Слайд 1Архитектура компьютеров
Второе поколение компьютеров
Слайд 2 IBM разработал новый супер
компьютер, который охлаждается
водой, нагретой до
140° (F)
Компьютер потребляет на 40% меньше
электроэнергии, чем традиционные
системы, и его освобождающееся
тепло может быть использовано
для обогрева помещения
Слайд 6Применение транзисторов
Первая мини-революция в компьютерном мире произошла, когда на смену
вакуумным лампам пришли полупроводниковые приборы
Полупроводниковый транзистор с успехом выполнял
в электронных схемах ту же роль, что и вакуумная лампа
Транзистор был изобретен специалистами фирмы Bell Labs в 1947 году
Слайд 71947 г. - изобретение транзистора
Преимущества:
- меньшие размеры:
-
экономичнее в потреблении электроэнергии:
- надежнее;
- дешевле.
Слайд 8Применение транзисторов
Начиная с 1950-х годов подавляющее большинство электронной аппаратуры выпускалось
только на транзисторах
В конце 1950-х годов появились компьютеры, в электронных
схемах которых использовались только транзисторы
Слайд 9Применение транзисторов
Переход на новую элементную базу знаменовал смену поколений в
вычислительной технике— компьютеры на транзисторах принято считать компьютерами второго поколения
В настоящее время общепринята классификация поколений компьютеров на основе используемой технологии производства электронных компонентов
Слайд 10Таблица 5.1 - Поколения компьютеров
Слайд 11Новые архитектурные решения
внедрение АЛУ и УУ с более сложной структурой
и более широкими функциональными возможностями;
увеличение объема памяти;
внедрение в практику программировании
языков высокого уровня;
создание системного программного обеспечения
Слайд 12Digital Equipment Corporation
Период доминирования компьютеров второго поколения ознаменовался еще одним
событием — появлением на рынке корпорации Digital Equipment Corporation —
DEC
DEC завоевала ведущие позиции в одном из самых динамичных секторов рынка вычислительной техники— секторе мини-компьютеров
Слайд 13Digital Equipment Corporation
Первое изделие DEC — компьютер PDP-1 — появилось
на рынке в 1957 году
Этот компьютер и эта компания
положили начало эре миникомпьютеров, которая станет началом создания компьютеров третьего поколения
Слайд 14IBM
В 1964 IBM представила 7000 ряд
Эта линия компьютеров явилась
началом использования одних и тех же программных средств на различных
аппаратных платформах
Каждая последующая модель отличалась от своих предшественниц более высоким быстродействием, увеличенным объемом памяти и более низкой ценой
Слайд 157000 ряд
Мобильность ПО
Рост объема ОП
Увеличение быстродействия ЦП
- за
счет совершенствования динамических характеристик элементной базы
- за счет
внедрения более эффективных схемных решений отдельных узлов
Количество команд выросло с 24 до 185
Слайд 17Каналы данных
Канал данных представляет собой независимый модуль ввода-вывода, обладающий
собственным процессором и собственной системой команд
Эти команды хранятся в оперативной
памяти, но выполняются специализированным процессором модуля ввода-вывода
ЦП инициирует сеанс передачи данных по каналу, посылая соответствующий управляющий сигнал этому модулю
Слайд 18Каналы данных
Все дальнейшие операции выполняются модулем самостоятельно в соответствии с
программой, которую он извлекает из оперативной памяти
После завершения сеанса передачи
модуль извещает об этом ЦП, передавая ему специальный сигнал
Таким образом, центральный процессор освобождается от выполнения несвойственных ему задач и может полностью сосредоточится на выполнении вычислительных операций
Слайд 19Мультиплексор
Мультиплексор играет роль центрального коммутатора при пересылке информации
между каналами данных, центральным процессором и оперативной памятью
Мультиплексор является диспетчером
доступа к оперативной памяти со стороны ЦП и каналов данных, позволяя им работать независимо друг от друга
Слайд 20Третье поколение компьютеров
1958 г. – изобретение интегральной микросхемы (ИС)
Элементной базой
компьютеров третьего поколения были ИС
Слайд 22Базовые электронные элементы компьютера
Базовые компоненты в цифровом компьютере должны выполнять
операции хранения, передачи, обработки данных и управления всем процессом
Для
построения этих компонентов достаточно использовать всего два типа электронных элементов — логические вентили (gate) и ячейки двоичной памяти (memory сеll)
Слайд 24Логический вентиль (gate)
Вентилем называется электронная схема, реализующая какую-либо логическую функцию
булевой алгебры, например двухвходовый И вентиль реализует функцию "ЕСЛИ А
и В ИСТИННЫ, ТО С ИСТИННО"
Слайд 26Ячейка памяти
Ячейка двоичной памяти может хранить один бит данных
Она
представляет собой электронную схему, которая в каждый момент времени может
находиться в одном из двух устойчивых состояний
Объединяя множество вентилей и ячеек памяти, можно создать компьютер
Слайд 27Реализация основных функций
Хранение данных. Эта функция реализуется с помощью множества
ячеек двоичной памяти
Обработка данных. Эта функция выполняется с помощью связанных
особым образом вентилей
Перемещение данных в память или из памяти выполняется с помощью вентилей
Слайд 28Реализация основных функций
Управление. Связи между компонентами используются для передачи управляющих
сигналов. Например, вентиль может иметь один, или два информационных входа,
на которые подаются сигналы данных, и один управляющий вход, который синхронизирует передачу информационных сигналов
Когда управляющий сигнал имеет значение ВКЛЮЧЕНО, (принято обозначать такое значение сигнала, как "лог. 1"), на выходе вентиля формируется сигнал, соответствующий его логической функции
Слайд 29Реализация основных функций
Ячейка памяти может запомнить значение сигнала, поданного на
ее информационный вход в тот момент времени, когда на ее
управляющий вход ЗАПИСЬ подается сигнал "лог. 1”
На выходе ячейки памяти появляется сигнал, соответствующий хранимому в ней значению, в тот момент времени, когда на управляющий вход ЧТЕНИЕ подан сигнал "лог. 1".
Слайд 30Цифровые электронные компоненты
Компьютер состоит из вентилей, ячеек памяти и
взаимосвязей между этими элементами
Вентили и ячейки памяти, в свою очередь,
построены из простых дискретных компонентов:
- транзисторов,
- резисторов,
- конденсаторов.
Слайд 31Интегральные микросхемы
Технология производства интегральных микросхем основана на том, что
все базовые электронные компоненты — транзисторы, резисторы и конденсаторы —можно
изготовить из одного и того же полупроводникового материала – кремния
Интегральная технология сводится к тому, что на едином кристалле кремния создаются все электронные компоненты определенной схемы
Слайд 32Интегральные микросхемы
На одной пластине кремния можно в едином технологическом процессе
изготовить огромное количество транзисторов, резисторов и конденсаторов
Затем на этой же
пластине выполняется специальная процедура металлизации, в результате которой формируются электрические связи между ними.
Слайд 33Интегральные микросхемы
На тонкой пластине (wafer — вафля) особо чистого монокристалла
кремния по специальной технологии формируется матрица небольших одинаковых ячеек, каждая
размером в несколько квадратных миллиметров
Во всех ячейках в ходе технологического процесса формируются идентичные электронные схемы, а затем пластина разрезается по границам ячеек, которые размещаются на чипе (chips)
Слайд 34Интегральные микросхемы
Электронная схема одного чипа может насчитывать огромное количество элементарных
вентилей и/или ячеек памяти плюс множество выводов для подключения внешних
связей
Затем чип помещается в специальный защитный корпус, а к выводам подключаются контактные пластины
Слайд 35Интегральные микросхемы
В результате получается конструктивный элемент — интегральная микросхема (ИС)
Множество
таких ИС монтируется на печатной плате и образуется узел компьютера
или даже законченное устройство
Слайд 36Структура интегральной микросхемы
Слайд 37Интегральные микросхемы
Сначала по такой технологии изготавливались сравнительно простые ИС, получившие
наименование микросхем малого и среднего уровня интеграции (МИС и СИС)
По
мере развития технологии появилась возможность повысить плотность размещения элементов в чипе
Слайд 39Закон Мура
Закон был сформулирован одним из основателей фирмы INTEL
Гордон МУР
- соучредитель INTEL;
Количество транзисторов на чип удваивалось каждый год;
Начиная с
1970 г. количество транзисторов на чип удваивалось каждые 18 месяцев;
Слайд 40
Gordon Moore
Intel Cofounder
B.S. Cal 1950!!
Слайд 41Преимущества ИС
Цена одного чипа остается неизменной;
Увеличение плотности размещения приборов
на чипе приводит к сокращению длины электрических связей, что повышает
производительность;
Размеры компьютеров постоянно уменьшаются, что позволяет расширять область их применения, встраивая их в различное оборудование ;
Снижается энергопотребление;
Электрические связи внутри микросхемы значительно надежнее связей на печатной плате.
Слайд 42Серия IBM/360
1964 г.
Несовместимы с серией 7000
Впервые планировалась как семейство компьютеров
Слайд 43Основные характеристики компьютеров серии IBM/360
Подобная или идентичная система команд. Программа,
которая выполнялась на одной из моделей, могла успешно эксплуатироваться и
на других. В некоторых младших моделях использовалась несколько усеченная система команд, и тогда обеспечивалась совместимость "снизу вверх".
Слайд 44Основные характеристики компьютеров серии IBM/360
Подобная или идентичная операционная система. На
всех моделях семейства эксплуатировалась практически одна и та же операционная
система. В некоторых случаях, для самых старших моделей, в операционную систему включались дополнительные функции.
Слайд 45Основные характеристики компьютеров серии IBM/360
Возрастающая производительность. По мере перехода от
младших моделей к старшим производительность системы возрастала в основном за
счет использования элементной базы с лучшими динамическими характеристиками.
Слайд 46Основные характеристики компьютеров серии IBM/360
Возрастающее количество портов ввода-вывода. По мере
перехода от младших моделей к старшим расширялись возможности ввода-вывода данных
как за счет расширения номенклатуры подключенного оборудования, так и в результате использования более совершенных периферийных устройств.
Слайд 47Основные характеристики компьютеров серии IBM/360
Увеличение объема оперативной памяти. По мере
перехода от младших моделей к старшим увеличивался объем оперативной памяти
и ее быстродействие.
Рост стоимости. Старшие модели существенно отличались по цене от младших как за счет использования более дорогой элементной базы, так и за счет расширения комплектации.
Слайд 48Компьютер DEC PDP-8
1964 г.
Первый настольный миникомпьютер
Объем продаж за 12
лет составил
50 000 единиц
Последние модели PDP-8 имели шинную
архитектуру
Слайд 50Шинная архитектура PDP-8
В PDP-8 системная магистраль, которая носила название Omnibus,
состояла из 96 сигнальных линий
По этим линиям передавались управляющие сигналы,
коды адресов и данных
Поскольку все системные компоненты совместно использовали одни и те же сигнальные линии, этим процессом необходимо было каким-то образом управлять
Слайд 51Шинная архитектура PDP-8
Такая задача была возложена на ЦП
Архитектура с
системной магистралью обеспечивает чрезвычайную гибкость при комплектовании вычислительных комплексов разной
конфигурации из стандартных компонентов
Слайд 52Поколения компьютеров
Электронные лампы – 1946 - 1957
Транзисторы –
1958 – 1964
ИС малой степени интеграции – с 1965
до 100 приборов на чип
СИС средней степени интеграции с 1971
до 3000 приборов на чип
БИС большой степени интеграции с 1971-1977
3000-100 000 приборов на чип
СБИС сверх большой степени интеграции с 1978
до 100 000 000 приборов на чип
УСБИС ультра сверх большой степени интеграции
более 100 000 000 приборов на чип
