intel заявила, что не собирается выпускать иных 64-разрядных процессоров кроме Itanium). 2004 (Реагируя на рыночный успех AMD64, Intel заявляет о разработке совместимого расширения IA-32e (позже переименованного в EM64T, а затем в Intel 64). Intel начинает поставку обновленных Xeon и Pentium 4 с поддержкой новых 64-разрядных инструкций. VIA Technologies объявила о разработке 64-разрядного процессора Isaiah). 2006 (Альянс Sony, IBM и Toshiba начал производство 64-разрядного микропроцессора Cell для PlayStation 3, серверов и других применений). 2013 (Компания Apple выпускает первый в мире смартфон, работающий на 64-битной архитектуре iPhone 5S). На 2011 год можно назвать следующие популярные 64-битные архитектуры: Архитектуру EM64T (Intel 64) имеют процессоры Celeron (на базе ядер Core2 и новее), Pentium 4 (только Cedar Mill и поздние Prescott), Pentium D, Xeon (на базе 64-битных ядер), Core 2, Core i3, Core i5, Core i7 и некоторые Atom 64-битные расширения VIA Technologies реализованы в VIA Nano 64-битная версия архитектуры Power: IBM POWER6, POWER7 и более новые IBM PowerPC 970 |