Principiile lui Von Neumann de funcționare a computerului includ: Principiile lui Von Neumann pentru construirea unui computer electronic. Patru generații de calculatoare

Instituție de învățământ de stat

învăţământul profesional superior al regiunii Tyumen

ACADEMIA DE STAT TYUMEN

ECONOMIA MONDIALĂ, GUVERNANȚĂ ȘI DREPT

Departamentul de Matematică și Informatică

prin disciplina

„SISTEME DE COMPUTARE, REȚELE ȘI TELECOMUNICAȚII”

„PRINCIPIILE LUI VON NEUMANN”

1. Introducere……………………………………………………………………...2

2. Principiile de bază ale arhitecturii lui John von Neumann…………….3

3. Structura computerului…………………………………………………………3

4. Cum funcționează mașina lui John von Neumann…………………………………..4

5. Concluzie………………………………………………………………………...6

Referințe…………………………………………………………...8

Introducere

De la mijlocul anilor '60, abordarea creării computerelor s-a schimbat foarte mult. În loc să dezvolte hardware și software, a început să fie proiectat un sistem constând dintr-o sinteză de hardware și software. În același timp, conceptul de interacțiune a ieșit în prim-plan. Așa a apărut un nou concept - arhitectura computerului.

Arhitectura computerului este de obicei înțeleasă ca un set de principii generale de organizare a hardware-ului și software-ului și a principalelor caracteristici ale acestora, care determină funcționalitatea unui computer atunci când se rezolvă tipuri relevante de probleme.

Arhitectura computerelor acoperă o gamă semnificativă de probleme asociate cu crearea unui complex de hardware și software și luând în considerare un număr mare de factori determinanți. Printre acești factori, principalii sunt: costul, domeniul de aplicare, funcționalitatea, ușurința în utilizare, iar hardware-ul este considerat una dintre componentele principale ale arhitecturii.

Arhitectura unui instrument de calcul trebuie să fie distinsă de structură, deoarece structura unui instrument de calcul determină compoziția sa actuală la un anumit nivel de detaliu și descrie conexiunile din cadrul instrumentului. Arhitectura determină regulile de bază pentru interacțiunea elementelor componente ale unui instrument de calcul, a cărui descriere este efectuată în măsura necesară pentru formarea regulilor de interacțiune. Nu stabilește toate conexiunile, ci doar pe cele mai necesare, care trebuie cunoscute pentru o utilizare mai competentă a instrumentului folosit.

Astfel, utilizatorului computerului nu îi pasă pe ce elemente sunt realizate circuitele electronice, dacă comenzile sunt executate prin circuit sau program și altele asemenea. Arhitectura computerelor reflectă cu adevărat o serie de probleme care se referă la proiectarea și construcția generală a computerelor și a software-ului acestora.

Arhitectura computerului include atât o structură care reflectă compoziția PC-ului și suport software și matematic. Structura unui computer este un set de elemente și conexiuni între ele. Principiul de bază al construirii tuturor computerelor moderne este controlul programelor.

Bazele doctrinei arhitecturii computerelor au fost puse de John von Neumann. Combinația acestor principii a dat naștere arhitecturii clasice de computer (von Neumann).

Principiile de bază ale arhitecturii ale lui John von Neumann

John von Neumann (1903 - 1957) a fost un matematician american care a adus o contribuție majoră la crearea primelor calculatoare și la dezvoltarea metodelor de utilizare a acestora. El a fost cel care a pus bazele doctrinei arhitecturii computerelor, alăturându-se la crearea primului computer bazat pe tuburi din lume, ENIAC, în 1944, când designul său fusese deja ales. În procesul de lucru, în timpul numeroaselor discuții cu colegii săi G. Goldstein și A. Berks, John von Neumann a exprimat ideea unui computer fundamental nou. În 1946, oamenii de știință și-au subliniat principiile pentru construirea computerelor în articolul acum clasic „Considerarea preliminară a designului logic al unui dispozitiv de calcul electronic”. De atunci a trecut mai bine de jumătate de secol, dar prevederile prezentate în acesta rămân actuale și astăzi.

Articolul confirmă în mod convingător utilizarea sistemului binar pentru a reprezenta numere, deoarece anterior toate computerele stocau numerele procesate în formă zecimală. Autorii au demonstrat avantajele sistemului binar pentru implementarea tehnică, comoditatea și ușurința de a efectua operații aritmetice și logice în acesta. Mai târziu, computerele au început să prelucreze tipuri de informații non-numerice - text, grafică, sunet și altele, dar codarea datelor binare formează încă baza informațională a oricărui computer modern.

O altă idee revoluționară, a cărei importanță este greu de supraestimat, este principiul „programului stocat” propus de Neumann. Inițial, programul a fost setat prin instalarea de jumperi pe un panou de corecție special. Aceasta a fost o sarcină foarte intensă de muncă: de exemplu, a fost nevoie de câteva zile pentru a schimba programul mașinii ENIAC, în timp ce calculul în sine nu putea dura mai mult de câteva minute - lămpile, dintre care erau un număr mare, au eșuat . Neumann a fost primul care a realizat că un program poate fi stocat și ca o serie de zerouri și unu, în aceeași memorie cu numerele procesate. Absența unei diferențe fundamentale între program și date a făcut posibil ca computerul să formeze un program pentru el însuși în conformitate cu rezultatele calculelor.

Structura computerului

John von Neumann nu numai că a prezentat principiile fundamentale ale structurii logice a unui computer, dar a propus și structura acestuia, care a fost reprodusă în timpul primelor două generații de calculatoare. Blocurile principale conform lui Neumann sunt o unitate de control (CU) și o unitate aritmetică-logică (ALU), de obicei combinate într-un procesor central, care include și un set de registre de uz general (GPR) - pentru stocarea intermediară a informațiilor în timpul acestuia. prelucrare; memorie, memorie externă, dispozitive de intrare și ieșire. Trebuie remarcat faptul că memoria externă diferă de dispozitivele de intrare și de ieșire prin faptul că datele sunt introduse într-o formă convenabilă pentru un computer, dar inaccesibilă percepției directe de către o persoană.

Arhitectura computerului construită pe principiile lui John von Neumann.

Liniile continue cu săgeți indică direcția fluxurilor de informații, liniile punctate indică semnale de control.

Cum funcționează mașina lui John von Neumann?

Acum să vorbim mai detaliat despre cum funcționează o mașină construită pe această arhitectură. O mașină von Neumann constă dintr-un dispozitiv de stocare (memorie) - o memorie, o unitate aritmetică-logică - ALU, un dispozitiv de control - CU, precum și dispozitive de intrare și ieșire, care pot fi văzute în circuitele lor și așa cum sa discutat mai devreme.

Programele și datele sunt introduse în memorie de la dispozitivul de intrare printr-o unitate logică aritmetică. Toate comenzile programului sunt scrise în celulele de memorie adiacente, iar datele pentru procesare pot fi conținute în celule arbitrare. Pentru orice program, ultima comandă trebuie să fie comanda de închidere.

Comanda constă dintr-o indicație a operațiunii care trebuie efectuată și adresele celulelor de memorie în care sunt stocate datele pe care trebuie efectuată operația specificată, precum și adresele celulei la care trebuie scris rezultatul dacă este necesar. pentru a fi stocat în memorie.

Unitatea logică aritmetică realizează operațiile specificate de instrucțiuni asupra datelor specificate. Din aceasta, rezultatele sunt trimise în memorie sau pe un dispozitiv de ieșire.

Unitatea de control (CU) controlează toate părțile computerului. De la acesta, alte dispozitive primesc semnale „ce să facă”, iar de la alte dispozitive unitatea de control primește informații despre starea lor. Conține un registru special (celulă) numit „contor de programe”. După încărcarea programului și a datelor în memorie, adresa primei comenzi a programului este scrisă în contorul de programe, iar unitatea de control citește din memorie conținutul celulei de memorie, a cărei adresă se află în contorul de programe și îl plasează într-un dispozitiv special - „Registrul de comandă”. Unitatea de control determină funcționarea comenzii, „marchează” în memorie datele ale căror adrese sunt specificate în comandă și controlează execuția comenzii.

ALU – asigură procesarea aritmetică și logică a două variabile, în urma cărora se formează o variabilă de ieșire. Funcțiile ALU sunt de obicei reduse la simple operații aritmetice, logice și de schimbare. De asemenea, generează o serie de atribute de rezultat (steaguri) care caracterizează rezultatul obținut și evenimentele care au avut loc ca urmare a primirii acestuia (egalitate la zero, semn, paritate, depășire). Indicatoarele pot fi analizate de unitatea de control pentru a decide asupra secvenței ulterioare de execuție a comenzii.

Ca urmare a executării oricărei comenzi, contorul programului se modifică cu unul și, prin urmare, indică următoarea comandă a programului. Atunci când este necesar să se execute o comandă care nu este lângă cea curentă, dar este separată de cea dată printr-un anumit număr de adrese, atunci o comandă specială de salt conține adresa celulei la care trebuie transferat controlul. .

Concluzie

Deci, să subliniem încă o dată principiile de bază propuse de von Neumann:

· Principiul codificării binare. Sistemul de numere binar este folosit pentru a reprezenta date și comenzi.

· Principiul omogenității memoriei. Atât programele (instrucțiunile), cât și datele sunt stocate în aceeași memorie (și codificate în același sistem de numere - cel mai adesea binar). Puteți efectua aceleași acțiuni asupra comenzilor ca și asupra datelor.

· Principiul adresei memoriei. Din punct de vedere structural, memoria principală este formată din celule numerotate; Orice celulă este disponibilă procesorului în orice moment.

De fapt, Neumann a reușit să rezumă evoluțiile și descoperirile științifice ale multor alți oameni de știință și să formuleze ceva fundamental nou pe baza lor.

principiile lui Von Neumann

Utilizarea sistemului de numere binar în calculatoare. Avantajul față de sistemul numeric zecimal este că dispozitivele pot fi realizate destul de simplu, iar operațiile aritmetice și logice în sistemul numeric binar sunt, de asemenea, efectuate destul de simplu.
Control software de calculator. Funcționarea computerului este controlată de un program format dintr-un set de comenzi. Comenzile sunt executate secvenţial una după alta. Crearea unei mașini cu un program stocat a fost începutul a ceea ce numim astăzi programare.
Memoria computerului este folosită nu numai pentru stocarea datelor, ci și a programelor.. În acest caz, atât comenzile programului, cât și datele sunt codificate în sistemul de numere binar, adică metoda lor de înregistrare este aceeași. Prin urmare, în anumite situații, puteți efectua aceleași acțiuni asupra comenzilor ca și asupra datelor.
Celulele de memorie ale computerului au adrese care sunt numerotate secvenţial. În orice moment, puteți accesa orice celulă de memorie după adresa sa. Acest principiu a deschis posibilitatea utilizării variabilelor în programare.
Posibilitatea de salt condiționat în timpul execuției programului. În ciuda faptului că comenzile sunt executate secvenţial, programele pot implementa capacitatea de a sări la orice secţiune de cod.

Cea mai importantă consecință a acestor principii este că acum programul nu mai era o parte permanentă a mașinii (cum ar fi, de exemplu, un calculator). A devenit posibil să se schimbe ușor programul. Dar echipamentul, desigur, rămâne neschimbat și foarte simplu.

Prin comparație, programul computerului ENIAC (care nu avea un program stocat) a fost determinat de jumperi speciali de pe panou. Ar putea dura mai mult de o zi pentru a reprograma aparatul (setati jumperii diferit). Și deși programele pentru computerele moderne pot dura ani pentru a scrie, ele funcționează pe milioane de computere după câteva minute de instalare pe hard disk.

Cum funcționează o mașină von Neumann?

O mașină von Neumann constă dintr-un dispozitiv de stocare (memorie) - o memorie, o unitate aritmetică-logică - ALU, un dispozitiv de control - CU, precum și dispozitive de intrare și ieșire.

Comanda constă dintr-o indicație a operațiunii care trebuie efectuată (din operațiunile posibile pe un anumit hardware) și adresele celulelor de memorie unde sunt stocate datele pe care trebuie efectuată operația specificată, precum și adresa celulei unde trebuie scris rezultatul (dacă trebuie salvat în memorie).

Unitatea logică aritmetică realizează operațiile specificate de instrucțiuni asupra datelor specificate.

Din unitatea logică aritmetică, rezultatele sunt trimise în memorie sau pe un dispozitiv de ieșire. Diferența fundamentală dintre o memorie și un dispozitiv de ieșire este că într-o memorie, datele sunt stocate într-o formă convenabilă pentru procesare de către un computer și sunt trimise la dispozitivele de ieșire (imprimantă, monitor etc.) într-un mod convenabil. pentru o persoană.

Unitatea de control controlează toate părțile computerului. De la dispozitivul de control, alte dispozitive primesc semnale „ce trebuie să facă”, iar de la alte dispozitive unitatea de control primește informații despre starea lor.

Dispozitivul de control conține un registru special (celulă) numit „contor de programe”. După încărcarea programului și a datelor în memorie, adresa primei instrucțiuni a programului este scrisă în contorul de programe. Unitatea de control citește din memorie conținutul celulei de memorie, a cărei adresă se află în contorul de programe și îl plasează într-un dispozitiv special - „Registrul de comandă”. Unitatea de control determină funcționarea comenzii, „marchează” în memorie datele ale căror adrese sunt specificate în comandă și controlează execuția comenzii. Operația este efectuată de ALU sau hardware-ul computerului.

· Principiul codificării binare

· Conform acestui principiu, toate informațiile care intră într-un computer sunt codificate folosind semnale binare (cifre binare, biți) și sunt împărțite în unități numite cuvinte.

· Principiul omogenității memoriei

· Programele și datele sunt stocate în aceeași memorie. Prin urmare, computerul nu distinge ceea ce este stocat într-o anumită celulă de memorie - un număr, text sau comandă. Puteți efectua aceleași acțiuni asupra comenzilor ca și asupra datelor.

· Principiul adresei memoriei

· Din punct de vedere structural, memoria principală este formată din celule numerotate; Orice celulă este disponibilă procesorului în orice moment. Aceasta implică capacitatea de a denumi zonele de memorie, astfel încât valorile stocate în ele să poată fi accesate sau modificate ulterior în timpul execuției programului folosind numele atribuite.

· Principiul controlului programului secvenţial

· Presupune că programul constă dintr-un set de comenzi care sunt executate de procesor automat una după alta într-o anumită secvență.

· Principiul rigidității arhitecturale

· Imutabilitatea topologiei, arhitecturii și listei de comenzi în timpul funcționării.

· Calculatoarele construite pe aceste principii sunt clasificate ca computere von Neumann.

· Cea mai importantă consecință a acestor principii este că acum programul nu mai era o parte permanentă a mașinii (cum ar fi, de exemplu, un calculator). A devenit posibil să se schimbe ușor programul. Dar echipamentul, desigur, rămâne neschimbat și foarte simplu.

· Prin comparație, programul calculatorului ENIAC (care nu avea program memorat) a fost determinat de jumperi speciali de pe panou. Ar putea dura mai mult de o zi pentru a reprograma aparatul (setati jumperii diferit). Și deși programele pentru computerele moderne pot dura ani pentru a scrie, ele funcționează pe milioane de computere după câteva minute de instalare pe hard disk.

· O mașină von Neumann constă dintr-un dispozitiv de stocare (memorie) - o memorie, un dispozitiv aritmetic-logic - ALU, un dispozitiv de control - CU, precum și dispozitive de intrare și ieșire.

· Programele și datele sunt introduse în memorie de la dispozitivul de intrare printr-o unitate logică aritmetică. Toate comenzile programului sunt scrise în celulele de memorie adiacente, iar datele pentru procesare pot fi conținute în celule arbitrare. Pentru orice program, ultima comandă trebuie să fie comanda de închidere.

· O comandă constă dintr-o indicație a operațiunii care trebuie efectuată (dintre operațiunile posibile pe un anumit hardware) și adresele celulelor de memorie în care sunt stocate datele pe care trebuie efectuată operația specificată, precum și adresa celula în care trebuie scris rezultatul (dacă trebuie salvat în memorie).

· Unitatea aritmetică logică realizează operaţiile specificate de instrucţiuni asupra datelor specificate.

· Din unitatea logică aritmetică, rezultatele sunt scoase pe memorie sau pe dispozitivul de ieșire. Diferența fundamentală dintre o memorie și un dispozitiv de ieșire este că într-o memorie, datele sunt stocate într-o formă convenabilă pentru procesare de către un computer și sunt trimise la dispozitivele de ieșire (imprimantă, monitor etc.) într-un mod convenabil. pentru o persoană.

· Unitatea de control controlează toate părțile computerului. De la dispozitivul de control, alte dispozitive primesc semnale „ce trebuie să facă”, iar de la alte dispozitive unitatea de control primește informații despre starea lor.

· Dispozitivul de control conține un registru special (celulă) numit „contor de programe”. După încărcarea programului și a datelor în memorie, adresa primei instrucțiuni a programului este scrisă în contorul de programe. Unitatea de control citește din memorie conținutul celulei de memorie, a cărei adresă se află în contorul de programe și îl plasează într-un dispozitiv special - „Registrul de comandă”. Unitatea de control determină funcționarea comenzii, „marchează” în memorie datele ale căror adrese sunt specificate în comandă și controlează execuția comenzii. Operația este efectuată de ALU sau hardware-ul computerului.

· Ca urmare a executării oricărei comenzi, contorul programului se modifică cu unu și, prin urmare, indică următoarea comandă a programului. Atunci când este necesar să se execute o comandă care nu este lângă cea curentă, dar este separată de cea dată printr-un anumit număr de adrese, atunci o comandă specială de salt conține adresa celulei la care trebuie transferat controlul. .

16) Structura și arhitectura sistemului informatic

Un sistem (din grecescul systema - un întreg, un compus alcătuit din părți) este un ansamblu de elemente care interacționează între ele, formând o anumită integritate, unitate.
Un sistem de calcul este o colecție de unul sau mai multe calculatoare sau procesoare, software și echipamente periferice, organizate pentru executarea în comun a proceselor informatice și de calcul.
O trăsătură distinctivă a sistemelor informatice în raport cu calculatoarele este prezența în acestea a mai multor computere care implementează procesarea paralelă.
Principii de bază de proiectare stabilite la crearea unei aeronave:
capacitatea de a lucra în diferite moduri;
modularitatea structurii hardware și software, care vă permite să îmbunătățiți și să modernizați sistemele de calcul fără modificări fundamentale;
unificarea și standardizarea soluțiilor tehnice și software;
ierarhia în organizarea managementului proceselor;
capacitatea sistemelor de a se adapta, de a se autoajusta și de a se autoorganiza;
furnizarea serviciilor necesare utilizatorilor la efectuarea calculelor
În funcție de scopul lor, aeronavele sunt împărțite în
universal,
orientat spre problemă
de specialitate.
Cele universale sunt concepute pentru a rezolva o clasă largă de probleme. Cele orientate spre probleme sunt folosite pentru a rezolva o anumită gamă de probleme într-o zonă relativ îngustă. Cele specializate sunt concentrate pe rezolvarea unei clase restrânse de probleme
În funcție de tipul de aeronavă în care acestea diferă
multi-mașină
multiprocesor.
Un sistem de calcul poate fi construit fie pe baza unor computere întregi (calculator multi-mașină), fie pe baza procesoarelor individuale (calculator multiprocesor).
După tipul de computer sau procesor se disting
omogen – construit pe baza aceluiaşi tip de calculatoare sau procesoare.
sisteme eterogene – include diferite tipuri de calculatoare sau procesoare.
Din punct de vedere geografic, aeronavele sunt împărțite în:
concentrat (toate componentele sunt situate în imediata apropiere una de alta);
distribuite (componentele pot fi amplasate la o distanță considerabilă, de exemplu, rețele de calculatoare);
După metodele de control al elementelor de aeronave, acestea se disting
centralizat,
descentralizate
cu control mixt.

În funcție de modul de operare al aeronavei, sistemele care funcționează în
operațional
moduri temporare neoperaționale.
În plus, aeronavele pot fi structurale
un singur nivel (există un singur nivel general de prelucrare a datelor);
Structuri (ierarhice) pe mai multe niveluri. În sistemele informatice ierarhice, mașinile sau procesoarele sunt distribuite pe diferite niveluri de prelucrare a informațiilor; unele mașini (procesoare) se pot specializa în îndeplinirea anumitor funcții.
Structura sistemului de calcul.
Structura aeronavei este un set de elemente integrate și conexiunile acestora. Elementele computerului sunt computere și procesoare individuale.
În structura descrisă pe mai multe niveluri, organizarea clasică von Neumann a forțelor armate este implementată și implică procesarea secvențială a informațiilor conform unui program precompilat.
Arhitectura sistemelor de calcul. Clasificarea arhitecturilor sistemelor informatice.
Arhitectura sistemului este un set de proprietăți ale sistemului care sunt esențiale pentru utilizare.
Arhitectura unui computer este descrierea acestuia la un anumit nivel general, inclusiv o descriere a capabilităților de programare a utilizatorului, a sistemelor de comandă, a sistemelor de adresare, a organizării memoriei etc.
Arhitectura clasică (arhitectura von Neumann) - o unitate aritmetic-logică (ALU) prin care trece fluxul de date și un dispozitiv de control (CU) prin care trece fluxul de comandă - programul. Acesta este un computer cu un singur procesor.
Sistem de calcul cu mai multe mașini. Aici, mai multe procesoare incluse într-un sistem de calcul nu au o memorie RAM comună, dar fiecare are propria lor (locală). Fiecare computer dintr-un sistem multi-mașină are o arhitectură clasică, iar un astfel de sistem este utilizat destul de larg.
Cea mai veche și mai faimoasă este clasificarea arhitecturilor sistemelor informatice propusă în 1966 de M. Flynn.

· Clasificarea se bazează pe conceptul de fir, care este o succesiune de elemente, comenzi sau date procesate de un procesor. Pe baza numărului de fluxuri de comandă și fluxuri de date, Flynn distinge patru clase de arhitecturi: SISD, MISD, SIMD, MIMD.
SISD (single instruction stream / single data stream) - un singur flux de instrucțiuni și un singur flux de date. Această clasă include, în primul rând, mașinile secvențiale clasice sau, altfel, mașinile de tip von Neumann, de exemplu, PDP-11 sau VAX 11/780. În astfel de mașini există un singur flux de comenzi, toate comenzile sunt procesate succesiv una după alta și fiecare comandă inițiază o operație pe un flux de date. Nu contează că pipelining-ul poate fi folosit pentru a crește viteza de procesare a instrucțiunilor și viteza aritmetică - atât CDC 6600 cu unități funcționale scalare, cât și CDC 7600 cu conducte se încadrează în această clasă.
SIMD (flux de instrucțiuni unic / flux de date multiple) - flux de instrucțiuni unic și flux de date multiple. În arhitecturile de acest fel, se păstrează un flux de comenzi care, spre deosebire de clasa anterioară, include comenzi vectoriale. Acest lucru vă permite să efectuați o singură operație aritmetică pe mai multe date - elemente vectoriale - simultan. Metoda de efectuare a operațiilor vectoriale nu este specificată, astfel încât prelucrarea elementelor vectoriale se poate face fie printr-o matrice de procesor, ca în ILLIAC IV, fie folosind o conductă, ca, de exemplu, în mașina CRAY-1.
MISD (flux de instrucțiuni multiple / flux de date unic) - flux de instrucțiuni multiple și flux de date unic. Definiția implică prezența în arhitectură a multor procesoare care prelucrează același flux de date. Cu toate acestea, nici Flynn, nici alți experți în domeniul arhitecturii computerelor nu au reușit încă să ofere un exemplu convingător de sistem de calcul din viața reală construit pe acest principiu. O serie de cercetători atribuie mașinilor transportoare acestui lucru

Prima mașină de adunare capabilă să efectueze patru operații aritmetice de bază a fost mașina de adunare a celebrului om de știință și filozof francez Blaise Pascal. Elementul principal din acesta a fost o roată dințată, a cărei invenție a devenit în sine un eveniment cheie în istoria tehnologiei informatice. Aș dori să remarc că evoluția în domeniul tehnologiei informatice este neuniformă, spasmodică: perioadele de acumulare de forță sunt înlocuite cu descoperiri în dezvoltare, după care începe o perioadă de stabilizare, în care rezultatele obținute sunt utilizate practic și la în același timp, cunoștințele și forța sunt acumulate pentru următorul salt înainte. După fiecare revoluție, procesul de evoluție atinge un nou nivel, mai înalt.

În 1671, filozoful și matematicianul german Gustav Leibniz a creat și o mașină de adăugare bazată pe o roată dințată cu un design special - roata dințată Leibniz. Adunarea lui Leibniz, ca și adunările predecesorilor săi, a efectuat patru operații aritmetice de bază. Această perioadă s-a încheiat, iar umanitatea, timp de aproape un secol și jumătate, a acumulat forță și cunoștințe pentru următoarea rundă de evoluție a tehnologiei computerelor. Secolele al XVIII-lea și al XIX-lea au fost o perioadă în care diferite științe, inclusiv matematica și astronomia, s-au dezvoltat rapid. Acestea implicau adesea sarcini care necesitau calcule consumatoare de timp și de muncă intensivă.

O altă persoană celebră din istoria computerului a fost matematicianul englez Charles Babbage. În 1823, Babbage a început să lucreze la o mașină pentru calcularea polinoamelor, dar, mai interesant, această mașină, pe lângă producerea directă a calculelor, trebuia să producă rezultate - să le imprime pe o placă negativă pentru imprimare fotografică. Era planificat ca mașina să fie alimentată de un motor cu abur. Din cauza dificultăților tehnice, Babbage nu a putut să-și finalizeze proiectul. Aici, pentru prima dată, a apărut ideea de a folosi un dispozitiv extern (periferic) pentru a scoate rezultatele calculelor. Rețineți că un alt om de știință, Scheutz, a implementat totuși mașina concepută de Babbage în 1853 (s-a dovedit a fi chiar mai mică decât era planificată). Probabil că lui Babbage i-a plăcut mai mult procesul creativ de căutare a ideilor noi decât de a le traduce în ceva material. În 1834, el a subliniat principiile de funcționare a unei alte mașini, pe care a numit-o „Analitică”. Dificultățile tehnice l-au împiedicat din nou să-și realizeze pe deplin ideile. Babbage a reușit să aducă mașina doar la stadiul experimental. Dar ideea este motorul progresului științific și tehnologic. Următoarea mașină a lui Charles Babbage a fost întruchiparea următoarelor idei:

Managementul procesului de productie. Mașina controla funcționarea mașinii de țesut, schimbând modelul țesăturii create în funcție de combinația de găuri pe o bandă de hârtie specială. Această bandă a devenit predecesorul unor astfel de suporturi de informații care ne sunt familiare tuturor ca cărți perforate și benzi perforate.

Programabilitate. Mașina era controlată și de o bandă specială de hârtie cu găuri. Ordinea găurilor de pe el a determinat comenzile și datele procesate de aceste comenzi. Aparatul avea un dispozitiv aritmetic și memorie. Comenzile mașinii au inclus chiar și o comandă de salt condiționat, care a schimbat cursul calculelor în funcție de unele rezultate intermediare.

Contesa Ada Augusta Lovelace, care este considerată primul programator din lume, a luat parte la dezvoltarea acestei mașini.

Ideile lui Charles Babbage au fost dezvoltate și folosite de alți oameni de știință. Așadar, în 1890, la începutul secolului al XX-lea, americanul Herman Hollerith a dezvoltat o mașină care lucra cu tabele de date (primul Excel?). Aparatul era controlat de un program pe carduri perforate. A fost folosit la recensământul din 1890 din SUA. În 1896, Hollerith a fondat compania care a fost predecesorul IBM Corporation. Odată cu moartea lui Babbage, a venit o altă pauză în evoluția tehnologiei de calcul până în anii 30 ai secolului XX. Ulterior, întreaga dezvoltare a omenirii a devenit de neconceput fără computere.

În 1938, centrul dezvoltării s-a mutat pentru scurt timp din America în Germania, unde Konrad Zuse a creat o mașină care, spre deosebire de predecesorii săi, nu funcționa cu numere zecimale, ci cu numere binare. Această mașină era, de asemenea, încă mecanică, dar avantajul ei incontestabil era că implementa ideea procesării datelor în cod binar. Continuându-și munca, Zuse în 1941 a creat o mașină electromecanică, al cărei dispozitiv aritmetic se baza pe un releu. Aparatul poate efectua operații în virgulă mobilă.

De peste mări, în America, s-au lucrat și în această perioadă pentru a crea mașini electromecanice similare. În 1944, Howard Aiken a proiectat o mașină numită Mark-1. Ea, ca și mașina lui Zuse, a lucrat la un releu. Dar pentru că această mașină a fost creată în mod clar sub influența muncii lui Babbage, a funcționat cu date în formă zecimală.

Desigur, din cauza proporției mari de piese mecanice, aceste mașini au fost condamnate.

Patru generații de calculatoare

Până la sfârșitul anilor treizeci ai secolului al XX-lea, nevoia de automatizare a proceselor de calcul complexe a crescut foarte mult. Acest lucru a fost facilitat de dezvoltarea rapidă a unor industrii precum producția de avioane, fizica nucleară și altele. Din 1945 până în prezent, tehnologia computerelor a trecut prin 4 generații în dezvoltarea sa:

Prima generatie

Prima generație (1945-1954) - calculatoare cu tub vid. Sunt vremuri preistorice, epoca apariției tehnologiei informatice. Majoritatea mașinilor din prima generație erau dispozitive experimentale și au fost construite pentru a testa anumite principii teoretice. Greutatea și dimensiunea acestor dinozauri computerizati, care adesea necesitau clădiri separate pentru ei înșiși, au devenit de multă vreme o legendă.

Începând din 1943, un grup de specialiști condus de Howard Aitken, J. Mauchly și P. Eckert în SUA a început să proiecteze un computer bazat pe tuburi vid, mai degrabă decât pe relee electromagnetice. Această mașină se numea ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) și a funcționat de o mie de ori mai rapid decât Mark-1. ENIAC conținea 18 mii de tuburi vidate, ocupa o suprafață de 9x15 metri, cântărea 30 de tone și consuma o putere de 150 de kilowați. ENIAC avea și un dezavantaj semnificativ - era controlat cu ajutorul unui panou de corecție, nu avea memorie și pentru a seta un program a durat câteva ore sau chiar zile pentru a conecta firele în mod corect. Cel mai rău dintre toate neajunsurile a fost nefiabilitatea îngrozitoare a computerului, deoarece aproximativ o duzină de tuburi cu vid au reușit să eșueze într-o zi de funcționare.

Pentru a simplifica procesul de setare a programelor, Mauchly și Eckert au început să proiecteze o nouă mașină care ar putea stoca un program în memoria sa. În 1945, în lucrare a fost implicat celebrul matematician John von Neumann, care a pregătit un raport despre această mașină. În acest raport, von Neumann a formulat clar și simplu principiile generale de funcționare a dispozitivelor de calcul universale, i.e. calculatoare. Aceasta a fost prima mașină operațională construită pe tuburi vidate și a fost dată oficial în funcțiune pe 15 februarie 1946. Au încercat să folosească această mașină pentru a rezolva unele probleme pregătite de von Neumann și legate de proiectul bombei atomice. Apoi a fost transportată la Aberdeen Proving Ground, unde a funcționat până în 1955.

ENIAC a devenit primul reprezentant al primei generații de calculatoare. Orice clasificare este condiționată, dar majoritatea experților au fost de acord că generațiile ar trebui să fie distinse în funcție de baza elementară pe care sunt construite mașinile. Astfel, prima generație pare să fie mașini cu tuburi.

Este necesar de remarcat rolul enorm al matematicianului american von Neumann în dezvoltarea tehnologiei de prima generație. A fost necesar să se înțeleagă punctele tari și punctele slabe ale ENIAC și să se facă recomandări pentru evoluțiile ulterioare. Raportul lui von Neumann și colegii săi G. Goldstein și A. Burks (iunie 1946) a formulat clar cerințele pentru structura calculatoarelor. Multe dintre prevederile acestui raport au fost numite principii Von Neumann.

Primele proiecte de calculatoare casnice au fost propuse de S.A. Lebedev, B.I. Rameev în 1948 În 1949-51. conform proiectului S.A. Lebedev, MESM (mașină de calcul electronică mică) a fost construită. Prima lansare de probă a unui prototip al mașinii a avut loc în noiembrie 1950, iar mașina a fost pusă în funcțiune în 1951. MESM a lucrat într-un sistem binar, cu un sistem de comandă cu trei adrese, iar programul de calcul a fost stocat într-un dispozitiv de stocare operațional. Mașina lui Lebedev cu procesare paralelă a textului a fost o soluție fundamental nouă. A fost unul dintre primele computere din lume și primul de pe continentul european cu un program stocat.

Calculatorul de generația I include și BESM-1 (mașină de calcul electronic mare), a cărui dezvoltare sub conducerea S.A. Lebedeva a fost finalizată în 1952, conținea 5 mii de lămpi, a funcționat fără defecțiuni timp de 10 ore. Performanța a atins 10 mii de operații pe secundă (Anexa 1).

Aproape simultan, computerul Strela a fost proiectat (Anexa 2) sub conducerea lui Yu.Ya. Bazilevski, în 1953. a fost pus in productie. Ulterior, a apărut calculatorul Ural - 1 (Anexa 3), care a marcat începutul unei mari serii de mașini Ural, dezvoltate și puse în producție sub conducerea lui B.I. Rameeva. În 1958 Prima generație de computer M-20 (viteză de până la 20 de mii de operațiuni/s) a fost pus în producție în serie.

Calculatoarele de prima generație aveau viteze de câteva zeci de mii de operații pe secundă. Miezurile de ferită au fost folosite ca memorie internă, iar ALU și unitățile de control au fost construite pe tuburi electronice. Viteza computerului a fost determinată de o componentă mai lentă - memoria internă - și acest lucru a redus efectul general.

Calculatoarele din prima generație au fost orientate spre efectuarea de operații aritmetice. Când s-a încercat să le adapteze la sarcinile de analiză, s-au dovedit a fi ineficiente.

Nu existau încă limbaje de programare ca atare, iar programatorii foloseau instrucțiuni ale mașinii sau asamblatori pentru a-și codifica algoritmii. Acest lucru a complicat și a întârziat procesul de programare.

Până la sfârșitul anilor 50, instrumentele de programare sufereau schimbări fundamentale: s-a făcut o tranziție la automatizarea programării folosind limbaje universale și biblioteci de programe standard. Utilizarea limbilor universale a dus la apariția traducătorilor.

Programele au fost executate sarcină cu sarcină, adică. operatorul trebuia să monitorizeze progresul sarcinii și, când s-a ajuns la final, să inițieze următoarea sarcină.

A doua generație

În a doua generație de calculatoare (1955-1964), în locul tuburilor vidate au fost folosite tranzistori, iar miezurile magnetice și tamburele magnetice, strămoșii îndepărtați ai hard disk-urilor moderne, au început să fie folosite ca dispozitive de memorie. Toate acestea au făcut posibilă reducerea drastică a dimensiunii și costului computerelor, care apoi au început să fie construite pentru vânzare pentru prima dată.

Dar principalele realizări ale acestei epoci aparțin domeniului programelor. Pe a doua generație de computere a apărut pentru prima dată ceea ce se numește acum un sistem de operare. În același timp, au fost dezvoltate primele limbaje de nivel înalt - Fortran, Algol, Cobol. Aceste două îmbunătățiri importante au făcut scrierea programelor de calculator mult mai ușoară și mai rapidă; Programarea, deși rămâne o știință, capătă caracteristicile unui meșteșug.

În consecință, sfera aplicațiilor informatice sa extins. Acum nu mai erau doar oamenii de știință cei care puteau conta pe accesul la tehnologia de calcul; calculatoarele au fost folosite în planificare și management, iar unele firme mari și-au computerizat chiar contabilitatea, anticipând moda cu douăzeci de ani.

Semiconductorii au devenit baza elementară a celei de-a doua generații. Fără îndoială, tranzistoarele pot fi considerate unul dintre cele mai impresionante miracole ale secolului al XX-lea.

Un brevet pentru descoperirea tranzistorului a fost eliberat în 1948 americanilor D. Bardeen și W. Brattain, iar opt ani mai târziu aceștia, împreună cu teoreticianul V. Shockley, au devenit laureați ai Premiului Nobel. Vitezele de comutare ale primelor elemente de tranzistor s-au dovedit a fi de sute de ori mai mari decât cele ale elementelor tubulare, precum și fiabilitatea și eficiența. Pentru prima dată, memoria de pe miezurile de ferită și peliculele magnetice subțiri a început să fie utilizată pe scară largă și au fost testate elemente inductive - parametrii.

Primul computer de bord pentru instalare pe o rachetă intercontinentală, Atlas, a fost pus în funcțiune în Statele Unite în 1955. Aparatul folosea 20 de mii de tranzistori și diode, consuma 4 kilowați.În 1961, calculatoarele întinse de la sol Barrows controlau zborurile spațiale ale rachetelor Atlas, iar mașinile IBM controlau zborul astronautului Gordon Cooper. Computerul a controlat zborurile navelor spațiale fără pilot de tip Ranger către Lună în 1964, precum și navele spațiale Mariner către Marte. Calculatoarele sovietice îndeplineau funcții similare.

În 1956, IBM a dezvoltat capete magnetice plutitoare pe o pernă de aer. Invenția lor a făcut posibilă crearea unui nou tip de memorie - dispozitive de stocare pe disc, a căror importanță a fost pe deplin apreciată în deceniile următoare ale dezvoltării tehnologiei computerelor. Primele dispozitive de stocare pe disc au apărut în mașinile IBM-305 și RAMAC (Anexa 4). Acesta din urmă avea un pachet format din 50 de discuri metalice acoperite magnetic care se roteau cu o viteză de 12.000 rpm. Suprafața discului conținea 100 de piste pentru înregistrarea datelor, fiecare conținând 10.000 de caractere.

Primele calculatoare mainframe produse în serie cu tranzistori au fost lansate în 1958 simultan în SUA, Germania și Japonia.

Apar primele minicalculatoare (de exemplu, PDP-8 (Anexa 5)).

În Uniunea Sovietică, primele mașini fără lampă „Setun”, „Razdan” și „Razdan-2” au fost create în 1959-1961. În anii 60, designerii sovietici au dezvoltat aproximativ 30 de modele de calculatoare cu tranzistori, dintre care majoritatea au început să fie produse în masă. Cel mai puternic dintre ei, Minsk-32, a efectuat 65 de mii de operațiuni pe secundă. Au apărut familii întregi de vehicule: „Ural”, „Minsk”, BESM.

Deținătorul recordului în rândul calculatoarelor din a doua generație a fost BESM-6 (Anexa 6), care avea o viteză de aproximativ un milion de operațiuni pe secundă - una dintre cele mai productive din lume. Arhitectura și multe soluții tehnice din acest computer au fost atât de progresive și înaintea timpului lor încât a fost folosit cu succes aproape până în epoca noastră.

Mai ales pentru automatizarea calculelor inginerești la Institutul de Cibernetică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei sub conducerea academicianului V.M. Glushkov a dezvoltat calculatoarele MIR (1966) și MIR-2 (1969). O caracteristică importantă a mașinii MIR-2 a fost utilizarea unui ecran de televiziune pentru controlul vizual al informațiilor și a unui stilou luminos, cu ajutorul căruia a fost posibilă corectarea datelor direct pe ecran.

Construcția unor astfel de sisteme, care includea aproximativ 100 de mii de elemente de comutare, ar fi pur și simplu imposibilă pe baza tehnologiei lămpii. Astfel, a doua generație s-a născut în profunzimea primei, adoptând multe dintre trăsăturile sale. Cu toate acestea, la mijlocul anilor 60, boom-ul în domeniul producției de tranzistori a atins maximul - a avut loc saturarea pieței. Cert este că asamblarea echipamentelor electronice a fost un proces foarte laborios și lent, care nu se preta bine mecanizării și automatizării. Astfel, condițiile sunt propice pentru o tranziție la o nouă tehnologie care să găzduiască complexitatea tot mai mare a circuitelor prin eliminarea conexiunilor tradiționale dintre elementele acestora.

A treia generatie

În cele din urmă, în a treia generație de calculatoare (1965-1974), au început să fie folosite pentru prima dată circuitele integrate - dispozitive întregi și unități de zeci și sute de tranzistori, realizate pe un singur cristal semiconductor (ceea ce acum se numește microcircuite). În același timp, a apărut memoria semiconductoare, care este încă folosită în computerele personale ca RAM pe tot parcursul zilei. Prioritatea în inventarea circuitelor integrate, care a devenit baza elementară a calculatoarelor din a treia generație, aparține oamenilor de știință americani D. Kilby și R. Noyce, care au făcut această descoperire independent unul de celălalt. Producția de masă a circuitelor integrate a început în 1962, iar în 1964 trecerea de la elementele discrete la cele integrate a început să aibă loc rapid. Menționatul ENIAK, cu dimensiunile 9x15 metri, în 1971 ar fi putut fi asamblat pe o placă de 1,5 centimetri pătrați. A început transformarea electronicii în microelectronice.

În acești ani, producția de calculatoare a căpătat o scară industrială. IBM, care devenise lider, a fost primul care a implementat o familie de calculatoare - o serie de computere care erau pe deplin compatibile între ele, de la cele mai mici, de dimensiunea unui mic dulap (nu făcuseră niciodată ceva mai mic atunci), la cele mai puternice și scumpe modele. Cea mai răspândită în acei ani a fost familia System/360 de la IBM, pe baza căreia a fost dezvoltată seria de calculatoare ES în URSS. În 1973, a fost lansat primul model de computer din seria ES, iar din 1975 au apărut modelele ES-1012, ES-1032, ES-1033, ES-1022, iar mai târziu ES-1060, mai puternic.

Ca parte a celei de-a treia generații, în SUA a fost construită o mașină unică „ILLIAK-4”, care în versiunea sa originală a fost planificată să folosească 256 de dispozitive de procesare a datelor realizate pe circuite integrate monolitice. Proiectul a fost modificat ulterior din cauza costului destul de mare (mai mult de 16 milioane de dolari). Numărul de procesoare a trebuit să fie redus la 64 și, de asemenea, trecut la circuite integrate cu un grad scăzut de integrare. O versiune scurtată a proiectului a fost finalizată în 1972; viteza nominală a ILLIAC-4 a fost de 200 de milioane de operațiuni pe secundă. Timp de aproape un an, acest computer a deținut recordul de viteză de calcul.

La începutul anilor ’60, au apărut primele minicalculatoare – computere mici, cu putere redusă, accesibile firmelor sau laboratoarelor mici. Minicalculatoarele au reprezentat primul pas către calculatoarele personale, prototipurile cărora au fost lansate abia la mijlocul anilor '70. Cunoscuta familie de minicalculatoare PDP de la Digital Equipment a servit drept prototip pentru seria de mașini sovietice SM.

Între timp, numărul de elemente și conexiuni dintre ele care se potrivesc într-un singur microcircuit creștea constant, iar în anii 70, circuitele integrate conțineau deja mii de tranzistori. Acest lucru a făcut posibilă combinarea majorității componentelor computerului într-o singură parte mică - ceea ce a făcut Intel în 1971, lansând primul microprocesor, care era destinat calculatoarelor desktop care tocmai apăruseră. Această invenție a fost menită să producă o adevărată revoluție în următorul deceniu - la urma urmei, microprocesorul este inima și sufletul computerului nostru personal.

Dar asta nu este tot - într-adevăr, trecerea anilor 60 și 70 a fost o perioadă fatidică. În 1969, s-a născut prima rețea globală de calculatoare - embrionul a ceea ce numim acum Internet. Și în același 1969 au apărut simultan sistemul de operare Unix și limbajul de programare C, care au avut un impact uriaș asupra lumii software și își menține în continuare poziția de lider.

A patra generație

O altă schimbare în baza elementului a dus la o schimbare a generațiilor. În anii '70, se lucra în mod activ pentru a crea circuite integrate mari și ultra-mari (LSI și VLSI), care au făcut posibilă plasarea a zeci de mii de elemente pe un singur cip. Acest lucru a dus la o reducere semnificativă suplimentară a dimensiunii și costului computerelor. Lucrul cu software-ul a devenit mai ușor de utilizat, ceea ce a dus la o creștere a numărului de utilizatori.

În principiu, cu un astfel de grad de integrare a elementelor, a devenit posibil să se încerce să se creeze un computer complet funcțional pe un singur cip. Au fost făcute încercări adecvate, deși au fost întâmpinați în mare parte cu un zâmbet neîncrezător. Probabil că ar fi mai puține dintre aceste zâmbete dacă ar fi posibil să se prevadă că această idee ar provoca dispariția calculatoarelor mainframe în doar un deceniu și jumătate.

Cu toate acestea, la începutul anilor 70, Intel a lansat microprocesorul (MP) 4004. Și dacă înainte de asta existau doar trei direcții în lumea computerelor (supercalculatoare, mainframe și minicalculatoare), acum li s-a adăugat o alta - microprocesor. În general, un procesor este înțeles ca o unitate funcțională a unui computer concepută pentru prelucrarea logică și aritmetică a informațiilor bazată pe principiul controlului microprogramelor. Pe baza implementării hardware, procesoarele pot fi împărțite în microprocesoare (toate funcțiile procesorului sunt complet integrate) și procesoare cu integrare scăzută și medie. Structural, acest lucru se exprimă prin faptul că microprocesoarele implementează toate funcțiile procesorului pe un singur cip, în timp ce alte tipuri de procesoare le implementează prin conectarea unui număr mare de cipuri.

Așadar, primul microprocesor 4004 a fost creat de Intel la începutul anilor 70. Era un dispozitiv de calcul paralel pe 4 biți, iar capacitățile sale erau sever limitate. 4004 putea efectua patru operații aritmetice de bază și a fost utilizat inițial doar în calculatoarele de buzunar. Ulterior, domeniul său de aplicare a fost extins pentru a include utilizarea în diverse sisteme de control (de exemplu, pentru controlul semafoarelor). Intel, după ce a prevăzut corect promisiunea microprocesoarelor, a continuat dezvoltarea intensivă, iar unul dintre proiectele sale a dus în cele din urmă la un succes major, care a predeterminat calea viitoare de dezvoltare a tehnologiei computerelor.

Acesta a fost proiectul de dezvoltare a procesorului 8080 pe 8 biți (1974). Acest microprocesor avea un sistem de comandă destul de dezvoltat și era capabil să împartă numere. A fost folosit pentru a crea computerul personal Altair, pentru care tânărul Bill Gates a scris unul dintre primii săi interpreți în limbajul BASIC. Probabil că din acest moment ar trebui numărată a 5-a generație.

A cincea generație

Tranziția la calculatoare de generația a cincea a implicat o tranziție la noi arhitecturi menite să creeze inteligență artificială.

Se credea că arhitectura de computer de a cincea generație va conține două blocuri principale. Unul dintre ele este computerul în sine, în care comunicarea cu utilizatorul este realizată de o unitate numită „interfață inteligentă”. Sarcina interfeței este de a înțelege textul scris în limbaj natural sau vorbire și de a traduce enunțul problemei astfel enunțat într-un program de lucru.

Cerințe de bază pentru calculatoarele din generația a 5-a: Crearea unei interfețe om-mașină dezvoltate (recunoaștere vorbire, recunoaștere imagini); Dezvoltarea programării logice pentru crearea bazelor de cunoștințe și a sistemelor de inteligență artificială; Crearea de noi tehnologii în producția de echipamente informatice; Crearea de noi arhitecturi de calculatoare și sisteme de calcul.

Noile capacități tehnice ale tehnologiei informatice ar fi trebuit să extindă gama de sarcini de rezolvat și să facă posibilă trecerea la sarcinile de creare a inteligenței artificiale. Una dintre componentele necesare pentru crearea inteligenței artificiale este bazele de cunoștințe (bazele de date) din diverse domenii ale științei și tehnologiei. Crearea și utilizarea bazelor de date necesită sisteme de calcul de mare viteză și o cantitate mare de memorie. Calculatoarele de uz general sunt capabile să efectueze calcule de mare viteză, dar nu sunt potrivite pentru a efectua operații de comparare și sortare de mare viteză pe volume mari de înregistrări, stocate de obicei pe discuri magnetice. Pentru a crea programe care umple, actualizează și lucrează cu baze de date, au fost create limbaje de programare logice și orientate pe obiecte care oferă cele mai mari capacități în comparație cu limbajele procedurale convenționale. Structura acestor limbaje necesită o tranziție de la arhitectura computerizată tradițională von Neumann la arhitecturi care țin cont de cerințele sarcinilor de creare a inteligenței artificiale.

Clasa de supercalculatoare include calculatoare care au performanța maximă la momentul lansării lor, sau așa-numitele computere din generația a 5-a.

Primele supercalculatoare au apărut deja în rândul calculatoarelor din a doua generație (1955 - 1964, vezi calculatoare din a doua generație); au fost concepute pentru a rezolva probleme complexe care necesitau calcule de mare viteză. Acestea sunt LARC de la UNIVAC, Stretch de la IBM și „CDC-6600″ (familia CYBER) de la Control Data Corporation; au folosit metode de procesare paralelă (creșterea numărului de operațiuni efectuate pe unitatea de timp), pipelining de comandă (când în timpul execuției o comandă a doua este citită din memorie și pregătită pentru execuție) și procesare paralelă folosind o structură de procesor complexă constând dintr-o matrice de procesoare de date și un procesor de control special care distribuie sarcinile și controlează fluxul de date în sistem. Calculatoarele care rulează mai multe programe în paralel folosind mai multe microprocesoare sunt numite sisteme multiprocesoare. Până la mijlocul anilor '80, lista celor mai mari producători de supercomputere din lume includea Sperry Univac și Burroughs. Primul este cunoscut, în special, pentru sistemele sale centrale UNIVAC-1108 și UNIVAC-1110, care au fost utilizate pe scară largă în universități și organizații guvernamentale.

În urma fuziunii dintre Sperry Univac și Burroughs, UNISYS combinat a continuat să susțină ambele linii mainframe, menținând în același timp compatibilitatea ascendentă în fiecare. Acesta este un indiciu clar al regulii imuabile care a susținut dezvoltarea mainframe-urilor - păstrarea funcționalității software-ului dezvoltat anterior.

Intel este faimos și în lumea supercomputerelor. Calculatoarele multiprocesoare Intel Paragon din familia structurilor multiprocesoare cu memorie distribuită au devenit la fel de clasice.

principiile von Neumann

În 1946, D. von Neumann, G. Goldstein și A. Berks, în articolul lor comun, au conturat noi principii pentru construcția și funcționarea computerelor. Ulterior, pe baza acestor principii au fost produse primele două generații de calculatoare. Au existat unele schimbări în generațiile ulterioare, deși principiile lui Neumann sunt și astăzi relevante. De fapt, Neumann a reușit să rezume dezvoltările și descoperirile științifice ale multor alți oameni de știință și să formuleze principii fundamental noi pe baza lor:
1. Principiul reprezentării și stocării numerelor.
Sistemul de numere binar este folosit pentru a reprezenta și stoca numere. Avantajul față de sistemul numeric zecimal este că bitul este ușor de implementat, memoria de biți de mare capacitate este destul de ieftină, dispozitivele pot fi făcute destul de simple, iar operațiile aritmetice și logice în sistemul de numere binar sunt, de asemenea, destul de simple.
2. Principiul controlului programelor de calculator.
Funcționarea computerului este controlată de un program format dintr-un set de comenzi. Comenzile sunt executate secvenţial una după alta. Comenzile procesează datele stocate în memoria computerului.
3. Principiul programului stocat.
Memoria computerului este folosită nu numai pentru stocarea datelor, ci și a programelor. În acest caz, atât comenzile programului, cât și datele sunt codificate în sistemul de numere binar, adică metoda lor de înregistrare este aceeași. Prin urmare, în anumite situații, puteți efectua aceleași acțiuni asupra comenzilor ca și asupra datelor.
4. Principiul accesului direct la memorie.
Celulele RAM ale computerului au adrese numerotate secvenţial. În orice moment, puteți accesa orice celulă de memorie după adresa sa.
5. Principiul ramificarii si calculelor ciclice.
Comenzile de salt condiționate vă permit să implementați o tranziție la orice secțiune de cod, oferind astfel capacitatea de a organiza ramificarea și de a reexecuta anumite secțiuni ale programului.
Cea mai importantă consecință a acestor principii este că acum programul nu mai era o parte permanentă a mașinii (cum ar fi, de exemplu, un calculator). A devenit posibil să se schimbe ușor programul. Dar echipamentul, desigur, rămâne neschimbat și foarte simplu. Prin comparație, programul computerului ENIAC (care nu avea un program stocat) a fost determinat de jumperi speciali de pe panou. Ar putea dura mai mult de o zi pentru a reprograma aparatul (setati jumperii diferit).
Și, deși programele pentru computerele moderne pot dura luni pentru a se dezvolta, instalarea lor (instalarea pe un computer) durează câteva minute, chiar și pentru programele mari. Un astfel de program poate fi instalat pe milioane de computere și rulat pe fiecare dintre ele ani de zile.