Основные закономерности развития компьютерных систем

Основные закономерности развития компьютерных систем

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра вычислительной техники и

автоматизированных систем управления

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине

"Информатика"

на тему

«Основные закономерности развития компьютерных систем»

|Выполнил студент гр.|01-КТ-21 Воловиков О.П. |

| | |

|Допущен к защите | |

|Руководитель проекта |профессор, к.т.н., Частиков А.П. |

|Нормоконтроллер | |

| |(подпись, дата, расшифровка подписи) |

Защищен ___________________

Оценка___________________

(дата)

|Члены комиссии | |

| | |

| | |

| |(подпись, дата, расшифровка подписи) |

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра вычислительной техники и

автоматизированных систем управления

Зав. кафедрой

профессор, д.т.н.________Ключко В.И.

ЗАДАНИЕ

на курсовое проектирование

Студенту: 01-КТ-21 группы 1

курса

факультета КТАС

специальности 2204

Воловикову О.П.

(ф.и.о. шифр)

Тема проекта: «Основные закономерности развития компьютерных систем»

Содержание задания: выявить основные тенденции и закономерности развития

компьютерных систем (на основе их современного состояния)

Объем работы:

пояснительная записка к проекту: 23 листа формата А4

Рекомендуемая литература: Частиков А. П. История компьютера

Срок выполнения проекта: с "___"_________ по

"___"________2001 г.

Срок защиты: "___"________2001

г.

Дата выдачи задания: "___"________2001

г.

Дата сдачи проекта на кафедру: "___"________2001

г.

Руководитель проекта: профессор, к.т.н., Частиков

А.П.

Задание принял студент

(подпись, дата)

РЕФЕРАТ

«Основные закономерности развития компьютерных систем»

Автор: студент группы 01-КТ-21 Воловиков О.П.

Научный руководитель: профессор, к.т.н., Частиков А.П.

Объем работы: 23 л.

Кол-во иллюстраций: 1

Кол-во таблиц: 0

Кол-во источников: 5

Перечень ключевых слов: «компьютерные системы», «развитие компьютеров»,

«закономерность», «эволюция», «история», «тенденции», «аппаратные средства»

Основные характеристики работы:

Данная работа представляет собой результат небольшой исследовательской

деятельности, целью которой является выявление основных закономерностей и

тенденций, прослеживающихся в процессе более чем пятидесятилетнего развития

компьютерных систем.

В процессе написания реферата использовались научно-популярные

исследования (опубликованные в некоторых компьютерных журналах и web-

изданиях) различных специалистов в области информационных технологий, а

также данные, взятые из собственного опыта автора, причем упор делался на

современное состояние рассматриваемой области. Приведенные утверждения

иллюстрируются достаточным количеством ярких и понятных примеров.

Необходимо также отметить, что выявленные закономерности и тенденции

не подтверждаются математическими выводами или какими-либо теориями, но их

истинность основывается на многолетнем опыте развития информационных

технологий, а также подтверждается аналитическими работами многих

независимых исследователей.

СОДЕРЖАНИЕ

|1 Введение |5 |

| | |

|2 Основная часть |7 |

|2.1 Наследование основных принципов организации |7 |

|2.2 Вещественно-энергетическая и информационная целостность |7 |

| |8 |

|2.3 Повышение функциональной и структурной целостности КС |8 |

| | |

|2.4 Наследование основных функций развивающихся систем |9 |

|2.5 Адекватность функционально-структурной организации назначению |9 |

|системы |11 |

|2.6 Взаимосвязь показателей качества компьютерных систем |12 |

|2.7 Относительное и временное разрешение противоречий в КС | |

| |14 |

|2.8 Аппаратные и программные решения |15 |

| |16 |

|2.9 Совершенствование технологий создания КС, а также их | |

|преемственность |22 |

| | |

|2.10 Падение стоимости на компьютеры |23 |

| | |

|2.11 Будущие направления развития функций, реализуемых КС | |

| | |

|3 Заключение | |

| | |

|4 Список использованных источников | |

1 Введение

Первые вычислительные машины, разработанные к началу пятидесятых

годов, получили название ЭВМ первого поколения. (Классификация по

поколениям в основном относилась к технологии производства компонентов.

Первое поколение - электронные лампы, второе - транзисторы, третье -

микросхемы.) Тогда же формируются два основных направления в архитектуре

цифровых вычислительных машин — мэйнфреймы (mainframes) и мини-ЭВМ.

Последние появились в 1955–1956 гг. В числе фирм, которые сосредоточили

свои усилия в этой области, можно выделить Burroughs (компьютер E-101),

Bendix (G-15), Librascope (LGP-30). Принципиальным отличием первого

поколения малых ЭВМ от современных «персоналок» является фиксированная

конфигурация аппаратных средств. Управление внешними устройствами было

централизованным, и подключить какое-либо новое оборудование было

невозможно. Неудобство такого подхода очевидно, и в более поздних

модификациях G-15 этот недостаток был устранен. Память на магнитном

барабане не допускала расширения, и пользователь получал в свое

распоряжение следующий ресурс: 220 12-разрядных десятичных слов у E-101;

2176 29-разрядных двоичных слов у G-15; 4096 32-разрядных двоичных слов у

LGP-30. Из приведенных характеристик видно, что байтовый формат данных в

пятидесятые годы еще не стал стандартом. Система команд LGP-30 включала в

себя 16 команд, G-15 предоставляла программисту большие возможности (более

100 команд). Программирование зачастую велось непосредственно в машинных

кодах.

Однако, говоря о вычислительной технике тех времен, необходимо

вспомнить и о другом, совершенно не похожем на современные компьютеры

принципе построения ЭВМ — аналоговом или аналого-цифровом. Средства

вычислительной техники, использовавшиеся тогда в составе систем автоматики,

были исключительно аналоговыми. Близость этих научных направлений

усиливалась еще и тем, что проектирование аналоговых вычислительных машин

опиралось на ту же теоретическую базу, что и проектирование систем

управления. Устойчивость системы автоматического управления и сходимость

вычислительного процесса в аналоговой машине были весьма схожи по своему

описанию. Хотя сегодня аналоговая вычислительная техника как разновидность

компьютеров и не существует, но методы решения задач, накопленные за

достаточно длинную историю существования этих вычислительных машин,

используются в оборудовании, основанном на применении процессоров цифровой

обработки сигналов (ЦОС). Развитие же цифровых вычислительных машин,

которые со временем получили славное имя компьютеры, начиная с пятидесятых

годов неразрывно связано с разработкой программного обеспечения.

В данный исторический период существовали программисты,

рассматривавшие средства автоматизации своего труда как инструмент для

ленивых, портящий качество продукции — то есть прикладной программы. Нужно

сказать, что в то время эти утверждения действительно подтверждались

практикой, которая, как известно, является критерием истины. Так же, как

аналоговые машины по многим показателям превосходили цифровые, так и

программы, написанные непосредственно в машинных кодах, оказывались короче,

чем результат трансляции программ, подготовленных с использованием

алгоритмических языков. Таким образом, правильный путь в те годы определяла

не практическая сметка, а способность предугадать прогресс в смежных

областях. В духе времени можно было бы даже поставить марксистскую

концепцию о роли практики в иронические кавычки, если бы и в Евангелии не

было прямого указания на то, что пророков истинных надо отличать от

пророков ложных по их делам, то есть по практике. Поэтому не будем

иронизировать по поводу ошибочных научных идей пятидесятых годов. Именно в

эти годы был предложен алгоритмический язык FORTRAN, получивший

впоследствии ироническое название «бессмертный». Уже начинает создаваться

программное обеспечение в виде достаточно внушительных библиотек

стандартных подпрограмм.

Много воды утекло с тех пор, и сейчас можно по-разному рассуждать о

технологических направлениях полувековой давности и имели ли они тот или

иной успех. Однако очевидно одно: за эти пятьдесят с лишним лет

компьютерная индустрия, а вместе с ней и рассматриваемые в данной работе

компьютерные системы (КС) претерпели множество количественных и

качественных изменений. Мы же, собственно, попытаемся в некоторой степени

проследить путь эволюции и выявить наиболее важные закономерности в

развитии этих систем, опираясь как можно больше на нынешнее положение дел в

данной отрасли.

2 Основная часть

2.1 Наследование основных принципов организации

В основе функциональной организации ЭВМ всех поколений лежит общий

принцип программного управления (в пятидесятые годы теоретически

предлагается принцип микропрограммного управления, практическая реализация

которого приходится на следующее десятилетие; обычно этот фундаментальный

принцип организации подсистемы управления ЭВМ связывают с работами Уилкса

(Wilkes M.V.), выполненными в 1951 году) и двоичного представления

информации. Реализация программного управления достигается различными

структурными схемами, отличающимися функциональными свойствами и

производительностью. Эти принципы, разработанные очень давно, еще до

появления, если так можно выразиться, первых достаточно полноценных

компьютеров, определили весь последующий облик компьютерных систем.

Следование этим принципам позволяет создать универсальные и по возможности

более простые аппаратные (как впрочем и программные) средства обеспечения

вычислительных машин.

2.2 Вещественно-энергетическая и информационная целостность

Целостность КС, как и любых технических систем, обусловлена зависимостью

протекающих в них вещественных, энергетических и информационных процессов

преобразования (обработки), хранения, обмена (передачи) и управления. В

реальных технических системах процессы преобразования, хранения и обмена

вещества, энергии и информации взаимосвязаны. Управление этими процессами

осуществляется информационными потоками, материализуемыми вещественными и

энергетическими носителями.

Данная закономерность удачно иллюстрируется, в частности, единством и

взаимосвязью энергетических и информационных процессов в элементах вакуумно-

ламповой, полупроводниковой и интегральной технологий, осуществляющих

обработку информации в аналоговой или цифровой форме. При выдаче информации

и генерации управляющих воздействий формируются соответствующие

информационные последовательности с целью дальнейшего преобразования в

энергетические и вещественные воздействия на объект управления с

отображением информации о ходе процесса (преобразование формы представления

информации).

В процессе обработки информации при энергетическом воздействии

осуществляется переключение логических запоминающих элементов процессора и

памяти. Если, в свою очередь, рассматривать внутреннюю структуру логических

и запоминающих элементов, то нетрудно заметить, что различным

информационным изменениям элементов соответствуют определенные изменения в

структуре вещества, из которого сделаны эти элементы. В полупроводниковых

элементах, например, осуществляется изменение проводимости p-n-перехода,

неплохими примерами могут также послужить разнообразные носители

информации: в магнитных наличию двоичного нуля/единицы соответствует

определенное состояние некоторой области магнитного вещества, в оптических

при записи данных происходит изменение оптических свойств поверхности

диска. То же можно сказать и о передаче информации – в применяемых

интерфейсах она осуществляется посредством распространения электромагнитных

колебаний, то есть энергии.

2.3 Повышение функциональной и структурной целостности КС

Эта закономерность выражается в функциональной и структурной

интеграции отдельных подсистем и сокращении числа промежуточных уровней и

видов преобразования вещества, энергии и информации в процессе

функционирования КС.

Функциональная целостность рассматривается в ее отношении к внешнему

окружению (среде) и обусловливается единством и взаимосвязью функций

системы и ее подсистем, а структурная целостность системы рассматривается в

отношении ее состава, фиксированной совокупности элементов и связей между

ними. В процессе эволюции КС повышение ее целостности может выражаться в

том, что сама система получает возможность перейти в подсистему более

сложной системы. Прекрасной иллюстрацией этого положения служит

микропроцессор, повторивший структуру машин предшествующих поколений и

рассматриваемый в 70-х гг. на уровне системы, в дальнейшем превратившийся в

элемент мощных суперкомпьютеров.

Из более близких нам примеров можно отметить, скажем, дисковые

контроллеры и периферийные контроллеры ввода-вывода, которые долгое время

были отдельными устройствами, а теперь встраиваются прямо в чипсет, то есть

являются частью системной платы. Вспомним также процессорный L2 кэш –

сейчас он составляет с ядром CPU единое целое, хотя недавно выполнялся

отдельным блоком, а несколько лет назад вообще устанавливался в специальный

слот.

2.4 Наследование основных функций развивающихся систем

В процессе развития систем определенного класса сохраняется

совокупность их основных (базовых) функций. Применительно к компьютерным

системам можно утверждать: каждое новое компьютерное поколение сохраняет

(воспроизводит) совокупность основных функций, реализуемых компьютерами

предшествующего поколения. Какие это функции? PMTC – Processing

(обработка), Memory (хранение), Transfer (передача), Control

(управление). Все это сохраняется на протяжении всех поколений компьютерных

систем. Наиболее интенсивным изменениям подвергаются сервисные функции. Эти

изменения направлены на увеличение производительности и совершенствование

интерфейса пользователя с системой.

Действительно, ни один из существующих типов КС не выполняет каких-

либо функций, кроме вышеуказанных. Единственные изменения, которые

происходят с появлением новой КС – это все лучшее выполнение этих функций:

новый РС все быстрее производит обработку данных, полученных с устройств

ввода, новый сервер имеет все более емкую дисковую систему, больший объем

памяти и производительный CPU, новый коммуникационный стандарт обеспечивает

большую пропускную способность и надежность.

2.5 Адекватность функционально-структурной организации назначению системы

Эффективными и жизнеспособными являются системы, структура которых

максимально соответствует реальным функциям. Два параллельно идущих

Страницы: 1, 2, 3