Основные архитектурно – функциональные принципы построения ЭВМ были разработаны и опубликованы в 1546 году венгерским математиком и физиком Джоном фон Нейманом и его коллегами Г. Голдстайном и А. Берксом в ставшем классическим отчете «предварительное обсуждение логического конструирования электронного вычислительного устройства».

Вот эти основные принципы:

1.     Программное управление работой ЦВМ. Программа состоит из последовательности, кот. Преобразуют информацию. Все разновидности команд, использующиеся в конкретной ЦВМ, является языком машины или системой команд машины.

2.     Принцип условного перехода. Это возможность перехода в процессе вычислений на тот или иной участок программы в зависимости от промежуточных результатов. Реализация этого принципа позволяет легко осуществлять в программе циклы с автоматическим выходом из них, итерационные процессы и т.п. (поэтому число команд в программе меньше числа выполненных машиной команд)

3.     Принцип хранимой памяти. Это один из самых важных принципов: команды представляются в числовой форме и хранятся в том же ОЗУ, что и исходные данные. Только команды для исполнения выбираются из ОЗУ в УУ, а числа (операнды) -  в АУ; но для машины и команда, и число является машинным словом. Это обеспечивает одинаковое время выборки команд и операндов из ОЗУ для выполнения, позволяет быстро менять программы или их части, вводить непрямые системы адресации и т.д.

4.     Принцип использования двоичной системы счисления для представления информации в ЭВМ. Этот принцип расшил номенклатуру физических приборов и явлений, которые можно использовать в АУ и ЗУ ЭВМ. 0 и 1 – поэтому они могут изображаться положением любой 2 стабильной системы (откр.- закр., да - нет). Количество информации определяется единицей1 (бит) в двоичной системе счисления. К логическим схемам построенным по двоичной системе счисления, может быть применен хорошо разработанный математический аппарат булевой алгебры.

Принцип иерархичности ЗУ. С самого начала развития ЭВМ существовало несоответствия  между б/д АУ и ОЗУ. Если делать ОЗУ на тех же элементах, что и логические устройства, то они будут дорогими и увеличится количество радиоламп в ЦВМ, в целом надежность следовательно иерархичность:

1.                ОЗУ б/д небольшой  емкости только для операндов и команд, участвующих в счете в данный момент и в ближайшее время.

2.                ВЗУ (НМБ(емкость на порядок выше чем ОЗУ) и НМЛ)

ОЗУ достаточно быстро обменивается целым массивом данных с МБ.

Числа и части программ, которые еще не скоро потребуются для вычислений, а также уже полученные результаты, ожидающие распечатки, следовательно на МЛ.

Иерархичность ЗУ в ЭВМ является важным компромиссом между емкостью и быстрым доступом к данным, обеспечивающим требования б/д, большой емкости памяти, относительной дешевизной и надежностью.

Electronic Data Storage Automatic computer 1-я машина (1949г) – Эдсак, имела оперативную память на ртутных линиях задержки (32 ртутные трубки по 576 бит каждая)

У фон Неймана в 1952 – Эдвак

У нас МЭСМ – в 1947 (проект), 1950 – опыт (Лебедев) 1951 – пром

б/д 50 оп/сек.

Отвечала принципам ф.Н. (почти всем)

1952г – опытный вариант БЭСМ (примерно как Эдвак)

по АУ выполнено на ламповых логических схемах и обладаю рекордным б/д (10 000 оп/сек). По ОЗУ – на ртутных линиях задержки и следовательно б/д 800 рп/с

1953г – стрела АЛУ – на большой диодной 3-х входовой матрице

ОЗУ – на электрически-лучевых трубках

Урал, М-2 и др.

БЭСМ – большие возможности, б/д сдерживалось ОЗУ после введения ОЗУ на ферритовых сердечниках и модернизации еще ряда устройств б/д БЭСМ, увеличивается до 8-10 тысяч оп/с следовательно получает название БЭСМ-2.

Т.о. первое поколение образовали ламповые ЭВМ,Ж промышленный выпуск который начался в 50-х годах. В качестве компонентов логических элементов использовались электронные лампы. Эти ЭВМ ориентированы на решения научно-технических задач.

Ламповые ЭВМ потребляли большую энергетическую емкость, имели большие габаритные размеры, малую емкость оперативной памяти и, что особенно важно, невысокую надежность, в первую очередь из-за частого выхода из строя электронных ламп.

ЭВМ 1-го поколения работала в т.ч. монопольном однопользовательском режиме.

Программист обычно присутствовал при отладке и счете своей задачи, контролировал ее ход по световой индикации на пульте управления и мог по ходу вычислений переключать работу на однотактный ручной режим для внесения в программу изменений или для контроля. Устройства ввод/вывод – ПК  и ПЛ.

Первые программы составлялись в машинных кодах. Программист должен был записывать физические адреса ячеек памяти и их содержимое. Это очень трудоемко. Кроме того, практически невозможно было определить, точное число ячеек памяти для промежуточных результатов (обычно отводили больше, чем надо). Поэтому производительность программиста была 2-3 команды в день.

Если под программой работают несколько человек одновременно, то они должны, не зная точно, сколько команд будет на их части программ, распределить между собой емкость ОЗУ.

Выход из этого положения:

1.                При ручном программировании наименования операции обозначать не числом КОП, а буквенными символами, более легкими для запоминания (С_л – t, У_мн - х).

2.                Нумерацию ячеек производить не по фактическим (физическим) адресам, а отсчитывать от какого-то базиса.

В конце программы базам назначаются конкретные адреса.

Замена баз их численными значениями процедура формальная, замена буквенных обозначений КОП цифровыми – тоже. Значит эти операции можно возложить на ЭВМ, создав для этого программу перекодировки. Такой упрощенный код команд носит название автокод или язык ассемблера (программа ассемблер) Это язык 1:1

Уже на некоторых ЭВМ 1-го поколения была введена индексная адресация. Процесс вычислений ускоряется при введении специального «индексного регистра» в УУ. Его содержание добавляется к адресам очередной команды перед ее выполнением, т.е. исполнительная команда состоит из команды стоящей в программе, + содержание индексного регистра.

Тогда все изменения производятся не над командами в программе, а над индексным регистром. Это позволяет сохранять программу в первоначальном виде. Такая модификация команд производится быстрее, т.к. эти изменения делаются в быстрых регистрах без значительно более медленного обращения к ОЗУ.