Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Ул. Б. Морская, 67, ауд тел. (812) Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Космачев Валентин Михайлович профессор каф.82, директор СЗЦИТ

Литература по курсу Вычислительные системы, сети и телекоммуникации 1.Пятибратов А.П., Вычислительные системы, сети и телекоммуникации (4-е издание) – М.: Финансы и статистика, 2008 г. 2.Информатика. Базовый курс; под ред. С.В. Симоновича; Питер; 2006 г. 3.Информатика: Учебник. – 3-е перераб. изд. /Под ред. проф. Н.В. Макаровой. М.: Финансы и статистика, Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник. Олифер В. Г., Олифер Н.А., 3-е изд. - СПб.: Питер, © МЦИТ ГУАП 2008

Литература по курсу Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Темы рефератов по курсу «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» Системы счисления и их использование в ЭВМ Арифметические основы ЭВМ Интерфейс ЭВМ История развития ЭВМ Логические основы ЭВМ Оперативная память ЭВМ Представление информации в ЭВМ Принципы построения и архитектура ЭВМ Программное обеспечение ЭВМ Способы организации связи устройств ЭВМ Элементная база ЭВМ Интернет Модель OSI Мониторы Сканеры Устройства ввода ЭВМ Запоминающие устройства ЭВМ Центральные устройства ЭВМ Принтеры Компьютерные сети © МЦИТ ГУАП 2008

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Около 500 года нашей эры: изобретение абака (счетов) - инструмента вычислений, состоящего из костяшек, нанизанных на стержни. Стержни представляли собой разряды системы счисления: каждая костяшка на первом стержне имела достоинство 1, на втором - 10 и т.д. © МЦИТ ГУАП 2008

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 III век - Счёты

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. Джон Непер - фолиант «Описание удивительной таблицы логарифмов» Вначале были составлены таблицы логарифмов, а затем, после смерти Непера, была изобретена логарифмическая линейка.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Начало XVI века. Леонардо да Винчи – эскиз 13 разрядного суммирующего устройства (реализовано в настоящее время) 1623 год. Профессор Вильгельм Шиккард – описание счетной машины в письмах И.Кеплеру (реализовано в настоящее время)

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год Блэз Паскаль – первая построенная механическая суммирующая машина

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц создал новый тип арифмометра - механический калькулятор, который не только складывает и вычитает числа, но и умножает, делит, возводит в степень, извлекает квадратные и кубические корни. В нем использовалась двоичная система счисления.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Механический калькулятор Лейбница

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 В 1804 году Жозеф Мари Жаккард изобрел ткацкую машину для выработки тканей с крупным узором. Этот узор программировался с помощью целой колоды перфокарт – прямоугольных карточек из картона

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Перфокарта

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП г. – Прообраз ЭВМ Разностная машина, предназначенная для расчета и печати больших математических таблиц Чарльз Беббидж

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год – Разностная машина

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год – Аналитическая машина В 1830 году Чарльз Бэббидж попытался создать универсальную аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого в неё вводились программы, которые были заранее записаны на перфокартах из плотной бумаги с помощью отверстий, сделанных на них в определенном порядке Слово "перфорация" означает – пробивка отверстий в бумаге или картоне

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Принципы программирования для аналитической машины Бэббиджа разработала в 1843 году Огаста Ада Байрон Огаста Ада Байрон

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Середина XIX века – Логическая алгебра (Булева алгебра) Универсальный логический язык создал в 1847 году английский математик Джордж Буль. Он разработал исчисление высказываний, впоследствии названное в его честь булевой алгеброй. Пользуясь ею, можно закодировать любые утверждения, истинность или ложность которых нужно доказать, а затем манипули- ровать ими подобно обычным числам в математике.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Джордж Буль

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 В 1880 году Однер В.Т. в России создал механический арифмометр с зубчатыми колесами, и в 1890 году наладил его массовый выпуск. В дальнейшем под названием "Феликс" он выпускался до 50-х годов XX века

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 В 1888 году Герман Холлерит создал первую электромеханическую счетную машину - табулятор, в котором нанесенная на перфокарты информация расшифровывалась электрическим током. «Этот аппарат работает также безошибочно, как машина бессмертных богов, но намного превосходит их по быстродействию.»

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Эта машина позволила в несколько раз сократить время подсчетов при переписи населения в США. В 1890 году изобретение Холлерита было впервые использовано в 11-й американской переписи населения. Работа, которую 500 сотрудников раньше выполняли целых 7 лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах закончили за один месяц.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. Винсент Атанасов совместно с Клиффордом Э. Берри построил и испытал первую Вычислительную Машину (АВС - Atanasoft Berry Computer). В 1973 году по суду признано первенство в изобретении ЭВМ (Уотергейт) В ней использовалась двоичная система счисления. Для ввода данных и вывода результатов вычислений использовались перфокарты. Работа над этой машиной в 1942 году была практически завершена, но из-за войны дальнейшее финансирование было прекращено.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год Под руководством американца Говарда Айкена, по заказу и при поддержке фирмы IBM создан Mark-1 - первый программно-управляемый компьютер. Он был построен на электромеханических реле, а программа обработки данных вводилась с перфоленты. Весила она около 35 тонн.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. Американец Джон фон Нейман в отчете «Предварительный доклад о машине Эниак» сформулировал принципы работы и компоненты современного программно- управляемого компьютера. Он определил пять компонент: Арифметико-логическое устройство (АЛУ) Устройство управления Память Устройство ввода информации Устройство вывода информации С этих пор архитектура подобных компьютеров (подавляющее большинство современных компьютеров) называется фон-неймановской.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. ENIAC Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мочли В 1000 раз более быстродействующий, чем Mark-1. Ее вес составлял 30 тонн, она занимала 170 кв. м площади. ENIAC содержал электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду. В этой машине было не только арифметичес- кое, но и запоминающее устройство. Ввод числовых данных осуществлялся с помощью перфокарт, программы же вводились в эту машину с помощью штекеров и наборных полей. Поэтому для подготовки к решению новой задачи требовалось до нескольких дней, хотя сама задача решалась за несколько минут.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. МЭСМ (Лебедев) 1951 год. UNIVAC I – первый работающий компьютер Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело к созданию компьютера UNIVAC, предназначенного для коммерческого использования. Он стал первым серийно выпускаемым компьютером год. IBM 701 – серийный ламповый компьютер выполнял до 2200 операций умножения в секунду.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП – 1953 год БЭСМ–1 и БЭСМ–2 (серийный выпуск) 1953 год Джей Форрестер изобрел магнитное ЗУ 1954 год IBM 650 (15 лет 1500 ЭВМ) 1959 год Д. Килби, Д. Херни, К. Леховец и Р. Нойс – первая ИС Роберт Нойс (основал фирму Intel в 1968 году) – первая промышленная ИС

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП г. БЭСМ-6

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП е годы XX века. Зарождение компьютерных сетей 1961 год. МОП. Стивен Хорстейн 1961 год. IBM электронно-пишущая машина с шариковой печатающей головкой 1963 год. CDC 6600 – первый суперкомпьютер 7 апреля 1964 года IBM 360 (ЕС) – шесть моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения. Май 1964 года. Dartmouth College (1 программа на Basic) 1965 год. DEC - PDP-8 (Электроника 100-И) 1968 год. 1 ЭВМ на ИС («Барроуз») 1968 год бит RAM chip

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП апреля 1964 – IBM 360

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. Накопитель на магнитных дисках и машина IBM-360

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 В 1965 году Дуглас Энгелбарт создал первую «мышь» – компьютерный ручной манипулятор. Впервые она была применена в персональном компьютере Apple фирмы Macintosh, выпущенном позднее, в 1976 году год. Человек на Луне 1969 год. Сеть ARPANET (Агентство Перспективных Разработок МО США) 1971 год. Микропроцессор INTEL-4004 Эдвард Хофр 1974 год. Intel Zilog Z80 – микропроцессор

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. Студенты Пол Аллен и Билл Гейтс впервые использовали язык Бейсик для программного обеспечения персонального компьютера "Альтаир". Они же основали фирму Microsoft, являющуюся сегодня крупнейшим производителем программного обеспечения персональных компьютеров

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 В 1976 году 26-летний инженер Стив Возняк из компании Hewlett-Packard создал принципиально новый микрокомпьютер. Он впервые применил для ввода данных клавиатуру, подобную клавиатуре пишущей машинки, а для отображения информации - обыкновенный телевизор. Символы выводились на его экран в 24 строки по 40 символов в каждой. Компьютер имел 8 Кбайт памяти, половину из которых занимал встроенный язык Бейсик, а половину пользователь мог использовать для введения своих программ.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Этот компьютер значительно превосходил Altair-8800, имевший всего 256 байтов памяти. Стив Возняк предусмотрел для своего нового компьютера разъем, так называемый «слот», для подсоединения дополнительных устройств. Первым понял и оценил перспективы этого компьютера приятель Стива Возняка – Стив Джобс. Он предложил организовать фирму для его серийного изготовления. 1 апреля 1976 года они основали компанию Apple.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Новый компьютер Стив Возняк и Стив Джобс назвали Apple-I. В течение 10 месяцев им удалось собрать и продать около 200 экземпляров Apple-I.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. 3 PC Apple-2 (Apple Computer) на базе процессора 6502 TRS-80 (Tendy Corporation) на базе процессора Z80 PET (Commodore) на базе процессора 8088

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 ЕС - ЭВМ 1970 г. Мини - ЭВМ PDP-11 фирмы Digital Equipment Corporation (DEC) СМ ЭВМ

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Сентябрь 1981 года. Персональные компьютеры модели IBM PC, созданные группой инженеров фирмы IBM под руководством Уильяма Лоуи (William C. Lowe). Компьютер IBM PC имел процессор Intel 8088 с тактовой частотой 4.77 МHz, 16 Kb памяти с возможностью расширения до 256 Kb, операционную систему DOS 1.0. Операционная система DOS 1.0 была создана компанией Microsoft. В течение всего одного месяца компания IBM сумела продать компьютера IBM PC. По договоренности с руководителями Microsoft компания IBM отчисляла создателям программы определенную сумму за каждую копию операционной системы, устанавливавшуюся на IBM PC.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Персональный компьютер модели IBM PC

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП год. Lotus год. INTERNET (дата стандартизации протокола связи TCP/IP) 1983 год. XT 1984 год. AT 1986 год год. PS/2

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Середина 80-х годов XX века стандартные технологии объединения компьютеров в сеть Ethernet, Arcnet, Token Ring год. Pentium–4 В 2002 году в Японии был построен суперкомпьютер NEC Earth Simulator, выполняющий 35,6 триллионов операций в секунду.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП поколение – ламповые ЭВМ (ENIAC 1946 г., США, МЭСМ , СССР) К первому поколению советских компьютеров относятся ламповые ЭВМ - «БЭСМ-2», «Стрела», «М-2», «М-3», «Минск», «Урал-1», «Урал-2», «М-20». Основные черты: Непосредственное общение, ввод с пульта, набор программ с помощью соединений на пульте, пошаговое решение, вывод на экран из неоновых ламп в двоичном виде, монопольный режим работы. Недостаток: Повышение быстродействия центральных устройств не дает общего повышения быстродействия.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 АУУУ ЗУУВВ 1 УВВ n Процессор

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП поколение - транзисторные ЭВМ (конец 50-х годов) Ко второму поколению советских компьютеров относятся полупроводниковые малые ЭВМ «Наири» и «Мир», средние ЭВМ для научных расчетов и обработки информации со скоростью 5-30 тысяч операций в секунду «Минск-2», «Минск-22», «Минск-32», «Урал-14», «Раздан-2», «Раздан-3», «БЭСМ-4», «М-220» и управляющие ЭВМ «Днепр», «ВНИИЭМ-3», а также сверхбыстродействующая «БЭСМ-6» с производительностью 1 млн. операций в секунду Основные черты: Элементная база, пакетный режим работы, зачатки операционной системы. Бурное развитие периферийных устройств для целей ускорения обмена информацией и предоставление большего сервиса пользователям. Недостаток: Пакетный режим - неудобный при необходимости проведения разных расчетов на ЭВМ с незначительными изменениями в программе.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 ЗУ 1 УВВЗУ 2 АУ УУ 1 Процессор УУ 2

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП поколение - ЭВМ на интегральных микросхемах (середина 60-х годов, IBM-360) Основные черты: Интерактивные режимы работы, специализированные процессоры ввода-вывода (каналы-процессоры, которые занимаются только организацией обмена информацией между внешними и центральными устройствами).

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 КАНАЛ УВВВП АУУУ Процессор ЗУ

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП поколение - ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных микросхемах Примером крупных вычислительных систем четвертого поколения стал многопроцессорный комплекс «Эльбрус-2» с быстродействием до 100 млн. операций в секунду. Основные черты: Микроминиатюризация, переносные и персональные ЭВМ, выделение управления связью и обменом между периферийными и центральными устройствами в отдельные блоки и, более того, передача указанных функций в сами внешние устройства. Для ЭВМ этого поколения характерно значительное увеличение объема внешней памяти.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 КАНАЛ Процессор ЗУ Интерфейс ввода-вывода УУ 1 УВВ 1 УВВ n УУ n

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП поколение - ЭВМ на сверхбольших интегральных микросхемах Основные черты: ЭВМ как вычислительная система, интеллектуальные возможности, обработка знаний, наличие нескольких процессоров: центральный и периферийные, общение с ЭВМ на нескольких естественных языках, ввод/вывод графической информации.

История развития вычислительной техники, информационных технологий Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Поколение Элементная база Быстро- действие, оп/с Программное обеспечение ПрименениеПримеры 1-е ( ) Электронные лампы тыс.Машинные языки Расчетные задачи ЭНИАК (США), МЭСМ (СССР) 2-е ( ) Полупроводники тыс. Алгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режим Инженерные, научные, экономические задачи IВМ 701 (США), БЭСМ-6, БЭСМ-4 (СССР) 3-е ( ) Интегральные микросхемы Порядка 1 млн. Операционные системы, режим разделения времени АСУ, САПР, научно- технические задачи IBM 360 (США), ЕС 1030, 1060 (СССР) 4-е ( настоящее время) БИС, микропроцессоры Десятки и сотни млн. Базы и банки данных Управление, коммуникации, АРМ, обработка текстов, графика ПЭВМ, серверы 5-е ( настоящее время) СБИС Единицы и десятки млрд. ЭВМ как вычислительная система, интеллектуальные возможности, обработка знаний Все возможные области Рабочие станции, ноутбуки, интеллектуальные контроллеры

Классификация ЭВМ. По принципу действия: Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Аналоговые вычислительные машины (АВМ) вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговый форме), т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме. Гибридные вычислительные машины (ГВМ) вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Классификация ЭВМ. По сферам деятельности человека: Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 для автоматизации вычислений для систем управления для решения задач искусственного интеллекта

Классификация ЭВМ. По назначению: Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Универсальные Проблемно-ориентированные Специализированные

Классификация ЭВМ. По назначению: Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Многопользовательские Рабочие станции Персональные компьютеры Сервера Кластерные ЭВМ Ноутбуки Карманные компьютеры

Классификация ЭВМ. По функциональным возможностям и размерам: Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Супер ЭВМ Большие ЭВМ Малые ЭВМ Супер-мини Микро ЭВМ Микроконтроллеры и микропроцессоры