Создание и эволюция ЭВМ

1.

2.

Я предчувствую, что россияне
когда-нибудь, а может быть, при
жизни нашей пристыдят самые
просвещенные народы успехами
своими в науках, неутомимостью
в трудах и величеством твердой и
громкой славы.
Петр 1
Пётр I Алексе́евич, прозванный Вели́кий
(1672 — 1725 год)
Император Всероссийский.

3.  

Лекция № 1
по дисциплине
«Организация ЭВМ и систем»
Тема: Создание и эволюция ЭВМ
Демонстрируется видеоролик
«В России началось серийное производство компьютеров
на базе Байкал-М» – 3,3 мин.

4.

5.

Вводная часть

6.

Целью изучения дисциплины «Организация ЭВМ и
систем" является формирование у студентов комплекса
знаний о принципах построения аппаратных средств
электронных цифровых вычислительных машин, систем
и сетей, их структурной организации, принципах функционирования, в том числе и составляющих устройств.

7.

Для очной формы обучения дисциплина «Организация ЭВМ и систем» изучается в 4 семестре.
Общий объем учебной нагрузки на дисциплину составляет 180 часов, из них аудиторных занятий – 48
часов, на самостоятельную работу студентов над учебным материалом – 132 часов (больше 3 часов СР на
час занятий).
Аудиторная учебная нагрузка включает следующие
виды занятий: лекции – 16 часов, лабораторные занятия, практические и семинарские занятия – 32 часов.
Итоговый контроль – экзамен 4 семестр.

8. 1. Технические предпосылки и практические потребности создания ЭВМ

9. Вычислительная машина Термином вычислительная машина будем обо-значать комплекс технических и программных средств,

Вычислительная машина
Термином вычислительная машина будем обозначать комплекс технических и программных средств,
предназначенный для автоматизации подготовки и
решения задач пользователей.
В свою очередь, вычислительную систему определим как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или вычислительных машин,
периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения
задач пользователей.
Таким образом, формально отличие ВС от ВМ выражается в количестве вычислителей. Множественность вычислителей позволяет реализовать в ВС
параллельную обработку.

10. Эволюция средств автоматизации вычислений

Первые счеты — абак, изобретенные в древнем
Вавилоне за 3000 лет до н. э., и их более «современный» вариант с косточками на проволоке, появившийся
в Китае примерно за 500 лет также до н. э.
«Механическая» эра (нулевое поколение) в эволюции
ВТ связана с механическими, а позже — электромеханическими вычислительными устройствами.

11.

1492 год. Леонардо да Винчи приводит рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на основе зубчатых колес.
1832 год. Английский математик Чарльз Бэббидж создает сегмент разностной машины, оперирующий шестиразрядными числами и разностями второго порядка.

12. Арифмометр Однера Разновидность арифмометров, разработанная россий-ским механиком шведского происхождения В.Т Одене-ром.

Арифмометр Однера
Разновидность арифмометров, разработанная российским механиком шведского происхождения В.Т Оденером.
Промышленное производство впервые было налажено
в Санкт-Петербурге в 1890 году.

13.

1937 год. Алан Тьюринг из Кембриджского университета публикует статью, в которой излагает концепцию
теоретической упрощенной вычислительной машины.
1943 год. Группа ученых Гарвардского университета
во главе с Говардом Айкеном разрабатывает вычислитель ASCC Mark I - первый программно управляемый
вычислитель, получивший широкую известность.

14.

1945 год. Цузе завершает версию вычислителя Z4.
По архитектуре у Z4 очень много общих черт с современными ВМ: память и представлены отдельными
устройствами, процессор может обрабатывать числа с
плавающей запятой, программа хранится на перфоленте и считывается последовательно.

15.

Первой электронной вычислительной машиной
чаще всего называют специализированный калькулятор ABC (Atanasoff-Berry Computer). Разработан он был
в период с 1939 по 1942 год профессором Джоном
Атанасовым

16.

Вторым претендентом на первенство считается
вычислитель Colossus, построенный в 1943 году в
Англии. Colossus был создан для расшифровки кодов
немецкой шифровальной машины «Лоренц Шлюссельцузат-40». В состав команды разработчиков входил
также Алан Тьюринг.

17.

Третим кандидатом на роль первой электронной ВМ
является программируемый электронный калькулятор
общего назначения ENIAC, созданный в 1946 году.
Использовался в программе разработки водородной бомбы. Весил 30 тонн, содержал 18 000 радиоламп,
имел размеры 2,5 х 30 м и обеспечивал выполнение
5000 сложений и 360 умножений в секунду.

18. Структура фон-неймановской ЭВМ

19. ENIAC (Electronic Numeral Integrator Computer) 1946 год

20.

21.

Первой ВМ, выполненной полностью на полупроводниковых диодах и транзисторах, стала TRADIC
(TRAnisitor Digital Computer), построенная в Bell Labs
заказу военно-воздушных сил США как прототип
бортовой ВМ. Машина состояла из 700 транзисторов и
10 000 германиевых диодов.

22.

В апреле 1953 года в эксплуатацию поступила
самая быстродействующая в Европе ВМ БЭСМ (С. А.
Лебедев). Ее быстродействие составило 8000 -10 000
операций/с.

23.

Начиная с 50-х годов примерно каждые 10 лет обновлялись принципы построения и использования ЭВМ.
Второе поколение (1950-60 годы) характеризуется
рядом достижений в элементной базе, структуре и
программном обеспечении. Поводом для выделения
нового поколе-ния ВМ стали технологические изменения:
переход от электронных ламп к полупроводниковым
диодам и транзисторам.
Заметным событием данного периода стало появление в 1958 году машины М-20.

24.

Шестидесятые годы XX века стали периодом бурного развития вычислительной техники в СССР.
За этот период разработаны и запущены в
вычислительные машины «Урал-1», «Урал-4», «Урал14», М - 40, БЭСМ-2, Минск-1, Минск-2, Минск-22,
Минск-32 и др.
В 1960 году под руковством В.М. Глушкова и Б. Н.
Малиновского разработана первая полупроводниковая
управляющая машина управляющая машина «Днепр».

25. Вид ЭВМ БЭСМ-2

26. Блок-схема БЭСМ

27. Пульт управления ЭВМ Минск М-20

28. ЭВМ Минск-32

29. ЭВМ БЭСМ-6 использовалась во всех отраслях народного хозяйства

30.

Элка-22

31. Искра-122

32. Характеристики отечественных ЭВМ второго поколения

Производи
Разрядность,
Емкость ОЗУ, Цикл ОЗУ,
Модель ЭВМ тельность,
Адресность
бит
килочисел
МКС
операций/с*
Минск-22
5·103
37
2
8
24
Минск-32
4·104
37
2
64
5
БЭСМ-4
2·104
45
3
8
10
БЭСМ-6
106
48
1
32
2
М-220
7·104
48
3
32
6
Урал-14
5·104
24
1
64
9
Урал-16
5·104
48
1
512
3

33. Третье поколение (1960-1970)

Третье поколение ознаменовалось резким увеличением мощности ВМ, ставшим следствием больших
успехов в области архитектуры и программного обеспечения.
Основные технологические достижения связанны с
переходом от дискретных полупроводниковых элементов к интегральным микросхемам и началом применения полупроводниковых запоминающих устройств,
начинающих вытеснять ЗУ на магнитных сердечниках.

34. ЭВМ ЕС -1020 Первая "ласточка" Единой Серии. Выпущена в 1971 году филиалом НИЦЭВТ в Минске

ЭВМ ЕС -1020 Первая "ласточка" Единой Серии.
Выпущена в 1971 году филиалом НИЦЭВТ в Минске

35. Общий вид ЭВМ ЕС-1045

36. Характеристики некоторых моделей ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ 

Характеристики некоторых моделей ЕС ЭВМ и СМ
ЭВМ
Модель
ЕС-1020
ЕС-1030
ЕС-1040
ЕС-1050
ЕС-1025
ЕС-1035
ЕС-1045
ЕС-1055
ЕС-1060
ЕС-1066
СМ-2
СМ-4
СМ-1300
СМ-1600
СМ-1800
Производительность,
операций/с
2·104
6 104
4·105
5·105
6·104
1,5·10s
8·103
6·105
1,6·106
4,5·106
2,5·103
2,5 105
5·105
5·105
5 105
Разряд
ность,
бит
8
32
64
64
64
64
64
64
64
64
16
16
16
16
8
Основная
Емкость
Цикл ОЗУ,
адресность ОЗУ, Кбайт
МКС
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
256
512
1024
1024
256
512
4096
2048
8192
16 384
256
256
64
256
64
2
1,5
1
1
1,5
1
1
1
0,6
0,4
2
2
1
1
1

37. ЕС 1840

Первая советская IBM PC-совместимая персональная ЭВМ ЕС-1840 выпускалась с 1986 по 1989 год на
Минском производственном объединении вычислительной техники (МПО ВТ).
ПЭВМ ЕС-1840, это 16-разрядный IBM PC-совместимый компьютер построенный на процессоре К1810ВМ86
(аналог Intel 8086) с тактовой частотой 4,77 МГц.

38.  ПК «Искра-1030»

ПК «Искра-1030»
ЭВМ “ИСКРА-1030М” выпускалась Производственным Объединением “ИСКРА” (г. Смоленск), разработана ЛНПО (Ленинградским Научно-Производственным Объединением) “Электронмаш” (г. Ленинград).
ПП ЭВМ “ИСКРА-1030М” выполнена с использованием интегральных схем большой степени интеграции,
с учётом современных требований к вычислительной
технике.

39. Эволюция компьютерных информационных технологий 

Эволюция компьютерных
информационных технологий
Параметр
50-е годы
Этапы
60-е годы
развития техно
70-е годы
логии
80-е годы
Настоящее
время
Цель
НаучноТехнические и Управление и
Управление,
Телекомм.
использования
технические экономические экономические предоставлен
нформац.
компьютера
расчеты
расчеты
расчеты
ие
обслуживание
(преимущ.)
информации и управление
Режим работы ОднопрограмПакетная
Разделение
Персональная
Сетевая
компьютера
мный
обработка
времени
работа
обработка
Интеграция
Низкая
Средняя
Высокая
Очень
Сверхвысокая
данных
высокая
Расположение Машинный зал
Отдельное
Терминальный Рабочий стол Произвольное
пользователя
помещение
зал
мобильное
Тип
ИнженерыПрофессиоПрограммисты Пользователи
Мало
пользователя программисты
нальные
с общей
обученные
программисты
компьютерной пользователи
подготовкой
Тип интерфейса
Работа за
Обмен перфо- Интерактивный Интерактивны Интерактивный
пользователя
пультом
носителями и
(через
й с жестким экранный типа
«вопрос—
компьютера машинограмма клавиатуру и
меню
ответ»
ми
экран)

40. Четвертое поколение ЭВМ

Отсчет четвертого поколения ЭВМ (1980-90 годы)
обычно ведут с перехода на интегральные микросхемы
большой (large-scale integration, LSI) степени
интеграции.
К ним относят схемы, содержащие более 100 000
транзисторов на кристалле.
При таких уровнях интеграции стало возможным
уместить в одну микросхему не только центральный
процессор, но и вычислительную машину (ЦП, основную память и систему ввода/вывода).

41.

Персона́льный компью́тер, ПК ( personal computer,
PC), ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) - однопользовательская ЭВМ, имеющая
эксплуатационные характеристики бытового прибора и
универсальные функциональные возможности.
ПК может быть стационарным (чаще всего настольным) или портативным ( планшет).
Изначально компьютер был создан как вычислительная машина, но ПК также используется в других
целях - как средство доступа в информационные сети и
как платформа для мультимедиа и компьютерных
игр (игровой ПК), и персональная рабочая станция.

42. Пятое поколение ЭВМ

Отсчет пятого поколения ЭВМ (1990-2000 годы)
характеризуется переходом на интегральные микро
схемы сверхбольшой (very large-scale intеgration, VLSI)
степени интеграции.
К ним относят схемы, содержащие более сотни
тысяч транзисторов на кристалле, изготовленные по
15,2-мкм техпроцессу.
При таких уровнях интеграции стало возможным
уместить в одну микросхему центрального процессора
несколько ядер, работающих параллельно, что
позволило значительно повысить производительность
процессора.

43. Шестое поколение ЭВМ

Отсчет шестого поколения ЭВМ (2000-2010 годы)
характеризуется переходом на на более тонкие
технологические нормы — 90 нм. Изменился дизайн
архитектуры, объем кэш-памяти возрос до 1 Мбайт,
улучшен блок предсказания ветвлений, добавилась
поддержка инструкций SSE3 и 64-битного расширения
набора команд. Производительность процессоров
выросла в среднем на 40%, а энергопотребление
уменьшилось на те же 40%.

44. Российский компьютер «Эльбрус-801М»

ПК »Эльбрус 801-М» - 1 процессор Эльбрус-8С (8
ядер, 1300 МГц), 250 GFLOPs; Оперативная память:
4…16 Гбайт, DIMM DDR3; Видеокарта Radeon R5 или
SiliconMotion 768; Корпус Моноблок

45. Седьмое поколение

Поводом для начала отсчета нового поколения
(2010 – настоящее время) стали значительные успехи в
области параллельных вычислений, связанные с
широким распространением вычислительных систем с
массовым параллелизмом.
Особенности организации таких систем, обозначаемых аббревиатурой МРР (massively parallel processing),
будут рассмотрены на последующем курсе. Мы определим их как совокупность большого количества (до
нескольких тысяч) взаимодействующих автономных
вычислительных машин.
Появление вычислительных систем с массовым
параллелизмом дало основание говорить о производительности, измеряемой в единицах TFLOPS.

46.

В рейтинге пятисот суперкомпьютеров мира 7 машин
Российской Федерации. №1- «Червоненкис» (36 место из
500).
Рабочая производительность составляет 21,5 петафлоп, 199 терабайт ОЗУ, 25 472-ядерный процессор,
используются 1592 процессоров NVIDIA A100 80G.

47. 2. Классификация вычислительных машин

48.

Вычислительные машины могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:
- по принципу действия;
- по этапам создания и элементной базе;
- по назначению;
- по способу организации вычислительного
процесса;
- по размеру вычислительной мощности;
- по функциональным возможностям;
- по способности к параллельному выполнению
программ и т. д.

49. Классификация вычислительных машин по принципу действия  

Классификация вычислительных машин по
принципу действия

50. Пример аналоговой ЭВМ  

Пример аналоговой ЭВМ

51. ПЗРК "Верба"

ПЗРК "Верба"

52.

Вид гибридных ЭВМ

53.

Вид цифровых ЭВМ

54. Две формы представления информации в машинах 

Две формы представления информации в машинах

55. Классификация компьютеров по назначению 

Классификация компьютеров по назначению

56.

Универсальные вычислительные машины

57.

Проблемно-ориентированные вычислительные
машины

58.

Специализированная бортовая цифровая
вычислительная машина "Орбита-10”

59. Классификация компьютеров по размерам и вычислительной мощности  

Классификация компьютеров по размерам и
вычислительной мощности

60.

Супер ЭВМ. Американский суперкомпьютер
Frontier, возглавляющий мировой рейтинг
ТОП-500 за 2023 год

61.

Суперкомпьютер “Frontier, - первый в мире эксафлопсный суперкомпьютер, размещён в Ок-Риджской
национальной лаборатории США, запущен в 2022
году.
Frontier имеет производительность в 1,102 эксафлопса, а пиковую — 1,686 эксафлопса при среднем
энергопотреблении порядка 21,1 МВт.
Использует комбинацию процессоров AMD
Epyc 64C с тактовой частотой 2 ГГц, имеет 8,7 млн.
вычислительных ядер.
Занимает 100 48-см (19 дюймов) стеллажей.
Стоимость создания суперкомпьютера составила
600 млн. долларов США.

62.

21.07.2023. Анонсирован первый в мире
суперкомпьютер на 4 Эфлопс — 54 млн ИИ-ядер
Cerebras и 72 тыс. ядер AMD Zen 3.
Один из ведущих разработчиков чипов для работы
с системами искусственного интеллекта Cerebras
Systems совместно с облачным провайдером
G42 представил проект по созданию девяти мощных
суперкомпьютеров, заточенных под задачи ИИ. Первой
из них станет система CG-1 (Condor Galaxy 1), которая
первой в мире достигнет производительности в 4
Эфлопс в задачах искусственного интеллекта.

63. Суперкомпьютеры России представленные в Top500 от ноября 2023 года

Место
Rmax / Rpeak
(PFLOPS)
Принадлежно
сть
Название
Год создания
36
21.530 / 29.415
Яндекс
Червоненкис
*
2021
58
16.020 / 20.636
Яндекс
Галушкин *
2021
64
12.810 / 20.029
Яндекс
Ляпунов *
2020
67
11.950 / 14.909 Сбербанк
2021
119
6.669 / 8.790
2019
370
2.478 / 4.947
МГУ
Ломоносов-2
2018
433
2.258 / 3.012
МТС
МТС GROM
2021
Кристофари
Нео
Кристофари *
Сбербанк
*

64.

Суперкомпьютеры «Червоненкис», «Галушкин» и
«Ляпунов» заняли 36, 58 и 64 место в рейтинге Top
500 мира осени 2023 года

65.

Первые в мире: ученые МФТИ добились
прорыва в области квантовых компьютеров
3 января 2024
Ученые МФТИ совершили прорыв в области квантовой физики.
Они разработали и проверили работу сразу нескольких квантовых
компьютеров, способных автоматически корректировать случайные
ошибки, возникающие в процессе их работы, передает пресс-служба
института.

66.

Малые ЭВМ . Портативные компьютеры

67.

Микрокомпьютеры. Носимый
микрокомпьютер.

68. Таблица. Сравнительные параметры классов современных компьютеров 

Таблица. Сравнительные параметры классов
современных компьютеров
Класс компьютера
Параметры
'
Производительность (MIPS)
Емкость ОП
(Мбайт)
Емкость
внешнего
ЗУ (Гбайт)
Разрядность
(бит)
Суперкомпьютеры.
Большие
компьютеры
Малые
компьютеры
Микрокомпьютеры
1000-1 000 000
100-10 000
10-1000
10-100
2000-100 000
512-10 000
128-2048
32-512
500-50 000
100-10 000
20-500
,
10-50
64-256
64-128
32-128
32-128
MIPS — миллион операций в секунду над числами с фиксированной
запятой.

69. 3. Большие компьютеры

70.

Большие компьютеры за рубежом часто
называют мэйнфреймами (mainframe); к
ним относят, как правило, компьютеры,
имеющие:
производительность > единицТFlops/s;
основную память емкостью от 512 до 10 000 Мбайт;
внешнюю память не менее 1000 Tбайт;
многопользовательский режим работы
(обслуживают одновременно от 16 до 1000
пользователей).

71.

Суперкомпьютерная система СКЦ «Политехнический» комплекса
«Политехник РСК Торнадо». Занимает 3-е место в списке Top-50 самых
мощных российских суперкомпьютеров.
Суперкомпьютер «Политехник»

72. Массивно-параллельный суперкомпьютер РСК Петастрим (RSC Petastream)

Технические характеристики
«Политехник RSC PetaStream»
Тип: Массивно-параллельный суперкомпьютер RSC PetaStream
Архитектура: Массивно-параллельная
архитектура RSC PetaStream
Производительность: 291 ТФЛОПС (peak) /
165 ТФЛОПС (linpack);
Узлов/Ядер: 288 / 17280
Процессор: 288 x Intel® Xeon Phi™ 5120D
(60 ядер, 1,053 ГГц, 8 ГБ GDDR5)
Сопроцессор: 36 x Intel® Xeon® E5-2600
Серверная плата: Intel® Server Board
S1600JP
Общий объем памяти на узлах: 2.3 ТБ
GDDR5

73.

5. Малые компьютеры

74.

Малые компьютеры (миниЭВМ) — надежные,
недорогие и удобные в эксплуатации
компьютеры, обладающие несколько более
низкими по сравнению с мэйнфреймами
возможностями.
Миникомпьютеры (и наиболее мощные из них суперминикомпъютеры) обладают следующими характеристиками:
• производительность — до 1000 MIPS;
• емкость основной памяти —до 8000 Мбайт;
• емкость дисковой памяти — до 1000 Гбайт;
• число поддерживаемых пользователей — 16-1024.

75. 6. Микрокомпьютеры

76.

Классификация микрокомпьютеров

77.

Персональные компьютеры (ПК)
Oтносятся к классу микрокомпьютеров, но ввиду их массовой
распространенности заслуживают особого внимания. ПК для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности
применения должна обладать такими качествами, как:
• малая стоимость ПК, находящаяся в пределах доступности для
индивидуального покупателя;
• автономность эксплуатации без специальных требований к
условиям окружающей среды;
• гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптируемость к
разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
• дружественность операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней
пользователя без специальной профессиональной подготовки;
• высокая надежность работы (более 5000 часов наработки на
отказ).

78.

Основные усредненные характеристики
современных ПК

79.

80. Процессор Эльбрус-16с материнская плата

81.

Классификация ПК по конструктивным
особенностям

82. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ