Розділ 1 Сучасний комп'ютер. Основні поняття

В цьому розділі розглядаються історичні аспекти розвитку комп'ютерів, подаються основні поняття, функції та основні функціональні вузли комп'ютера, їх взаємозв'язок, а також загальна організація роботи комп'ютера. Проводиться аналіз та даються по­яснення одиниць вимірювання технічних характеристик комп'ютера та аналізуються закономірності їх зміни з розвитком елементної бази. Вводиться поняття архітектури комп'ютера та виділяються особливості архітектури Джона фон Неймана та відмінні риси комп'ютерів ненейманівських архітектур. Розглядаються характерні риси та сфе­ри застосування різних типів комп'ютерів: персональних, робочих станцій, багатотер-мінальних систем, серверів, великих універсальних комп'ютерних систем, кластерів, мікроконтролерів, суперкомп'ютерів та спеціалізованих комп'ютерів. Обґрунтовується місце предмету даної книги серед суміжних дисциплін та порядок його розгляду.

1.1. Історичні аспекти розвитку комп'ютерів

В 1946 році Джон фон Нейман (John von Neumann) описав архітектуру комп'ютера, яка є найпоширенішою і в даний час. В своїй науковій роботі він назвав новий пристрій обчислювальним інструментом (computing instrument), звідки логічно появилася сучас­на назва комп'ютера. Ця архітектура дістала назву архітектури Джона фон Неймана, хоча в зарубіжній літературі частіше використовується термін "Instruction Set Architecture" ("архітектура системи команд"), що вказує як на рівень опису архітектури комп'ютера, так і на програмний принцип його роботи. До перших розробників та впроваджувачів цієї архітектури належать Чарльз Бебідж (Charles Babbedz), конструктор двох механіч­них комп'ютерів - різницевої та аналітичної машини (1822-1833 pp.), Джон Атанасов (John Atanasoff) - автор першого спеціалізованого комп'ютера ABC (1939 рік), Конрад Цузе (Konrad Cuze) (1936-1944 pp.) та Ховард Айкен (Howard Aiken) (1941-1946 pp.) кон­структори перших електромеханічних комп'ютерів відповідно Z1-Z4 та Маrk1-Марк2, Алан Тюрінг (Allan Turing) - один з розробників першого електронного комп'ютера Co­lossus (1943 рік), Преспер Екерт (Presper Eckert) та Джон Моучлі (John Mauchly) - роз­робники першого універсального комп'ютера ЕХ'ІАС (1946 рік), який був описаний в науковій роботі Джона фон Неймана, Мауріс Уілкс (М. Wilkes) - розробник проекту комп'ютера EDSAC (1946 рік).

До перших електронних комп'ютерів з програмним керуванням належить і мала електронно-лічильна машина (МЕЛМ), створена в 1951 році в Інституті електродинамі­ки Академії Наук України, м. Київ під керівництвом академіка С. А. Лєбєдєва (рис. 1.1).

18

Рис. 1.1. Перший в СРСР універсальний електронний комп'ютер MEJ1M (Україна, 1951)

Сучасний стан технології проектування комп'ютерів базується на теоретичних ро­ботах ряду видатних дослідників, в першу чергу С. Крея, засновника фірми CrayResea­rch,яка випустила кілька поколінь найпотужніших в світі комп'ютерів; М. Фліна, який розробив найуживанішу класифікацію комп'ютерів, Г. Амдаля, який сформував ряд но­вітніх положень розвитку комп'ютерів, Р. Томасуло, який запропонував підхід до вирі­шення питання ефективного завантаження комп'ютера, Д. Коука, який запропонував ар­хітектуру "Америка", на основі якої збудовано комп'ютер з спрощеною системою команд RS/6000фірми IBM(усі вони є вихідцями з цієї фірми), Д. Хеннессі (Стенфордський уні­верситет), автора архітектури комп'ютера з спрощеною системою команд MIPS,засно­вника фірми MIPS(зараз це підрозділ фірми SiliconGraphics,однієї з провідних фірм по виготовленню суперкомп'ютерів), Д. Паттерсона (Каліфорнійський університет), авто­ра архітектури комп'ютерів з спрощеною системою команд RISCІ та RISCII,технології RAIDзбереження даних тощо. Їх ідеї були апробовані шляхом створення та практично­го використання комп'ютерів фірм Cray Research, IBM, Silicon Graphics, Intel, MIPS, SUN Microsystems, Digital Equipment Corporation, Transmeta та багатьох інших.