Электронно вычислительные машины и вычислительные системы

Типы вычислительных машин (ВМ).

ВМ различают: 1.   По способу представления и обработки информации (аналоговые и цифровые, гибридные, комбинированного типа). 2.   По среде представления и обработки информации: -     механические; -     электромеханические; -     гидравлические;

-     пневматические;

-     оптические;

-     магнитные;

История ВМ.

1833г. – Ч. Бебидж. Ввел программное управление с помощью перфокарт (Англия).

1890г. – Холлерит. Сконструировал табулятор, сумматор и перфоратор.

1944г. – Г. Цузе и Айкен спроектировал Марк1 (релейная вычислительная машина).

1946г. – Моучли, Эккерт сконструировали электронную машину «Эниак».

1950г. – Серийное производство ЭВМ в США.

1951г. – Киев, институт электроники, Лебедев сконструировал МЭСМ.

1954г. – Москва –БЭСМ.

По назначению ЭВМ классифицируются следующим образом:

1.   Универсальные;

2.   Проблемно-ориентированные;

3.   Специализированные.

Режим работы:

1.   Однопрограммные ВМ.

1.1.     индивидуального пользования.

1.2.     машинно-пакетной обработки.

2.   Мультипрограммные ВМ.

2.1.     пакетная обработка.

2.2.     машины коллективного пользования.

2.2.1.  без разделения времени.

2.2.2.  С разделением времени.

Количество процессоров:

1.   Однопроцессорные.

2.   Мультипроцессорные.

3.   Многомашинные системы.

Классификация по способу объединения и размещения:

1.   Сосредоточенные.

2.   Системы с телеобъединением или теледоступом.

3.   Вычислительные сети.

По особенности функционирования:

-     Без режима реального времени.

-     С режимом реального времени.

По набору параметров:

1.   Супер-ЭВМ – для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупных баз данных.

2.   Большие ЭВМ – для комплектования ведомственных и региональных центров. Представители: IBM S/390 (1-10 процессоров) – производительность(1,5 – 160мил. Оп/сек).

3.   Средние ЭВМ – для управления сложными процессами, используются в качестве серверов. Представители: RS/6000, AS/400.

4.   Персональные и профессиональные ЭВМ – для индивидуальных пользователей.

5.   Встраиваемые микропроцессоры – бытовая техника.

6.   Калькуляторы.

Основные характеристики вычислительных машин.

1.   Технические характеристики:

1.1.     Внешние:

1.1.1.  Производительность.

1.1.2.  Быстродействие.

1.1.3.  Быстродействие при выполнении операций с плавающей точкой.

1.1.4.  Производительность по Гибсону (на наборе задач).

1.1.5.  Объем оперативной памяти.

1.1.6.  Количество периферийных устройств.

1.2.     Внутренние:

1.2.1.  Длина слова процессора.

1.2.2.  Длина слова ОП.

1.2.3.  Наличие буферной (КЕШ) памяти.

1.2.4.  Скорость передачи информации ядро ПУ.

2.   Эксплуатационные характеристики:

2.1.     Потребляемая мощность.

2.2.     Габариты.

2.3.     Надежность.

2.4.     Обслуживаемость.

3.   Экономические характеристики:

3.1.     цена новой ЭВМ.

3.2.     Стоимость обслуживания.

3.3.     Стоимость эксплуатационных расходов.

3.4.     Общий коэффициент эффективности.

Области и способы применения ЭВМ.

1.   Автоматизация вычислений.

2.   Системы управления – начиная с 60-х гг. Требования: они должны более дешевые по сравнению с большими машинами. Должны быть более надежными;

3.   Задачи искусственного интеллекта.

Этапы и способы применения ЭВМ.

1.   Для отдельных научно – технических, финансовых расчетов.

2.   Моделирование процессов.

3.   Применение ЭВМ как составной части автоматизированных систем.

4.   Интеллектуализация автоматизированных систем.

Параметр	Класс задач
	Научно-техничес.	Инф - справочн.	Управл. объект	САПР
Сложность алгоритма	Высокая	Низкая	Низкая	Высокая
Объем вычислений на одно входное сообщение	Много	Мало	Мало	Много
Требуемая мощность	Высокая	Высокая	Низкая	Высокая
Объем вх/вых информации	Маленький	Большой	Большой	Большой
Режимы работы	Индивидуальные, пакетные	Индивидуальные, пакетные	Реального времени	Индивидуального

Существуют две модели ЭВМ:

1.   Модель фон Неймана (1945г.). Предусматривает: Автоматическое программное управление решением задач.

2.   Совместное хранение программ и данных в ОП. Гарвардская модель (1944г.). Предусматривает выделение памяти под данные и программы.

3.   Промежуточная. С использованием ТЕГов и дескрипторов. ТЭГ – указатель вида информации. Дескриптор – таблица, описывающая размещение информации в памяти машины.

При разработке архитектуры ЭВМ нужно учитывать следующие моменты:

1.   Общая структура машин.

2.   Организация вычислительно процесса.

3.   Способы общения пользователя с ЭВМ.

4.   Логическая организация представления, хранения и преобразования информации.

5.   Логическая организация совместной работы различных устройств.

6.   Логическая организация совместной работы аппаратных и программных средств.

Форматы информации:

1 бит (б), 1 байт (8б), слово, поле, запись, файл и т.д.

Поколения ЭВМ	Этапы постановки и решения задачи
	Постановка задачи	Выбор алг-ма	Програмир. На яз.	Организ. Выч. процесса	Получ. Маш. пр.	вычисления
1
2
3
4
5

Человек – машина – человек

Причины стремительного роста персональных компьютеров.

1.    Высокая эффективность применения и малая стоимость по сравнению с другими классами.

2.    Возможность индивидуального непосредственного общения с ЭВМ без посредников, программистов и ограничений.

3.    Большие возможности при обработке информации.

4.    Высокая надежность и простота эксплуатации.

5.    Возможность расширения и адаптации к особенностям применения.

6.    Наличие развитого ПО для всех сфер человеческой деятельности.

7.    Простота использования, основанная на дружественном интерфейсе.

8.    Возможность объединения машин в сеть.

9.    Возможность подключения к персональным компьютерам различных периферийных устройств. Возможность встраивания ПК в системы САУ.

Информационно – логические основы построения ЭВМ.

Преимущества двоичной системы:

1.   Более простая реализация алгоритмов выполнения арифметических и логических операций.

2.   Более надежная физическая реализация основных функций.

3.   Экономичность и простота аппаратной реализации схем ЭВМ.

Операция сложения с плавающей точкой.

A₁₀=1,375, B₁₁=-0,625, C=A+B A₂=0 1.011, A=0,1375*10¹

B₂=1 0.101=00 1 001=01 1 0101, B=-0,0625*10¹

Dp=p₁ - p₂=1.

B_2ok=01 1 1010, B_2дк=01 1011

А_2ok=01 01011, А_2дк=0101011

Т.о. 01 11010 0111011

+ +

01 01011 0101011

1 00101 0100110

+1

00110=С₂ С₁₀=0,75

С_2н=0,011 , С₁₀=0,75

Умножение и деление чисел с плавающей точкой.

При умножении/делении порядки складываются/вычитаются. Мантиссы соответственно умножаются или делятся. Знаки результат формируется путем сложения знаков операнда.

 

Арифметические операции над двоично – десятичными числами.

Каждая цифра десятичного числа кодируется тетрадой, и знак числа кодируется тоже тетрадой.

1.   Сложение начинают с младших цифр тетрад и производят с учетом переноса.

2.   Знак суммы определяется знаком наибольшего слагаемого.

3.   Для того чтобы обеспечить своевременный перенос производится десятичная коррекция. К каждой тетраде добавляется число шесть. В результате осуществленная корректировка суммы – из тетрад, откуда не было переноса, вычитается 6. При этой коррекции переносы из тетрад блокируются.