2226

Основные понятия информатики

Конспект

Информатика, кибернетика и программирование

Информатика – совокупность дисциплин, изучающих свойства информации, а также способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств.

Русский

2013-01-06

168.25 KB

2 чел.

1. Основные понятия информатики
Прежде всего, отметим, что мы существуем в условиях, так называемой, 
информатизации общества. Это означает, что для работы с информацией все более 
широко начинают использоваться технические средства: мобильная связь, справочные 
системы, банкоматы, Интернет и др. Удобным сервисом для обслуживания простых, часто 
возникающих потребностей клиента банка, является интернет-банкинг (оплата 
мобильного телефона, услуг ЖКХ и др.). В Норвегии и Швеции услугой интернет-
банкинга пользуются почти 70% населения, у нас, в России, - только 2-3%. Интернет-банк 
будущего – это единый сайт для управления, планирования и сохранения всех семейных 
финансов, включая оплату всех услуг.  
Информатизация общества является более широким понятием, чем 
компьютеризация общества. В соответствии с Федеральным законом от 20.02.1995 г. № 24 
ФЗ «Об информации, информатизации и защите информации» под информатизацией 
понимается организационный социально-экономический и научно-технический процесс 
создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и 
реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного 
самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и 
использования информационных ресурсов.
 Первыми странами, вступившими на этот путь, являются США – с 60-х гг., Япония 
– с 70-х гг. и с конца 70-х – страны Западной Европы. Другие промышленно развитые 
страны мира также быстро сориентировались и наращивают темпы внедрения 
компьютеров и средств телекоммуникаций (Германия, Корея, Китай и др.). США 
обеспокоены потерей рынков сбыта в этих областях и принимаются соответствующие 
меры: увеличиваются инвестиции в исследовательские разработки; улучшается качество 
образования; развивается международное сотрудничество в перспективных  проектах; 
повышается качество рабочей силы. 
Предполагается, что США завершат переход к информационному обществу к 
2020г., Япония и основные страны Западной Европы — к 2030—2040 гг. В СССР в 1989 г. 
была разработана Концепция информатизации общества. По предварительным оценкам 
информатизация в России завершится к 2050 г. при условии стабилизации экономической 
и политической обстановки в стране. По мнению специалистов, любая страна, насколько 
бы индустриально развитой она ни была, перейдет в разряд стран третьего мира, если 
опоздает с информатизацией. Основные регионы мира войдут в развитое информационное 
общество в XXI в., и в этом же веке начнется переход к постинформационному обществу. 
Информационное общество   - общество, в котором большинство работающих 
занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно 
высшей её формы – знаний.
Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их 
параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень 
неопределенности, неполноты знаний.
Дисциплины, которые изучают информацию, называют информатикой. Этот 
термин возник в 60-х гг. от французских слов informacion и automatique. В англоязычных 
странах используется название компьютерная наука.
Информатика – совокупность дисциплин, изучающих свойства информации, а 
также способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью 
технических средств.
Отметим сходство и различия в понятиях «информатика» и «кибернетика».
Кибернетика – это наука об общих принципах управления в различных системах: 
технических, биологических, социальных и др.
Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой 
информации более широко, практически не решая задачи управления различными 

объектами, как кибернетика. Однако, информатика не занимается решением проблем, не 
связанных с использованием компьютерной техники. Поэтому четкой границы между 
этими двумя дисциплинами не существует.
Выделяются следующие разделы информатики:
1. Теоретическая информатика
• Математическая логика
• Вычислительная математика и вычислительная геометрия
• Теория информации и теория кодирования
• Системный анализ (Общая и математическая теория систем. Динамические 
системы. Информационные системы. Большие и сложные системы. Структурный 
анализ. Системное проектирование)
• Теория принятия решений (Теория игр. Математическое программирование. 
Исследование операций)
2. Кибернетика
• Теория управления
• Математическая лингвистика
• Бионика
• Нейронная сеть
• Биоинформатика
3. Программирование
• Методы трансляции
• Языки программирования
• Базы данных
4. Искусственный интеллект (Экспертные системы. База знаний. Семантические сети. 
Представление знаний. Процедуры и законы логического вывода. Логическая модель баз 
знаний)
5. Информационные системы (Информационно-поисковые системы. Информационные 
сети и системы)
6. Вычислительная техника (Микропроцессоры. Персональные компьютеры. Накопители 
информации. Суперкомпьютеры. Вычислительные сети)
7. Прикладная информатика   
             В общем, имеются всевозможные данные, зарегистрированные в материальном 
мире в виде сигналов. Применяя различные методы воспроизведения и обработки данных 
мы получаем информацию. 
Методы   воспроизведения   и   обработки   данных   разделяются   на   естественные, 
аппаратные и программные методы.
Естественные   методы   присущи   человеку  и   другим   организмам   живой  природы. 
Касательно к человеку   к ним относятся все методы, основанные на его органах чувств 
(зрение,   осязание,   обоняние,   слух   и   вкус).   Кроме   того   человек   обладает   и   другими 
методами   обработки   данных:   логическое   мышление,   воображение,   сравнение, 
сопоставление, анализ, прогнозирование и др. 
Аппаратные   методы     -   это   устройства   (приборы)   такие,   как   магнитофоны, 
телефоны, рентгеновские аппараты, телескопы, микроскопы и многие др. Эти устройства 
преобразуют данные из одной формы, недоступной для естественных методов человека, в 
форму, доступную для них. В узком смысле данные это информация, которая выражается 
в виде какой-то знаковой системы. Программные методы – это методы обработки этих 
данных с помощью компьютеров.
Свойства информации:
   
Адекватность – это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью 
полученной   информации   образа   реальному   объекту.   Формы   адекватности: 
синтаксическая, семантическая, прагматическая.

Достоверность  – ее соответствие объективной реальности окружающего мира. На 
достоверность   информации   влияет   как   достоверность   исследуемых   данных,   так   и 
адекватность   применяемых   методов.   Например,   на   месте   преступления   могут   быть 
посторонние следы.  
Полнота   – ее достаточность для принятия решения. Она зависит как от полноты 
данных, так и от наличия необходимых методов. Если исходные данные неполны или не 
применяются нужные методы, то принять верное решение непросто. 
Избыточность – например, обычный текст, напечатанный на русском языке, имеет 
избыточность примерно 20-25%. Отбросив каждую  пятую  букву,    мы   все же сможем 
разобрать   текст.   Визуальная   информация   имеет   избыточность   более   90%. 
Мультипликационные фильмы обладают гораздо меньшей избыточностью по сравнению 
с обычными, и потому они быстрее утомляют зрителя.
Объективность   и   субъективность   –     Объективность   информации   относительна, 
поскольку   методы   субъективны.   Более   объективной   является   информация,   в   которую 
методы вносят меньший субъективный элемент. Считается, что фотоснимок объекта дает 
более объективную информацию, чем рисунок сделанный с того же объекта. 
Доступность   –   это   мера   возможности   получить   ту   или   иную   информацию. 
Отсутствие   доступа   к   данным   или   отсутствие   адекватных   методов   их   интерпретации 
приводят к недоступности информации. 
Актуальность – это степень соответствия информации текущему моменту времени. 
С течением времени ситуация меняется и полученная в прошлом времени информации 
может терять ценность или вообще перестает быть полезной.    
Меры информации:
Для   измерения   информации   вводятся   два   параметра:   количество   информации   и 
объем   данных.   Эти   параметры   имеют   разные   выражения   в   зависимости   от 
рассматриваемой формы адекватности. Каждой форме адекватности соответствует  своя 
мера количества информации и объема данных.
Синтаксическая мера информации:
Эта   мера   количества   оперирует   с   обезличенной   информацией,   не   выражающей 
смыслового   отношения   к   объекту.   Объем   данных   измеряется   количеством   символов 
(разрядов).   В   различных   системах   счисления   один   разряд   имеет   различный   вес   и 
соответственно меняется измерения данных. Количество информации определяется через 
понятие энтропии системы. Энтропия системы определяется согласно формуле Шеннона. 
Количество   информации   измеряется   изменением   (уменьшением)   неопределенности 
состояния системы.
Семантическая   мера   информации: 
определяется   через   коэффициент 
содержательности, умноженный на объем данных.
Тезаурус  –  это совокупность   сведений,   которыми  располагает  пользователь  или 
система.   При   нулевом   тезаурусе   пользователь   не   воспринимает   поступающую 
информацию.   При   достаточно   большом   тезаурусе   пользователь   многое   знает   и 
поступающая   информация   практически   бесполезна.   Следовательно,   количество 
семантической   информации,   получаемой   пользователем,   является   величиной 
относительной.   Одна   и   та   же   информация   может   иметь   смысловое   содержание   для 
компонентного пользователя и быть бессмысленным для пользователя некомпетентного.
Прагматическая мера информации.
Эта   мера   определяет   полезность   информации   (ценность)   для   достижения 
пользователем   поставленной   цели.   Эта   мера   также   величина   относительная, 
обусловленная особенностями использования этой информации в той или иной системе. 
Ценность   информации   целесообразно   измерять   в   тех   же   самых   единицах,   в   которых 
измеряется целевая функция. 
Дадим определение классификации информации.  

Классификация – система распределения объектов (предметов, явлений, процессов, 
понятий) по классам в соответствии с определенными признаками.
Применительно к информации как к объекту классификации выделенные классы 
называют информационными объектами.
                       Разработаны три метода классификации объектов: иерархический, фасетный и 
дескрипторный.
Иерархическая система классификации строится следующим образом:
-
исходное   множество   элементов   составляет   нулевой   уровень   и   делится   в 
зависимости от выбранного классификационного признака на классы, которые 
образуют первый уровень;
-
каждый класс первого уровня в соответствии со своим признаком делится на 
подклассы, которые образуют второй уровень;
-
каждый класс второго уровня аналогично делится на группы и т.д.
Пример: студенты вуза.
Фасетная система классификации в отличие от иерархической позволяет выбирать 
признаки классификации независимо друг от друга, так и от семантического содержания 
классифицируемого   объекта.   Признаки   классификации   называются  фасетами.   Каждый 
фасет имеет совокупность однородных значений. Схема построения фасетной системы 
классификации можно отобразить в виде таблицы. Процедура классификации состоит в 
присвоении   каждому   объекту   соответствующих   значений   из   фасетов.   При   этом   могут 
быть использованы не все фасеты. 
Пример: студенты (пол, рост, цвет волос, цвет глаз, размер обуви, цвет джинсов).    
            Дескрипторная система классификации, язык которой приближен к естественному 
языку   описания   информационных   объектов,   используется   для   ведения   словарей,   для 
организации   поиска   информации,   например,   в   библиотечных   системах   поиска.   Суть 
метода заключается в следующем:
-
отбирается   совокупность   ключевых   слов   или   словосочетаний,   описывающих 
определенную   предметную   область   или   совокупность   однородных   объектов. 
Причем среди ключевых слов могут находиться синонимы;
-
выбранные   ключевые   слова   и   словосочетания  нормализуются,   т.е.   из 
совокупности   синонимов   выбирается   один   или   несколько   наиболее 
употребляемых;
-
создается словарь дескрипторов, т.е. словарь ключевых слов и словосочетаний, 
отобранных в результате нормализации.
Между   дескрипторами   и   другими   ключевыми   словами   устанавливаются 
синомические, родовидовые и ассоциативные связи.
Примеры: 
Синомическая связь: студент – учащийся – обучаемый;
Родовидовая связь: университет – факультет – кафедра;
Ассоциативная связь: студент – экзамен – профессор – аудитория.
 
2. Вычислительная техника
Неотъемлемой частью информатики является её техническая основа: 
вычислительные машины, вычислительные системы и вспомогательное оборудование.
Электронной вычислительной машиной (ЭВМ) называется комплекс технических и 
программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач 
пользователей.
Вычислительной системой (ВС) называется совокупность взаимосвязанных и 
взаимодействующих процессоров или вычислительных машин, периферийного 

оборудования и программного обеспечения, предназначенная для подготовки и решения 
задач пользователей.
Из данных определений следует, что отличие ВС от ЭВМ состоит в количестве 
вычислителей. Множественность вычислителей позволяет реализовать в ВС 
параллельную обработку. Однако современные вычислительные машины с одним 
процессором также имеют средства распараллеливания вычислительного процесса. 
Поэтому грань между ЭВМ и ВС часто бывает расплывчатой, что дает основание в 
некоторых случаях рассматривать ЭВМ как одну из реализаций ВС, и наоборот.
Архитектурой вычислительной машины называется логическое построение ЭВМ, 
то есть то, какой машина представляется программисту. При этом различают архитектуру 
ЭВМ в узком и широком смысле.
Архитектура ЭВМ в узком смысле охватывает средства для составления программ 
на уровне машинных команд и включает: перечень и формат команд, формы 
представления данных, механизмы ввода-вывода, способы адресации памяти и т. д. В нее 
не входит организация ЭВМ, рассматривающая вопросы физического построения 
вычислительных средств, то есть: состав устройств, число регистров процессора. емкость 
памяти, тактовая частота центрального процессора и т. д.
Архитектура ЭВМ в широком смысле объединяет как архитектуру в узком смысле, 
так и организацию ЭВМ. В дальнейшем мы будем использовать термин «архитектура» 
именно в широком смысле.
Архитектура вычислительной системы вместе с архитектурой ЭВМ дополнительно 
рассматривает вопросы распределения функций и взаимодействия между составляющими 
ВС.
В зависимости от решаемых специалистами задач структура ЭВМ может 
рассматриваться на различных уровнях ее детализации. Обычно выделяют 4 основных 
уровня:
1)
уровень «черного ящика»
Входы
Выходы
Вычислительная 
машина
На   этом   уровне   ЭВМ   рассматривается   как   устройство,   способное   хранить   и 
обрабатывать   информацию,   а   также   обмениваться   данными   с   внешним   миром.   ЭВМ 
представляется  «черным ящиком»,  который может подключаться  к коммуникационной 
сети и к которому могут подсоединяться периферийные устройства.
2) уровень общей архитектуры
ЦП
Шин
ы
ОП
УВ
В
Этот   уровень   предполагает   представление   ЭВМ   в   виде   4-х   составляющих: 
центрального процессора (ЦП), основной памяти (ОП), устройства ввода-вывода (УВВ) и 
системы шин.
3) уровень детализации устройств второго уровня.
Пример: уровень архитектуры центрального процессора

УУ
БП
Шин
АЛ
ы
З
У
Регистр
ы
В простейшем варианте в центральном процессоре можно выделить:
- арифметико-логическое устройство (АЛУ), обеспечивающее обработку целых чисел;
- блок обработки чисел в формате с плавающей запятой (БПЗ);
- регистры процессора, использующиеся для краткосрочного хранения команд, данных и 
адресов;
- устройство управления (УУ), обеспечивающее совместное функционирование устройств 
ЭВМ;
- внутренние шины.
4) уровень детализации устройств третьего уровня.
Пример: уровень архитектуры устройства управления
Логика программной
последовательности
Регистры 
Шин
Память 
УУ
ы
УУ
Логика формирования
управления
УУ представлено в виде четырех составляющих:
-   логики   программной   последовательности,   состоящей   из   электронных   схем, 
обеспечивающих выполнение команд программы в последовательности, предписываемой 
программой;
- регистров и дешифраторов устройства управления;
- управляющей памяти;
-   логики   формирования   управления,   генерирующей   все   необходимые   управляющие 
сигналы.
Кроме названных четырех уровней, применительно к параллельным и 
распределенным многопроцессорным и многомашинным вычислительным системам 
вводится понятие «метауровня».
Рассмотрим историю развития средств вычислительной техники.
Простейшие ручные приспособления:
-абак (4-ое тысячелетие до н.э., Азия)– представлял собой глиняную пластину с 
желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа;
-расграфленная таблица (средние века, Европа) – наносили на поверхность стола. 
Использовались ростовщиками и менялами;  
-русские счеты (средние века, Россия) – разработаны на основе абака.
В период  с 1492-1945гг создавались механические и электромеханические 
устройства ВТ:
1492 г. Леонардо да Винчи в своем дневнике приводит рисунок 13-разрядного 
десятичного суммирующего устройства на основе зубчатых колес.
1617 г. Джон Непер (Johm Napier) создал деревянную машину для выполнения 
простейших вычислений.  
1623 г. Вильгельм Шиккард (Германия) разрабатывает устройство на основе 
зубчатых колес для сложения и вычитания 6-разрядных десятичных чисел.

1642 г. Блез Паскаль (Франция) представляет первое реально осуществленное 
механическое цифровое вычислительное устройство, суммирующие и вычитающее 5-
разрядные десятичные числа. 
1673 г. Готфрид Лейбниц (Германия) создает десятичное устройство для 
выполнения всех 4-х арифметических операций над 12-разрядными десятичными 
числами.
1770 г. Е. Якобсон создает первое в России механическое суммирующее 
устройство.
1786 г. Немецкий военный инженер Иоганн Мюллер выдвигает идею 
специализированного калькулятора для табулирования логарифмов.
1804 г. Жозеф Мария Жаккард строит ткацкий станок с программным управлением, 
программа работы которого задается с помощью перфорированной бумажной ленты.
1836 г. аналитическая машина (Англия, Чарльз Бэббидж) – считается первым в 
мире механическим компьютером, в котором впервые реализован принцип разделения 
информации на команды и данные. Данные вводятся в механическую память путем 
установки блоков шестерен, а потом обрабатываются командами, которые вводятся с 
перфорированных карт. Приводится в движение паровым двигателем. Построили такую 
машину лишь через 100 лет после смерти её автора.
1878 г. Чебышев создает арифмометр в России.   
1880 г. Г. Холлерит (США) создает первую действующую счётно-аналитическую 
машину.
1885 г. Дорр Фельт из Чикаго строит первый калькулятор, где числа вводятся 
нажатием клавиш.
1890 г. Результаты переписи населения в США обрабатываются с помощью 
перфокарточного электромеханического табулятора, созданного Германом Холлеритом.
1937 г. Джордж Стибитц (США) демонстрирует первый однобитовый двоичный 
вычислитель на базе электромеханических реле.
1938 г. Клод Шеннон публикует статью о реализации символической логики на 
базе реле.
1938 г. Немецкий инженер Конрад Цузе строит механический программируемый 
вычислитель Z1 с памятью на 1000 бит. Z1 часто называют первым в мире компьютером.
1939 г. Джордж Стибитц и Сэмюэль Вильямс представили Model 1 – калькулятор 
на базе релейной логики, управляемый с помощью телетайпа с возможностью 
подключаться к калькулятору по телефонной линии.
1940 г. Следующая работа Цузе – электромеханическая машина Z2, основу которой 
составляла релейная логика, хотя память, как и в Z1, была механической.
1941 г. Цузе создает электромеханический программируемый вычислитель Z3, 
являющийся первой попыткой реализации принципа программного управления.
1943 г. Группа ученых Гарвардского университета во главе с Говардом Айкеном 
разрабатывает вычислитель Mark 1 – первый программно управляемый вычислитель. 
Вычислитель обрабатывал 23-разрядные числа, при этом сложение занимало 0,3 с, 
умножение – 4 с, а деление – 10 с.
1945 г. Цузе завершает вычислитель Z4, имеющий много общих черт с 
современными ЭВМ: память и процессор являются отдельными устройствами, процессор 
может обрабатывать числа с плавающей запятой, вместе с 4-мя основными 
арифметическими операциями извлекался квадратный корень.
1945 г. Джон фон Нейман (John Von Newmann) написал статью First Draft of a 
Report on the EDVAC, в которой была описана архитектура современных 
программируемых компьютеров.
 В настоящее время выделяется 6 поколений электронных вычислительных 
средств. В основу их деления положена их элементная база. 

1. Первое поколение ЭВМ (1940 – 1950гг). 
Общим для ЭВМ 1-го поколения было использование электронно-вакуумных ламп 
вместо электромеханических реле. Преимущество электронных ламп состояло в том, что 
их скорость переключения была в 1000 раз выше электромеханических аналогов.   
Первая ЭВМ создана в США в 1946 г. – электронный калькулятор общего 
назначения ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer – электронный цифровой 
интегратор и вычислитель). Проект машины был разработан Дж. Моучли (John Mauchly, 
США, 1942 г.). Создавалась с Дж. Преспером Эккертом. (J. Presper Eckert). Консультантом 
по математическим вопросам являлся американский математик Джон фон Нейман. Янош 
Нейман родился в Будапеште. Получил степень доктора философии по математике в 
университете Будапешта в 23 года. Одновременно он изучал химическую инженерию в 
швейцарском Цюрихе. С 1926 по 1930 годы фон Нейман был приват-доцентом в Берлине. 
Там его называли Иоганном. Гражданство США принял в 1937 г., тогда же стал и 
Джоном. Опытная эксплуатация машины началась в 1946 г. в Пенсильванском 
университете. Характеристики: площадь = 100 кв. м; вес = 30 т.; 18 тыс. радиоламп, 1500 
электромеханических реле; оперативная память могла хранить 20 чисел; быстродействие 
= 5000 опер. сложения или 360 опер. умножения в секунду (тактовая частота – 100кГц). 
Основная схема – симметричный триггер был создан российским ученым Бонч-Бруевичем 
М.А.
С самого начала ENIAC активно использовался в программе разработки 
водородной бомбы. Машина эксплуатировалась до 1955 г. Использовалась десятичная 
система счисления. Когда все лампы работали, инженерный персонал мог настроить 
ENIAC на новую задачу, вручную изменив подключение 6000 проводов. Надежность 
машины оказалась очень низка, поиск неисправностей занимал до нескольких суток.
1949 г. – ЭДСАК (Англия, Кембридж), создатель – Морис Уилкс. 3000 
электронных ламп. Время выполнения операций сложения – 0,07 мс и умножения – 8б5 мс 
(скорость выполнения операций сложения - 14000 оп./сек, тактовая частота – 500кГц).
1951 г. – МЭСМ (СССР, Киев, Институт энергетики АН Украины). Руководство 
осуществлял Лебедев Сергей Алексеевич (родился в Нижнем Новгороде, учился в 
Москве, в МВТУ им. Баумана, в 1946 г. был приглашен в Киев академиком М.А. 
Лаврентьевым), который независимо от Джона фон Неймана сформулировал принципы 
устройства ЭВМ. Характеристики машины: площадь= 60 кв. м.; 6 тыс. электронных ламп; 
быстродействие = 3 тыс. опер./сек.
В 1952 г Эккерт и Моучли создали первую 
коммерчески успешную машину UNIVAC, с помощью которой были предсказаны 
результаты президентских выборов в США.
Также в 1952 г в опытную эксплуатацию была запущена ЭВМ М-1 (И.С. Брук и 
др.). М-1 содержала 730 электронных ламп, оперативную память емкостью 256 25-
разрядных слов, рулонный телетайп и обладала производительностью 15-20 оп/с. Впервые 
была применена двухадресная система команд. Затем под руководством Брука в МЭИ 
была создана машина М-2 с емкостью оперативной памяти 512 34-разрядных слов и 
быстродействием 2000 оп/с. Также появились «Стрела» и «Урал-1». 
В апреле 1953 г была создана самая быстродействующая в Европе ЭВМ БЭСМ-2 
(С.А. Лебедев). Ее быстродействие составляло 10000 оп./сек.
Технология программирования в этот период была на очень низком уровне. Первые 
программы составлялись в машинных кодах – числах, записываемых в память ЭВМ. Лишь 
в 1950-х годах началось использование языка ассемблера, позволявшего вместо числовой 
записи команд использовать их символьную нотацию, после чего специальной 
программой, также называемой ассемблером, эти символьные обозначения 
транслировались в соответствующие коды.

              2.Второе поколение ЭВМ (1950 – 1960гг).
2-е поколение ЭВМ стали выделять после перехода от электронных ламп к дискретным 
полупроводниковым приборам (диодам и транзисторам) со временем переключения 0,3 
мс. 
Отметим смысл следующих терминов: 
Полупроводник (ПП)  - материал, который изменяет свою проводимость в 
зависимости от внешних воздействий (температура).
Диод – двухэлектродный электровакуумный, газоразрядный или ПП (кремний, 
германий или арсенид галлия) прибор с односторонней электрической проводимостью.
Транзистор – трёхэлектродный полупроводниковый прибор для усиления, 
генерирования и преобразования электрических колебаний на основе 
монокристаллического ПП.
Триггер – переключательное устройство, которое может сохранять одно из двух 
состояний  и переключаться из одного состояние в другое по сигналу извне. 
Первой ЭВМ, выполненной полностью на полупроводниковых диодах и 
транзисторах, стала TRADIC (Transistor Digital Computer, 1955г.), построенная 
телефонной компанией Bell Laboratories по заказу ВВС США, как прототип бортовой 
ЭВМ (под руководством Дж. Фелькера). Она устанавливалась на стратегических 
бомбордировщиках B-52 Stratofortress. Машина состояла из 700 транзисторов и 10000 
германиевых диодов. Выполняла единственную задачу (250 команд в течении 15 мк.). За 2 
года ее эксплуатации отказали только 17 п/п элементов, что говорит о значительном 
повышении надежности по сравнению с машинами на электронных лампах. 
Другой известной п/п ЭВМ стала TX-0, созданная в 1957 г в Массачусетском 
технологическом институте. Она стала первым многоцелевым программируемым 
компьютером (использовалось 625 транзисторов). 
Ко 2-му поколению относятся первые суперЭВМ с высоким быстродействием: 
LARC  (Livermore Advanced Research Computer, 10 МГц) фирмы UNIVAC, Stretch (около 1 
млн. оп. в сек.) и IBM 7030 (сложение 64-разрядных двоичных чисел с плавающей запятой 
– 1.5 мксек или 670 тыс. оп./сек ; умножение – 2.7 мксек) фирмы IBM. CDC-6600 создан в 
1964г. в г. Лос-Анжелес фирмой Control Data Corporation. Быстродействие – 3 млн. оп./сек. 
Компьютер использовался для решения научных задач в области ядерной физики. В 1960 
г. фирмой DEC создан первый миникомпьютер PDP-1 (Programmed Data Processor-1). S = 
1,5 кв. м., скорость – 100000 операций в сек. Оснащалась дисплеем и клавиатурой. 
Отличительной особенностью суперкомпьютеров является векторные процессоры, 
оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными 
цифровыми объектами – векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и 
параллельный конвейерный механизм обработки..
В СССР были разработаны следующие ЭВМ 2-го поколения:  «Урал-4», «Урал-11», 
«Урал-14», «Урал-16», М-20,  М-40, «Минск-22», «Минск-32», «Днепр» (В.М. Глушков и 
Б.Н. Малиновский), БЭСМ-4. Со 2-м поколением ЭВМ связан также переход от устройств 
памяти на базе ртутных линий задержки к устройствам на магнитных сердечниках. Это 
позволило реализовать произвольный доступ к данным, когда в любой момент доступен 
любой элемент данных, причем время доступа не зависит от самого элемента.
В архитектуру ЭВМ 2-го поколения были внесены важные изменения:
1) в составе процессора появились индексные регистры, что упростило доступ к 
элементам массивов;
2) добавлен блок обработки чисел в формате с плавающей запятой;
3) в составе ЭВМ появились процессоры ввода-вывода, что освободило ЦП от 
рутинных операций управления вводом-выводом и обеспечило большую пропускную 
способность тракта между памятью и УВВ.
Для ЭВМ 2-го поколения были разработаны первые языки программирования 
высокого уровня: Фортран (1956), Алгол (1958) и Кобол (1959).

3.
     Третье поколение ЭВМ (1960-1970гг). 
В ЭВМ 3-го поколения осуществлен переход от дискретных полупроводниковых 
элементов к интегральным схемам с малой (МИС, 2-10 триггеров) и средней (СИС) 
степенью интеграции с размещением на одном кристалле от 10 до 1000 триггеров. Метод 
нанесения множества транзисторов, резисторов, конденсаторов, проводников в виде 
участков различных веществ на поверхности одной полупроводниковой пластины 
(полсантиметра на полсантиметра) изобрёл Роберт Нойс (1959г.) будущий основатель Intel 
. Пластинки – из чистого кристаллического кремния. Название – интегральные схемы или 
микросхемы. 
Также в них стали применяться полупроводниковые запоминающие устройства 
вместо ЗУ на магнитных сердечниках.
В архитектуре ЭВМ произошли следующие основные изменения:
1) использование микропрограммирования как эффективной техники построения 
устройств управления сложных процессоров;
2) параллельная обработка и конвейеризация потоков команд и данных.
В области ПО были разработаны первые операционные системы и реализован 
режим разделения времени. Также был создан язык программирования B (Кен Томпсон, 
1970 г), ставший предшественником языка C, и появилась первая версия операционной 
системы UNIX. Стали использоваться дисплеи, базы данных, языки структурного 
программирования.
Первые ЭВМ - машины фирмы IBM: IBM-360 (1965 г.), IBM-370 (1970 г., 
производительность – 1,23 млн. оп./сек., ОЗУ – 512 Кбайт), в которых впервые 
использовались: предварительная выборка команд, разделение блоков для операций с 
фиксированной и плавающей запятой, конвейеризация команд, кэш-память. 
   Одной из первых ВС 3-го поколения является суперкомпьютер CDC 6600 
(семейство CYBER) фирмы Control Data Corporation, созданный Сеймуром Креем 
(Seymour Cray) в США в 1964 г. При наличии 10 независимых функциональных блоков, 
работающих параллельно, и 32 независимых модулей памяти удалось достичь 
быстродействия в 1 MFLOPS (миллион операций с плавающей запятой в сек).
В 1969 г. Крей создал CDC 7600 c конвейеризацией функциональных блоков и 
быстродействием в 10 MFLOPS.
1972 г.- ILLIAC IV, первый суперкомпьютер, 20 MFLOPS.
Машины единой системы ЕС -  СССР совместно со странами СЭВ (ГДР, Болгария, 
Венгрия, Польша, Чехословакия ): 
ЕС1010, ВНР, 1972 г., 10 тыс. оп./сек., 
ЕС1020, СССР, 1971 г., 20 тыс. оп./сек.,
ЕС1021, ЧССР, 1972 г., 40 тыс. оп./сек., 
ЕС1030, ПНР, 1971 г., 100 тыс. оп./сек.,
ЕС1040, ГДР, 1971 г., 350 тыс. оп./сек., 
ЕС1050, СССР, 1972 г., 500 тыс. оп./сек.,
Среди ЭВМ 3-го поколения, разработанных  в СССР, наиболее известны: М-220, 
М-222 (до 200000 оп/с); «Мир-1» (В.М. Глушков), БЭСМ –6 (1965 г., быстродействие – 1 
млн. опер./сек., 40 тыс. транзисторов, адресуемая память – 192 Кб, первая в СССР 
суперЭВМ, С.А. Лебедев).
4.Четвертое поколение ЭВМ (1970-1980гг).
К ЭВМ 4-го поколения относятся ЭВМ, в которых осуществлен переход на 
интегральные микросхемы большой (БИС) и сверхбольшой (СБИС) степени интеграции. 
На одном кристалле – десятки тысяч – миллионы транзисторов, составляющие основные 
компоненты ЭВМ (микропроцессоры). Это позволило вместить в одну микросхему не 
только ЦП, но и вычислительную машину (ЦП, основную память и систему ввода-

вывода). Габариты уменьшились, появились настольные компьютеры, калькуляторы и др. 
Наиболее важными событиями в области архитектуры ЭВМ стали:
1) создание ЭВМ с сокращенным набором команд (RISC), что позволило упростить 
схемотехнику процессора и резко сократить время выполнения команд;
2) полный отказ от ЗУ на магнитных сердечниках и широкое использование 
полупроводниковых ЗУ для построения основной памяти.
В области ПО появились языки программирования сверхвысокого уровня: FP и 
Пролог, ориентированные на декларативный стиль программирования, при котором 
программист дает математическое описание того, что должно быть вычислено, а детали 
того, как это делается, заложены в компилятор и операционную систему. В этот период 
был создан язык программирования C, на котором была написана операционная система 
UNIX для машины DEC PDP-11, которая стала широко распространена.
1971 г. – Intel 4004 (первый в мире микропроцессор, 4-х разрядный с 
быстродействием превосходящим ЭНИАК, 108 КГц, Эдвард Хофф). ЭНИАК имел 
рабочую частоту 100 КГц. Процессор использовался на межпланетной научно-
исследовательской станции Pioneer 10. 
1972 г. - Intel 8008  (почти втрое более мощный, 2 МГц, для него написана первая 
программа – BASIC);
1974г. - Intel 8080 (8-разрядный с тем же быстродействием);
1975г. – первый персональный компьютер Альтаир-8800, создан Э. Робертсом 
(MITS, США) на основе Intel 8080;
1976г. – персональный компьютер Apple Computer на процессоре Motorola;
1977 г. – TRS80 компьютер на основе Z80 (микропроцессор компании Zilog);
1981г. - IBM PC, первые персональные компьютеры от фирмы IBM на основе i8088 
(16-разрядный микропроцессор, адресация – 1 Мбайт, быстродействие – 0,33 MIPS).
 В СССР – Электроника-85, Искра-226, ЕС1068 ( 10 MIPS, основная память – 32 
мб.), ЕС1087 (15 MIPS, основная память - 128 мб.) ЕС-1840 и др.
5.
   П
  ятое поколение ЭВМ (1980-1990гг). 
К 5-у поколению относят ВС с сотнями процессоров, обеспечивающих такое 
распределение задач, при котором каждый из процессоров может выполнять задачу 
отдельного пользователя.
В архитектуре ВС сформировались два различных подхода: архитектура с 
совместно используемой памятью и архитектура с распределенной памятью.
Примером первого подхода является система Sequent Balance 8000 (1984 г., от 
компании Sequent, частота процессоров – 8 МГц), в которой имеется большая основная 
память, разделяемая 20 процессорами. Также каждый процессор имеет свою кэш-память. 
Каждый процессор выполняет задачу своего пользователя, но при этом использует 
библиотеку подпрограмм, привлекающую для решения этой задачи более одного 
процессора. Такие системы применялись для исследования параллельных алгоритмов и 
техники программирования.
В системах с распределенной памятью каждый процессор имеет свой модуль 
памяти, а связь между процессорами обеспечивается сетью взаимосвязей. Примером 
такой системы является система iPSC-1 (1985 г.) фирмы, основанной в 1983 г. nCUBE 
(«гиперкуб»), включающая до 128 процессоров. Распределенная память позволила 
устранить ограничения в пропускной способности тракта «процессор-память».
Также появились ВС, в которых несколько тысяч процессоров работают под 
управлением единого устройства управления и одновременно выполняют одну и ту же 
операцию, но каждый над своими данными. К этому классу относятся Connection Machine 
или СМ  (1986 г., фирма Thinking Machines Corp., существовала до 1997 г.) и MP-1 (1990 
г., фирма MasPar Computer Corp., производительность – 1,2 GFLOPS). На своей первой 
презентации СМ-1 выполнила сканирование 16 тыс. статей со сводками последних 

новостей за 1/20 секунды и разработала интегральную схему процессора с 4 тыс. 
транзисторов за три минуты.
Для данного периода характерно стремительное развитие технологий глобальных и 
локальных сетей. В результате наметился переход пользователей от ВС, работающих в 
режиме разделения времени, к персональным ЭВМ, подключенным к сетям.
6.Шестое поколение ЭВМ (1990 – по настоящее время)
ВС 6-го поколения это:
 –  ЭВМ с массовым параллелизмом (MPP). Их можно определить как 
совокупность большого количества (до нескольких тысяч) взаимодействующих, но 
достаточно автономных, вычислительных машин. Производительность таких систем 
может измеряться в TFLOPS (1012 операций с плавающей запятой в секунду);
- ЭВМ   с   нейронной   структурой   –   с   распределенной   сетью   большого   числа 
(десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных 
биологических систем; 
- оптоэлектронные ЭВМ;
Примеры:
 1.Системы МРР.
1992г. -   Paragon  (Intel) из 6768 процессоров  Intel  i860XP  с тактовой частотой 50 
МГц. Производительность 281,1 GFLOPS. К 1996 г. было продано 200 экземпляров;
1996г. -   RWC-1 (1000 процессоров, Япония), основывается на архитектуре RICA 
(Reduced   Interprocessor   Communication   Architecture),   существенно   снижающей   трафик 
межпроцессорного взаимодействия; 5 Гфлопс;
1999г. -     ASCI White (IBM) из 8192 процессоров   Power 3-  II   (64-разрядные), 
производительность: 10 Тфлопс, стоимость: 130 млн. долларов;
2001г. – МВС-1000М (Россия при участии Белоруси). На основе 768 процессоров 
Alpha21264A (DEC-Compaq), производительность: 1 Тфлопс; объем оперативной памяти: 
768   Гбайт;   стоимость:   10   млн.   долларов.   Согласно   рейтингу,   представленному   на 
международной   конференции  ISC2004,  занимал   391-ое   место.   Лидирующую   позицию 
занимал   японский   кластер  Earth  Simulator  от  NEC  (35,86   Тфлопс).   В   первой   десятке 
оказалась китайская машина  Dawning  4000А, реализованная на базе процессоров  AMD 
Opteron. Максимальная производительность: 8,06 Тфлопс.   
2005г. –  IBM  BlueGene/L, число процессоров:  65536; производительность:  136,8 
Тфлопс. Занимал в рейтинге этого года первое место. 
Самым крупным производителем ВС такого класса бесспорно является фирма IBM 
(В Тор500 машин  IBM  – 256), которая выполняет заказы многих стран мира (Германия, 
Франция, Израиль, Бразилия, Канада и др.). Для России был построен суперкомпьютер 
MVS-1500BM на основе 924 процессоров PowerPC970 2.2ГГц, производительность - 5,355 
Тфлопс, что позволило занять 56-ую строчку в рейтинге 2005г.
2.   Нейрокомпьютеры.  Финансирование   первого   поколения   компьютеров   на 
нейронных сетях начиналось в Японии (1991г.). В настоящее время лидером в разработке 
такого рода компьютеров являются США. Простейшие нейрокомпьютеры применяются 
для поиска эластичных ВВ в аэропорту имени Дж. Кеннеди (Нью-Йорк). Японская фирма 
«Мицубиси   Электрик»   обладает   экспериментальной   ЭВМ   нейронного   типа,   способной 
самостоятельно распознавать 26 буквенных знаков.
1998г.   –   в   России   (Москва)   апробация   первых   образцов   однокристального 
цифрового   нейропроцессора  NeuroMatrix  NM6403  (гибрид   нейрочипа   и   векторного 
процессора), спроектированного в НТЦ «Модуль» и изготовленного фирмой  Samsung.
Сегодня сотни компаний занимаются разработкой и производством нейрочипов, 
однако только некоторые из них поставляют свою продукцию на рынок. Остальные 

обслуживают военный комплекс либо создают единичные продукты для специальных 
целей.
Число моделей полнофункциональных нейрокомпьютеров невелико, а комерчески 
доступны из них единицы. Большинство из них реализованы для спецприменений. 
Наиболее яркими примерами нейрокомпьютеров являются: нейрокомпьютер Synaps 1 
(Siemens Nixdorf, Германия; используется для распознавания речи, изображений, образов 
и имеет невероятную скорость самообучения), нейрокомпьютер "Силиконовый мозг" 
(созданный в США по программе "Электронный мозг", предназначен для обработки 
аэрокосмических изображений), нейрокомпьютер Эмбрион (Россия).
Нейрокомпьютер Эмбрион  разработан под руководством член-корреспондента 
МАИ, к.т.н. В.Д. Цыганкова. На сегодня известно несколько модификаций данного 
нейрокомпьютера, для различных приложений: датчик случайных многомерных 
управляемых импульсных потоков "ЭМБРИОН-1", интерсенсорный перенос "глаз-рука", 
техническая диагностика неисправностей энергогенератора самолетной электростанции 
("ЭМБРИОН-2"), управление нестационарным объектом (ЛА) в реальном масштабе 
времени ("ЭМБРИОН-3" и "ЭМБРИОН-4"), орган технического зрения ("ЭМБРИОН-5"), 
управление тактильно очувствленным адаптивным промышленным роботом 
"УНИВЕРСАЛ-5А" при обслуживании карусельной плавильной печи на стекольном 
заводе ("ПОИСК-1"), управление тактильно очувствленным адаптивным промышленным 
роботом "Р-2" с искусственными мышцами при сборке и покраске ("ПОИСК-2"), 
управление тактильно очувствленным мобильным автономным роботом "КРАБ-1" при 
взаимодействии с неориентированными предметами и др. 
3. Квантово-световые компьютеры.
Принцип   работы   основан   на   способности   электрона   в   атоме   иметь   различные 
уровни энергии. Переход электрона с нижнего энергетического уровня на более высокий 
связан с поглощением фотона. При излучении фотона осуществляется обратный переход. 
Всеми подобными переходами можно управлять, используя действие электромагнитного 
поля   от   атомного   или   молекулярного   генератора.   Основным   строительным   блоком 
квантового компьютера служит qubit – Quantum Bit.   
1998г. – создание первого в мире квантового компьютера (IBM, США) с использованием 
атомов водорода и углерода.
2005 г. - двухкубитный квантовый процессор на сверхпроводящих элементах (NEC, 
Япония, группа Ю. Пашкина).
2007г. - канадская компания D-Wave продемонстрировала работающий квантовый 16-
кубитный компьютер Orion.
Ноябрь 2009 г. - программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубит 
11 мая 2011 г. - представлен компьютер D-Wave One, созданный на базе 128-кубитного 
процессора. 
Тенденции   развития   микроэлектроники   таковы,   что   увеличиваются 
быстродействие и оперативная память компьютеров, уменьшаются в размерах её базисные 
элементы.   Уже   на   протяжении   более   30   лет   число   транзисторов   на   чипе   удваивается 
каждые 1,5 года (Закон Гордона Мура).
В   мире   работает   свыше   1   млрд.   компьютеров,   большая   часть   из   которых 
произведена фирмой IBM или её дочерними предприятиями. Ежегодно с 2006 г. продается 
230 млн. новых машин. На мировом рынке по объему продаж персональных компьютеров 
в 2011 г. лидируют следующие компании: HP (USA) – 18,1%; Dell (USA) – 12,9%; Lenovo 
(China)   –   12,2%;  Acer  (Тайвань)   –   10,1%  и   др.   (данные   аналитиков   консалтинговой 
компании IDC, International Data Corporation, создана более 30 лет назад). На российском 

рынке действует более 200 компьютерных компаний, собирающих компьютеры главным 
образом  из   комплектующих   зарубежных   фирм   (Kraftway,  Depo,  K-Systems,  Rover 
Computers,   Вист,   КИТ,   Формоза,   БИГ-компьютерс   и   др.).   По   данным  аналитической 
компания   ITResearch   в   2010   году   в   России   было   реализовано   более   10,5   млн. 
компьютеров. При этом было продано почти 5 млн. десктопов и 5,8 млн. мобильных ПК. 
Впервые   за   историю   сегмент   мобильных   моделей   превзошел   рынок   настольных 
компьютеров. Относительно 2009 года рост компьютерного рынка составил 48%. Такой 
скачок   специалисты   связывают   с   завершением   кризиса.   По   результатам   исследования 
ITResearch,   лидерами   года   стали   компании   Acer,   Depo,   Hewlett-Packard,   K-Systems   и 
Kraftway.
Принципы Джона фон Неймана
Согласно принципам, сформулированными Джоном фон Нейманом, в состав ЭВМ 
должны входить следующие устройства: 

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)

Устройство управления (УУ)

Запоминающее устройство или память для хранения данных и программ

Внешние устройства ввода-вывода
Современные компьютеры имеют свои особенности, в частности, АЛУ и УУ 
объединены в единое устройство – центральный процессор. Выполнение программ может 
прерываться для выполнения неотложных действий (прерываний). Процесс обработки 
данных распараллеливается и конвейеризируется. Сами машины могут быть 
многопроцессорными. В соответствии с классической систематикой Флинна все 
компьютеры делятся на четыре класса:
a) - SISD (Single Instruction Single Data)  – обычные скалярные однопроцессорные 
системы   (последовательные   компьютеры   Джона   фон   Неймана).   Персональные 
компьютеры;
b) – MISD (Multiple Instruction Single Data ) конвейерные;
c)   –  SIMD  (Single  Instruction  Multiple  Data  )   многопроцессорные   векторные 
компьютеры;
d) – MIMD (Multiple Instruction Multiple Data ) матричные ЭВМ. 
  а)
b)  
Память команд
 Память команд
П1 П2    . . .     Пn
   П1
Память данных
 Память данных

   c)                                                                    d)  
Память команд
Память команд
П1 
П11, П12, . . .      П1n 
П2
П21, П22, . . .      П2n
П3  
     
Пn
Пк1, Пк2, . . .      Пкn
Память данных
Память данных
      Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям
 
                         Вычислительные системы
СуперЭВМ
Большие ЭВМ
Малые ЭВМ
МикроЭВМ.
СуперЭВМ  –   мощные   многопроцессорные   вычислительные   машины   с 
быстродействием   сотни   миллионов   –   сотни   триллионов   оп./сек.   Предназначены   для 
решения сложных и объемных задач. Традиционная сфера применения суперкомпьютеров 
–   научные   исследования:   физика   плазмы   и   статистическая   механика,   физика 
конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, 
газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. Задачи химии: квантовая химия, 
молекулярная   динамика,   химическая   кинетика   и   др.   Задачи   метеорологии   -   изучение 
атмосферных явлений и, в первую очередь, для долгосрочного прогноза погоды. Задачи 
аэрокосмической   и   автомобильной   промышленности,   ядерной   энергетики,   для 
предсказания   и   разработки   месторождений   полезных   ископаемых   и,   наконец, 
конструирование   новых   микропроцессоров   и   компьютеров,   в   первую   очередь   самих 
суперЭВМ,   а   также   криптоанализ.   Суперкомпьютеры   традиционно   применяются   для 
военных целей. Кроме разработки оружия, конструирования самолетов, ракет, бесшумных 
подводных лодок и др. При разработке программы СОИ. Министерство энергетики США 
будет  применять  MPP-компьютеры для моделирования ядерного оружия,  что позволит 
вообще отменить ядерные испытания. 
Из-за   ограничения   скорости   распространения   электромагнитных   волн   (300000 
км./сек.) и линейных размеров распространения сигнала (несколько миллиметров – размер 
стороны МП) быстродействие ограничивается скоростью 100 млрд. оп./сек. Поэтому эти 
машины   строятся   на  основе  высокопараллельных  многопроцессорных   вычислительных 
систем.
Одна   группа   на   основе  SIMD  –   векторные   суперкомпьютеры.   Наибольшую 
эффективность показала параллельно-векторная модификация  MSIMD-архитектура. Она 
используется в суперкомпьютерах фирм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachi и др.

Примеры:  FACOM  VP-200   (Fujitsu,   Япония),  CRAY  x90   (до   32   процессоров), 
Convex  SPP1000 (до 16 процессоров)  и  IBM  RS/6000  SP  (до 64 процессоров)  - США, 
Эльбрус и МВС-1000 (Россия).
Вторая   группа   на   основе
 MIMD 
–   многопроцессорные   векторные 
суперкомпьютеры подразделяется на следующие системы.
Слабосвязанные   системы.  Могут   строиться   как   многомашинные   комплексы   или 
использовать в качестве средств передачи информации общее поле внешней памяти на 
дисковых   накопителях   большой   ёмкости.   Система   ЭВМ   обменивается   с   небольшой 
частотой, обеспечивая автономность процессов (программ и данных к ним) и параллелизм 
их выполнения. К ним относится японская машина RWC-1 (1000 процессоров, 5 Гфлопс).
Симметричные структуры.  Могут относиться к  SIMD  – архитектуре, где в узлах 
матрицы   микропроцессоров   находятся   отдельные   микропроцессоры,   способные 
передавать своим соседям отдельные байты или слова информации. Однако обеспечить 
загрузку   подобных   структур   очень   трудно.   Необходимы   соответствующие   языки 
программирования и методы программирования. Широкого применения не находят.
S
  MP  
  
-   симметричные   мультипроцессорные   структуры.   Это 
мультипроцессирование   с   разделением   памяти.   Такие   системы   появились   на   основе 
Pentium.   На   общей   шине   ОП   можно   комплексировать   2,   4   и   до   10  CPU.   Однако 
увеличение числа комплексирующих  CPU  приводит к появлению большого количества 
конфликтов. Такие системы находят применение только при построении серверов сети. 
Примеры: Power Challenge базируется на поколении суперскалярных (распараллеливание 
за счет нескольких конвейеров) процессоров  MIPS  R8000 фирмы  Silicon  Graphics  (до 18 
процессоров).
MPP (Mass-Parallel Processing) – системы массового параллелизма имеют десятки, 
сотни   и   даже   тысячи   процессорных   элементов,   размещаемых   в   непосредственной 
близости друг от друга. Передача   в  MPP-системах предполагает обмен не отдельными 
порциями данных под централизованным управлением, а подготовленными процессами 
(программы   вместе   с   данными).   Подобный   подход   позволяет   строить   системы   с 
громадной   производительностью   и   реализовывать   проекты   с   любыми   видами 
параллелизма. До недавнего времени стоял целый ряд проблем, связанных с описанием, 
программированием,   коммутацией   и   управлением   систем.   Математическая   база   этой 
науки практически отсутствовала. В период 1997-1999 гг. функционировали системы от 
различных компаний:
SGI - Cray T3E900 (1324 процессора) – 815 Гфлопс; 
Origin 2000 (2048 процессоров) – 690 Гфлопс;
ASCI Blue Mountane (6144 процессора) – 1608 Гфлопс;
IBM - ASCI Blue Pacific (5808 процессоров) – 2,144 Тфлопс;
Intel - ASCI Red (9632 процессора) – 2,38 Тфлопс; Разработан Intel Supercomputers 
с  участием  Intel   Scalable  и  Server   Prodakts    в  соответствии  с  программой  Accelerated 
Strategic   Computing   Initiativ   (ASCI),  финансируемой  министерством  энергетики  США. 
Установлен   в  Sandia  National  Laboratories  в   Альбукерке   и   применяется   для   создания 
имитационных систем моделирования испытаний ядерного оружия.
c
  c - N
  UMA  (cache-coherent Non-Uniform Memory Acces)- архитектура, предложенная 
фирмой  Convex  (ныне   подразделение  HP),   является   одним   из   путей   улучшения 
масштабируемости   по   сравнению   с   традиционным  SMP-подходом.   Машины  Convex: 
Exemplar SPP1000, SPP1200, SPP1600, SPP2000. 
S
  2  M
  P  (ScalableShared Memory MultiProcessing -  высокомодульная масштабируемая 
система   с   высокой   пропускной   способностью.   Октябрь   1996   г.   –   реализация   этой 
архитектуры фирмой SGI (Silicon Graphics). Компьютеры: SGI Origin и Onyx2.
HTMT  (Hybrid  Technology  Multithreaded  Architecture,   ГТМПА   –   гибридно-
технологическая многопоточная архитектура) предложена в 1995 г. Т. Стерлингом и П. 
Мессиной из Калифорнийского технологического института (Caltech, USA) и Гуаном Гао 

из   университета   Мак-Гилл   (Guang  Gao,  McGill,  Canada).   В   основе   ГТМПА   лежит 
использование нетрадиционных технологий (гибридность) и расщепление параллельных 
процессов на более мелкие независимые фрагменты: потоки и нити (многопоточность). За 
новым петафлопным компьютером закрепился термин «гиперкомпьютер». 
Первые суперкомпьютеры уже появились среди компьютеров второго поколения: 
LARC  4 фирмы  UNIVAC,   Strech  фирмы  IBM  и   CDC-6600 (семейство  CYBER) фирмы 
Control  Data  Corporation.   В   них   были   применены   методы   параллельной   обработки 
(увеличивающие   число   операций,   выполняемых   в   единицу   времени),   конвейеризация 
команд   (когда   во   время   выполнения   одной   команды   вторая   считывается   из   памяти   и 
готовится к выполнению) и параллельная обработка при   помощи процессора сложной 
структуры,   состоящего   из   матрицы   процессоров   обработки   данных   и   специального 
управляющего процессора, который распределяет задачи и управляет потоком данных в 
системе.   Компьютеры,   выполняющие   несколько   программ   при   помощи   нескольких 
микропроцессоров, получили название мультипроцессорных систем. 
В   1972   г.   был   создан   сверхпроизводительный   компьютер   с   конвейерной 
архитектурой,     включавшей   64   процессора   (ILLIAC  IV  с   производительностью   20 
Мфлопс., Илинойский университет). Начиная с 1974 г. лидерство захватила фирма  Cray 
Research (Cray 1, 160 Мфлопс).
При построении суперкомпьютеров обладающих производительностью порядка 1,5 
млрд.   операций   в   секунду   используются   масштабируемые   архитектуры   с   массовым 
параллелизмом (MPP). Суперкомпьютеры строятся как многопроцессорные системы или 
системы,   объединяющие   в   единую   множество   множество   высокопроизводительных 
вычислительных систем. К данному классу можно отнести компьютеры Intel Paragon, IBM 
PS1, Parsytec, IBM SP2 и CRAY T3D/T3E. 
К настоящему времени появилось много достойных конкурентов. Самые 
производительные системы участвуют в рейтинге ТОР500. Проект запущен в 1993 году и 
публикует обновленный список суперкомпьютеров дважды в год (июнь, ноябрь). Рейтинг 
составляют специалисты Ганс Мейер (Hans Meuer) из Университета МанхеймаЭрик 
Стромайер (Erich Strohmaier) и Хорст Саймон (Horst Simon) из Национального научно-
исследовательского энергетического центра (National Energy Research Scientific Computing 
Center) министерства энергетики США, а также Джэк Донгарра (Jack Dongarra) из 
Университета Теннеси. Ниже представлены все системы, занимавшие первые места:
• TMC CM-5 (1993.06 – 1993.11)
•  Fujitsu Numerical Wind Tunnel (1993.11 – 1994.06)
• Intel Paragon XP/S140 (1994.06 – 1994.11)
• Fujitsu Numerical Wind Tunnel (1994.11 – 1996.06)
• Hitachi SR2201 (1996.06 – 1996.11) 
• Hitachi CP-PACS (1996.11 – 1997.06)
• Intel ASCI Red (1997.06 – 2000.11)
• IBM ASCI White (2000.11 – 2002.06)
• NEC Earth Simulator (2002.06 – 2004.11)
• IBM Blue Gene/L (2004.11 – 2008.06)
• IBM Roadrunner (2008.06 – 2009.11)
• Cray Jaguar (2009.11 – 2010.11)
• Tianhe-1A (2010.11 – 2011.06)
• K computer (2011.06)
Последняя в списке система  №1  K computer (Япония, Fujitsu и японский институт 
физико-химических   исследований)   достигла   производительности   8,162   петафлопсов 
(квадриллионов операций в секунду), что превысило быстродействие следующих за ним в 

списке пяти суперкомпьютеров вместе взятых. Этот суперкомпьютер состоит из 68544 
восьмиядерных процессоров SPARK64 VIII fx.
Самый мощный российский суперкомпьютер «Ломоносов» от российской 
компании «T-Платформы»  находится на 13-м месте (2011.06). Система обладает пиковой 
производительностью 1300 Тфлопс. Несмотря на столь высокую производительность, 
система обладает достаточно скромными габаритами по общемировым меркам: 
«Ломоносов» занимает площадь всего 252 квадратных метра. Добиться подобной 
вычислительной плотности позволили российские разработки: около 90% 
производительности компьютера обеспечивают блейд-системы T-Blade2, 
сконструированные инженерами «Т-Платформы» с нуля. Суперкомпьютер «Ломоносов» 
имеет гибридную архитектуру: в общей сложности в нем используется 3 типа 
вычислительных узлов, разработанных российской компанией, что позволяет получать 
высокую производительность максимально широкого спектра приложений.
Большие   ЭВМ  (мэйнфреймы)   –   имеют   производительность     10-1000  MIPS. 
Используются   для   решения   научно-технических   задач,   в   вычислительных   центрах   с 
пакетной обработкой данных, для работы с большими базами данных, в качестве больших 
серверов:     
США –  IBM-390,  IBM-4300,  IBM  ES/9000 с производительностью до 1000  MIPS 
(IBM ); 
Япония - M 1800 (Fujitsu);
Россия – ЕС1130, ЕС1170 (до 50 MIPS).
Малые ЭВМ – производительность 1-100 MIPS. Ориентированы на использование 
в качестве управляющих вычислительных комплексов в системах автоматизированного 
проектирования, в системах искусственного интеллекта.
США – PDP-11 (DEC),  VAX-11  - VAX – 3600, IBM 4381 (IBM);
   
СССР-Россия  - СМ 1,2,3,4,1400,1700 и др.
МикроЭВМ – этот класс представляют 
А)   многопользовательские   ЭВМ   -   ЭВМ,   оборудованные   несколькими 
видеотерминалами   и   функционирующие   в   режиме   разделения   времени,   что   позволяет 
эффективно работать на них сразу нескольким пользователям;
Б) серверы - многопользовательские ЭВМ в вычислительных сетях, выделенные 
для обработки запросов от всех станций сети;
С)   рабочие   станции   –   однопользовательские   ЭВМ,   специализированные   для 
выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.)
Д) персональные компьютеры.
Персональный   компьютер 
–   это   настольная   или   переносная   ЭВМ, 
удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.
Достоинства ПК:

Малая стоимость;

Автономность   эксплуатации   без   специальных   требований   к   условиям 
окружающей среды;

Гибкость  архитектуры,  обеспечивающей  её адаптивность  к разнообразным 
применениям в сфере управления, науке, образовании, в быту;

Дружественность пользовательского интерфейса;

Высокая надежность работы. 
Современных ПК типа  IBM PC это однопроцессорные системы, основывающиеся 
на микропроцессорах имеющих упрощенный набор машинных команд (RISC  –  reduced 
instruction set computer) или сложный набор машинных команд (CISC - complex instruction 
set computer).
Наиболее известные модели микропроцессоров:
INTEL: Xeon, Pentium, Celeron;
AMD: Athlon, Duron;

VIA: C3 Samuel 2800 Mhz CPGA (133 Mhz).
Сме
 
на поколений ПК на основе микропроцессоров Int
  el  и
   A
  MD : 

1 поколение – на основе процессоров Intel(i) 8086-i8088;

2 поколение –  i80286; 

3 поколение –  i80386DX-SX;

4 поколение –  i80486DX-DX4; 

5 поколение –  iPentium – iPentium MMX; 

6 поколение –  iPentium PRO – iPentium III; 

7 поколение –  iPentium IV, AMD Athlon.
Первые микропроцессоры имели архитектуру  x86 или  CISC  (Complex  Instruction 
Set  Computer),   которая   предусматривала   обработку   сложных   команд   или   инструкций 
неодинаковой длины и большое кол-во методов адресации данных. Более поздняя  RISC 
(Reduced  Instruction  Set  Computer)-архитектура   была более  простой  и  предусматривала 
обработку простых команд одинаковой длины и меньшее кол-во методов адресации, что 
позволило поднять производительность.
Наиболее   производительными   процессорами   с
 RISC-архитектурой, 
применяющимися   в   серверах   и   мощных   рабочих   станциях   для   работы   с   большими   и 
сложными приложениями являются:  SPARC  и   UltraSPARC  –  Sun  Microsistems;  Alpha  – 
Compaq; MIPS – Silicon Graphics; Power PC – IBM, Motorola, Apple; P7 и PA-RISC – Intel, 
Hewlett-Packard и др. Они отличаются сокращенным набором команд (около 50), за счет 
чего упрощается схема управления, и сокращаются их размеры, освобождая место для 
размещения Кэш-памяти большого объема (1-6 Мб), которая повышает быстродействие в 
2-10 раз. Кроме того, быстродействие и точность возрастают за счет работы с большими 
машинными   словами   (64   бит)   и   прямой   адресации   к   ОП   большого   объема.   К   менее 
мощным процессорам с CISC-архитектурой можно отнести i8080-  i8088 (Intel), Z80 (Zilog 
Corporation), которые имели полную базовую систему команд (до 250). В последующем, 
процессоры  i80186 - i80486, iPentium дополнялись новыми командами или инструкциями 
в каждой своей новой модификации. В iPentium MMX и др. организованы параллельные 
процессы   обработки   информации.   В   процессорах  i80486   -  iPentium  IV  и  AMD  К5 
осуществлен переход к RISC-архитектуре, но своеобразно.
Большинство  ПК типа  IBM PC имеет  CISC-архитектуру.  CISC-компьютер проще 
программировать,   поскольку   единственная   его   команда   позволяет   решить   задачу, 
выполнение   которой   в  RISC-компьютере   требует   длинной   последовательности   более 
простых команд.
Процессоры   серии  Pentium,   выпускаемые  Intel,   имеют  CISC-архитектуру. 
Процессоры  серии  Power  PC  компаний  Apple  Computer,  IBM  и  Motorola  имеют  RISC-
архитектуру.
Широкое   распространение   получили   компьютеры     США   –  IBM  PC,  IBM  PS/2 
(IBM),  Compaq  Computer,  Apple  (Macintosh),  Hewlett  Packard,  Dell,  DEC  и   др.   стран. 
Страны   СНГ   выпускали  DEC  –   совместимые   (диалоговые   вычислительные   комплексы 
ДВК-1 – ДВК –4 и  IBM  PC  – совместимые (ЕС1840, ЕС1845, Искра4816 и др.). Кроме 
того:   Агат,   Микроша,   Спектр,   Орбита,   БК   и   др.   существенно   уступают   по   своим 
характеристикам   первым.   Сейчас   подавляющее   большинство   отечественных    PC 
собирается из импортных комплектующих и относится к   IBM  PC  – совместимым. На 
рынке уже появились двухпроцессорные ПК.
Типичная структурная схема обычной скалярной однопроцессорной системы имеет 
вид:

Сопроцессор
Накопитель 
Накопитель 
    НЖМД
    НГМД
 ПЗУ
 ОЗУ
 УУ
Адаптер 
Адаптер 
Таймер
НЖМД
  НГМД
                                          С и с т е м н а я   ш и н а   
АЛУ
Видеоадаптер
Адаптер принтера
                                                                                                                                   
Источник 
Сетевой 
                                                                                                                                             
ск
Дисплей
Принтер
питания
адаптер 
Канал 
регистры
                                                                                                                                  связи 
Ген                 
ератор 
Интерфейс 
так тттт
ов и
ой 
клавиатуры
Клавиатура
частоты
Обработку информации в ЭВМ производит процессор под управлением программ, 
хранящихся в основной памяти. Команды выполняются специальными электронными 
схемами, состоящими из десятков и сотен тысяч вентилей. Широко распространены 
вентили 5 типов: «и», «или», «не», «и не», «или не». Команды обрабатывают информацию 
не по одному биту (сокращение от binary digit – двоичная цифра), а одновременно по 8, 16, 
32 или 64 бита. Число одновременно обрабатываемых битов называется разрядностью 
процессора. Первые процессоры были 4, 8, 16 – разрядными. Начиная с 80386 – 32-х, и 
позднее 64-х разрядными.
Генератор тактовых импульсов вырабатывает последовательность электрических 
импульсов. Частота импульсов определяет тактовую частоту машины. Тактовая частота 
ПК измеряется в КГц, Мгц и ГГц (от 4,77 КГц до 3 ГГц и выше). Быстродействие 
компьютера зависит от тактовой частоты и его разрядности:

MIPS         - миллион операций в секунду над числами с 
фиксированной точкой;

MFLOPS   - миллион операций в секунду над числами с плавающей 
точкой;•
KOPS       - тысяча усредненных операций в секунду над числами; 

GFLOPS   - миллиард операций в секунду над числами с плавающей 
точкой.
Оценка производительности ЭВМ приблизительна, ибо ориентируется на 
усредненные или на конкретные виды операций. При решении задач используются 
различные операции. Зная тактовую частоту можно определить время выполнения любой 
операции.
Для запоминания и хранения элементарной порции информации (одного бита) в 
ЭВМ используется электронная схема триггер. Для запоминания байта требуется 8 
триггеров и т.д. Современные микросхемы памяти способны запоминать миллионы бит 
информации. В памяти ЭВМ запоминающие элементы обычно объединяются в группы из 
нескольких (8, 16, 32, 64) бит, которые имеют свою нумерацию, называемыми адресами. 
Адреса также кодируются последовательностями нулей и единиц. Число бит, с помощью 
которых кодируется адрес, называется разрядностью адреса ЭВМ.
Основная память содержит ОЗУ (RAM – Random Access Memory – память с 
произвольным доступом) и ПЗУ (ROM – Read Only Memory). Во время работы ЭВМ в 
ОЗУ хранится оперативная информация (программы и данные). В ПЗУ постоянно 
хранятся загрузочные программы операционной системы, тестирующие программы и 
некоторые драйверы базовой системы ввода-вывода (BIOS). В последние годы 
используются перепрограммируемые запоминающие устройства – FLASH – память. 
Модули или карты FLASH – памяти могут устанавливаться прямо в разъёмы материнской 

платы. Ёмкость от 32 Кбайт до 4 Мбайт. Могут служить как запоминающие устройства 
или вместо ПЗУ с загрузкой более совершенных BIOS. 
Микропроцессор, иначе центральный процессор (CPU, Central Processing Unit) – 
функционально законченное программно-управляемое устройство обработки 
информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или 
сверхбольших (СБИС) интегральных схем.
Взаимодействие процессора и памяти сводится в основном к двум операциям: 
запись информации в память и чтение информации из памяти. При записи процессор по 
одним проводникам (шине адреса) передает биты, кодирующие адрес, по другим (шине 
управления) – передает сигнал «запись», а ещё по одной группе проводников (шине 
данных) передает записываемую информацию. При чтении процессор устанавливает 
сигналы на шине адреса и считывает информацию с шины данных.
Шина – это пучок проводников, по которым распространяются электрические 
сигналы одного из двух уровней – низкого или высокого. Кол-во проводников определяют 
разрядность шины.
Адресная шина – однонаправленная. Адреса данных передаются от 
микропроцессора к памяти или к адаптерам для управления периферийными 
устройствами.
Управляющая шина – двунаправленная, служит для передачи сигналов, 
синхронизирующих работу всех устройств. Последовательность синхронизирующих 
сигналов вырабатывается тактовым генератором.
Шина данных – служит для передачи данных между устройствами ПЭВМ.
Число одновременно передаваемых по шине адреса и шине данных 
разрядов (битов) называется разрядностью соответствующей шины. Например, в IBM PC 
с процессором Intel 8088 процессор является 16-разрядным, адрес – 16-разрядным, шина 
адреса – 20-разрядной, а шина данных – 8-разрядной. В процессорах Intel Pentium и др. 
(32-разрядные, 64-разрядные, 128-разрядные) принята 32-разрядная адресация, что вполне 
достаточно для адресации 4,3 Гбайт памяти. Шина – данных 64-разрядная, шина команд – 
32-разрядная. 
Устройство микропроцессора и основной алгоритм работы
Микропроцессор выполняет следующие функции:

Чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

Чтение данных из ОП (ОЗУ) и регистров адаптеров внешних устройств;

Прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

Обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;

Выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.
Для иллюстрации рассмотрим основной алгоритм работы процессора, состоящий 
из четырёх циклически повторяющихся шагов:
1. Чтение адреса из счётчика команд (СК);
2. Чтение слова из памяти по этому адресу;
3. Увеличение СК на кол-во байт в слове;
4. Выполнение команды, записанной в слове.
Команды МП имеют длину от 1 до 6 байт, но в очереди они читаются словами (2 
байта) по чётным адресам. При переходе по нечётному адресу МП выбирает сначала 1 
байт, а затем продолжает считывать слова по чётным адресам.
Пример.
   Содержимое ячеек памяти
Изменение состояния регистров 

Переслать    R0  в   R1
1500
 R0              25           25             25                25
Добавить     R1  к   R2
1502
 R1              12           12             12                12
Стоп    
1504
 R2                5           25             37                37
1506
СК
   1500        1502         1504            1506 
   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80435. Информационная технология. Система стандартов по базам данных. Эталонная модель 151.03 KB
  Информационная технология процесс использующий совокупность средств и методов сбора обработки и передачи данных первичной информации для получения информации нового качества о состоянии объекта процесса или явления информационного продукта.
80436. Динамика и причины возникновения пожаров в жилых и общественных зданиях 59.46 KB
  Противопожарная защита имеет своей целью изыскание наиболее эффективных, экономически целесообразных и технически обоснованных способов и средств предупреждения пожаров и их ликвидации с минимальным ущербом при наиболее рациональном использовании сил и технических средств тушения.
80437. Другие деньги 71.07 KB
  Ни для кого не секрет, что в настоящее время экономика нашей страны находится в очень нестабильном положении. Произошло резкое повышение курса доллара и евро, а вследствие этого сильный обвал рубля. Мировая валюта ведет себя на финансовом рынке неадекватно.
80438. EXPO-2017 перспективы развития атомной энергетики в Республики Казахстан 47.64 KB
  В этой проектной работе рассмотрена проблема, почему же Республика Казахстан, имея большое количество добываемого урана, не использует его для получения энергии, так же в этой работе рассказывается о безопасности АЭС, о плюсах и минусах проекта восстановления АЭС в городе Актау.
80439. Древний Египет. Фараон Эхнатон 48.67 KB
  Небывалые успехи завоевательных походов фараонов ХVШ династии привели к расширению границ Египта и притоку богатств из завоеванных областей, оседавших, большей частью, в храмах Амона в Фивах. Это способствовало возрастанию власти Амона, т.е. власти фиванского жречества, и в то же время противопоставляло их царской власти.
80440. Общее понимание стиля и стилистическое расслоение языковых средств на функциональные стили русского языка 35.43 KB
  Таким образом согласно поставленным целям в этой работе были рассмотрены разнообразные точки зрения включая полемичные определены основные характеристики и отличительные признаки разных стилей а так же смежные черты и используемые в функциональных стилях речи языковые средства.
80441. Последовательные регулировочные трансформаторы (Вольтодобавочные трансформаторы) 32.6 KB
  Причинами, вызывающими колебания напряжения в электрической сети, являются: недостаток энергетической мощности, неравномерность нагрузки, вызываемая энергоёмкими промышленными комплексами, в первую очередь металлургическими заводами и горнорудными разрабатывающими комплексами...
80442. Урок-аукцион. Деление 52 KB
  Цель: Повторить изученные приемы умножения и деления многозначных чисел Отработать алгоритм деления на двузначное число Прививать навыки самостоятельного мышления и анализа Развивать логическое мышление, внимание, интерес к математике.
80443. Розвиток музики 50.5 KB
  Мета: систематизувати та поглибити знання учнів про прийоми розвитку музики; формувати навички аналізу музичного твору, хорового співу; виховувати інтерес до музичного мистецтва. Обладнання: комп’ютер, проектор, презентація, фортепіано, кольорові картки.