Урок - 2

1. Лекция №2 Классы вычислительных машин

План лекции:
1. История развития вычислительных устройств и приборов
2. Классификация ЭВМ
3. Современные и перспективные классы вычислительных
машин
4. Сравнительная характеристика классов
Внимание!
В презентации есть секретное задание!
Котики что то знают!)

2. 1. История развития вычислительных устройств и приборов

Абак
Счеты
Механические
устройства

3. Механические вычислительные машины (XVII–XIX вв.)

1623 г. – В. Шиккард: первая
механическая «счётная машина»
XIX век – Ч. Бэббидж: «Разностная машина», «Аналитическая машина»
1642 г. – Б. Паскаль:
«Паскалина»
1673 г. – Г. Лейбниц: машина для умножения и
деления (ступенчатый вал).

4. Механические вычислительные машины (XVII–XIX вв.)

А. Лавлейс – первая программа для
аналитической машины (первая
программистка).
Конец XIX века – Г. Холлерит:
табулятор на перфокартах (использован в
переписи населения США 1890 г.),
предтеча IBM.

5. Электромеханические и релейные машины (начало XX века)

Конрад Цузе (Германия, 1930-е гг.): Z1, Z3 – первые
программируемые вычислительные машины на реле.
Гарвардский «Mark I» (1944 г., Говард Айкен и IBM) –
крупный релейный компьютер.

6. Электронные ламповые компьютеры (1940–1950-е гг.)

Электронные ламповые компьютеры (1940–
1950-е гг.)
ENIAC (1946, США) – первый электронный
универсальный компьютер (18 тыс. ламп,
программирование вручную).
EDVAC (1949) – первый компьютер с архитектурой фон
Неймана (хранение программы в памяти).

7. Этапы развития ЭВМ (поколения)

I поколение (1940-е – 1950-е): электронные лампы. III поколение (1960-е – 1970-е): интегральные схемы (микросхемы)
II поколение (1950-е – 1960-е):
транзисторы (меньше, надежнее, дешевле).
IV поколение (с 1970-х по настоящее время):
микропроцессоры,

8. Этапы развития ЭВМ (поколения)

V поколение (современность и будущее): параллельные и
распределенные системы, искусственный интеллект,
нейрокомпьютеры, квантовые вычисления.

9. Современные вычислительные устройства

Персональные компьютеры
Квантовые компьютеры
Встроенные систем
Мобильные устройства
Суперкомпьютеры

10. 2. Классификация ЭВМ

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер — комплекс технических средств,
предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и
информационных задач.
ЭВМ можно классифицировать по ряду признаков, в частности:
физическому представлению обрабатываемой информации;
поколениям (этапам создания и элементной базе).
сферам применения и методам использования (а также размерам и вычислительной мощности).
Физическое
представление
обрабатываемой
информации:
• АВМ — аналоговые вычислительные машины
• ЦВМ — цифровые вычислительные машины
• ГВМ — гибридные вычислительные машины

11. Этапы развития компьютерных информационных технологий

Параметр
Период, годы
50-е
60-е
70-е
80-е
Цель использования
компьютера
Научно-технические расчеты
Технические и экономи Управление и
ческие
экономические расчеты
расчеты
Управление,
предоставление
информации
Настоящее
время
Телекоммуникации,
информационное
обслуживание
Режим работы компьютера
Однопрограммный
Пакетная обработка
Разделение времени
Персональная работа
Сетевая обработка
Интеграция данных
Низкая
Средняя
Высокая
Очень высокая
Сверхвысокая
Расположение пользователя
Машинный зал
Отдельное помещение Терминальный зал
Рабочий стол
Произвольное
мобильное
Тип пользователя
Инженеры-программисты
Профессиональные
программисты
Программисты
Пользователи с общей
компьютерной
подготовкой
Мало обученные
пользователи
Тип диалога
Работа за пультом компьютера
Обмен перфоносителями и машинограммами
Интерактивный (через
клавиатуру и экран)
Интерактивный с
жестким меню
Интер
активный экранный типа
«вопрос - ответ»

12. Поколения ЭВМ

Параметры сравнения
Период времени
Элементная база (для УУ,
АЛУ)
Поколения ЭВМ
первое
1946 - 1959
Электронные (или
электрические) лампы
Основной тип ЭВМ
Большие
Основные устройства ввода
Пульт, перфокарточный,
перфоленточный ввод
второе
1960 - 1969
Полупроводники
(транзисторы)
Добавился алфавитноцифровой дисплей,
клавиатура
третье
1970 - 1979
Интегральные схемы
четвертое
с 1980 г.
Большие интегральные схемы
(БИС)
Малые (мини)
Микро
Алфавитно-цифровой дисплей,
клавиатура
Цветной графический дисплей,
сканер, клавиатура
Основные устройства вывода Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ),
перфоленточный вывод
Графопостроитель, принтер
Внешняя память
Магнитные ленты, барабаны,
перфоленты, перфокарты
Добавился магнитный диск
Перфоленты, магнитный диск
Ключевые решения в ПО
Универсальные языки
программирования,
трансляторы
Пакетные операционные
системы, оптимизирующие
трансляторы
Интерактивные операционные
Дружественность ПО, сетевые
системы, структурированные языки операционные системы
программирования
Режим работы ЭВМ
Однопрограммный
Пакетный
Разделения времени
Персональная работа и сетевая
обработка данных
Цель использования ЭВМ
Научно-технические расчеты
Технические и
экономические расчеты
Управление и экономические
расчеты
Телекоммуникации,
информационное обслуживание
Магнитные и оптические диски

13. 3. Современные и перспективные классы вычислительных машин

1. Кластерные вычислительные системы: объединение множества обычных
компьютеров (узлов) в одну систему, работающую как единое целое.
Особенности:
• Высокая производительность при относительно низкой цене (по сравнению с
суперкомпьютерами).
• Масштабируемость – можно добавлять новые узлы.
• Используются системы распределённых файлов и сетей высокой скорости.
Применение: научные расчёты, обработка больших данных, моделирование.

14. 3. Современные и перспективные классы вычислительных машин

1. Облачные вычисления: вычислительные ресурсы предоставляются удалённо через
интернет («в облаке»).
Особенности:
• Доступ по модели IaaS (инфраструктура как услуга), PaaS (платформа), SaaS (ПО как
услуга).
• Гибкость, масштабируемость, снижение затрат на локальное оборудование.
• Использование виртуализации
Применение: бизнес-приложения, хранение данных, искусственный интеллект,
распределённые базы данных.

15. 3. Современные и перспективные классы вычислительных машин

1. Грид-вычисления (Grid) объединение географически распределённых
вычислительных ресурсов в единую систему.
Особенности:
• Ресурсы разных организаций и институтов могут работать вместе.
• Более гибкая и децентрализованная модель, чем у кластеров.
Применение: глобальные научные проекты, анализ больших массивов данных.

16. 3. Современные и перспективные классы вычислительных машин

1. Суперкомпьютеры нового поколения: мощнейшие вычислительные системы для
научных и инженерных задач.
2. Особенности:
• Используют миллионы ядер.
• Огромное энергопотребление (до сотен мегаватт).
• Работают на границе возможностей современных технологий
Применение: моделирование климата, генетики, ядерных процессов, космоса.

17. 3. Современные и перспективные классы вычислительных машин

1. Нейрокомпьютеры и ИИ-ускорители: вычислительные системы, работающие по
принципам, близким к нейронным сетям мозга.
2. Особенности:
• Специализированные процессоры для задач искусственного интеллекта (GPU, TPU,
нейрочипы).
• Эффективная работа с большими массивами данных и обучением нейросетей.
Применение: компьютерное зрение, распознавание речи, автономные системы,
робототехника.

18. Основные характеристики отечественных ЭВМ второго поколения (д\з)

1. Найти в интернете все фотографии отечественных компьютеров согласно этой таблицы!
2. Добавить фотографии и подписать их!
Параметр
Первая очередь
Адресность
Форма
данных
Раздан-2
БЭСМ-4
М-220
Урал-11
Минск-22
Урал-16
2
3
3
1
2
1
представления С
плавающей С
плавающей С
плавающей С фикси
С фикси
запятой
запятой
запятой
рованной запятой, рованной
символьная
символьная
С плавающей и фикси
запятой, рованной
запятой,
символьная
Длина
машинного 36
слова(дв. разр.)
45
45
24
37
48
Быстродействие (оп./с)
5 тыс.
20 тыс.
20 тыс.
14-15 тыс.
5 тыс.
100 тыс
ОЗУ, тип, емкость (слов)
Ферри
товый
2048
Ферри
сердечник товый
8192
ВЗУ, тип, емкость (слов)
НМЛ 120 тыс.
НМЛ
8 млн
Ферри
Ферри
Ферри
сердечник товый
сердечник товый
сердечник товый сердечник
4096-16 384
4096-16 384
8192
НМЛ 16 млн
НМЛ 8 млн
НМЛ до 5 млн
Ферри
товый
сердечник
8192-65 536
НМЛ
12
НМБ130тыс.
млн

19. Сравнительная характеристика классов (д\з) (Распечатать и вклеить)

Класс ЭВМ
Суперкомпьютеры
Особенности
Стоимость
Применение
Примеры
До экзафлопса и выше
Очень высокая (миллионы $)
Наука, моделирование
климата, ядерные и
космические исследования
Fugaku, Frontier, Ломоносов-2
Мэйнфреймы (большие ЭВМ) Высокая надёжность,
поддержка тысяч
пользователей,
долговечность
Мини-ЭВМ
Промежуточный класс между
большими ЭВМ и ПК,
компактнее
Персональные компьютеры Универсальность, массовое
(ПК)
применение
Мобильные устройства
Компактность, встроенные
сенсоры, автономность
Очень высокая
Очень высокая
Банки, страхование,
госструктуры
IBM Z, Hitachi Mainframe
Средняя
Средняя
Научные и промышленные
расчёты (1960–1980-е)
PDP-11, VAX
От низкой до высокой
(рабочие станции)
Средняя
Доступная
Учёба, офис, инженерные
задачи, игры
Связь, мультимедиа,
мобильные приложения
IBM PC, Mac, современные
ноутбуки
Смартфоны, планшеты
Встроенные системы
Специализация, низкое
энергопотребление,
ограниченные ресурсы
Низкая / средняя
Низкая
Автомобили, техника, роботы, Микроконтроллеры ARM,
IoT
ESP32
Кластерные системы
Объединение множества
узлов, масштабируемость
Высокая (суммарная
мощность узлов)
Относительно низкая (при
больших масштабах)
Наука, Big Data,
моделирование
Beowulf-кластеры,
университетские HPC
Облачные вычисления
Виртуализация ресурсов,
доступ через интернет
Оптимизированы под
нейросети и машинное
обучение
Кубиты, суперпозиция и
запутанность
Гибкая, масштабируемая
Бизнес, ИИ, хранение данных
AWS, Azure, Google Cloud
Очень высокая в задачах ИИ
«Аренда» (оплата по
использованию)
Высокая
Искусственный интеллект,
автономные системы
NVIDIA H100, Google TPU
Потенциально сверхвысокая,
но пока ограниченная
Очень высокая
(экспериментальные)
Криптография, квантовая
химия, фармацевтика
IBM Quantum, Google
Sycamore
Нейрокомпьютеры и ИИускорители
Квантовые компьютеры
Огромные размеры,
параллельная архитектура,
тысячи/миллионы ядер
Производительность
Средняя

20. Секретное задание!

Сколько котиков было в презентации?
На ответ 3 попытки!
Ответ: 11