Архитектура вычислительных систем
Покупка
Тематика:
Общая информатика
Год издания: 2008
Кол-во страниц: 519
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-3175-5
Артикул: 066501.03.99
Доступ онлайн
2 600 ₽
В корзину
Рассмотрены основные архитектурные концепции построения средств обработки информации, модели функциональной организации электронных вычислительных машин (ЭВМ Дж. фон Неймана, модель вычислителя) и параллельных вычислительных систем (модель коллектива вычислителей). Описаны канонические функциональные структуры и наиболее интересные промышленные реализации конвейерных, матричных, мультипроцессорных и распределенных вычислительных систем. Особое внимание уделено архитектурно наиболее совершенному классу ВС — системам с программируемой структурой.
Приведены инженерные методы комплексного анализа производительности, надежности, живучести и технико-экономической эффективности, а также нетрудоемкая технология экспресс-анализа качества функционирования ЭВМ и ВС и осуществимости параллельного решения сложных задач.
Второе издание (1-е — 2005 г.).
Для студентов вузов, а также для специалистов в области параллельных вычислительных технологий.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Москва Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана 2008 Допущено Министерством образования и науки Российск « ой Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению Информатика и вычислительная техника» В.Г. Хорошевский Архитектура вычислительных систем Издание второе, переработанное и дополненное
УДК 681.32:519.68(075.8)
ББК 22.18
Х79
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра «Информатика и вычислительная техника»
Омского государственного технического университета
(д-р техн. наук, профессор В.И. Потапов);
д-р техн. наук, профессор В.В. Сюзев
(зав. кафедрой «Компьютерные системы и сети» Московского
государственного технического университета им. Н.Э. Баумана)
Хорошевский В.Г.
Архитектура вычислительных систем: Учеб. пособие. — 2-е изд.,
перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. — 520 с.:
ил. — (Информатика в техническом университете).
ISBN 978-5-7038-3175-5
Рассмотрены основные архитектурные концепции построения средств обработки
информации, модели функциональной организации электронных
вычислительных машин (ЭВМ Дж. фон Неймана, модель вычислителя) и параллельных
вычислительных систем (модель коллектива вычислителей).
Описаны канонические функциональные структуры и наиболее интересные
промышленные реализации конвейерных, матричных, мультипроцессорных и
распределенных вычислительных систем. Особое внимание уделено архитектурно
наиболее совершенному классу ВС — системам с программируемой
структурой.
Приведены инженерные методы комплексного анализа производительности,
надежности, живучести и технико-экономической эффективности, а также
нетрудоемкая технология экспресс-анализа качества функционирования
ЭВМ и ВС и осуществимости параллельного решения сложных задач.
Второе издание (1-е — 2005 г.).
Для студентов вузов, а также для специалистов в области параллельных
вычислительных технологий.
УДК 681.32:519.68(075.8)
ББК 22.18
© Хорошевский В.Г., 2008
ISBN 978-5-7038-3175-5
© Оформление. Издательство
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008
Х79
ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ .................................................................................................. 8 СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ ....................................................... 10 1. ПРЕДЫСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ............................... 11 1.1. Эволюция вычислительной техники ................................................................. 11 1.2. Вычислительные машины на электронных лампах ......................................... 23 1.3. Первые электронные вычислительные машины .............................................. 31 1.4. Путь развития отечественной электронной вычислительной техники ........ 37 1.5. Современный уровень вычислительной техники............................................. 49 2. АРХИТЕКТУРА ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН ... 54 2.1. Каноническая функциональная структура ЭВМ Дж. фон Неймана ............ 54 2.2. Модель вычислителя .......................................................................................... 58 2.3. Понятие об архитектуре ЭВМ ........................................................................... 61 2.4. Понятие о семействе ЭВМ ................................................................................. 64 2.5. Поколения ЭВМ .................................................................................................. 66 2.6. Производительность ЭВМ ................................................................................ 73 2.7. Количественные характеристики памяти ЭВМ ............................................... 79 2.8. Надежность ЭВМ ................................................................................................ 82 2.9. Технико-экономический анализ функционирования ЭВМ ............................ 93 2.10. Предпосылки совершенствования архитектуры ЭВМ. Представление о вычислительных системах ........................................................................... 105 3. АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ................................ 111 3.1. Модель коллектива вычислителей ................................................................. 111 3.2. Техническая реализация модели коллектива вычислителей. Архитектурные свойства вычислительных систем ...................................... 118 3.3. Параллельные алгоритмы ................................................................................ 126 3.4. Концептуальное понятие и классификация архитектур вычислительных систем................................................................................................................ 142 4. КОНВЕЙЕРНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ............................ 149 4.1. Каноническая функциональная структура конвейерного процессора ....... 149 4.2. Конвейерные системы типа «память-память» ............................................... 152 4.3. Конвейерные системы типа «регистр-регистр» ............................................ 157 4.4. Массово-параллельные вычислительные системы Cray .............................. 167 4.5. Сверхвысокопроизводительные вычислительные системы семейства Cray X ............................................................................................................... 180 4.6. Анализ конвейерных вычислительных систем .............................................. 191 5. МАТРИЧНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ................................. 194 5.1. Каноническая функциональная структура матричного процессора ........... 194 5.2. Вычислительная система ILLIAC IV .............................................................. 196
Оглавление —————————————————————————————————— 6 5.3. Вычислительная система DAP ........................................................................ 204 5.4. Семейство вычислительных систем Connection Machine ............................. 207 5.5. Семейство вычислительных систем nCube .................................................... 224 5.6. Анализ матричных вычислительных систем ................................................. 231 6. МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ......... 235 6.1. Каноническая функциональная структура мультипроцессора .................... 235 6.2. Вычислительная система C.mmp .................................................................... 237 6.3. Семейство вычислительных систем Burroughs ............................................. 241 6.4. Семейство вычислительных систем «Эльбрус» ............................................ 243 6.5. Предпосылки совершенствования архитектуры мультипроцессорных вычислительных систем ..................................................................................249 6.6. Вычислительная система Cm* ......................................................................... 251 6.7. Мультипроцессорные системы со структурно-процедурной организацией вычислений .............................................................................. 258 6.8. Сверхвысокопроизводительные вычислительные системы семейства IBM Blue Gene ..................................................................................................273 6.9. Анализ мультипроцессорных вычислительных систем с усовершенствованной структурой ............................................................. 282 7. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ПРОГРАММИРУЕМОЙ СТРУКТУРОЙ ............................................................................................ 285 7.1. Понятие о вычислительных системах с программируемой структурой ..... 285 7.2. Архитектурные особенности вычислительных систем с программируемой структурой ..................................................................... 294 7.3. Вычислительная система «Минск-222» ......................................................... 314 7.4. Вычислительная система МИНИМАКС ........................................................ 329 7.5. Вычислительная система СУММА ................................................................ 342 7.6. Вычислительные системы семейства МИКРОС ........................................... 354 7.7. Вычислительные системы семейства МВС ................................................... 367 7.8. Анализ вычислительных систем с программируемой структурой ............. 375 8. ТРАНСПЬЮТЕРНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ................... 377 8.1. Понятие о транспьютерных вычислительных системах ............................. 377 8.2. Архитектура транспьютеров семейств Т200, Т400 и Т800 ........................... 380 8.3. Система команд транспьютера ....................................................................... 393 8.4. Параллельная обработка и коммуникации транспьютеров .......................... 401 8.5. Архитектура транспьютера IMS Т9000 .......................................................... 407 8.6. Анализ транспьютерных технологий ............................................................. 411 9. НАДЕЖНОСТЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ................................. 412 9.1. Производительность вычислительных систем .............................................. 412 9.2. Вычислительные системы со структурной избыточностью ......................... 414 9.3. Показатели надежности вычислительных систем ......................................... 416 9.4. О методике расчета показателей надежности вычислительных систем ..... 421 9.5. Расчет показателей надежности для переходного режима функционирования вычислительных систем ................................................ 425
Оглавление —————————————————————————————————— 7 9.6. Расчет показателей надежности для стационарного режима работы вычислительных систем ................................................................................. 431 9.7. Потенциальный контроль вычислительных систем ...................................... 440 9.8. Численное исследование надежности вычислительных систем ................. 443 9.9. Анализ вычислительных систем со структурной избыточностью ............. 459 10. ЖИВУЧЕСТЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ................................... 460 10.1. Живучие вычислительные системы ............................................................. 460 10.2. Показатели потенциальной живучести вычислительных систем ............. 463 10.3. О методике расчета показателей живучести вычислительных систем .... 467 10.4. Расчет функции потенциальной живучести вычислительных систем ..... 471 10.5. Анализ живучих вычислительных систем ................................................... 476 11. ОСУЩЕСТВИМОСТЬ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ .................................................. 477 11.1. Режимы функционирования вычислительных систем ............................... 477 11.2. Анализ решения сложных задач на вычислительных системах ............... 478 11.3. Анализ обслуживания потока задач на вычислительных системах ......... 482 11.4. Оценка потенциальных возможностей вычислительных систем по осуществимости решения задач ............................................................... 487 12. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ............... 488 12.1. Цена быстродействия вычислительных систем .......................................... 488 12.2. Математическое ожидание бесполезных расходов при эксплуатации вычислительных систем ................................................................................. 490 12.3. Математическое ожидание дохода вычислительных систем ..................... 496 12.4. Технико-экономическое исследование структур вычислительных систем в условиях потока задач ..................................................................... 499 12.5. Анализ технико-экономических возможностей вычислительных систем ... 510 ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................................................................... 511 П.1. Расчет функции надежности вычислительных систем ................................ 511 П.2. Экспресс-анализ функционирования вычислительных систем ................. 515 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................. 519
ПРЕДИСЛОВИЕ Системы распределенной обработки информации и параллельные вы- числительные технологии относятся к базовым средствам ХХI столетия, обеспечивающим интенсификацию научно-технического прогресса. Предлагаемое учебное пособие посвящено современным и перспек- тивным архитектурным концепциям средств обработки информации. Из 12 глав учебника только две первые не связаны с параллельными техноло- гиями вычислений. В главе 1 изучается предыстория вычислительной тех- ники, а в главе 2 — архитектура электронных вычислительных машин (ЭВМ), или неймановская архитектура средств обработки информации. При описа- нии архитектуры ЭВМ особое внимание уделено концептуальной модели вычислителя и семантике понятия «архитектура ЭВМ». Архитектура ЭВМ раскрывается через их функциональные структуры и такие характеристики эффективности, как производительность, надежность и технико-экономи- ческая эффективность. При этом излагается математический инструмента- рий для анализа эффективности ЭВМ. Содержание первых двух глав позво- ляет также глубже понять архитектуру параллельных средств вычислитель- ной техники. Глава 2 является введением для последующих глав, в которых изучаются методы анализа эффективности функционирования параллель- ных вычислительных систем. Главы 3–8 посвящены средствам обработки информации, основанным на модели коллектива вычислителей. Такие средства называют вычисли- тельными системами (ВС), и они характеризуются массовым параллелизмом при обработке информации и реконфигурируемостью (программируемо- стью) своих структур. В главе 3 изложены концептуальные основы предмета «Архитектура ВС», включающие принципы технической реализации модели коллектива вычислителей, элементарные понятия параллельного програм- мирования и методику крупноблочного распараллеливания сложных задач. В главах 4–8 дано достаточно полное описание таких классов вычис- лительных систем, как конвейерные, матричные, мультипроцессорные ВС, системы с программируемой структурой и транспьютерные ВС. Здесь пред- ставлены не только канонические функциональные структуры и промыш- ленные реализации названных классов систем, но приведен качественный анализ их архитектурных возможностей и показаны пути их развития.
Предисловие —————————————————————————————————— 9 В последних главах рассмотрены инженерные методы анализа эффек- тивности функционирования вычислительных систем. В главе 9 описаны ВС со структурной избыточностью, введен набор показателей надежности ВС, приведены методы расчета этих показателей и в переходном, и в стационар- ном режимах работы ВС. В главе 10 исследована живучесть ВС как ансамб- лей элементарных машин, т. е. способность ВС использовать все исправные ресурсы (машины) для реализации адаптирующихся параллельных про- грамм. Просто и лаконично изложен континуальный подход к расчету пока- зателей живучести большемасштабных ВС (с массовым параллелизмом). Глава 11 посвящена вероятностной теории осуществимости параллельного решения задач на неабсолютно надежных вычислительных системах. Нако- нец, глава 12 знакомит с математически простым аппаратом анализа технико- экономической эффективности функционирования вычислительных систем. В Приложении 1 приведен математический аппарат расчета вероятно- стных характеристик надежности для переходного режима функционирова- ния ВС. В Приложении 2 описан инструментарий экспресс-анализа эффек- тивности функционирования большемасштабных вычислительных систем. Структура пособия и изложение материала позволяют достаточно полно раскрыть данную тему, не отсылая читателя к другим источникам. Каждая из глав автономна, и для понимания их содержания не требу- ется тщательное знание предшествующих глав. Если у читателя все же воз- никнут затруднения, он легко их преодолеет, воспользовавшись ссылкой на предшествующий материал. Большой опыт работы профессором (более 35 лет), чтение соответст- вующих курсов лекций в Новосибирском государственном техническом университете (1969–1983), Сибирском государственном университете теле- коммуникаций и информатики (с 1983 г.) и Новосибирском государствен- ном университете (1995–2002), опыт написания ряда учебных пособий и книг, используемых в вузах Содружества независимых государств, — все это помогло автору издать настоящее пособие. В нем освещены новейшие достижения в области архитектур и организации функционирования параллельных ВС, включающие результаты научной школы автора. Учебное пособие «Архитектура вычислительных систем» соответствует государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования по направлениям подготовки: бакалавра (магистра) 552800 «Информатика и вычислительная техника»; дипломированного специалиста 654600 «Информатика и вычислительная техника». Автор с благодарностью учтет замечания и примет советы по улучшению книги (105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана).
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ АЛУ — арифметико-логическое устройство АУ — арифметическое устройство БИС — большая интегральная схема БОС — блок операций системы ВЗУ — внешнее запоминающее устройство ВМ — вычислительная машина ВС — вычислительная система ВТ — вычислительная техника ЗУ — запоминающее устройство КОП — код операции ЛК — локальный коммутатор МКМД — множественный поток команд и множественный поток данных МКОД — множественный поток команд и одиночный поток данных МП — микропроцессор ОБП — обобщенный безусловный переход ОЗУ — оперативное запоминающее устройство ОКМД — одиночный поток команд и множественный поток данных ОКОД — одиночный поток команд и одиночный поток данных ОС — операционная система ОУП — обобщенный условный переход ПО — программное обеспечение РН — регистр настройки САПР — система автоматизированного проектирования СУ — системное устройство ЦП — центральный процессор ЭВМ —электронная вычислительная машина ЭМ — элементарная машина ЭП — элементарный процессор
1. ПРЕДЫСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Электронные вычислительные средства завоевали прочные позиции в жиз- ненно важных сферах деятельности человека — в науке, технике, экономике и промышленности. Область применения средств обработки информации постоянно расширяется. Возможности вычислительной индустрии в суще- ственной мере определяют научно-технический прогресс. Потребности об- щества в решении все более сложных задач постоянно растут, и они, в свою очередь, стимулируют развитие вычислительных средств. Современная индустрия информатики располагает арсеналом средств от персональных электронных вычислительных машин (ЭВМ) до высокопроиз- водительных вычислительных систем (ВС) с массовым параллелизмом, об- ладающих быстродействием в пределах 1010…1015 опер./с. Вычислительная техника развивалась постепенно, в несколько этапов. В главе рассматриваются средства вычислительной техники начального этапа (про- стейшие механические вычислительные приборы, электромеханические маши- ны и ЭВМ); описываются архитектурные особенности первых зарубежных и отечественных ЭВМ: ENIAC, EDVAC, МЭСМ, БЭСМ и др. 1.1. Эволюция вычислительной техники Развитие человека и общества неразрывно связано с прогрессом в тех- нике вообще и вычислительной технике в частности. Всегда существовала тенденция к постоянному усилению физических и вычислительных возмож- ностей человека путем создания орудий, машин и систем машин. Устано- вился своеобразный дуализм в развитии техники, который иллюстрируется двумя эволюционными «рядами»: • физический ряд: рычаг и простейшие механические орудия → маши- ны (подъемные краны и экскаваторы) → конвейеры (системы машин); • вычислительный ряд: простейшие счетные орудия (или приборы, или инструменты) → механические и электромеханические вычислительные
1. Предыстория вычислительной техники —————————————————————————————————— 12 машины → ЭВМ → параллельные вычислительные системы и сети ЭВМ (системы ЭВМ). В последние десятилетия появилось и развивается физико-вычисли- тельное направление в технике как композиция физического и вычисли- тельного рядов: станки с числовым программным управлением → роботы → гибкие автоматизированные производства → заводы-автоматы. В истории вычислительной техники (ВТ) четко выделяются два пе- риода: 1) простейшие механические и электромеханические приборы и ма- шины для вычислений; 2) ЭВМ и параллельные вычислительные системы. Первый период — это предыстория современной вычислительной техники, его называют также древней историей ВТ. Второй период — это новая и новейшая история ВТ. Концептуальную основу ЭВМ составляют функциональная структура и принципы работы, предложенные в 1945 г. Дж. фон Нейманом. Первые ЭВМ были последовательными, машины второго и третьего поколений до- пускали совмещения во времени выполнения нескольких операций. Вычис- лительные системы базируются, в частности, на принципе параллелизма при обработке информации. И ЭВМ, и ВС постоянно совершенствуются. Со- временные ЭВМ основываются на архитектурных решениях, существенно отличающихся от машины Дж. фон Неймана, и значительно превосходят по своим возможностям высокопроизводительные конвейерные ВС 70-х и 80-х годов ХХ столетия. Развитие ВС осуществляется в направлении массового параллелизма и программируемости структуры (позволяющей адаптировать ВС под структуры решаемых задач). Итак, для современного этапа развития ВТ характерен дуализм: ЭВМ и параллельная ВС. Параллельные ВС являются предметом особого рас- смотрения в данной книге. 1.1.1. Простейшие вычислительные инструменты Абак (греч. abax, abakion, лат. abacus — доска) — счетная доска для арифметических расчетов — открывает (754/753 г. до н. э.) первый период вычислительной техники. В качестве «носителя информации» использова- лись счетные марки (камешки, кусочки кости, монеты), распределенные по полосам доски. Счет осуществлялся передвижением марок в полосах. Абак применялся в Древней Греции и Риме, а затем в Западной Европе до XVIII в. Аналоги абака — китайский суан-пан и счеты были распространены в стра- нах Дальнего Востока и в России соответственно.
1.1. Эволюция вычислительной техники —————————————————————————————————— 13 Логарифмическая (счетная) линейка была изобретена в XVII в. В ее основе лежит учение о логарифмах, созданное шотландским математиком Д. Непером (J. Napier, 1550–1617) не позднее 1594 г. В данном счетном ин- струменте операции над числами заменяются действиями над логарифмами этих чисел; в качестве «носителя информации» служит отрезок прямой (от- резки с логарифмическими шкалами нанесены на корпус и передвигающий- ся в нем движок). Принцип работы логарифмической линейки очевиден: lg lg lg . A B A B ⋅ = + При помощи линейки реализуются следующие операции: умножение, деление, извлечение квадратного корня, возведение в степень и тригономет- рические функции. Логарифмическая линейка на протяжении трех столетий была основным счетным инструментом инженеров и исследователей. Таким образом, абак и логарифмическая линейка — первые простей- шие счетные инструменты соответственно дискретного и непрерывного действия. Дуализм имел место на протяжении всей истории ВТ, однако дискретные (цифровые) средства обработки информации всегда занимали доминирующее положение (в сравнении с непрерывными или аналоговыми). Это объясняется тем, что дискретные средства ВТ обеспечивают бóльшую точность вычислений, чем непрерывные. Рассмотрим подробнее цифровые вычислительные машины (ВМ) и простейшие механические машины для арифметических расчетов. 1.1.2. Арифмометры Вычислительный инструментарий постоянно совершенствовался; от- метим лишь некоторые из разработок счетных машин. Описание первой цифровой механической счетной машины было сделано итальянским живо- писцем, скульптором, архитектором, ученым и инженером Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci, 1452–1519). Суммирующая машина (с переносом десятков) была изобретена в 1641 г. французским математиком, физиком, философом и писателем Б. Паскалем (Pascal, 1623–1662). Счетная машина, рассчитанная на четыре арифметических действия, была разработана в 1673 г. немецким математиком, физиком, философом и языковедом Г.В. Лейбницем (Leibniz, 1646–1716). Данные машины практического применения не нашли ( хотя, например, Паскалем было изготовлено несколько машин). Механические машины Паскаля и Лейбница представляли собой первые арифмометры. Арифмометр (от греч. arithmos — число и …. метр) — настольная механическая счетная машина с ручным управлением для выполнения четырех арифметических действий.
1. Предыстория вычислительной техники —————————————————————————————————— 14 Широкое распространение имел арифмометр, сконструированный в 1874 г. петербургским механиком В.Т. Однером. Производство таких арифмометров было налажено и в России (1890 г.), и за рубежом. Арифмометр Однера послужил прототипом последующих моделей (в частности, для модели « Феликс», выпускавшейся в СССР до 1960-х годов). Арифмометр представляет собой систему счетных колес. Счетные колеса использовались не только в качестве носителя информации, но и для ее преобразования. По окружности счетного колеса были нанесены однозначные числа от 0 до 9. При представлении многозначного числа для каждого разряда использовалось свое колесо. Система счетных колес имела устройство для передачи десятков, т. е. устройство, благодаря которому полный оборот колеса одного разряда влек за собой поворот на «единичный» угол (36°) колеса следующего старшего разряда. Такую систему колес называли счетчиком. Счетчик являлся одним из основных механизмов арифмометра. В состав арифмометра входили также регистры — узлы памяти для хранения многоразрядных чисел, механизм для установки чисел (для занесения чисел на регистры), устройство для гашения (сброса) результата и привод (ручной или электрический). Оригинальная конструкция арифмометра принадлежит русскому математику и механику П.Л. Чебышеву (произносится Чебышёв, 1821–1894; академик Петербургской АН с 1856 г.). В данной конструкции была достигнута максимальная механизация выполнения всех арифметических действий. Арифмометр Чебышева состоял из двух основных частей: суммирующей машины (сконструированной в 1878 г.) и приставки для умножения (созданной в 1883 г.). В частности, в данном арифмометре после установки множимого и множителя подлежало только вращать рукоятку привода. Конструкция Чебышева была использована позднее в английских и амери- канских арифмометрах. Следует подчеркнуть, что любой арифмометр обеспечивал не авто- матизацию, а лишь механизацию вычислений (благодаря таким средствам, как счетчик и регистры). Ввод данных, реализация алгоритма вычислений (как последовательности операций) и, как правило, даже одной арифметиче- ской операции, съем (вывод) результатов осуществлялись человеком (вы- числителем). Эволюционное развитие арифмометров привело к созданию клавиш- ных вычислительных машин, а со сменой механической элементной базы на электронную — к производству электронных калькуляторов. Счетно-аналитические машины появились в конце XIX – начале XX в. Были созданы вычислительные машины (ВМ) для выполнения бух- галтерских и финансово-банковских операций, статистические ВМ, машины для решения задач вычислительной математики. В таких машинах не только
1.1. Эволюция вычислительной техники —————————————————————————————————— 15 был достигнут максимальный уровень механизации вычислений, но и была заложена возможность автоматизации при вводе чисел и при реализации целых серий операций. Характерным для счетно-аналитических машин бы- ло то, что в них перфокарты использовались как для ввода данных, так и для управления работой. Счетно-аналитические машины — это комплекты, включавшие: 1) машины для выполнения арифметических действий над числами, нанесенными на перфокарты: – суммирующие машины (табуляторы); – множительные машины (умножающие перфораторы или мульти- плееры); 2) машины (сортировальные и раскладочные или сортировально- раскладочные) для реализации информационно-логических операций: клас- сификации, выборки карт с нужными числами и признаками, расположения карт в определенном порядке, сравнение чисел и т. п.; 3) перфораторы, т. е. машины, которые позволяли человеку наносить на карты отверстия (выполнять перфорирование карт); 4) вспомогательные машины; например, контрольные аппараты, ре- продукторы для переноса пробивок с одних карт на другие. Первая ВМ для решения дифференциальных уравнений была создана в России в 1904 г. кораблестроителем, механиком и математиком А.Н. Кры- ловым (1863–1945; академик Петербургской АН с 1916 г.). 1.1.3. Вычислительная машина Ч. Беббеджа Идея создания универсальной большой ВМ (Great Calculating Engine) принадлежит профессору математики Кембриджского университета (Вели- кобритания), члену Лондонского Королевского Общества Чарльзу Беббеджу (Charles Babbage, 1792–1871; чл.-корр. Петербургской АН с 1832 г.). По су- ти, он хотел создать автоматический механический цифровой компьютер (или, говоря иначе, арифмометр с программным управлением). Проект ВМ был разработан в 1833 г. Механическая машина Беббеджа по своей функциональной структуре была достаточно близка к первым электронным ВМ. В ней предусматрива- лись арифметическое и запоминающие устройства, устройства управления и ввода-вывода информации. Автоматизация вычислений обеспечивалась уст- ройством управления, которое работало в соответствии с программой — последовательностью закодированных действий на перфокартах. В машине Беббеджа была заложена возможность изменять ход программы в зависимо- сти от полученного результата (на современном языке — команда условного перехода).
Доступ онлайн
2 600 ₽
В корзину