Вычислительная система. Лекция 1

Введение
Вычислительная система – это совокупность аппаратных и представленных в определенном формате математических средств, реализующих процесс решения задач.

Нулевое поколение (1623-1945)
1623 – Вильгельм Шиккард придумал «Считающие часы» - первый арифмометр, умевший выполнять 4 арифметических действия
1642 – Механическая конструкция Блеза Паскаля с шестеренками и ручным приводом в году.

Нулевое поколение (1623-1945)
1673 – механическая машина Готфрида Вильгельма
1822 – разностная машина Чарльза Бэббиджа
1835 – аналитическая машина Чарльза Бэббиджа
1940 – компьютер Джорджа Стиббица

Нулевое поколение (1623-1945)
1942 – устройство Джона Винсента Атанасова и Клиффорда Берри – первый действующий цифровой компьютер
1944 – Harvard Mark I (Automatic Sequence Controlled Calculator — автоматический вычислитель, управляемый последовательностями)

Первое поколение (1945 -1955)
1943 – Colossus
1945 – ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Calculator

Принципы фон Неймана
Использование двоичного представления команд и данных
Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне неразличимы друг от друга
Все вычисления должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд
Размещать слова информации в ячейках памяти и идентифицировать их номерами ячеек

EDSAC – Electronic Delay Storage Automatic Calculator

Второе поколение (1955-1965)
1961 – PDP-1 (Digital Equipment Corporation)
4096 слов по 18 бит и быстродействие 200k команд в секунду
1965 – PDP-8
1961 – 1401 (IBM) 4000 байт по 8 бит 7094

Третье поколение (1965-1980)
1964 – System/360
Целая линейка компьютеров.
Работали с одним языком и были совместимы.
Многозадачность (несколько программ в памяти).
Обратно совместимые программы.
16 регистров по 32 бит для двоичных операций

Четвертое поколение (1980- )
Персональные компьютеры
Середина 80х – FPGA Field-Programmable Gate Array

Пятое поколение
1989 – первый планшетный компьютер фирмы GridPad
1993 – Apple Newton
Встраиваемые компьютеры

Классификация вычислительных систем
Встроенные компьютеры
Одноразовые компьютеры
Микроконтроллеры
Компьютеры
Мобильные и игровые компьютеры
Персональные компьютеры

Классификация вычислительных систем
Серверы
Мэйнфреймы
Кластеры
Суперкомпьютеры

Классификация вычислительных систем

Многоуровневая организация вычислительных систем

Многоуровневая организация вычислительных систем

Методы оценки производительности вычислительных систем
Время выполнения
Время отклика (response time) или время выполнения (execution time) или прошедшее временем (elapsed time)
Процессорное время (CPU time), которое включает время ожидания ввода/вывода
Количество тактов синхронизации на одну инструкцию

Методы оценки производительности вычислительных систем
Производительность ЦП зависит от трех параметров:
такта (или частоты) синхронизации,
среднего количества тактов на команду
количества выполняемых команд

Методы оценки производительности вычислительных систем
Частота синхронизации определяется технологией аппаратных средств и функциональной организацией процессора
Среднее количество тактов на команду зависит от функциональной организации и архитектуры системы команд
Количество выполняемых в программе команд определяется архитектурой системы команд и технологией компиляторов