- Архітектура комп'ютерів першого покоління.
- Архітектура комп'ютерів другого покоління.
- Архітектура комп'ютерів третього покоління
- Розвиток системи пристроїв введення / виводу.
- Архітектура комп'ютерів четвертого покоління.
Матеріал з Letopisi.Ru - «Час повернутися додому»
Архітектура комп'ютерів першого покоління.
Архітектура комп'ютерів першого покоління - це типова фон-Неймановская архітектура. Команди дані представляються в двійковому коді. Виконувана програма і оперативні дані виконуваної програми зберігаються в оперативній пам'яті (ОЗУ). Постійні запам'ятовує (ПЗУ) використовується зберігання постійних даних і програм. Так, наприклад, в ПЗУ зберігаються службові програми, що забезпечують взаємодію оператора (користувача) з комп'ютером за допомогою пристроїв введення-виведення (УВВ) і пристрої управління (УУ). При введенні і виведенні даних в комп'ютерах першого покоління процесор простоює. Серед пристроїв введення-виведення важливе місце займає пульт управління, призначений для оператора. Оператор може перервати виконання програми, внести необхідні зміни, і знову виконати програму або перейти до вирішення іншої задачі. Пульт управління пов'язаний з процесором за допомогою пристрою управління, що формує необхідні керуючі сигнали. Умовно структура комп'ютера першого покоління представлена на малюнку 1.1.
Рис.1.1. Архітектура комп'ютера першого покоління.
Архітектура комп'ютерів другого покоління.
Друге покоління ЕОМ створювалося в період із 1955 по 1964гг. Успіхи напівпровідникової технології і пов'язані з цим можливості вдосконалення структури ЕОМ, розширення виконуваних функцій і ускладнення вирішуваних завдань привели до зміни елементної бази. Пристрої, що запам'ятовують на магнітних сердечниках, магнітних барабанах і магнітних стрічках витіснили повністю запам'ятовуючі пристрої на електронно-променевих трубках і ртутних ультразвукових лініях затримки, що застосовуються в ЕОМ першого покоління. Швидкодію і надійність машин підвищилася в кілька разів, транзисторная ЕОМ IBM7090 дозволила вирішувати завдання в 5 разів швидше, ніж її ламповий аналог IBM709. Перехід до напівпровідникової технології дозволив значно зменшити габарити і споживану ЕОМ потужність. У структуру ЕОМ другого покоління був введений спеціалізований процесор, керуючий обміном даних між пристроями введення / виводу і основний пам'яттю. Це управління здійснюється програмою введення / виведення, яка зчитується з основної пам'яті і виконується процесором введення / виведення автономно. Для забезпечення можливості спільної роботи процесора введення / виводу і центральний процесор були введені переривання роботи центральний процесор за сигналом від процесора введення / виводу про закінчення операції.
У командах можна було вказувати адресу операнда безпосередньо або використовувати команди, що формують адресу за допомогою індексного регістра.
Підведемо підсумок.
В архітектурі ЕОМ другого покоління можна відзначити такі особливості:
- застосування спеціальних пристроїв перетворення адрес;
- використання індексного регістра;
- застосування ієрархічної структури пам'яті;
- відокремлений управління вводом / виводом;
- використання системи переривань для роботи з пристроями введення / виводу;
- використання принципів мікропрограмного управління;
Рис 1.2. Архітектура комп'ютерів другого покоління.
Процесор пересилає дані в певну область пам'яті і передає управління контролера каналу введення / виводу (КВВ), при цьому він продовжує обчислення. Після обробки пристроєм введення виведення прийнятих даних або після передачі даних пристроєм вводу / виводу (УВВ), контролер каналу введення / виводу (КВВ) формує сигнал переривання, при цьому можливо переривання роботи процесора і обслуговування запиту пристрої введення / виводу.
Сутність мікропрограмного управління полягає в тому, що будь-яка механічна операція виконується як послідовність мікрооперацій, натомість апаратного формування керуючих сигналів використовується вбудоване. Сигнали управління послідовно читаються з пам'яті мікропрограм і встановлюються на відповідних лініях управління. Для передачі сигналів управління використовується спеціальна шина - шина управління.
Серед ЕОМ другого покоління з'явилися і перші суперкомп'ютери, призначені для вирішення складних завдань, які вимагали високої швидкості обчислень, в них були застосовані методи паралельної обробки, що збільшують число операцій, виконуваних в одиницю часу - конвейеризация команд, під час виконання однієї команди друга зчитується з пам'яті і готується до виконання і паралельна обробка декількох програм. ЕОМ, що виконують паралельно кілька програм за допомогою декількох мікропроцесорів, отримали назву мультипроцесорних систем.
Архітектура комп'ютерів третього покоління
Третє покоління ЕОМ розроблялося з 1964 по 1974році на новій елементній базі, здійснився перехід до інтегральної технології.
Удосконалення технології дозволило ускладнити мікросхеми, з'явилися мікросхеми середньої інтеграції (СІС). Потім з усього різноманіття мікросхем були виділені функціонально - повні комплекти інтегральних схем, призначені побудови контролерів і обчислювальних машин. Для обчислювальної техніки характерно застосування великої кількості однотипних логічних елементів, особливо в пристроях пам'яті. Технологія виготовлення інтегральних схем пам'яті простіше, відрізняється повторюваністю з'єднань, тому першими великими інтегральними схемами стали БІС пам'яті. БІС містили від декількох тисяч до декількох десятків тисяч елементiв на кристалі. Завдяки інтегральних схем вдалося значно поліпшити технічні та експлуатаційні характеристики ЕОМ. У ЕОМ третього покоління з'явився розширений набір зовнішніх пристроїв. Були розроблені пристрої зовнішньої пам'яті зі збільшеною ємністю і швидкістю передачі даних. Перші пристрої зовнішньої пам'яті на магнітних дисках з'явилися на початку 60-х років, після того, як в 1956р. фірма IBM розробила плаваючі магнітні головки на магнітній подушці. Ємність магнітних дисків була на порядок більше, ніж ємність магнітних барабанів, які застосовувались раніше. З'явилися пристрої вводу графічної інформації з креслення, оптичні читають пристрої, графопостроители, пристрої для читання перфокарт або перфострічок.
Для підвищення швидкодії в супер-ЕОМ використовувалися методи конвеєрної і паралельної обробки за допомогою процесора складної структури, що складається з матриці процесорів обробки даних і спеціального керуючого процесора, який розподіляє завдання і керує потоком даних в системі.
На початку 70-х років були випущені перші машини класу міні-ЕОМ, призначені для управління технологічними процесами, сімейства PDP11, об'єднані єдиною архітектурою, що відрізняються не дуже високою продуктивністю і, відповідно, ціною. Ця архітектура стала зразковою в класі міні-ЕОМ.
Підведемо підсумок:
Це, перш за все введення системи сумісних ЕОМ, реалізація програмної сумісності та апаратної сумісності.
Основні зміни в архітектурі:
- багатофункціональність центрального процесора;
- ускладнення структури ієрархії пам'яті;
- введення мультиплексних і селекторних каналів;
- розвиток пристроїв введення / виведення (периферії).
Багатофункціональність центрального процесора - центральний процесор включає в себе кілька сопроцессоров (для обчислень з подвоєною точністю, для роботи з символьної інформацією). В такому процесорі можлива оптимізація обчислювального процесу за рахунок суміщення операцій, що виконуються в різних пристроях. У пристрої управління центрального процесора виникає пристрій формування адрес для забезпечення багатокористувацького режиму роботи.
Ускладнення структури ієрархії пам'яті - вводиться додаткова пам'ять між зовнішнім запам'ятовуючим пристроєм і оперативною пам'яттю, що забезпечує організацію звернень до єдиної пам'яті (віртуальної пам'яті, з'являється можливість розподіляти віртуальні ресурси між користувачами, організувати роботу в розрахованому на багато користувачів режимі, коли кожен користувач має в розпорядженні свою віртуальну машину )
Введення мультиплексних і селекторних каналів.
Мультиплексний канал забезпечує обмін з однорідними пристроями (терміналами). Обслуговується кілька повільних пристроїв одночасно.
Селекторний канал служить для швидкісного обміну між основною пам'яттю і швидкодіючими зовнішніми пристроями. Особливо важливо організувати швидкий обмін з відеосистемою комп'ютера при обробці графічної інформації. Селекторний канал працює в монопольному режимі і обслуговує тільки один пристрій.
Розвиток системи пристроїв введення / виводу.
Розроблено пристрої зовнішньої пам'яті зі збільшеною швидкістю і ємністю, введені стандарти на зв'язок із зовнішніми пристроями (інтерфейси), широке застосування отримали термінальні пристрої, що забезпечили доступ до комп'ютера широкого числа пользователей. Основна концепція: спільне використання ресурсів і введення принципів віртуального розподілу ресурсів, ресурси надаються користувачеві за його потребами.
Мал. 1.3. Архітектура комп'ютера 3-го покоління
Режими використання ресурсів:
- однопрограмний (обчислювальна система обслуговує одного користувача і вирішує тільки одну задачу);
- багатопрограмний (кілька програм одночасно виконуються в системі, при цьому виконання будь-якої програми може бути на деякий час перервано для виконання іншої).
У багатопрограмному режимі (мультипрограммном) повинні бути чітко визначені правила переходу від однієї програми до іншої. Використовуються два режими роботи:
Режим поділу часу-обчислювальна система працює з різними користувачами. На кожен пристрій (кожному користувачеві) виділено певний час роботи процесора З Т. З урахуванням інерції людини - користувача час відповіді системи одно часу відповіді при індивідуальній роботі. Зростає ефективність використанняобчислювальної системи;
Режим реального часу - застосовується в інформаційно-пошукових системах. При цьому обчислювальна система виконує фонову задачу. До системи має доступ кілька віддалених терміналів. При зверненні користувача фонова завдання переривається, система переходить до обробки програми переривання (до обслуговування даного користувача) і після закінчення повертається в фоновий режим.
Архітектура комп'ютерів четвертого покоління.
Четверте покоління комп'ютерів створювалося на БІС і НВІС. Швидкими темпами розвивалася технологія виробництва великих інтегральних схем. У 1971 році фірма Intel випустила перший 4-розрядний мікропроцесор, виконаний на одному кристалі і здатний виконувати набір з 45 команд, у той час його називали мікропрограмним комп'ютером на одному кристалі. Високий ступінь інтеграції БІС, підвищену швидкодію, високий ступінь надійності, зниження вартості, все це дозволило значно зменшити розміри комп'ютерів, досягти швидкодії порядку сотень мільйонів операцій в секунду, обсяг основної пам'яті досяг десятків Мбайт. З'явився новий клас машин - мікро-ЕОМ.
Вперше була застосована концепція ²откритой архітектури², яка дозволила користувачам додавати нові компоненти до їх комп'ютерів без заміни всього пристрою.
У 1983 році фірма IBM випустила комп'ютер PC / XT, він був укомплектований жорстким диском на10 Мбайт, із пам'яттю до 640 Кбайт і операційною системою MS-DOS. Починаючи з XT стався вибух в індустрії персональних комп'ютерів. З'явилися такі комп'ютери, як графічні станції, домашні комп'ютери, Desktop- комп'ютери (дошка оголошень), Laptop комп'ютери (наколінники), блокнотние персональні комп'ютери (Notebook), Palmtop - інші (наладонники).
Дві тенденції - розподіл обчислювальних ресурсів, оснащення персональними комп'ютерами робочих місць і необхідність об'єднання обчислювальних ресурсів для вирішення спільних завдань великого обсягу - привели до мережевого буму. Для об'єднання робочих груп (обчислювальних станцій, в якості яких частіше за все використовують персональні комп'ютери) в обчислювальні мережі необхідні спеціалізовані машини - сервери. В архітектурі серверів і суперсерверов використовується кілька процесорів, високошвидкісна система шин. Технологія замовних НВІС дозволила перейти до ЕОМ на спеціалізованих процесорах, процесорах асоціативного типу основною операцією яких є операція порівняння.
Підведемо підсумок:
- Комп'ютери 4-го покоління будуються на НВІС, з подальшим збільшенням інтеграції без зміни технічної бази;
- расшірется багатофункціональність процесора (використовуються принципи конвеєрної обробки даних і команд);
- для узгодження швидкості роботи процесора і пам'яті вводиться буферна пам'ять (кеш 1-го рівня) між реєстрової пам'яттю процесора (СОЗУ) і оперативною пам'яттю (ОЗУ);
- використовуються пристрої логічного передбачення подальших переходів; використовуються спеціальні пристрої формування адрес для роботи з кеш пам'яттю 1-го рівня;
- використовується модульний принцип побудови обчислювальних систем, що дозволяє нарощувати їх потужність;
- для реалізації режимів реального часу і поділу часу використовуються мережі ЕОМ;
- використовується режим мультипрограмування, багатозадачності, реалізований апаратно і програмно;
- розробляються нові архітектури багатомашинних і багатопроцесорних систем.
Можна сказати, що процес розвитку обчислювальних систем четвертого покоління триває, і намічається перехід до обчислювальних систем п'ятого покоління.
до початку