Общие принципы построения современных компьютеров

ЭВМ, компьютер – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.
Структура ЭВМ – это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств.
Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.
Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:
1. Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на:
• аналоговые (непрерывного действия) АВМ
• цифровые (дискретного действия) ЦВМ
• аналого-цифровые (гибридные) ГВМ
В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.
В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.
2. Классификация ЭВМ по поколениям (по элементарной базе):
• Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.
• Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).
• Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции.
• Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших интегральных схемах.
• Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах.
• Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Интегральная схема – электронная схема специального назначения,...

Как видно, полувековая история развития ЭВТ дала не очень широкий спектр основных структур ЭВМ. Все приведенные структуры не выходят за пределы классической структуры фон Неймана. Их объединяют следующие Традиционные признаки:
• ядро ЭВМ образует процессор - единственный вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена информацией и памятью;
• линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера;
• одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации;
• внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат элементарные операции преобразования простых операндов;
• последовательное централизованное управление вычислениями;
• достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода.
Несмотря на все достигнутые успехи, классическая структура ЭВМ не обеспечивает возможностей дальнейшего увеличения производительности. Наметился кризис, обусловленный рядом существенных недостатков:
• плохо развитые средства обработки нечисловых данных (структуры, символы, предложения, графические образы, звук, очень большие массивы данных и др.);
• несоответствие машинных операций операторам языков высокого уровня;
• примитивная организация памяти ЭВМ;
• низкая эффективность ЭВМ при решении задач, допускающих параллельную обработку и т.п.
Все эти недостатки приводят к чрезмерному усложнению комплекса программных средств, используемого для подготовки и решения задач пользователей.
В ЭВМ будущих поколений, с использованием в них “встроенного искусственного интеллекта”, предполагается дальнейшее усложнение структуры; В-первую очередь это касается совершенствования процессов общения пользователей с ЭВМ (использование аудио-, видеоинформации, систем мультимедиа и др.), обеспечения доступа к базам данных и базам знаний, организации параллельных вычислений. Несомненно, что этому должны соответствовать новые параллельные структуры с новыми принципами их построения. В качестве примера укажем, что...