Архитектура ЭВМ

При этом включаются вопросы организации комплекса технических средств и организации комплекса программных средств. Эти вопросы рассматриваются совместно, т. е. учитывается взаимодействие технического (аппаратного) и программного обеспечения, а также, взаимодействия пользователя со всеми компонентами архитектуры.

История создания и развития вычислительных машин(1)

Рассмотрим основные этапы создания и развития вычислительных машин (ВМ). За период развития вычислительных технологий были разработаны сотни различных конструкций ВМ. Идеи, заложенные в некоторые из них, послужили прототипами и основой для реализации в современных компьютерах.

Нулевое поколение ВМ: - механические устройства и счётные машины

Вычислительная техникаявляется важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. К числу первых приспособлений, используемых для вычислений, были, вероятно,

всем известные счётные палочки. Счётные палочки

Счётные палочки представляют собой одноцветные, или многоцветные удлинённые брусочки, обычно сделанные из дерева или пластика. используемые и сегодня для начального обучения счету.

Счётные палочки с древних времён использовались в Китае, в том числе - для записи символов и иероглифов, однако затем были запрещены там. В Японии непрерывно использовались долгое время и даже стали символом алгебры. Также популярны cчётные палочки были в Корее и Вьетнаме.

Изначально счётные палочки могли использоваться для простых вычислений, выражая числа от 1 до 9, однако затем их развитие привело к тому, что появились обозначение нуля и целый символический язык математики. С помощью счётных палочек и счётной доски проводили сложные вычисления с дробями, фракталами(2) и отрицательными числами (для отражения последних

(1)http://evm-story.narod.ru/

(2)Фракта́(лат. fractus — дроблёный, сломанный, разбитый) — сложная геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия, то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком..

Архитектура ЭВМ

использовались либо палочки другого цвета, либо особые формы записи).

Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства: абак (счёты),

логарифмическая линейка, механический арифмометр,

электронный компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, сама по себе, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.

Ранние приспособления и устройства для счёта

Когда людям надоело вести счёт при помощи загибания пальцев, они изобрели абак.

Рис. 1. Абак

Человечество научилось пользоваться простейшими счётными приспособлениями тысячи лет назад. Наиболее востребованной оказалась необходимость определять количество предметов, используемых в меновой торговле.

Принцип эквивалентности широко использовался и в других, знакомых для многих, простейших из счётных устройствах: Абаке или Счётах. Количество подсчитываемых предметов соответствовало числу передвинутых костяшек этих инструментов.

Сравнительно сложным приспособлением для счёта могли быть чётки, применявшиеся в практике многих религий. Верующий как на счётах отсчитывал на зёрнах чёток число произнесённых молитв, а

Фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба.

Фрактал — самоподобное множество нецелой размерности.

Архитектура ЭВМ

при проходе полного круга чёток передвигал на отдельном хвостике особые зёрна-счётчики, означающие число отсчитанных кругов.

С изобретением зубчатых колёс появились и гораздо более сложные устройства выполнения расчётов. Звёздочки и шестерёнки были сердцем подобных механических устройств для счёта.

Но, эти изобретения, как показали результаты океанографических исследований, не были абсолютно новыми.

Антикитерский механизм

В начале XX века, на месте крушения античного судна, затонувшего примерно в65 году до н. э. (по другим источникам в 80 или даже87 году до н. э.), был найден механизм, названный по месту находки антикитерским (см. рис.2).

Этот механизм позволял моделировать движение планет. Предположительно, его использовали для календарных вычислений в религиозных целях, предсказания солнечных и лунных затмений, определения времени посева и сбора урожая и т. п.

Вычисления выполнялись за счёт соединения более 30 бронзовых колёс и нескольких циферблатов; для вычисления лунных фаз использовалась дифференциальная передача, изобретение которой исследователи долгое время относили не ранее чем к XVI веку. Впрочем, с уходомантичностинавыки создания таких устройств были позабыты; потребовалось около полутора тысяч лет, чтобы люди вновь научились создавать похожие по сложности механизмы.

Антиките́рскиймеханизм(2) (другие варианты написания: антикитирский, андикитерский, антикиферский, греч. Μηχανισμός των Αντικυθήρων) — механическое устройство, обнаруженное в 1902 году на затонувшем древнем судне недалеко от греческого

острова Антикитера (греч. Αντικύθηρα). Находка датируется приблизительно100 годом до н. э. (возможно, до 150 года до н. э.)

Хранится вНациональном археологическом музеев Афинах.

Механизм содержал большое числобронзовых шестерён в деревянном корпусе, на котором были размещены циферблаты со стрелками и, по реконструкции, использовался для расчёта движения небесных тел.

(2)Антикитерский механизм (материал из Википедии — свободной энциклопедии) http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:NAMA_Machine_d%27Anticyth%C3%A8re_1.jpg Файл:NAMA Machine d'Anticythère 1.jpg

Архитектура ЭВМ

Рис.2. Одна из частей механизма, найденная на затонувшем судне

Другие устройства подобной сложности неизвестны в эллинистической культуре. В механизме используется дифференциальная передача, которая, как ранее считалось, была изобретена не раньше XVI века. Уровень миниатюризации и сложность деталей этого прибора сопоставимы с механическими часами XVIII века. Ориентировочные размеры механизма в сборе

33×18×10 см.

История открытия

Рис.3. Доступный для изучения состав механизма

В1901 году в Эгейском моремежду греческим островом Крит и полуостровом Пелопоннес недалеко от острова Антикитера на глубине 43—60 метров был обнаружен затонувший античный римский корабль. Ныряльщики за губками подняли на поверхность бронзовую статую юноши и множество других артефактов. В 1902