Организация ЭВМ и систем. Поколения ЭВМ. Рост стоимости системного (программного) обеспечения

4.1. 4.1. Организация ЭВМ и систем

4.1.1 Поколения ЭВМ

Поколения вычислительных средств будем характеризовать совокупностью показателей эффективности и архитектурных свойств (табл. 2.1). Для представления эффективности ЭВМ каждого поколения используем вектор

,                                                      

где  – показатель производительности (в опер./с) или среднее число операций, выполняемых в секунду ЭВМ (процессором при работе с оперативной памятью);  – емкость оперативной памяти (в битах);  – среднее время безотказной работы ЭВМ (или средняя наработка до отказа, в часах); – “цена операций”, определяемая как отношение цены ЭВМ к ее показателю производительности (измеряется в долларах, отнесенных к опер./с). Ниже будем указывать достигнутый порядок значений компонентов вектора

Первое поколение ЭВМ. Годы появления: 1949 – 1951;  опер./с, бит, ч,  дол./опер.. Машины предназначались для последовательной обработки информации в монопрограммном режиме (были рассчитаны на то, что в любой момент времени в ЭВМ могла находиться только одна задача, представленная в виде последовательной программы). ЭВМ этого поколения суть варианты технической реализации концептуальной ЭВМ Дж. фон Неймана. Алгоритм управления вычислительными процессами  был универсальным и последовательным, и он был адаптирован под фиксированную структуру ЭВМ. Изменения алгоритма работы ЭВМ ни в процессе решения задачи, ни перед ее решением были не допустимы. Элементную базу ЭВМ первого поколения составили электронные лампы.

Второе поколение ЭВМ. Годы возникновения: 1955 – 1960; показатели эффективности:  опер./с, бит,  ч,  дол./опер.. Способ обработки информации в ЭВМ оставался последовательным; однако допускалось и мультипрограммирование. Мультипрограммирование – это такой режим обработки данных, при котором ресурсы ЭВМ одновременно используются более чем одной программой. Особенностью мультипрограммирования для второго поколения ЭВМ являлось то, что реализация размещенного в машине набора (пакета) последовательных программ решения задач оставалась последовательной. Вместе с этим допускалась параллельная работа внешних устройств. Состав устройств и структура ЭВМ второго поколения не претерпели существенных модификаций. Структура ЭВМ оставалась фиксированной, однако универсальный алгоритм управления вычислительными процессами  стал последовательно-параллельным (т.е. допускал некоторые совмещения операций, например, ввода и вывода с другими). ПО: появились диспетчеры - простейшие версии операционных систем, средства автоматизации программирования, сервисные программы, облегчающие редактирование и отладку  пользовательских программ, и т.п. Основы элементной и логико-конструктивной баз ЭВМ второго поколения составляли соответственно полупроводниковые приборы и вентили.

Третье  поколение  ЭВМ. Годы  зарождения:  1963 – 1965;   показатели эффективности:  опер./с, бит,  ч,  дол./опер.. При сохранении в основном  последовательного способа обработки информации получили глубокое внедрение в архитектуру ЭВМ мультипрограммные режимы: пакетная обработка и разделение времени. Пакетная обработка (как и во втором поколении ЭВМ) заключалась в такой реализации набора последовательных программ, когда пользователь оказывался пассивным, лишенным возможности активно вмешиваться в вычислительные процессы. Режим разделения времени предоставлял каждому пользователю вполне определенный квант процессорного времени в соответствии с принятыми (и обычно детерминированными) правилами. Машина одновременно эксплуатировалась несколькими пользователями. Состав вычислительных устройств в машинах третьего поколения был дополнен спецпроцессорами, оптическими устройствами ввода-вывода информации, накопителями (на магнитных лентах и дисках) большой емкости и др. Структурной особенностью ЭВМ третьего поколения являлось то, что они имели единый ресурс, через который осуществлялись взаимодействия между (центральным) процессором и остальными устройствами – модулями: спецпроцессорами, внешней памятью, устройствами ввода-вывода информации и т.п. В качестве такого ресурса выступали селекторный и мультиплексный каналы, общая шина и т.п. Допускалось ручное формирование таких конфигураций ЭВМ.(под конкретную задачу). Для третьего поколения был характерен последовательно-параллельный алгоритм управления вычислительными процессами , он обладал возможностью адаптации под конфигурации ЭВМ, порождавшиеся вручную. Программное обеспечение машин третьего поколения было представлено спектром операционных систем и систем автоматизации программирования Операционные системы обеспечивали функционирование ЭВМ в основных режимах обработки информации (среди которых: пакетная обработка, разделение времени, работа в реальном масштабе времени). Системы программирования включали универсальные и проблемно