АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ЭВМЛекция 1:История компьютеров

План курса (1)
История компьютеров
Общая организация компьютерных систем (Процессоры и память, внешние устройства)
Цифровой логический уровень. Шины
Уровень микроархитектуры

План курса (2)
Уровень архитектуры набора команд
Уровень операционной системы
Уровень ассемблера
Семейство архитектур Pentium 4
Семейство архитектур SPARC
Архитектура встроенных систем
Многоядерные и многопроцессорные архитектуры

Литература
Королёв Л.Н. “Архитектура электронных вычислительных машин” Москва, 2005, 272 стр.
Таненбаум Э. С. “Архитектура компьютера. (5-е изд.)” Санкт-Петербург, 2006, 848 стр.
Степанов А.Н. “Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей” Москва, 2007, 512 стр.

Давным-давно
Костяшки на прутьях для вычислений
Используется в Азии!
Абак - 3000 До НЭ

Логарифмическая линейка
Логарифмическая Линейка 1630
Основана на правилах логарифмирования Нэпера
Использовалась до 1970
Логарифмическая Линейка

Логарифмические Линейки

Цилиндрическая Логарифмическая Линейка

Спиральная Логарифмическая Линейка

Вильям Шиккард (1592-1635)
Первая работающая машина для сложения

Блез Паскаль (1623-1662)
Множество зубчатых колёс
Вычитание в дополнительном коде

Готфрид Лейбниц (1646 – 1716)
Механический калькулятор, выполняющий арифмитические действия

XIX Век
Впервые сохраняется программа – металлические карты
Первый промышленный компьютер
Работает до сих пор!
Ткацкий станок Жакарда - 1801

Чарльз Бэббидж - 1792-1871
Разностная Машина 1822
Огромный калькулятор
Аналитическая Машина 1833
Могла сохранять числа
Вычислитель “мельница” испольозовал металлические перфокарты для ввода
Была паровой машиной!
Точность до 6го знака после запятой
Аналитическая Машина

Принцип разностной машины
0.7242758696
0.0008186515
0.7250945211 -0.0000015403
0.0008171112 0.0000000058
0.7259116323 -0.0000015345
0.0008155767 0.0000000058
0.7267272090 -0.0000015287
0.0008140480 0.0000000057
0.7275412570 -0.0000015230
0.0008125250 0.0000000057
0.7283537820 -0.0000015173
0.0008110077 0.0000000057
0.7291647897 -0.0000015117
0.0008094960
0.7299742857

Разностная Машина

Разностная Машина

Аналитическая Машина

Машина Фон Неймана
The original Von Neumann machine.

Дорр Фелт - Арифмометры(1886)

Механические Дифференциальные Решатели
Ванневар Буш разработал Дифференциальные Решатели - 1930‘е
Для решения дифференциальных уравнений dz = y dx
Позже появились электрические версии

Дифференциальный Решатель

Релейные компьютеры
Z1 1936
Конрад Цузе
Механический калькулятор
Включал управляющую систему и память
Атанасов – Берри Компьютер 1939
The first electrically powered digital computer
Использовали электронные лампы для сохранения информации
Первый компьютер с двоичной системой
Компьютер Атанасова - Берри

ABC

The ENIAC - 1944

Электронные Лампы - 1941 - 1954
Компьютеры Первого Поколения использовали электронные лампы
Электронные лампы не содержат воздуха

UNIVAC - 1951
Первый полностью электронно-цифровой компьютер в США
Создан в Университете Пенсильвания
Весил 30 тонн
Содержал 18,000 электронных ламп
Стоил ~ $487,000

Первый Баг - 1945
Переключатели реле – это часть компьютеров
Грейс Хоппер нашёл мотылька в реле, которое сбоило
Назвал это “debugging” компьютера

Первый Транзистор
Используют кремний
Разработаны в1948
Переключатель on-off
Второе поколение компьютеров, использующее транзисторы, появилось в 1955

Второе Поколение – 1955-1965
1955 – Компьютеры начали использовать Транзисторы
Электронные лампы были заменены

Интегральные Схемы
Третье поколение использовало Интегральные Схемы (чипы).
Интегральные Схемы – это транзисторы, резисторы и конденсаторы, объединённые вместе на одном “чипе”

Третье Поколение – 1965-1980
Интегральные Схемы
Операционные Системы
Меньше и компактней

Развитие отечественной техники
1952 БЭСМ-1
1966 БЭСМ-6
Эльбрус-Б
1973 АС-6

Развитие отечественной техники
1952 БЭСМ-1
БЭСМ-2
М-20
1966 БЭСМ-6
1973 АС-6

БЭСМ-6
Среднее быстродействие - до 1 млн. одноадресных команд/с
Длина слова - 48 двоичных разрядов и два контрольных разряда
Представление чисел - с плавающей запятой
Рабочая частота - 10 МГц
Занимаемая площадь - 150-200 кв. м

БЭСМ- 6

Первый Микропроцессор – 1971
2,250 транзисторов
4-битный
108Khz
“Микрочип”
Intel 4004 Микропроцессор

Микрочип
Сверхбольшая Интегральная Схема (СБИС)
Транзисторы, резисторы, конденсаторы
4004 - 2,250 транзисторов
Pentium IV – 42,000,000 транзисторов
Каждый транзистор 0.13 микрон

4ое Поколение – 1980 - …
Микрочипы!
Уменьшение в размерах продолжается