Министерство информационных технологий и связи РФ
Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики
КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Расчетно-графическое задание по предмету
«Архитектура вычислительных систем»
Вариант 6
Выполнила: студентка гр. П-93 Григорьева М.С.
Проверил: чл.-корр. РАН, профессор Хорошевский В.Г
Новосибирск 2011
Задание
Осуществить анализ архитектуры ЭВМ I поколения. Привести пример функциональной структуры ЭВМ I поколения.
Построить блок-схему р-алгоритма умножения матриц: H[1 : N; 1 : L], A[1 : L; 1 : M] Обеспечивающего распределение элементов результирующей матрицы по горизонтальным полосам в элементарных машинах ВС.
Отыскать максимум коэффициента ε накладных расходов при реализации p‑алгоритма на вычислительной системе, имеющей следующие параметры:
разрядность l=64;
полосу пропускания канала между машинами ν = 5 Гигабод;
время выполнения операции сложения tc = 0,5 нс;
время выполнения операции умножения ty = 1 нс.
Анализ архитектуры эвм I поколения.
Первое поколение ЭВМ появилось в 1949-1951-е годы(ω = 105 опер/с,ν = 106 бит,υ = 10 час,σ = 10 дол/(опре*с-1)). ЭВМ предназначались для последовательной обработки информации в однопрограммном режиме. В любой момент времени в ЭВМ могла находиться только одна задача, представленная в виде последовательной программы. Состав вычислительных устройств и структура ЭВМ первого поколения – канонические (см.рис. 1.1); разнообразие ЭВМ суть варианты технической реализации концептуальной ЭВМ Дж. фон Неймана. Алгоритм управления вычислительными процессами был универсальным и последовательным, однако он был адаптирован под фиксированную структуру ЭВМ. Алгоритм закладывался в аппаратуру машины при ее конструировании и оставался неизменным в течение всего периода существования ЭВМ. (Изменения алгоритма ни в процессе решения задачи, ни перед ее решением были не допустимы).
Поколение ЭВМ |
Годы появления |
Возможности пользования |
Структура управления,
|
Элементная и логико-конструктивная базы |
Производство |
1 |
1949–1951 |
Одна задача, пассивный режим |
Последовательный алгоритм, фиксированная структура |
Лампы, компоненты |
Индивидуальное |
Поколение ЭВМ |
Программное обеспечение
|
Средства обмена
|
Производит, опер./с
|
Объем памяти, v бит
|
Безотказность, ч
|
Цена 1 опер./с, долл.
|
1 |
Машинные языки
|
Устройства ввода-вывода (УВВ)
|
105 |
106 |
1…10 |
10 |
(рис. 1.1)
Логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах с нитью накала. В оперативных запоминающих устройствах использовались магнитные барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). В качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы.
Напряжения питания компьютерных схем составляли десятки—сотни вольт, а в случае использования ЭЛТ и киловольты. Машины потребляли несколько десятков киловатт. Они имели центральное устройство управления (УУ), обеспечивающее строго последовательную работу всех основных устройств. Тактовая частота работы УУ была в пределах десятков — сотен килогерц. Ввод-вывод информации осуществлялся с перфокарт, перфолент, магнитных лент или с клавиатуры.
Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке, то есть программы были жестко ориентированы на конкретную модель машины и «умирали» вместе с этими моделями.
Надежность машин первого поколения была крайне низкой — несколько десятков часов наработки на отказ. Для поддержания удобоваримой надежности машины требовали регулярного ежесуточного, еженедельного и ежемесячного профилактического обслуживания, во время которого выявлялись и заменялись потенциально ненадежные элементы (еженедельное обслуживание было более тщательным, нежели ежесуточное, а ежемесячное еще более трудоемким).
Работал на машине непосредственно программист, чуть позже — оператор, но и тот и другой общались с ЭВМ посредством громадного пульта, имевшего большое число переключателей (тумблеров) и световых индикаторов (лампочек), отображавших информацию в двоичной системе счисления (горит — не горит лампочка).
Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC[2] - первая машина с хранимой программой. UNIVAC[3],МЭСМ, БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, “Стрела”, “Минск-1”, “Урал-1”, “Урал-2”, “Урал-3”, M-20, "Сетунь", БЭСМ-2, "Раздан". Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2—3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти—2К или 2048 машинных слов (1K=1024) длиной 48 двоичных
знаков.