« Назад

Введение

Время меняется, с ним меняются компьютерные технологии. Появление новых технологий приводит к скорости обмена информации растущей с помощью специального программного обеспечения (ПО) и накопителей информации.

Первым электронным компьютером можно назвать систему, созданную в 1942 году Джоном В. Атанасовым (John V. Atanasoff) в колледже штата Айова. В этом устройстве в качестве переключателей использовались вакуумные лампы. Для военных требовались более совершенные вычислительные системы. В 1946 году в Пенсильванском университете Джоном Мошли и Дж. Преспером Экерт была создана электронно-вычислительная машина ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator). Она работала с 10-разрядными числами и выполняла 300 операций в секунду. Производительность компьютера ENIAC была в 1000 раз выше, чем у механических и электромеханических устройств. В этом компьютере использовалось 18 тыс. вакуумных ламп, он занимал площадь 167 квадратных метров и потребляла 180 тыс. ватт.

В 1945 году математик Джон фон Нейман показал, что компьютер является целостная физическая структура и может эффективно выполнять любые вычисления без изменения аппаратной части. Другими словами, программы можно изменять, не меняя аппаратного обеспечения. Эта идея получила дальнейшее распространение в виде программ, хранящихся в компьютере.

Первые коммерческие компьютеры ENIAC и UNIVAC появились в 1947 году (до появления UNIVAC компьютеры использовались только в науке и в военных целях). В них использовалась оперативная память для хранения некоторых программ и часто используемых данных; программирования осуществлялось с помощью машинного языка.

В 1973 году были разработаны первые микропроцессорные комплекты на основе микропроцессора 8008. Правда, они годились разве что для демонстрации своих возможностей и включения индикаторов. В конце 1973 Intel выпустила микропроцессор 8080, быстродействие которого была в 10 раз выше, чем в 8008, и который мог адресовать память объемом до 64 Кбайт.

В 1975 году фотография комплекта Altair фирмы МITS была помещена на обложку январского номера журнала Popular Еlесtronic. Этот комплект, который можно считать первым ПК, состоял из процессора 8080, блока питания, лицевой панели с множеством индикаторов и запоминающего устройства емкостью 256 байт. Стоимость комплекта составляла 395 долларов, и покупатель должен был сам собрать компьютер. Этот ПК был построен по схеме с открытой шиной (разъемами), что позволяло другим фирмам разрабатывать дополнительные платы и периферийное оборудование.

Появление нового процессора стимулировала разработку различного программного обеспечения, включая операционную систему CP/M (Control Program for Microprocessors) и первый язык программирования - BASIC (Beginners All - purpose Symbolic Instruction Code) фирмы Microsoft. В 1975 году ІВМ впервые выпустила то, что можно было бы назвать персональным компьютером. Модель 5100 имела память емкостью 16 Кбайт встроенный дисплей на 16 строк по 64 символов, интерпретатор языка ВASIС и кассетный накопитель БС-300. Однако стоимость компьютера (9000 долларов) для рядового покупателя оказалась очень высокой, особенно если учесть, что множество любителей (названных позже хакерами) предлагали собственные комплекты всего за 500 долларов.

Очевидно, что ПК фирмы IВМ не могли выдержать такой конкуренции на рынке и продавались очень плохо. После появления первого IВМ РС прошло более 18 лет, и за это время, конечно, многое изменилось. Например, IВМ - совместимы компьютеры, ранее использовали процессор 8088 с тактовой частотой 4,77 МГц, теперь на основе процессора Pentium II работают с тактовой частотой 500 МГц и выше, быстродействие современных систем выросла более чем в 4000 раз (имеется в виду общая производительность, а не только тактовая частота). Первый IBM РС имел два односторонние накопители на гибких дисках емкостью 160 Кбайт и использовал операционную систему DOS 1.0, а современные компьютеры работают с жесткими дисками емкостью 20 Гбайт и выше.

Можно считать, что в общем виде компьютер состоит из компонентов трех типов - ЦБ, оперативной памяти и модулей ввода-вывода, причем компонентов некоторых типов в системе может быть несколько. Для того, чтобы компоненты в процессе работы могли обмениваться данными и управляющими сигналами, должна существовать некая подсистема, обеспечивающая связь между ними. Таким образом, описывая в общем виде компьютерную систему, мы должны специфицировать:

1) функции каждого компонента по отношению к другим, то есть данные и управляющие сигналы, которыми он обменивается с другими компонентами;

2) структуру, обеспечивающую передачу этих сигналов по назначению.

Очень важно выработать общий взгляд на структуру и функции компонентов, поскольку он позволит понять, суть же происходит в процессе работы компьютера.

Рассматривая компьютер с этой точки зрения, можно выявить недостатки в конструкции системы и отыскать способы их устранения, проанализировать пути обеспечения работоспособности системы при отказе какого-либо из компонентов. Во многих случаях требование обеспечить максимальную производительность и надежность системы в целом можно удовлетворить не столько за счет наращивания параметров отдельных компонентов, сколько правильным выбором метода их структурной организации.

Рост производительности устройств внешней памяти вследствие развития технологии производства компонентов происходит значительно медленнее, чем рост производительности оперативной памяти. Это отставание делает подсистему внешней памяти узким местом в современной вычислительной системе и заставляет разработчиков сосредоточить внимание на поиске структурных методов преодоления этого противоречия.

Основная идея применения подобных методов к устройствам внешней памяти оригинальностью не отличается - если быстро выполнить операцию одному исполнителю (устройства) не под силу, нужно добавить в "команду" еще несколько исполнителей и распределить между ними работу так, чтобы никто не простаивал.

Что касается устройств внешней памяти на магнитных дисках (ПЗПМД), то эта идея выливается в организацию многодисковой подсистемы, в которой есть массив относительно независимых и, в то же время, координированных работающих устройств, способных общими усилиями своевременно выполнить поставленную задачу. Высокая производительность вычислительных систем обеспечивается применением технологии RAID.

Эта технология используется для создания функционирующих массивов нескольких устройств запоминания с целью увеличения производительности, быстродействия и надежности работы системы. Эта стратегия заменяет диски с большой плотностью записи множеством дисков с малой плотностью и распределяет данные таким образом, что обеспечивает возможность одновременного доступа к данным с различных дисков. Это существенно повышает эффективность ввода - вывода и дает возможность постепенного наращивания емкости массива.