Тема 1 Принципы построения и архитектуры вычислительных машин.. П. Уинстон Тема Принципы построения и архитектуры вычислительных машин
 Скачать 199.5 Kb.
|
1 2 Когда-то наш разум был вне конкуренции, но, возможно, придет день, когда вычислительные машины будут смеяться над нами и задавать вопрос о том, могут ли биологические информационные процессоры быть достаточно разумными. П. Уинстон Тема 1. Принципы построения и архитектуры вычислительных машинМесто и роль вычислительной техники, информационных систем и технологий на современном этапе. Основные характеристики вычислительных машин. Основные классы вычислительных машин. Общие принципы построения и архитектуры вычислительных машин. 1.1. Место и роль вычислительной техники, информационных систем и технологий на современном этапеВ далеком 1984 году в США во время президентских выборов один из сенаторов, узнав, что для реализации проекта СОИ (стратегическая оборонная инициатива, больше известная как концепция «звездных войн») необходимо использование быстродействующих компьютеров (выполняющих обработку информации мгновенно) для принятия решений, совершенно справедливо заключил, что это обстоятельство фактически исключает вмешательство президента США в этот процесс. Поэтому он предложил избрать на пост главы государства компьютер системы управления вооруженными силами США. Этот забавный эпизод мировой истории красноречиво доказывает, что вычислительная техника (ВТ) стала неотъемлемой частью этой самой истории, прочно обосновалась в настоящем и, наверняка, не упустит своего и в будущем. Избитая фраза о том, что «вычислительная техника и информационные технологии прочно вошли в нашу жизнь» переходит из одного учебника в другой, встречается почти во всех изданиях, посвященных компьютерам, с нее начинаются лекции и семинары и т.п. Поэтому и мы не станем от этого уходить, тем более что употребили ее в самом первом предложении, первого абзаца. Однако многочисленные примеры использования ВТ в повседневной жизни в качестве торговых терминалов, персональных компьютеров (этот список можно продолжать до бесконечности) мы приводить не будем. Любой мало-мальски грамотный человек начинает использовать плоды информатизации почти с самого рождения и с удовольствием (или отвращением, на что у многих из нас достаточно оснований) продолжит этот список. В 80-х гг. 20 в. журнал «Тайм» признал человеком года – ЭВМ. Наверняка многие из Вас, прочитав эту фразу, улыбнулись. Довольно забавно слышать, что «железка», которая стоит на вашем рабочем столе обладает таким высоким званием, однако не это ли верное доказательство тому, что ЭВМ не просто важная часть нашей жизни, без нее мы уже себя просто не мыслим. Компьютер часть нас самих, попробуйте опровергнуть это утверждение или согласится с ним, это уже не важно. Ясно одно от ЭВМ глупо отказываться, слишком много дел она взвалила на свои «плечи». Строго говоря, электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер – это комплекс аппаратно-программных средств, предназначенный для автоматической обработки информации необходимой для решения задачи, которую поставил пользователь. Аппаратную часть вычислительной техники и программное обеспечение мы рассмотрим далее в теме 3, а сейчас хотелось бы подробнее остановиться на пользователе. В качестве пользователя всегда выступает человек. Очень примечательным является тот факт, что понятие «пользователь» постоянно эволюционировало. На заре появления вычислительной техники использовали ЭВМ, как правило, ученые, работавшие на военные ведомства своих стран (проект машины UNIVAC, США 1945г.). Затем, по мере того как единица времени работы на ЭВМ стала дешеветь, доступ к их вычислительным мощностям получили ученые и инженеры гражданских специальностей. С развитием микроэлектроники и информатики, а они поистине, двигались с колоссальной скоростью, стали появляться серийно выпускаемые компьютеры, чей размер уменьшался во столько же раз, на сколько порядков возрастала их производительность. Сейчас, персональные компьютеры доступны, практически, каждому. Они занимают площадь, которая равна нескольким десяткам квадратных сантиметров, вместо нескольких этажей огромного здания всего каких-то 60 лет назад. Пользователь стал единоличным обладателем персональной ЭВМ. ПРИМЕЧАНИЕ Само слово компьютер, как не трудно догадаться, происходит от английских слов «to compute», «computer», которые переводятся как «вычислять», «вычислитель». Интересным является тот факт, что первоначально в английском языке это слово означало человека, выполняющего арифметические вычисления с привлечением или без привлечения механических устройств. И только спустя много лет значение этот слова было перенесено на сами машины. Впервые определение слова компьютер было дано в 1897 году в Оксфордском английском словаре. Его составители тогда понимали компьютер, как механическое вычислительное устройство. Во всем многообразии и разнородности армий пользователей особая роль принадлежит трем категориям людей – заказчикам работ, которые должны быть выполнены на ЭВМ, проектировщикам программного обеспечения и программистам. Поэтому, очень часто, под словом «пользователь» подразумевается именно «конечный пользователь» того продукта, который необходим «заказчику», придуман «проектировщиком» и реализован «программистом». В последнее время обособилась еще одна категория пользователей ЭВМ – «инженер по знаниям» (когнитолог), который является ключевым звеном в процессе создания экспертных систем различного назначения. Проблемы разработки баз знаний и экспертных систем выходят за рамки данной книги, но подробно рассмотрены в [1]. Как уже отмечалось выше, ЭВМ автоматически обрабатывают информацию, требуемую для решения поставленной задачи. Процесс обработки информации значительно более эффективен в том случае, когда он выполняется внутри некоторой системы. Очень емкое и точное определение информационной системы (ИнС) дано в книге [4], где под информационной системой понимают систему, в которой предметом и продуктом труда является информация. Особенностью информационных систем является то, что они относятся к классу материальных систем, а их конечный продукт (информация) не материален. Любой материальный продукт производится по определенной технологии, которая объединяет методы и средства его получения. Так, например, одна из технологий получения серы из сероводородсодержащих газов основана на методе Клауса и использует установку, состоящую из двух термических и двух (реже трех) каталитических реакторов. Технология, которая использует методы преобразования информации и вычислительную технику для их реализации, а на выходе получает информацию, называется информационной технологией (ИТ). Современные ИТ обеспечивают получение, преобразование и передачу огромных массивов информации на большие расстояния за строго определенные промежутки времени с целью обеспечения своевременного решения задачи. В качестве сфер применения современных ИТ можно указать следующие: системы автоматизированного проектирования (САПР/CAD); системы управления производственными предприятиями (УПП/ERP); системы управления технологическими процессами и производствами (АСУТП/SCADA); банковские системы; издательские системы; цифровая сотовая связь и Интернет и.т.п. 1.2. Основные характеристики вычислительных машинВыбор вычислительной машины под конкретную задачу является очень ответственной задачей. С момента появления первой ВМ их было произведено больше миллиарда штук. Современные ВМ характеризуются рядом существенных параметров, которые становятся определяющими при их выборе. Здесь важно помнить, что денег стоит не только обработка информации, но и простой. Поэтому при оценке затратности поставленных перед ВМ задач следует выяснить необходимость покупки именно данной конфигурации, а не какой-то другой. Нет смысла покупать сервер (высокопроизводительный компьютер) для набора документов, также как и «офисного работягу» для обработки видеоинформации. Конечный пользователь всегда должен помнить о том, что качество полученного на ЭВМ результата зависит от трех групп характеристик. Классификация эта позаимствована из книги [2] и построена на параметрах, отражающих взаимодействия с ЭВМ именно пользователя. Итак, вот эти три группы характеристик: технические и эксплуатационные характеристики; базовая конфигурация ЭВМ, состав ее функциональных блоков, возможность расширения аппаратных средств, изменения ее структуры (рассматривается в теме 3); состав программного обеспечения (ПО), операционная система (ОС), наличие сервисного и прикладного программного обеспечения (рассматривается в теме 3). Таблица 1.1. Технические и эксплуатационные характеристики
ПРИМЕЧАНИЕ В 1974 г. появилась первая в мире рекламная компания, целью которой было продвижение на рынке персонального компьютера, выпущенного под названием SCELBI (SCientific ELectronic and BIological). Построен он был на базе микропроцессора Intel 8008 (появился в апреле 1972 г., выполнял 45 команд, быстродействие 300 000 команд в секунду, адресация 16 Кб оперативной памяти) и стоил 565 долларов. Для сравнения в 1939 г. профессор Линдстрем (Lindstrom) выделил грант на создание вычислительной машины Джону Винсенту Атанасову в размере 650 долларов. Результатом работы Атанасова стала машина ABC (Atanasoff Berry Computer). Для комплексной оценки ЭВМ существуют различные тестовые наборы, которые условно можно разделить следующим образом (табл. 1.2). Таблица 1.2. Тестовые наборы для оценки технических характеристик
1 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||