Министерство  образования и науки Республики  Казахстан 

Костанайский  государственный университет им. А.Байтурсынова 

Кафедра информационных систем 
 
 
 
 
 

Доклад

на  тему «Классификация персональных

компьютеров» 
 

          Дисциплина      Организация вычислительных систем и сетей

Специальность  050704 – Вычислительная техника и  программное обеспечение

 Выполнила:                                           Золотухина И., студентка 3 курса

                                                                             очной формы обучения, 42 гр. 

  Руководитель:                                        Жикеев А.А., старший преподаватель 
 
 
 
 

Костанай, 2011

Классификация компьютеров

  Компьютер – это устройство или средство, предназначенное для обработки информации. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Информацию в иной форме представления для ввода в компьютер необходимо преобразовать в числовую форму.

       Современным компьютерам предшествовали  ЭВМ нескольких поколений. В  развитии ЭВМ выделяют пять  поколений. В основу классификации  заложена элементная база, на  которой строятся ЭВМ.

1. В 1943 году была создана вычислительных машин ЭВМ первого поколения на базе электронных ламп.
2. Второе поколение (50 – 60 г.г.) компьютеров построено на базе полупроводниковых элементов (транзисторах).
3. Основная элементная база компьютеров третьего поколения (60 – 70 г.г.) - интегральные схемы малой и средней интеграции.
4. В компьютерах четвертого поколения (70 – по н/в) применены больших интегральных схемах БИС (микропроцессоры). Применение микропроцессоров в ЭВМ позволило создать персональный компьютер (ПК), отличительной особенностью которого является небольшие размеры и низкая стоимость.
5. В настоящее время ведутся работы по созданию ЭВМ пятого поколения, которые разрабатываются на сверхбольших интегральных схемах.

     Существует  и другие различные системы классификации  ЭВМ:

• По производительности и быстродействию
• По назначению
• По уровню специализации
• По типу используемого процессора
• По особенностям архитектуры
• По размерам

Архитектура системы команд

     Системой  команд вычислительной машины называют полный перечень команд, которые способна выполнять данная ВМ. В свою очередь, под архитектурой системы команд (АСК) принято определять те средства вычислительной машины, которые видны  и доступны программисту. АСК можно  рассматривать как линию согласования нужд разработчиков программного обеспечения  с возможностями создателей аппаратуры вычислительной машины.

     Система команд любой ЭВМ обязательно  содержит следующие группы команд обработки  информации.

1. Команды передачи данных (перепись), копирующие информацию из одного места в другое.
2. Арифметические операции, которым фактически обязана своим названием вычислительная техника. Конечно, доля вычислительных действий в современном компьютере заметно уменьшилась, но они по-прежнему играют в программах важную роль. Отметим, что к основным арифметическим действиям обычно относятся сложение и вычитание. Что касается умножения и деления, то они во многих ЭВМ выполняются по специальным программам.
3. Логические операции, позволяющие компьютеру анализировать обрабатываемую информацию. Простейшими примерами могут служить сравнение, а также известные логические операции И, ИЛИ, НЕ (инверсия).
4. Сдвиги двоичного кода влево и вправо. Для доказательства важности этой группы команд достаточно вспомнить правило умножения столбиком: каждое последующее произведение записывается в такой схеме со сдвигом на одну цифру влево.
5. Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами. В некоторых ЭВМ внешние устройства являются специальными служебными адресами памяти, поэтому ввод и вывод осуществляется с помощью команд переписи.
6. Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы. Сюда прежде всего следует отнести условный и безусловный переход, а также команды обращения к подпрограмме (переход с возвратом). Некоторые ЭВМ имеют специальные команды для организации циклов, но это не обязательно: цикл может быть сведен к той или иной комбинации условного и безусловного переходов.

     Современная технология программирования ориентирована  на языки высокого уровня (ЯВУ), главная  цель которых — облегчить процесс  программирования. Переход к ЯВУ, однако, породил серьезную проблему: сложные операторы, характерные для ЯВУ, существенно отличаются от простых машинных операций, реализуемых в большинстве вычислительных машин. Проблема получила название семантического разрыва, а ее следствием становится недостаточно эффективное выполнение программ на ВМ. Пытаясь преодолеть семантический разрыв, разработчики вычислительных машин в настоящее время выбирают один из трех подходов и, соответственно, один из трех типов АСК:

• архитектуру с полным набором команд: CISC (Complex Instruction Set Computer);
• архитектуру с сокращенным набором команд: RISC (Reduced Instruction Set Computer);
• архитектуру с командными словами сверхбольшой длины: VLIW (Very Long Instruction Word).

     В вычислительных машинах типа CISC проблема семантического разрыва решается за счет расширения системы команд, дополнения ее сложными командами, семантически аналогичными операторам ЯВУ. Основоположником CISC-архитектуры  считается компания IBM, которая начала применять данный подход с семейства  машин IBM 360 и продолжает его в своих мощных современных универсальных ВМ, таких как IBM ES/9000. Аналогичный подход характерен и для компании Intel в ее микропроцессорах серии 8086 и Pentium.

     Для CISC-архитектуры типичны:

• наличие в процессоре сравнительно небольшого числа регистров общего назначения;
• большое количество машинных команд, некоторые из них аппаратно реализуют сложные операторы ЯВУ;
• разнообразие способов адресации операндов;
• множество форматов команд различной разрядности;
• наличие команд, где обработка совмещается с обращением к памяти.

     К типу CISC можно отнести практически  все ВМ, выпускавшиеся до середины 1980-х годов, и значительную часть  производящихся в настоящее время. Рассмотренный способ решения проблемы семантического разрыва вместе с  тем ведет к усложнению аппаратуры ВМ, главным образом устройства управления, что, в свою очередь, негативно сказывается  на производительности ВМ в целом. Это  заставило более внимательно  проанализировать программы, получаемые после компиляции с ЯВУ. Был предпринят комплекс исследований, в результате которых обнаружилось, что доля дополнительных команд, эквивалентных операторам ЯВУ, в общем объеме программ не превышает 10-20%, а для некоторых наиболее сложных команд даже 0,2%. В то же время  объем аппаратных средств, требуемых  для реализации дополнительных команд, возрастает весьма существенно. Так, емкость  микропрограммной памяти при поддержании  сложных команд может увеличиваться  на 60%. Детальный анализ результатов  упомянутых исследований привел к серьезному пересмотру традиционных решений, следствием чего стало появление RISC-архитектуры.

     Термин RISC впервые был использован Д. Паттерсоном и Д. Дитцелем в 1980 году. Идея заключается в ограничении списка команд ВМ наиболее часто используемыми простейшими командами, оперирующими данными, размещенными только в регистрах процессорах. Обращение к памяти допускается лишь с помощью специальных команд чтения и записи. Резко уменьшено количество форматов команд и способов указания адресов операндов. Сокращение числа форматов команд и их простота, использование ограниченного количества способов адресации, отделение операций обработки данных от операций обращения к памяти позволяет существенно упростить аппаратные средства ВМ и повысить их быстродействие. Как следствие, реализация сложных команд за счет последовательности из простых, но быстрых RISC-команд оказывается не менее эффективной, чем аппаратный вариант сложных команд в CISC-архитектуре. Отметим, что в последних микропроцессорах фирмы Intel и AMD широко используются идеи, свойственные RISC-архитектуре, так что многие различия между CISC и RISC постепенно стираются.

     Помимо CISC- и RISC-архитектур в общей классификации  был упомянут еще один тип АСК — архитектура с командными словами сверхбольшой длины (VLIW). Концепция VLIW базируется на RISC-архитектуре, где несколько простых RISC-команд объединяются в одну сверхдлинную команду и выполняются параллельно. В плане АСК архитектура VLIW сравнительно мало отличается от RISC. Появился лишь дополнительный уровень параллелизма вычислений, в силу чего архитектуру VLIW логичнее адресовать не к вычислительным машинам, а к вычислительным системам.