Быстродействие первого поколения эвм: works.doklad.ru — Учебные материалы

Содержание

3.1. Поколения ЭВМ. Основы информатики: Учебник для вузов

3.1. Поколения ЭВМ

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в таблице 1.

Таблица 1

ЭВМ первого поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники.

Основной недостаток этих ЭВМ – рассогласование быстродействия внутренней памяти и АЛУ и УУ за счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более медленным компонентом – внутренней памятью – и снижало общий эффект. Уже в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток путем асинхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваемая информация «сбрасывается» в буфер, освобождая устройство для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы устройств ввода-вывода использовалась собственная память.

Существенным функциональным ограничением ЭВМ первого поколения являлась ориентация на выполнение арифметических операций. При попытках приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными.

Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов.

Программы выполнялись позадачно, т. е. оператору надо было следить за ходом решения задачи и при достижении конца самому инициировать выполнение следующей задачи.

Начало современной эры использования ЭВМ в нашей стране относят к 1950 году, когда в институте электротехники АН УССР под руководством С.

А. Лебедева была создана первая отечественная ЭВМ под названием МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ, Стрела, Урал, М-2.

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода.

Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т. е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т. е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства – системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программы за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине.

Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет).

К отечественным ЭВМ второго поколения относятся «Проминь», «Минск», «Раздан», «Мир».

В 70-х годах возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения. В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап – переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности.

Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД.

Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач.

Обеспечить режим разделения времени позволил новый вид операционных систем, поддерживающих мультипрограммирование. Мультипрограммирование – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому такие операционные системы носили интерактивный характер, когда в процессе диалога с ЭВМ пользователь решал свои задачи.

С 1980 года начался современный, четвертый этап, для которого характерны переход к большим интегральным схемам, создание серий недорогих микро ЭВМ, разработка суперЭВМ для высокопроизводительных вычислений.

Наиболее значительным стало появление персональных ЭВМ, что позволило приблизить ЭВМ к своему конечному пользователю. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки «дружественного» программного обеспечения. Возникают операционные системы, поддерживающие графический интерфейс, интеллектуальные пакеты прикладных программ, операционные оболочки. В связи с возросшим спросом на программное обеспечение совершенствуются технологии его разработки – появляются развитые системы программирования, инструментальные среды пользователя.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных операционных систем. В сетевых операционных системах хорошо развиты средства защиты информации от несанкционированного доступа.

Распределенные операционные системы обладают схожими с сетевыми системами функциями работы с файлами и другими ресурсами удаленных компьютеров, но там слабее выражены средства защиты.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Новая страница 1

Новая страница 1

Поколение ЭВМ.

Приспособления для счёта

                                                                                     

 

 

 

 

Вестоницкая  кость»                 

Суан-пан (китайские счеты)              Русские счеты                                 Серобян (японские счеты)

                                                                                                                                                                                                                                                                                Древнегреческий абак                   Палочки  Неппера

Собранная часть Разностной

 

 машины (январь 1832)

 

                                                                                        

                                                 Часть Аналитической машины –                                          “мельница” и печатающее устройство

 

 

 

                                                                            Механический арифмометр «Феликс -М»

Разностная машины 2”             

                                                                                                                                              

n

                                                   

Зарубежный собрат Феликса                                                                             Двухразрядная модель арифмометра

Комптометры

 

                                                    

«… Если бы автомобилестроение развивалось так же быстро, как и компьютерная индустрия с 1946 года, то «Роллс-Ройс»: üстоил бы сейчас столько, сколько стоит обычная книга, üбыл бы мощнее самого большого в мире электровоза, üбыл бы способен объехать вокруг света 3000 раз на одной заправке топливного бака, üбыл бы так мал, что восемь машин можно было бы  припарковать на стоянке, не превосходящий по площади точку, которой заканчивается это предложение».

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ

II  ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ

III ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ

IV  ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ

ПРИЗНАКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ

 

Это, прежде всего:

элементная база, т. е из каких в основном   элементов они построены,  

важнейшие характеристики: быстродействие, объем оперативной памяти, программное обеспечение, устройства ввода-вывода.

Деление ЭВМ на поколения условное. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим –    к другому поколению.

 

 

ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ

ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ:

•Элементная  база – электронно-вакуумные лампы.

• Соединение элементов – навесной монтаж проводами.

•  Габариты – ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов.

•  Быстродействие – 10-20 тыс. операций в секунду.

•  Эксплуатация – сложная из-за частого выхода из строя   электронно-вакуумных ламп.

•  Программирование – машинные коды.

•  Оперативная память – до 2 Кбайт.

•  Ввод и вывод данные с помощью перфокарт, перфолент.

ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЯВЛЕНИЯ ЭВМ II  ПОКОЛЕНИЯ

23 декабря  1947 года  трое сотрудников исследовательской лаборатории Bell Telephone Laboratories  Джон Бардин, Уолтер Бремен и Уильям  Шокли  продемонстрировали свое изобретение, получившее название  транзистор.

                                                          

Грейс Хоппер — офицер ВМФ США и руководитель группы программистов, в то время капитан (в дальнейшем единственная женщина в ВМФ — адмирал)  разработала первую транслирующую программу, которую она назвала компилятором .

                                     

Эта программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме

Морис Уилкс  в  Великобритании на конференции в Манчестерском университете представил доклад «наилучший метод конструирования автоматической машины», в которой представил идею микропрограммирования

М. Уилкс совместно с Д.Уиллером и С.Гиллом написали первый учебник по программированию.»Составление программ для электронных счетных машин» (русский перевод — 1953 год).

1955 год.  создание первой ЭВМ на транзисторах «Традис».     «Традис» — первый транзисторный компьютер фирмы «Белл телефон лабораторис» — содержал 800 транзисторов, каждый из которых был заключен в отдельный корпус.

1958 г. – в СССР создана ЭВМ  М-20  со средним  быстродействием   20 тыс. операций в  секунду – самая мощная ЭВМ  50-х  годов  в Европе.

1959 г. — Дж. Маккарти и К. Стрейчи предложили       концепцию разделения времени работы       компьютера.

1963 г. – сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт  продемонстрировал работу первой мыши.

                                          

II  ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ

•Элементная  база – полупроводниковые элементы (транзисторы)

•  Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж.

•  Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек

•  Быстродействие – 100 – 500 тыс. операций в секунду.

•  Эксплуатация – вычислительные центры со специальным  штатом  обслуживающего персонала,  появилась новая  специальность – оператор ЭВМ.

•  Программирование – на алгоритмических языках, появление ОС.

•  Оперативная память – 2 – 32 Кбайт.

•  Введен  принцип разделения времени.

•  Введен принцип  микропрограммного управления.

•  Недостаток – несовместимость программного обеспечения.

 

1958 год Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга изобретают    интегральную схему.

1961 год   в продажу поступила первая выполненная на      пластине кремния интегральная схема (ИС).

1962 год.Стив Рассел  разработал первую компьютерную игру  Star War.

 

III  ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ

1964 год.  Фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.  Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью 1965 год – начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM 360 (США).

1964 год.  Фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.   Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью. 1965 год – начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM 360 (США).

1965 год  Профессорами Дартмутского колледжа   Томом Куртцем  и Джоном Кемени         для обучения студентов, незнакомых с вычислительной техникой был разработан язык BASIC (Beginners all-parpouse sumbolic instraction code — многоцелевой язык символических инструкций для начинающих).

1967 год Создание высокопроизводительной и оригинальной по архитектуре вычислительной системы БЭСМ-6 , под руководством С.А. Лебедева и В.А. Мельникова.   В ЭВМ БЭСМ-6 использовались 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых диодов.

 Имела исключительно высокое быстродействие –     1 млн. операций в секунду.

                                    

БЭСМ-6 и пульт управления

1969 годФирма IBM разделила понятия: аппаратные средства (hardware) и программные средства (software).

    Фирма начала продавать программное обеспечение отдельно от железа, положив начало индустрии программного обеспечения.

    Сотрудники фирмы Bell Laboratories Кен Томпсон и Деннис Ритчи приступили к разработке операционной системы UNIX.

    В 1972 году   Bell Laboratories начала выпускать   официальные версии UNIX.

29 октября 1969 года   День  рождения сети ИНТЕРНЕТ.
    В этот день была предпринята самая первая попытка дистанционного подключения к компьютеру, находившемуся в исследовательском центре Стэндфордского университета (SRI), с другого компьютера, который стоял в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA).    Удаленные друг от друга на расстояние 500 километров, SRI и UCLA стали первыми узлами будущей сети ARPANet.
   Затем к сети подключили еще два узла: Калифорнийский университет Санта-Барбары (UCSB) и Университет штата Юта (UTAH) . Октябрь 1971 года

Американский  инженер Рэй Томлинсон отправил с одного компьютера на другой послание с содержанием «QWERTYUIOP» (набор клавиш верхней строки стандартной клавиатуры). Письмо дошло и, таким образом, открыло новую главу в истории человеческого общения – электронную почту.

Первым в истории адресом электронной почты был [email protected] Знак «@» — это разделитель адреса электронной почты, который называется «эт-символ» (at-sign)..  В русском он называется «собакой«, в Германии «висящей обезьяной«, в Греции — «маленькой уткой«, в Дании — «хоботом слона«, в Польше – «кошечкой», в Турции – «розочкой».

1971 год  Фирма IBM выпустила первый гибкий магнитный диск.     Коллектив под руководством Алана Шугарта придумывает первый, восьмидюймовый флоппи-диск (емкостью 80 Кбайт).

III  ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ

Элементная  база – интегральные схемы.

•  Соединение элементов – печатные платы.

•  Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.

•  Быстродействие –1-10 млн. операций в секунду.

•  Эксплуатация – вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность — системный программист.

•  Программирование —  алгоритмические языки, ОС.

•  Оперативная память – 64 Кбайт.

•  Применяется принцип разделения времени, принцип модульности. принцип микропрограммного управления,                 принцип магистральности

•  Появление магнитных дисков, дисплеев, графопостроителей.

ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЯВЛЕНИЯ  ЭВМ IV ПОКОЛЕНИЯ

1971 год                                                      Фирмой Intel (США) создан первый микропроцессор (МП) — программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС.
   Автором микропроцессора Intel-4004 — многокристальной схемы, содержащей все основные компоненты центрального процессора, являлся Эдвард Хофф
Процессор 4004 был 4-битный и мог выполнять 60 тыс. операций в секунду.

1975 год. Молодые   американцы   Стив Возняк    и     Стив Джобс организовали предприятие по изготовлению             персональных компьютеров   Apple  («Яблоко»),  предназначенных   для большого  круга непрофессиональных   пользователей.       

1976 год.   Появилась  дискета диаметром 5,25 дюйма. Говорят, что ее размеры соответствуют размерам салфеток для коктейля, которыми пользовались разработчики, обсуждавшие детали нового проекта в одном из бостонских баров.

1981 год

                                              Объявление о выпуске корпорацией IBM компьютерной системы — IBM Personal Computer.     

Впервые на полуофициальном уровне было применено словосочетание Personal Computer (PC)    Дэвид Брэдли встроил в клавиатурный код команду для «горячей» перезагрузки и придумал <Ctrl>+<Alt>+<Del>: «Система могла зависать, и единственный способ справиться с этим состоял в том, чтобы выключить ее»      Билл Гейтс сделал эту комбинацию знаменитой».

                                             

 

1983 год. Фирма Microsoft выпустила свою первую мышь Bus Mouse для IBM PC, кроме того, фирма разработала интерфейс и драйвер.

Фирма Microsoft выпустила первую версию графической операционной среды Windows.

1983 год

фирма Microsoft выпустила свою первую мышь Bus Mouse для IBM PC, кроме того, фирма разработала интерфейс и драйвер.

Фирма Microsoft выпустила первую версию графической операционной среды Windows.

1985 год     Появилась система Excel (электронные таблицы).    Появился первый русский текстовый процессор Лексикон.

1986 год  На клавиатуре впервые появляются клавиши управления курсором (до того обходились без них!) и отдельный блок с цифровыми клавишами. Спасибо Apple. 1988 год. Появление первого вируса-«червя», поражающего почту. 1989 год. Microsoft выпустила текстовый процессор WORD. Разработан формат графических файлов GIF.

1990 год. Родилась World Wide Web(Всемирная Паутина).     Тим Бернерс-Ли разработал язык HTML– язык разметки гипертекста.

1993 год  Фирма Intel выпустила 64-разрядный микропроцессор Pentium, который состоял из 3,1 млн. транзисторов и мог выполнять 112 млн. операций в секунду.  1995 год  Появилась операционная система Windows 95.   1996 год. Фирма Microsoft выпустила Internet Explorer 3.0.

ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ IV поколения

 

•Элементная  база – большие интегральные схемы (БИС).

•   Соединение элементов – печатные платы.

   Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки.

•   Быстродействие –  10 -100 млн. операций в секунду.

•   Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные     комплексы, любые пользователи ЭВМ.

•   Программирование – базы и банки данных.

•   Оперативная память 2 -5 Мбайт.

•   Телекоммуникационная обработка данных, объединение в  компьютерные сети.

 

ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫПОКОЛЕНИЯ ЭВМ

 

Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний, создание экспертных систем. Архитектура будет содержать два блока: Традиционный компьютер и интеллектуальный интерфейс, задача которого понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

§

Перспективы

nВ настоящее время уже изобрели компьютер управляемый глазами; nКомпьютер, который набирает текст  под диктовку человека…. Но все эти компьютеры не обладают искусственным интеллектом. До сих пор не создано компьютера, управляемого мыслью. Пока ученые не изобретут технологию материализации мысли  «компьютеры пятого» поколения будут фантастикой.

Поколения ЭВМ

Домашнее задание

Подготовить сообщение о развитии вычислительной техники 

Подготовить сообщение о развитии сети Интернет

Подготовить сообщение о вкладе российских ученых в  развитие вычислительной техники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


🚀 Реферат на тему «Поколения ЭВМ»

Содержание

Введение
1. Четыре поколения ЭВМ
2. Перспективы развития вычислительной техники
Заключение
Список использованных источников

Введение

Первая страница в истории создания вычислительных машин связана с именем французского философа, писателя, математика и физика Блеза Паскаля. В 1641г. он сконструировал механический вычислитель, который позволял складывать и вычитать числа. В 1673 г. выдающийся немецкий ученый Готфрид Лейбниц построил первую счетную машину, способную механически выполнять все четыре действия арифметики. Ряд важнейших ее механизмов применяли вплоть до середины XX в. в некоторых типах машин. К типу машины Лейбница могут быть отнесены все машины, в частности и первые ЭВМ, производившие умножение как многократное сложение, а деление — как многократное вычитание. Главным достоинством всех этих машин являлись более высокие, чем у человека, скорость и точность вычислений. Их создание продемонстрировало принципиальную возможность механизации интеллектуальной деятельности человека.

Появление ЭВМ или компьютеров – одна из существенных примет современной научно-технической революции. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры. Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи.

В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов. С каждым новым поколением увеличивалось быстродействие, уменьшались потребляемая мощность и масса ЭВМ, повышалась их надежность. При этом возрастали их «интеллектуальные» возможности — способность «понимать» человека и обеспечивать ему эффективные средства для обращения к ЭВМ.

1. Четыре поколения ЭВМ

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования. Этот прогресс показан в данной таблице:

I поколение ЭВМ (до 1955 г.)

Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными — лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

Эти неудобства начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы — 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 — 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации «современного» компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения. Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штекера с нужным гнездом.

Основные компьютеры первого поколения:

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

  • В 1946 г. американские инженер-электронщик Дж. П. Эккерт и физик Дж.У. Моучли в Пенсильванском университете сконструировали, по заказу военного ведомства США, первую электронно-вычислительную машину — “Эниак” (Electronic Numerical Integrator and Computer), которая предназначалась для решения задач баллистики. Она работала в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1», выполняя за одну секунду 300 умножений или 5000 сложений многоразрядных чисел. Размеры: 30 м. в длину, объём — 85 м3., вес — 30 тонн. Использовалось около 20000 электронных ламп и1500 реле. Мощность ее была до 150 кВт.
  • Первая машина с хранимой программой — ”Эдсак” — была создана в Кембриджском университете (Англия) в 1949 г. Она имела запоминающее устройство на 512 ртутных линиях задержки. Время выполнения сложения было 0,07 мс, умножения — 8,5 мс.
  • В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев предложил проект первой на континенте Европы ЭВМ — Малой электронной счетно-решающей машины (МЭСМ). В 1951г. МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются вычислительные задачи. Машина оперировала с 20 разрядными двоичными кодами с быстродействием 50 операций в секунду, имела оперативную память в 100 ячеек на электронных лампах.
  • В 1951 г. была создана машина “Юнивак”(UNIVAC) — первый серийный компьютер с хранимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации.

Итоги поколения:

Элементная база первых вычислительных машин – электронные лампы – определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным.

Объем оперативной памяти, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте. Очень трудоемким и малоэффективным был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи.

Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ.

II поколение (1958-1964 гг.)

В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.

Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски. В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

Эти ЭВМ по сравнению с ЭВМ первого поколения обладали большими возможностями и быстродействием.

Если говорить в общих чертах о структурных изменениях машин второго поколения, то это, прежде всего, появление возможности совмещения операций ввода/вывода с вычислениями в центральном процессоре, увеличение объема оперативной и внешней памяти, использование алфавитно-цифровых устройств для ввода и вывода данных. «Открытый» режим использования машин первого поколения сменился «закрытым», при котором программист уже не допускался в машинный зал, а сдавал свою программу на алгоритмическом языке оператору ЭВМ, который и занимался ее дальнейшим пропуском на машине. Большие достижения в архитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций в секунду!

III поколение (1964-1972 гг.)

В 1960 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. ИС — это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. 1 ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. 1 кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена реферата

Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Примеры машин третьего поколения — семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

Наиболее быстродействующая ЭВМ ряда ЕС ЭВМ выпускалась заводом ВЭМ (г. Пенза). Она выполняла до 5 млн. опер/с.

В целях защиты от внешних воздействий интегральные схемы выпускают в защитных корпусах. По количеству элементов различают интегральные схемы: 1-й степени интеграции (до 10 элементов), 2-й степени интеграции (от 10 до 100) и т. д. Размеры отдельных элементов интегральных схем очень малы (порядка 0,5-10 мкм) и подчас соизмеримы с размерами пылинок (1-100 мкм). Поэтому производство интегральных схем осуществляется в особо чистых условиях. Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

Выпускавшаяся с 1964 года серия S/360 положила начало третьему поколению ЭВМ. Эти машины представляли собой не отдельно взятые системы, а семейство программно-совместимых компьютеров, различающихся по производительности, но общих по архитектуре. Собственно, именно в эти годы и возникло понятие компьютерной архитектуры, которое символизировало весь комплекс аппаратных и программных средств ЭВМ. У машин одного семейства могут быть разные технические параметры и функциональные возможности устройств, но всегда общие системы команд, организация взаимосвязей между модулями и матобеспечением.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена реферата

IV поколение (с 1972 г. по настоящее время)

Четвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры- IBM PC.

Конструктивно-технологической основой ЭВМ четвертого поколения являются большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) ИМС.

К четвертому поколению относятся реализованные на СБИС такие новые средства вычислительной техники, как микропроцессоры и создаваемые на их основе микро-ЭВМ. Микропроцессоры и микро-ЭВМ нашли широкое применение в устройствах и системах автоматизации измерений, обработки данных и управления технологическими процессами, при построении различных специализированных цифровых устройств и машин.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

Вычислительные возможности микро-ЭВМ оказались достаточными для создания на их основе в рамках ЭВМ четвертого поколения, нового по ряду эксплуатационных характеристик и способу использования типа вычислительных устройств — персональных ЭВМ, получивших в настоящее время широкое распространение.

В ЭВМ четвертого поколения достигается дальнейшее упрощение контактов человека с ЭВМ путем повышения уровня машинного языка, значительного расширения функций устройств (терминалов), используемых человеком для связи с ЭВМ, начинается практическая реализация голосовой связи с ЭВМ. Использование БИС позволяет аппаратурными средствами реализовывать некоторые функции программ операционных систем (аппаратурная реализация трансляторов с алгоритмических языков высокого уровня и др.), что способствует увеличению производительности машин.

Характерным для крупных ЭВМ четвертого поколения является наличие нескольких процессоров, ориентированных на выполнение определенных операций, процедур или на решение некоторых классов задач. В рамках этого поколения создаются многопроцессорные вычислительные системы с быстродействием, в несколько десятков и даже сотен миллионов операций в секунду. К этому же поколению относятся и многопроцессорные управляющие комплексы повышенной надежности с автоматическим изменением структуры (автоматической реконфигурацией).

Какими должны быть ЭВМ V поколения.

В 90-е годы прошлого века определились контуры нового, пятого поколения ЭВМ. В значительной степени этому способствовали публикации сведений о проекте ЭВМ пятого поколения, разрабатываемом ведущими японскими фирмами и научными организациями, поставившими перед собой цель захвата в 90-х годах японской промышленностью мирового лидерства в области вычислительной техники. Поэтому этот проект часто называют “японским вызовом”. Согласно этому проекту ЭВМ и вычислительные системы пятого поколения, помимо более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости должны, обладать качественно новыми свойствами. В первую очередь к ним относятся возможность взаимодействия с ЭВМ при помощи языка, человеческой речи и графических изображений, способность системы обучаться, производить ассоциативную обработку информации, делать логические суждения, вести “разумную” беседу с человеком в форме вопросов и ответов. Вычислительные системы пятого поколения должны также “понимать” содержимое базы данных, которая при этом превращается в “базу знаний”, и использовать эти “знания” при решении задач.

2. Перспективы развития вычислительной техники

В 1959 году фирма INTEL (США) по заказу фирмы Datapoint (США) начала создавать микропроцессоры (МП). Первым микропроцессором на мировом рынке стал МП Intel 8008.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена реферата

Новое поколение МП идёт на смену предыдущему каждые два года и морально устаревает за 3-4 года. МП вместе с другими устройствами микроэлектроники позволяют создать довольно экономичные информационные системы.

Причина такой популярности МП состоит в том, что с их появлением отпала необходимость в специальных схемах обработки информации, достаточно запрограммировать её функцию и ввести в ПЗУ МП.

Каковы же перспективы совершенствования персональных компьютеров, и что нас ожидает в дальнейшем в этой сфере?

Сотрудникам Белловских лабораторий удалось создать транзистор размером в 60 атомов! Они считают, что транзисторы ко дню своего шестидесятилетия по ряду параметров достигнут физических пределов. Так, размер транзистора должен стать чуть меньше 0,01 мкм (уже достигнут размер 0,05 мкм). Это означает, что на чипе площадью 10 кв. см можно будет разместить 20 000 000 транзисторов.

Описывая бурно развивающуюся в настоящее время технологию производства пластиковых транзисторов, они приходят к достаточно логичному выводу, что сумма всех усовершенствований приведет к созданию «финального компьютера», более мощного, чем современные рабочие станции. Компьютер этот будет иметь размер почтовой марки и, соответственно, цену, не превышающую цены почтовой марки.

Представим себе, наконец, гибкий экран телевизора или компьютерного монитора, который не разобьется, если швырнуть его на землю. А что можно сказать о пластинке величиной с обычную кредитную карточку, заполненной массой нужнейшей информации, включая ту, которая обычно и хранится в кредитной карточке, но выполненной из такого материала, что она никогда не потребует замены?

Нужна помощь в написании реферата?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена реферата

В последнее время высказывались и мысли о том, что давно пора расстаться с электронами как основными действующими лицами на сценах микроэлектроники и обратиться к фотоном. Использование фотонов якобы позволит изготовить процессор компьютера размером с атом.

Заключение

Сегодня, с таким колоссальным развитием ИТ-технологий и массовой компьютеризацией нашей планеты, когда компьютеры становятся нашим незаменимым помощником, все больше внедряясь в повседневную жизнь человека, принципы архитектуры компьютера остаются неизменными еще с того момента, как знаменитый математик Джон фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве и функционировании универсальных вычислительных устройств, то есть компьютеров.

Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие «интеллектуализации» компьютеров — устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.

Список использованных источников

1. Алтухов Е.В., Рыбалко Л.А., Савченко В.С. Основы информатики и вычислительной техники, М., «Высшая школа», 1992.
2. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Общая информатика, М., 1999.
3. Шафрин Ю. Информационные технологии, М., 1998.
4. В.Э.Фигурнов, «IBM PC для пользователя», М., «Инфра-М»1995г.
5. Казиев В.М. Математика и информатика (в 3-х частях). – Нальчик, «Полиграфсервис и Т», 2001.

Каждый компьютер характеризуется основными технико-экономическими оказателями: быстродействием, объемом оперативной памяти, надежностью и стоимостью. Кроме того ЭВМ отличаются друг от друга элементной базой, технологическим исполнением, логической организацией,программным обеспечением, техническими характеристиками и др. На основании перечисленных и ряда других характеристик условно принято выделять несколько поколений ЭВМ.

Основным активным элементом мащин первого поколения являлась электронная лампа. Компьютеры такого типа появились в пятидесятых годах нашего века.Типичные представители ЭВМ этого типа среди отечественных — БЭСМ-1, Минск-1, Урал-1, Урал-2, Урал-4, М-1, М-3, БЭСМ-2, Стрела и др. Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2-3 тыс. операций в секунду, емкость оперативной памяти — 2048 машинных слов ( длина слова — 48 разрядов). В 1958 году появилась машина М-20 с памятью 4096 слов и быстродействием около 20 тыс. операций в секунду.

В ЭВМ второго поколения в качестве элементной базы используются транзисторы, что существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие. К машинам этого класса относятся Урал-14, Урал-16, Минск-22, Минск-32, БЭСМ-3, БЭСМ-4, М-220, М-222, БЭСМ-6, МИР-2, Наири и др. Быстродействие БЭСМ-4, М-220, М-222 порядка 20-30 тыс. операций в секунду, а оперативную память — соответственно 8194, 16384 и 32768 слов. У БЭСМ-6 быстродействие около миллиона операций в секунду и память от 32 Кслов до 128 Кслов (в большинстве машин — два сегмента по 32 Кслова каждый).

Основа машин третьего поколения — интегральные схемы. К ним относятся все ЕС ЭВМ — ЕС-1010 (быстродействие до 10 тыс. операций в секунду, объем оперативной памяти от 8 до 64 Кб), ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050 (500 тыс. операций в секунду, от 256 до 1024 Кб), ЕС-1060 (1,0-1,3 млн. операций в секунду, от 2048 до 8192 Кб), ЕС-1066 (более 2 млню операций в секунду, 8192 Кб), ЕС-1021 (15 тыс. операций в секунду, от 16 до 64 Кб), ЕС-1033, ЕС-1045, ЕС-1055, ЕС-1061 и др. Кроме них Электроника-60, Электроника-100/125, Электроника-79, СМ-3, СМ-4 и др. Машины третьего поколения оперируют с произвольной буквенно-цифровой информацией, единица адресации памяти байт, а не слово ( длина слова стала 4 байта, используются полуслова и двойные слова). У машин третьего поколения появилась возможность параллельной работы устройств и, как следствие, возможность работы нескольких пользователей в режиме разделения времени.

Элементная база компьютеров четвертого поколения — БИС. Примером может служить многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус». Эльбрус-1КБ имел быстродействие до 5,5 млн. операций с плавающей точкой в секунду, а объем оперативной памяти до 64 Мб. У «Эльбрус-2» производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мслов (слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода — 120 Мб/с.
Появление микропроцессоров в 70-е годы привело к созданию множества персональных машин от первых 8-ми разрядных до 64 и более в наши дни.

Яндекс.Реклама


Все поколения эвм таблица. Первое поколение эвм

Компьютерная грамотность предполагает наличие представления о пяти поколениях ЭВМ, которое Вы получите после ознакомления с данной статьей.

Когда говорят о поколениях, то в первую очередь говорят об историческом портрете электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

Фотографии в фотоальбоме по истечении определенного срока показывают, как изменился во времени один и тот же человек. Точно так же поколения ЭВМ представляют серию портретов вычислительной техники на разных этапах ее развития.

Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти. Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.

ЭВМ первого поколения

Онибыли ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.

Например, одна из первых ЭВМ – представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.

Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор .

ЭВМ второго поколения

Транзисторы

В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.

В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.

В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров.

В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.

ЭВМ третьего поколения

Это поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС) .

Микросхемы

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.

В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.

Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС) , где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.

Микропроцессор

В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике.

Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память.

Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.

ЭВМ четвертого поколения

Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2.

Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания.

С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика.

ЭВМ пятого поколения

Они будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.

Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ :

  • 1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.
  • 2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.
  • 3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).
  • 4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).

Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились.

В короткой истории компьютерной техники выделяют несколько периодов на основе того, какие основные элементы использовались для изготовления компьютера. Временное деление на периоды в определенной степени условно, т.к. когда еще выпускались компьютеры старого поколения, новое поколение начинало набирать обороты.

Можно выделить общие тенденции развития компьютеров:

  1. Увеличение количества элементов на единицу площади.
  2. Уменьшение размеров.
  3. Увеличение скорости работы.
  4. Снижение стоимости.
  5. Развитие программных средств, с одной стороны, и упрощение, стандартизация аппаратных – с другой.

Нулевое поколение. Механические вычислители

Предпосылки к появлению компьютера формировались, наверное, с древних времен, однако нередко обзор начинают со счетной машины Блеза Паскаля, которую он сконструировал в 1642 г. Эта машина могла выполнять лишь операции сложения и вычитания. В 70-х годах того же века Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, умеющую выполнять операции не только сложения и вычитания, но и умножения и деления.

В XIX веке большой вклад в будущее развитие вычислительной техники сделал Чарльз Бэббидж. Его разностная машина , хотя и умела только складывать и вычитать, зато результаты вычислений выдавливались на медной пластине (аналог средств ввода-вывода информации). В дальнейшем описанная Бэббиджем аналитическая машина должна была выполнять все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода-вывода (прямо таки компьютер … только механический), а главное могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась в устройстве ввода). Программы для аналитической машины писала Ада Ловлейс (первый известный программист). На самом деле машина не была реализована в то время из-за технических и финансовых сложностей. Мир отставал от хода мыслей Бэббиджа.

В XX веке автоматические счетные машины конструировали Конрад Зус, Джорж Стибитс, Джон Атанасов. Машина последнего включала, можно сказать, прототип ОЗУ, а также использовала бинарную арифметику. Релейные компьютеры Говарда Айкена: «Марк I» и «Марк II» были схожи по архитектуре с аналитической машиной Бэббиджа.

Первое поколение. Компьютеры на электронных лампах (194х-1955)

Быстродействие: несколько десятков тысяч операций в секунду.

Особенности:

  • Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тысячи, то машины имели огромные размеры.
  • Поскольку ламп много и они имеют свойство перегорать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышедшей из строя лампы.
  • Лампы выделяют большое количество тепла, следовательно, вычислительные машины требуют специальные мощные охладительные системы.

Примеры компьютеров:

Колоссус – секретная разработка британского правительства (в разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это первый в мире электронный компьютер, хотя и не оказавший влияние на развитие компьютерной техники (из-за своей секретности), но помог победить во Второй мировой войне.

Эниак . Создатели: Джон Моушли и Дж. Преспер Экерт. Вес машины 30 тонн. Минусы: использование десятичной системы счисления; множество переключателей и кабелей.

Эдсак . Достижение: первая машина с программой в памяти.

Whirlwind I . Слова малой длины, работа в реальном времени.

Компьютер 701 (и последующие модели) фирмы IBM. Первый компьютер, лидирующий на рынке в течение 10 лет.

Второе поколение. Компьютеры на транзисторах (1955-1965)

Быстродействие: сотни тысяч операций в секунду.

По сравнению с электронными лампами использование транзисторов позволило уменьшить размеры вычислительной техники, повысить надежность, увеличить скорость работы (до 1 млн. операций в секунду) и почти свести на нет теплоотдачу. Развиваются способы хранения информации: широко используется магнитная лента, позже появляются диски. В этот период была замечена первая компьютерная игра.

Первый компьютер на транзисторах TX стал прототипом для компьютеров ветки PDP фирмы DEC, которые можно считать родоначальниками компьютерной промышленности, т.к появилось явление массовой продажи машин. DEC выпускает первый миникомпьютер (размером со шкаф). Зафиксировано появление дисплея.

Фирма IBM также активно трудится, производя уже транзисторные версии своих компьютеров.

Компьютер 6600 фирмы CDC, который разработал Сеймур Крей, имел преимущество над другими компьютерами того времени – это его быстродействие, которое достигалось за счет параллельного выполнения команд.

Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах (1965-1980)

Быстродействие: миллионы операций в секунду.

Интегральная схема представляет собой электронную схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На такой схеме умещаются тысячи транзисторов. Следовательно, компьютеры этого поколения были вынуждены стать еще мельче, быстрее и дешевле.

Последнее свойство позволяло компьютерам проникать в различные сферы деятельности человека. Из-за этого они становились более специализированными (т.е. имелись различные вычислительные машины под различные задачи).

Появилась проблема совместимости выпускаемых моделей (программного обеспечения под них). Впервые большое внимание совместимости уделила компания IBM.

Было реализовано мультипрограммирование (это когда в памяти находится несколько выполняемых программ, что дает эффект экономии ресурсов процессора).

Дальнейшее развитие миникомпьютеров ().

Четвертое поколение. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)

Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.

Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось развитие программного обеспечения, чтобы личность могла использовать компьютер в соответствие со своей фантазией.

В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple , разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер на процессоре Intel.

Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.

Пятое поколение?

Сюда относят неудавшийся проект Японии (хорошо описан в Википедии). Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и др.) или карманные компьютеры.

Также существует мнение, что к пятому поколению следует относить компьютеры с двухядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение началось примерно с 2005 года.

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) представляет собой устройство для обработки информации. Под обработкой информации понимается процесс преобразования исходных данных в результатные.

Принципиальным признаком современных ЭВМ, отличающим их от всех ранее применяемых средств вычислительной техники, является их способность работать автоматически по заданной программе без непосредственного участия человека в вычислительном процессе.

ЭВМ – наиболее эффективное средство для решения экономических задач. Применение ЭВМ позволяет: повысить уровень автоматизации управленческого труда; уменьшить время на получение необходимых решений; резко уменьшить количество ошибок при расчетах; увеличить надежность работы управленческого персонала; дает возможность увеличить объем перерабатываемой информации; заниматься поиском оптимальных решений; выполнять функции контроля результатов; передавать данные на расстояние; создавать автоматизированные банки данных; производить анализ данных в процессе обработки информации и т.д.

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ . Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером. Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.

К ПЕРВОМУ ПОКОЛЕНИЮ (1945-1955) относят машины, построенные на электронных лампах накаливания . Эти машины стоили очень дорого, занимали огромные площади, были не совсем надежны в работе, имели маленькую скорость обработки информации и могли хранить очень мало данных. Каждая машина имеет свой язык, нет ОС. Использовались перфокарты, перфоленты, магнитные ленты.Создавались они в единичных экземплярах и использовались в основном для военных и научных целей. В качестве типичных примеров машин первого поколения можно указать американские компьютеры UNIVAC, IBM-701, IBM-704, а также советские машины БЭСМ и М-20. Типичная скорость обработки данных для машин первого поколения составляла 10-20 тысяч операций в секунду.

Ко ВТОРОМУ ПОКОЛЕНИЮ (1955-1965) относят машины, построенные на транзисторных элементах. У этих машин значительно уменьшились стоимость и габариты, выросли надежность, скорость работы и объем хранимой информации. Скорость обработки данных у машин второго поколения возросла до 1 миллиона операций в секунду. Появились первые ОС, первые языки программирования: Фортон (1957), Алгон (1959). Средства хранения информации: магнитные барабаны, магнитные диски. Представители: IBM 604, 608, 702.

Машины ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ (1965-1980) выполнены на интегральных схемах. Площадь такой схемы порядка одного квадратного миллиметра, но по своим функциональным возможностям интегральная схема эквивалентна сотням и тысячам транзисторных элементов. Из-за очень маленьких размеров и толщины интегральную схему иногда называют микросхемой , а также чипом (chip — тонкий кусочек). Благодаря переходу от транзисторов к интегральным схемам изменились стоимость, размер, надежность, скорость и емкость машин. Это машины семейства IBM/360. Популярность этих машин оказалась настолько велика, что во всем мире их стали копировать или выпускать похожие по функциональным возможностям и совпадающие по способам кодирования и обработки информации. Причем программы, подготовленные для выполнения на машинах IBM, с успехом выполнялись на их аналогах, так же как и программы, написанные для выполнения на аналогах, могли быть выполнены на машинах IBM. Такие модели машин принято называть программно-совместимыми. В нашей стране такой программно-совместимой с семейством IBM/360 была серия машин ЕС ЭВМ, в которую входило около двух десятков различных по мощности моделей. Начиная с третьего поколения вычислительные машины становятся повсеместно доступными и широко используются для решения самых различных задач. Характерным для этого времени является коллективное использование машин, так как они все еще достаточно дороги, занимают большие площади и требуют сложного и дорогостоящего обслуживания. Носителями исходной информации все еще являются перфокарты и перфоленты, хотя уже значительный объем информации сосредотачивается на магнитных носителях — дисках и лентах. Скорость обработки информации у машин третьего поколения достигала нескольких миллионов операций в секунду. Появились оперативные памяти – сотни Кб. Языки программирования: Бейсик (1965), Паскаль (1970), Си (1972). Появилась совместимость программ.

ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ (1980- настоящее время). Происходит переход от обычных интегральных схем к большим интегральным схемам и сверхбольшим (БИС и СБИС). Если обычные интегральные схемы эквивалентны тысячам транзисторных элементов, то большие интегральные схемы заменяют уже десятки и сотни тысяч таких элементов. Среди них следует упомянуть семейство машин IBM/370, а также модель IBM 196, скорость которой достигла 15 миллионов операций в секунду. Отечественными представителями машин четвертого поколения являются машины семейства «Эльбрус». Отличительная черта четвертого поколения — наличие в одной машине нескольких (обычно 2-6, иногда до нескольких сотен и даже тысяч) центральных, главных устройств обработки информации — процессоров, которые могут дублировать друг друга или независимым образом выполнять вычисления. Такая структура позволяет резко повысить надежность машин и скорость вычислений. Другая важная особенность — появление мощных средств, обеспечивающих работу компьютерных сетей. Это позволило впоследствии создавать и развивать на их основе глобальные, всемирные компьютерные сети. Появились суперкомпьютеры (космические аппараты), персональные компьютеры. Появились пользователи-непрофессионалы. Оперативная память до нескольких Гб. Многопроцессорные системы, компьютерные сети, мультимедиа (графика, анимация, звук).

В компьютерах ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний. Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них – это традиционный компьютер. Но теперь он лишен связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином «интеллектуальный интерфейс». Его задача – понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

Электронно-вычислительные виды машин в нашей стране делятся на несколько поколений. Определяющими признаками при отнесении устройств к определенному поколению служат их элементы и разновидности таких важных характеристик, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Деление ЭВМ является условным — есть немалое количество моделей, которые, по одним признакам, относятся к одному, по другим — к другому виду поколения. В результате эти виды ЭВМ могут относиться к различным этапам развития техники электронно-вычислительного типа.

Первое поколение ЭВМ

Развитие ЭВМ разделяется на несколько периодов. Поколение устройств каждого периода имеет отличия друг от друга элементными базами и обеспечением математического типа.

1 поколение ЭВМ (1945-1954) — электронно-вычислительные машины на лампах электронного типа (подобные были в телевизорах первых моделей). Это время можно назвать эпохой становления такой техники.

Большая часть машин первого вида поколения называлась экспериментальными типами устройств, которые создавались с целью проверки одних или других положений теорий. Размер и вес компьютерных агрегатов, которые часто нуждались в отдельных зданиях, давно превратились в легенду. Введение чисел в первые машины производилось при помощи перфокарт, а программные управления последовательностями выполнимости функций осуществлялись, к примеру, в ENIAC, как в машинах счетно-аналитического типа, при помощи штекеров и видов наборного поля. Несмотря на то что подобный метод программирования требовал множества времени для того, чтобы подготовить машину — для соединений на наборных полях (коммутационной доске) блоков он давал все возможности для реализации счетных «способностей» ENIAC’а, и с большой выгодой имел отличия от метода программной перфоленты, который характерен для устройств релейного типа.

Как работали эти агрегаты

Сотрудники, которые были приписанными к данной машине, постоянно находились возле нее и осуществляли наблюдение за работоспособностью электронных ламп. Но, как только перегорала хотя бы одна лампа, ENIAC сразу же поднимался, и наставали хлопоты: все в спешке осуществляли поиск сгоревшей лампы. Главной причиной (может быть, и не точной) очень частой замены ламп была следующая: тепло и свечение ламп привлекали мотыльков, они залетали внутрь машины и способствовали возникновению короткого замыкания. Таким образом, 1 поколение ЭВМ было крайне уязвимым относительно внешних условий.

Если вышесказанное является правдой, то термин «жучки» («баги»), под которым подразумеваются ошибки в программном и аппаратном оборудовании компьютерной техники, набирает уже новое значение. Когда все лампы находились в рабочем состоянии, инженерный персонал мог сделать настройку ENIAC на какую-либо задачу, изменив вручную подключения 6 000 проводов. Все провода нужно было снова переключать, если требовалась задача другого типа.

Самые первые серийные машины

Первой серийно выпускавшейся ЭВМ первого поколения стал компьютер UNIVAC (Универсальный автоматический компьютер). Разработчиками данного компьютера были: Джон Мочли (John Mauchly) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert). Это был первый тип электронного цифрового компьютера общего назначения. UNIVAC, работы по разработкам которого начались в 1946 году и завершились в 1951, обладал временем сложений 120 мкс, умножений — 1800 мкс и делений — 3600 мкс.

Данные машины занимали много площади, использовали множество электроэнергии и состояли из огромной численности ламп электронного типа. К примеру, машина «Стрела» имела 6400 таких ламп и 60 тысяч штук диодов полупроводникового типа. Быстродействия этого поколения ЭВМ не превышали 2-3 тысяч операций в секунду, объемы оперативной памяти были не больше 2 Кб. Только машина «М-2» (1958) имела оперативную память 4 Кб, а быстродействие ее было 20 тысяч операций в секунду.

ЭВМ второго поколения — существенные отличия

В 1948 году физиками-теоретиками Джоном Бардиным и Уильямом Шокли, вместе с ведущим экспериментатором фирмы «Белл телефон лабораториз» Уолтером Браттейном, был создан первый действующий транзистор. Это был прибор точечно-контактного типа, в котором три металлических «усика» имели контакт с бруском из поликристаллического материала. Таким образом, поколения ЭВМ начали совершенствоваться уже в то далекое время.

Первые виды компьютеров, которые работали на основе транзисторов, отмечают свое появление в конце 1950 годов, а к середине 1960 годов были создано внешние типы устройств с более компактными функциями.

Особенности архитектуры

Одной из удивительных способностей транзистора является то, что он один может осуществлять работу за 40 ламп электронного типа, и даже в этом случае иметь большую скорость работы, выделять минимальное количество теплоты, и практически не употреблять электрические ресурсы и энергию. Вместе с процессами замены ламп электрического типа на транзисторы усовершенствовались способы сохранения информации. Произошло увеличение объема памяти, а магнитная лента, которая впервые была применена в ЭВМ первого поколения UNIVAC, начала использоваться как для введения, так и для выведения информации.

В середине 1960 годов применялось сохранение информации на дисках. Огромные виды достижений в архитектуре компьютеров позволяли получить быстрые действия в миллион операций в секунду! Например, к транзисторным компьютерам 2 поколения ЭВМ можно отнести «Стретч» (Англия), «Атлас» (США). В тот период Советский Союз также выпускал не уступающие вышеуказанным устройствам (к примеру, «БЭСМ-6»).

Создание ЭВМ, которые построены с помощью транзисторов, стало причиной уменьшения их габаритов, масс, затрат энергии и цены на них, а также увеличило надежность и производительность. Это поспособствовало расширению круга пользователей и номенклатуры решаемых задач. Учитывая улучшенные характеристики, которыми обладало 2 поколение ЭВМ, разработчики начали создавать алгоритмические виды языков для инженерно-технического (к примеру, АЛГОЛ, ФОРТРАН) и экономического (к примеру, КОБОЛ) вида расчетов.

Значение ОС

Но даже на этих этапах главной из задач технологий программирования было обеспечение экономии ресурсов — машинного времени и количества памяти. Для решения этой задачи начали создавать прототипы современных операционных систем (комплексы программ служебного типа, которые обеспечивают хорошие распределения ресурсов ЭВМ при исполнениях задач пользователя).

Виды первых операционных систем (ОС) способствовали автоматизации работы операторов ЭВМ, которая связана с выполнением заданий пользователя: ввод в устройство текстов программ, вызовы необходимых трансляторов, вызовы требуемых для программы библиотечных подпрограмм, вызовы компоновщика для размещения данных подпрограмм и программы основного типа в памяти ЭВМ, введение данных исходного типа и т. п.

Теперь, помимо программы и данных, в ЭВМ второго поколения нужно было вводить еще и инструкцию, где находилось перечисление этапов обработки и список сведений о программе и ее авторах. После этого в устройства начали вводить одновременно некоторое количество заданий для пользователей (пакеты с заданиями), в этих видах операционных систем нужно было распределить типы ресурсов ЭВМ между данными типами заданий — возник мультипрограммный режим для обработок данных (к примеру, пока происходит вывод результатов задачи одного типа, делаются расчеты для другого, и в память можно ввести данные для третьего типа задачи). Таким образом, 2 поколение ЭВМ вошло в историю появлением упорядоченных ОС.

Третье поколение машин

За счет созданий технологии производств интегральных микросхем (ИС) получилось добиться увеличений быстрого действия и уровней надежности полупроводниковых схем, а также уменьшения их размеров, потребляемых уровней мощности и стоимости. Интегральные виды микросхем состоят из десятков элементов электронного типа, которые собраны в прямоугольных пластинах кремния, и обладают длиной стороны не больше 1 см. Подобный тип пластины (кристаллов) размещают в пластмассовом корпусе небольших габаритов, размеры в котором можно определить только с помощью числа «ножек» (выводов от входа и выхода электронных схем, созданных на кристаллах).

Благодаря указанным обстоятельствам, история развития ЭВМ (поколения ЭВМ) сделала большой прорыв. Это дало возможность не только для повышения качества работы и снижения стоимости универсальных устройств, но и создать машины малогабаритного, простого, дешевого и надежного типа — мини-ЭВМ. Такие агрегаты сначала были предназначены для замены контроллеров аппаратно-реализованнных назначений в контурах управления какими-либо объектами, в автоматизированных системах управления процессами технологического типа, системах сборов и обработки данных экспериментального типа, различных управляющих комплексах на объектах подвижного типа и т. п.

Главным моментом в то время считались унификации машин с конструктивно-технологическими параметрами. Третье поколение ЭВМ начинает выпуски своих серий или семейств, совместимых типов моделей. Дальнейшие скачки развития математических и программных обеспечений способствуют созданиям программ пакетного типа для решаемости типовых задач, проблемно ориентированного программного языка (для решаемости задач отдельных категорий). Так впервые создаются программные комплексы — виды операционных систем (разработанные IBM), на которых и работает третье поколение ЭВМ.

Машины четвертого поколения

Успешное развитие электронных устройств привело к созданиям больших интегральных схем (БИС), где один кристалл имел пару десятков тысяч элементов электрического типа. Это способствовало тому, что появились новые поколения ЭВМ, элементная база которых имела большой объем памяти и малые циклы для выполнения команд: использование байтов памяти в одной машинной операции начало резко понижаться. Но, так как затраты на программирование практически не имели сокращений, то на первый план ставились задачи экономии ресурсов человеческого, а не машинного типа.

Создавались операционные системы новых видов, которые позволяли программистам делать отладки своих программ прямо за дисплеями ЭВМ (в диалоговом режиме), и это способствовало облегчению работы пользователей и ускорению разработок нового программного обеспечения. Этот момент полностью противоречил концепциям первичных этапов информационных технологий, которые использовали ЭВМ первого поколения: «процессором выполняется только тот объем работы обработок данных, который люди принципиально не могут выполнить, — массовый счет». Стали прослеживаться тенденции иного типа: «Все, что выполнимо машинами, они должны выполнять; людьми выполняется только та часть работ, которую невозможно автоматизировать».

В 1971 году была изготовлена большая интегральная схема, где полностью размещался процессор электронно-вычислительной машины простых архитектур. Стали реальными возможности для размещений в одной большой интегральной схеме (на одном кристалле) практически всех устройств электронного типа, которые не являются сложными в архитектуре ЭВМ, то есть возможности серийных выпусков простых устройств по доступным ценам (не учитывая стоимости устройств внешнего типа). Так было создано 4 поколение ЭВМ.

Появилось много дешевых (карманных клавишных ЭВМ) и управляющих устройств, которые обустроены на одной-единственной либо нескольких больших интегральных схемах, содержащих процессоры, объемы памяти и систему связей с датчиками исполнительного типа в объектах управления.

Программы, которые управляли подачами топлив в двигатели автомобилей, движениями электронных игрушек или заданными режимами стирок белья, устанавливались в память ЭВМ или при изготовлениях подобных видов контроллеров, или непосредственно на предприятиях, которые занимаются выпуском автомобилей, игрушек, стиральных машин и т. д.

На протяжении 1970 годов началось изготовление и универсальных вычислительных систем, которые состояли из процессора, объемов памяти, схем сопряжений с устройством ввода-вывода, размещенных в единой большой интегральной схеме (однокристальные ЭВМ) или в некоторых больших интегральных схемах, установленных на одной плате печатного типа (одноплатные агрегаты). В результате, когда 4 поколение ЭВМ получило распространение, происходило повторение ситуации, возникшей в 1960 годах, когда первые мини-ЭВМ забирали часть работ в больших универсальных электронно-вычислительных машинах.

Характерные свойства ЭВМ четвертого поколения

  1. Мультипроцессорный режим.
  2. Обработки параллельно-последовательного типа.
  3. Высокоуровневые типы языков.
  4. Появление первых сетей ЭВМ.

Технические характеристики этих устройств

  1. Средние задержки сигналов 0,7 нс./в.
  2. Основной вид памяти — полупроводниковый. Время выработок данных из памяти такого типа — 100-150 нс. Емкости — 1012-1013 символов.
  3. Применение аппаратной реализации оперативных систем.
  4. Модульные построения начали применяться и для средств программного типа.

Впервые персональный компьютер был создан в апреле 1976 года Стивом Джобсом, сотрудником фирмы Atari, и Стивеном Возняком, сотрудником фирмы Hewlett-Packard. На основе интегральных 8-битных контроллеров схемы электронной игры, они создали простейший, запрограммированный на языке BASIC, компьютер игрового типа «Apple», который имел огромные успехи. В начале 1977 года была зарегистрирована компания Apple Comp., и с того времени началось производство первых в мире персональных компьютеров Apple. История поколения ЭВМ отмечает это событие как наиболее важное.

В настоящее время фирма Apple занимается выпусками персональных компьютеров Macintosh, которые за большинством параметров превосходят виды компьютеров IBM PC.

ПК в России

В нашей стране в основном используют виды компьютеров IBM PC. Этот момент объясняется такими причинами:

  1. До начала 90-х США не разрешали поставлять в Советский Союз информационные технологии передового типа, к каким и относились мощные компьютеры Macintosh.
  2. Устройства Макинтош были намного дороже, чем IBM PC (в настоящее время они имеют примерно одинаковую стоимость).
  3. Для IBM PC разработано множественное число программ прикладного типа и это облегчает их использование в самых различных сферах.

Пятый вид поколения ЭВМ

В поздние1980 годы история развития ЭВМ (поколения ЭВМ) отмечает новый этап — появляются машины пятого вида поколения. Возникновение этих устройств связывают с переходами к микропроцессорам. С точки зрения структурных построений характерны максимальные децентрализации управлений, говоря о программных и математических обеспечениях — переходы на работу в программной сфере и оболочке.

Производительность пятого поколения ЭВМ — 10 8 -10 9 операций за секунду. Для этого типа агрегатов характерна многопроцессорная структура, которая созданная на микропроцессорах упрощенных типов, которых применяется множественное количество (решающее поле или среда). Разрабатываются электронно-вычислительные типы машин, которые ориентированы на высокоуровневые типы языков.

В данный период существуют и применяются две противоположные функции: персонификации и коллективизации ресурсов (коллективные доступы к сети).

Из-за вида операционной системы, которая обеспечивает простоту общения с электронно-вычислительными машинами пятого поколения, огромной базы программ прикладного типа из различных сфер человеческой деятельности, а также низких цен ЭВМ становится незаменимой принадлежностью инженеров, исследователей, экономистов, врачей, агрономов, преподавателей, редакторов, секретарей и даже детей.

Развитие в наши дни

Про шестое и более новые поколения развития ЭВМ можно пока только мечтать. Сюда можно отнести нейрокомпьютеры (виды компьютеров, которые созданы на основе сетей нейронного типа). Они пока не могут существовать самостоятельно, но активным образом моделируются на компьютерах современного типа.

Учебник состоит из двух разделов: теоретического и практического. В теоретической части учебника изложены основы современной информатики как комплексной научно-технической дисциплины, включающей изучение структуры и общих свойств информации и информационных процессов, общих принципов построения вычислительных устройств, рассмотрены вопросы организации и функционирования информационно-вычислительных сетей, компьютерной безопасности, представлены ключевые понятия алгоритмизации и программирования, баз данных и СУБД. Для контроля полученных теоретических знаний предлагаются вопросы для самопроверки и тесты. Практическая часть освещает алгоритмы основных действий при работе с текстовым процессором Microsoft Word, табличным редактором Microsoft Excel, программой для создания презентаций Microsoft Power Point, программами-архиваторами и антивирусными программами. В качестве закрепления пройденного практического курса в конце каждого раздела предлагается выполнить самостоятельную работу.

Книга:

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в таблице 1.

Таблица 1

ЭВМ первого поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники.

Основной недостаток этих ЭВМ – рассогласование быстродействия внутренней памяти и АЛУ и УУ за счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более медленным компонентом – внутренней памятью – и снижало общий эффект. Уже в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток путем асинхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваемая информация «сбрасывается» в буфер, освобождая устройство для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы устройств ввода-вывода использовалась собственная память.

Существенным функциональным ограничением ЭВМ первого поколения являлась ориентация на выполнение арифметических операций. При попытках приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными.

Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов.

Программы выполнялись позадачно, т. е. оператору надо было следить за ходом решения задачи и при достижении конца самому инициировать выполнение следующей задачи.

Начало современной эры использования ЭВМ в нашей стране относят к 1950 году, когда в институте электротехники АН УССР под руководством С.А. Лебедева была создана первая отечественная ЭВМ под названием МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ, Стрела, Урал, М-2.

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода.

Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т. е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т. е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства – системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программы за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет).

К отечественным ЭВМ второго поколения относятся «Проминь», «Минск», «Раздан», «Мир».

В 70-х годах возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения. В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап – переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности.

Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД.

Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач.

Обеспечить режим разделения времени позволил новый вид операционных систем, поддерживающих мультипрограммирование. Мультипрограммирование – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому такие операционные системы носили интерактивный характер, когда в процессе диалога с ЭВМ пользователь решал свои задачи.

Четвертое поколение

после 1975 года

Особенность:

Конструктивно-технологической основой вычислительной техники четвертого поколения становятся большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы, созданные в 70-80-х годах. С помощью БИС на одном кристалле можно создать устройства, содержащие тысячи и десятки тысяч транзисторов. Компактность узлов при использовании БИС позволяет строить ЭВМ с большим числом вычислительных устройств — процессоров (так называемые многопроцессорные вычислительные системы). При этом, БИС — технология частично использовалась уже и в проектах предыдущего поколения (IBM/360, ЕС ЭВМ ряд-2 и др.).

Наиболее важный в концептуальном плане критерий, по которому ЭВМ четвертого поколения можно отделить от ЭВМ третьего поколения, состоит в том, что первые проектировались уже в расчете на эффективное использование современных языков программирования и упрощения процесса программирования для проблемного программиста. В аппаратном отношении для них характерно широкое использование ИС- технологии и быстродействующих запоминающих устройств. Наиболее известной серией ЭВМ четвертого поколения можно считать IBM/370, которая в отличие от не менее известной серии IBM/360 третьего поколения, располагает более развитой системой команд и более широким использованием микропрограммирования. В старших моделях 370-й серии был реализован аппарат виртуальной памяти, позволяющий создавать для пользователя видимость неограниченных ресурсов оперативной памяти.

Парк всех машин четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов:

  • микро-ЭВМ,

  • персональные компьютеры (ПК),

  • мини-ЭВМ, специальные ЭВМ,

  • ЭВМ общего назначения,

  • супер-ЭВМ.

В отличие от вычислительной техники первых трех поколений ЭВМ четвертого поколения правильнее было бы характеризовать тремя основными показателями:

  1. элементной базой (СБИС),

  2. персональным характером использования (ПК),

  3. нетрадиционной архитектурой (супер-ЭВМ).

Элементная база на основе СБИС позволила достичь больших успехов в деле миниатюризации, повышения надежности и производительности, позволив создавать микро- и мини-ЭВМ, превосходящие по возможностям средние и большие ЭВМ предыдущего поколения при значительно меньшей стоимости. Существенные изменения претерпела и архитектура вычислительной техники, рост сложности которой удалось добиться также благодаря элементной базе. Технология производства процессоров на базе БИС и СБИС позволила избавиться от контроля производства средств ВТ со стороны государства и крупных фирм-разработчиков, дав возможность любому, обладающему определенными знаниями и навыками, человеку довольно легко создавать в домашних условиях, что существенно приблизило ее к массовому пользователю и ускорило темпы компьютерной революции и массовой информатизации общества.

Феномен персонального компьютера (ПК) восходит к созданию в 1965 г. первой мини-ЭВМ PDP-8, которая появилась в результате универсализации специализированного микропроцессора для управления ядерным реактором. Машина быстро завоевала популярность и стала первым массовым компьютером этого класса; в начале 70-х годов число машин превысило 100 тыс. шт. Дальнейшим важным шагом был переход от мини- к микро- ЭВМ; этот новый структурный уровень вычислительной техники начал формироваться на рубеже 70-х годов, когда появление БИС дало возможность создать универсальный процессор на одном кристалле. Первый микропроцессор Intel-4004 был создан в 1971 г. и содержал 2250 элементов, а первый универсальный микропроцессор Intel-8080, явившийся стандартом микрокомпьютерной технологии и созданный в 1974 г., содержал уже 4500 элементов и послужил основой для создания первых ПК. В 1979 г. выпускается один из самых мощных и универсальных 16-битный микропроцессор Motorolla-68000 c 70.000 элементами, а в 1981 г. — первый 32-битный микропроцессор Hewlett Packard с 450 тыс. элементами. Выпускались и другие микропроцессоры, но отмеченные были лидерами своего времени; на сегодня ВТ располагает большим набором превосходных универсальных микропроцессоров.

Первым ПК можно считать Altair-8800, созданный на базе микропроцессора Intel-8080 в 1974 г. Э. Робертсом. Компьютер рассылался по почте, стоил всего 397 $ и имел возможности для расширения периферийными устройствами. Для Altair-8800 П. Аллен и У. Гейтс создали транслятор с популярного языка Basic, существенно увеличив интеллектуальность первого ПК (впоследствии они основали теперь знаменитую компанию MicroSoft Inc). Доработка ПК цветным монитором привела к созданию конкурирующей модели ПК Z-2. Через год после появления первого Altair-8800 в производство ПК включилось более 20 различных компаний и фирм. Начала формироваться ПК-индустрия (собственно производство ПК, их сбыт, периодические и непериодические издания, выставки, конференции и т.д.). А уже в 1977 г. были запущены в серийное производство три модели ПК Apple-2 (фирма Apple Computers), TRS-80 (фирма Tandy Radio Shark) и PET (фирма Commodore), из которых в конкурентной борьбе сначала отстающая фирма Apple становится вскоре лидером производства ПК (ее модель Apple-2 имела огромный успех). К 1980 г. корпорация Apple выходит на Уолл-стрит с самым большим акционерным капиталом и годовым доходом в 117 млн. $. Такой успех позволил сформироваться мнению, что именно модель Apple-2 является первым ПК.

Но уже в 1981 г. фирма IBM, во избежание потери массового рынка, начинает выпуск своих ныне широко известных серий ПК IBM PC/XT/AT и PS/2,открывших новую эпоху персональной ВТ. Выход на арену ПК-индустрии гиганта IBM ставит производство ПК на промышленную основу, что позволяет решить целый ряд важных для пользователя вопросов (стандартизация, унификация, развитое программное обеспечение и др.), которым фирма уделяла большое внимание уже в рамках производства серий IBM/360 и IBM/370.

Супер-ЭВМ характеризуются как высокой производительностью ( 2х107 оп/с.), так и нетрадиционной архитектурой. Развитие супер-ЭВМ обусловлено необходимостью решения сложных задач, требующих большого времени и не поддающихся обработке вычислительными средствами других классов. К таким задачам относятся многие задачи математической физики, космологии и астрономии, моделирования сложных систем и др. Наряду с этим вполне естественным желанием является получить ЭВМ с максимальным быстродействием — именно ускорение счета лежало в основе создания вычислительной техники вообще.

ЭВМ 1-3 поколений реферат по информатике

2001г. Вопросы к контрольной работе. 1. Классическая структура ЭВМ 1-го поколения, ее характерные черты и недостатки. 2. Развитие структуры ЭВМ в машинах 2-го поколения. Характерные черты ЭВМ 2-го поколения. 3. Структура ЭВМ 3-го поколения, ее основные черты и режимы работы. __________________________________________________________________ ВВЕДЕНИЕ Первая страница в истории создания вычислительных машин связана с именем французского философа, писателя, математика и физика Блеза Паскаля. В 1641 г. он сконструировал механический вычислитель, который позволял складывать и вычитать числа. В 1673 г. выдающийся немецкий ученый Готфрид Лейбниц построил первую счетную машину, способную механически выполнять все четыре действия арифметики. Ряд важнейших ее механизмов применяли вплоть до середины XX в. в некоторых типах машин. К типу машины Лейбница могут быть отнесены все машины, в частности и первые ЭВМ, производившие умножение как многократное сложение, а деление — как многократное вычитание. Главным достоинством всех этих машин являлись более высокие, чем у человека, скорость и точность вычислений. Их создание продемонстрировало принципиальную возможность механизации интеллектуальной деятельности человека. Появление ЭВМ или компьютеров – одна из существенных примет современной научно-технической революции. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры. Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи. В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов. С каждым новым поколением увеличивалось быстродействие, уменьшались потребляемая мощность и масса ЭВМ, повышалась их надежность. При этом возрастали их «интеллектуальные» возможности — способность «понимать» человека и обеспечивать ему эффективные средства для обращения к ЭВМ. В настоящее время принято говорить о пяти поколениях ЭВМ: 1 – эл.вак.лампы, 50-е г. 2 – транзисторы, 60-е г. 3 – интегральные схемы (ИС), 70-е г. 4 – большие ИС (БИС) и сверхбольшие ИС, 80-е г. 5 – многопроцессорные системы с параллельной обработкой, 90-е г. различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента. Когда в СССР стало известно о создании в США машины ENIAC в АН Украины и в АН СССР была начата разработка первой, отечественной, действующей ЭВМ. Сведения о разработках на Западе поступали отрывочные, и, естественно, документация по первым ЭВМ была недоступна нашим специалистам. Руководителем разработки был назначен Сергей Александрович Лебедев. Разработка велась под Киевом, в секретной лаборатории в местечке Феофания. Малая электронная счетная машина (МЭСМ) – так называлось детище Лебедева и сотрудников его лаборатории – занимала целое крыло двухэтажного здания и состояла из 6 тысяч электронных ламп. Ее проектирование, монтаж и отладка были выполнены в рекордно быстрый срок – за 2 года, силами всего лишь 12 научных сотрудников и 15 техников. Несмотря на то, что МЭСМ по существу была лишь макетом действующей машины, она сразу нашла своих пользователей: к первой ЭВМ выстраивалась очередь киевских и московских математиков, задачи которых требовали использования быстродействующего вычислителя. В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построения компьютеров, такие как: • наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления; • кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам; • двоичная система счисления для кодирования чисел и команд; • автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы; • наличие как арифметических, так и логических операций; • иерархический принцип построения памяти; • использование численных методов для реализации вычислений. После Малой электронной машины была создана и первая Большая – БЭСМ-1, над которой С.И. Лебедев работал уже в Москве, в ИТМ и ВТ АН СССР. Одновременно с ИТМ и ВТ и конкурируя с ним, разработкой ЭВМ занималось недавно сформированное СКБ-245 со своей ЭВМ «Стрела». БЭСМ и «Стрела» составили парк созданного в 1955 году Вычислительного центра АН СССР, на который сразу легла очень большая нагрузка. Потребность в сверхбыстрых (по тем временам) расчетах испытывали математики, ученые-термоядерщики, первые разработчики ракетной техники и многие другие. Когда в 1954 году оперативная память БЭСМ была укомплектована усовершенствованной элементной базой, быстродействие машины (до 8 тысяч операций в секунду) оказалось на уровне лучших американских ЭВМ и самым высоким в Европе. Доклад Лебедева о БЭСМ в 1956 году на конференции в западногерманском городе Дармштадте произвел настоящий фурор, поскольку малоизвестная советская машина оказалась лучшей европейской ЭВМ. В 1958 году БЭСМ, теперь уже БЭСМ-2, в которой память на потенциалоскопах была заменена ЗУ на ферритовых сердечниках и расширен набор команд, была подготовлена к серийному производству на одном из заводов в Казани. Так начиналась история промышленного выпуска ЭВМ в Советском Союзе! Элементная база первых вычислительных машин – электронные лампы – определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте. Очень трудоемким и малоэффективным был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи. Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ. ЭВМ второго поколения Применение полупроводниковых приборов позволило резко повысить надежность ЭВМ, сократить ее массу, габариты и потребляемую мощность. Полупроводниковые элементы — транзисторы — составляли основу ЭВМ второго поколения. Эти ЭВМ по сравнению с ЭВМ первого поколения обладали большими возможностями и быстродействием. А начиналось все так: 1 июля 1948 года на одной из страниц «Нью-Йорк Таймс», посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма «Белл телефон лабораториз» разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик- теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором три металлических «усика» контактировали с бруском из поликристаллического германия. Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. долларов. Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности. Транзистор Электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или боллее) вывода, предназначенный для генериррования и преобразования электрических колебаний. Изобретен в 1948 году У. Шокли, Дж. Бардином и Уолт. Брайтенном. Транзисторы составляют два основных крупных класса: униполярные и биполярные транзисторы. В униполярных транзисторах протекание тока через кристалл обусловлено носителями заряда только одного знака — электронами или дырками.В биполярных транзисторах (которые обычно называют просто «Транзисторами») ток через кристалл обусловлен движением носителей заряда обоих знаков. Такой транзистор представляет собой монокристаллическую полупроводниковую пластину, в которой с помощью особых технологических приемов созданы 3 области с разной проводимостью: дырочной (p) и электронной (n). В зависимости от порядка их чередования различают транзисторы p-n-p типа и n-p-n типа. Средняя область (её обычно делают очень тонкой) — порядка нескольких мкм, называют базой, две другие — эмиттером и коллектором. База отделена от эмиттера и коллектора электронно-дырочными переходами (p-n переходами): эмиттерными и коллекторными. От базы, эмиттера и коллектора сделаны металлические выводы. И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации. ЭВМ третьего поколения Требование надежности, компактности, технологичности привели к созданию новой элементной базы ЭВМ — интегральных микросхем. Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2. С появления интегральных схем начались разработки ЭВМ третьего поколения. Машины этого поколения характеризуются расширенным набором всевозможного оборудования для ввода — вывода и хранения информации. Примером ЭВМ третьего поколения может служить единая система электронно- вычислительных машин (ЕС ЭВМ). Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала они использовались только в космической и военной технике. Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же качается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы! Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились. Интегральная схема. Интегральная микросхема — микроминиатюрное электронное устройство, все или часть элементов которого нераздельно связаны конструктивно и соединены между собой электрически. Интегральные схемы изготавливают из особо чистых полупроводниковых материалов (обычно кремний, германий), в которых перестраивают саму решетку кристаллов так, что отдельные области кристалла становятся элементами сложной схемы. Маленькая пластинка из кристаллического материала размерами примерно 1 мм2 превращается в сложнейший электронный прибор, эквивалентный радиотехническому блоку из 50-100 и более обычных деталей. Он способен усиливать или генерировать сигналы и выполнять многие другие радиотехнические функции. В целях защиты от внешних воздействий интегральные схемы выпускают в защитных корпусах. По количеству элементов различают интегральные схемы: 1-й степени интеграции (до 10 элементов), 2-й степени интеграции (от 10 до 100) и т. д. Размеры отдельных элементов интегральных схем очень малы (порядка 0,5-10 мкм) и подчас соизмеримы с размерами пылинок (1-100 мкм). Поэтом производство интегральных схем осуществляется в особ чистых условиях. Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа. Собственно, именно в эти годы с появлением семейства машин IBM 360 и возникло понятие компьютерной архитектуры, которое символизировало весь комплекс аппаратных и программных средств для решения пользовательских задач. Говоря об архитектуре, мы, как правило, не имеем в виду способы выполнения тех или иных функций или параметры и техническую организацию определенных устройств, входящих в состав вычислительной системы. У машин одного семейства они могут быть совершенно различны, однако общими будут системы команд, способы организации взаимосвязи между модулями и с внешними устройствами, а также матобеспечение. К середине 60-х, на территории тогдашнего СССР, помимо основных научных школ по созданию вычислительных машин в Москве и Пензе выпуском ЭВМ занимались в Минске (серия машин средней производительности «Минск»), Ереване (минимашины и ЭВМ средней производительности «Наири», «Раздан»). Институт кибернетики АН Украины, возглавляемый Виктором Михайловичем Глушковым, проводил разнообразные теоретические исследования в области проектирования ЭВМ и воплощал теорию в реальных машинах – малых управляющих ЭВМ «Днепр», миникомпьютерах для инженерных применений «Промiнь» и «Мир». Академик Глушков стал страстным проповедником внедрения АСУ в народное хозяйство. Разработку аналогичных систем оборонного назначения вел и академик В.С.Семенихин. 30 декабря 1967 года ЦК и Совмин выпустили совместное постановление о разработке Единой Серии Электронных Вычислительных Машин. В своем роде это было уникальное постановление – впервые на таком уровне решалась судьба дальнейшего развития вычислительной техники в стране. Был создан Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ), под его началом объединились и другие организации. Открытым оставался вопрос: каким будет новый ряд машин. Проблема эта обсуждалась в течение нескольких лет, но в 1968 году Минрадиопром начал работы по воспроизведению архитектуры программно совместимого семейства IBM 360. В декабре 1969 года этот вариант был утвержден окончательно. Напомним, что в 1964 году корпорации IBM в серии 360 впервые удалось воплотить идею создания семейства вычислительных машин различной производительности, обладающих общей архитектурой и полной программной совместимостью. Это событие произвело большое впечатление на научный и промышленный мир и ознаменовало переход к третьему поколению вычислительной техники. Системы IBM 360 обладали богатым матобеспечением, как системного, так и прикладного уровня. Для производства отечественных машин серии ЕС и комплектующих строилось и расширялось более десяти заводов, географически разбросанных по всей стране. Сами ЭВМ выпускались на Заводе счетно-аналитических машин (САМ) в Москве, в Минске, Пензе, Казани и Ереване. За 20 лет было выпущено три поколения ЕС ЭВМ, близкие по архитектуре семействам IBM-360 и 370. Как уже говорилось, машины одного семейства различались по производительности. Быстродействие ЕС ЭВМ первой очереди, например, варьировалось от 20 тыс. оп/с в самой младшей модели ЕС-1020 до 500 тыс.оп/с в наиболее мощной ЕС-1050. В машинах третьего поколения разрабатывалась более гибкая система прерываний, позволяющая синхронизировать работу центрального процессора, процессоров ввода/вывода и должным образом реагировать на аварийные ситуации в программах пользователя. Мультипрограммный режим работы компьютера требовал создания мощных средств защиты памяти. Создавались механизмы динамического распределения памяти, совершенствовались операционные системы. Такое преобразование плюс развитая система прерываний и механизмы защиты памяти позволили реализовать в разрабатываемой системе для ЭВМ мультипрограммный режим и режим разделения времени, которые позволяли совместить на одной машине выполнение нескольких управляющих задач, а также разработку управляющих программ. Использование новой элементной базы позволило существенно повысить быстродействие и объем оперативной памяти нового поколения машин. Значительно расширилась номенклатура внешних устройств – появились накопители на сменных магнитных дисках, алфавитно-цифровые и графические дисплеи, графопостроители и т.д. Но к сожалению, Основным сдерживающим моментом в дальнейшем совершенствовании ЕС ЭВМ была, безусловно, элементная база. До 1990 года, когда с началом экономической реформы производство машин фактически прекратилось, ЕС так и не перешли на сверхбольшие интегральные схемы. Технологии Министерства электронной промышленности не позволяли создавать элементы на микросхемах меньше 2 микрон, поэтому последние разработки серии оснащались микросхемами памяти емкостью лишь 64 Кбит (!).

Первое поколение компьютеров: вакуумные трубки

Технология электронных ламп использовалась в первом поколении компьютеров, которые были изобретены Ли Де Форестом в 1906 году. Изобретатель электронных ламп по имени Ли Де Форест был инженером-электриком. Для запоминания и заполнения больших помещений вакуумные лампы использовались в первом поколении компьютеров для магнитных барабанов и схем. Он производил большое количество тепла и был очень дорогостоящим в эксплуатации; Кроме того, он потреблял много электроэнергии.В течение первой половины 20-го века вакуумная трубка обычно использовалась для создания множества других электронных устройств, включая телевизоры, радары, радио и рентгеновские аппараты, поскольку это была фундаментальная технология. Кроме того, эта технология также использовалась в компьютерах первого поколения. На рисунке ниже показан пример электронных ламп.

Первое поколение компьютеров зависело от языка программирования нижнего уровня, известного как машинный язык, который использовался компьютером (первое поколение) для выполнения различных видов операций.Он не мог выполнять многозадачную работу и мог решать только одну проблему за раз. ENIAC был первым работающим электронным компьютером общего назначения, который расшифровывается как Electronic Numerical Integrator and Computer. В 1943 году в ENIAC было использовано 18000 электронных ламп. И он был построен в инженерной школе Мура Университета Пенсильвании на государственные средства. В первую очередь заслуга Джона В. Мочли (1907-1980) и Дж. Преспера Эккерта-младшего (1919-1995) в разработке ENIAC (электронного числового интегратора и компьютера).Для временных вычислений он содержал двадцать 10-значных регистров, а его размер составлял около 30,5 метров (100 футов) в длину.

ENIAC был запрограммирован с подключением коммутационной панели. Он использовал перфокарты и бумажную ленту для ввода и вывода. Он не был быстрее с точки зрения скорости, чем мог вычислять со скоростью 1900 добавлений в секунду. Основное применение ENIAC заключалось в расчетах, связанных с войной, например, он помогал в создании атомной бомбы с точки зрения расчетов, а также в построении таблиц баллистических стрельб.Кроме того, в эти годы был построен Колосс (британская машина), еще одна машина, помогавшая сражаться во Второй мировой войне. У него была способность расшифровывать конфиденциальные сообщения врага. Как и ENIAC, он был запрограммирован с использованием коммутационной разводки и использовал 1500 электронных ламп. Как правило, эти старые машины управлялись с помощью серии направлений, закодированных на бумажной ленте, или с помощью коммутационной проводки. Для одних вычислений требовалось одно соединение, для других — другое. Следовательно, программы этих машин не хранились внутри, хотя они были явно программируемыми.

Концепция хранимой программы была впервые признана командой, работающей над ENIAC. Джон фон Нейман (1903–1957), Джон В. Мочли (1907–1980) и Дж. Преспер Эккерт младший (1919–1955) принимали участие во время разработки этой концепции. Летом 1946 года в школе Мура прошел семинар, на котором основное внимание было уделено концепции проектирования компьютера с хранимой программой. Кроме того, в этом семинаре приняли участие почти 30 ученых с обеих сторон Атлантического океана, и вскоре ими были построены запрограммированные машины.

Британская команда была создана Морисом Уилксом (1913-). Морис Уилкс был одним из участников семинара школы Мура. В 1949 году эта команда построила EDSAC в Кембридже; EDSAC — это сокращение от Electronic Delay Storage Automatic Calculator. Позже EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) был завершен командой Ричарда Снайдера из школы Мура. В 1952 году фон Нейман построил машину IAS (Институт перспективных исследований) в Принстонском университете. Эти машины все еще были построены с использованием электронных ламп, что привело к хранению их программы внутри.

UNIVAC (универсальный автоматический компьютер) был еще одной машиной с хранимой программой первого поколения. Мочли и Эккерт разработали этот компьютер, и это был первый успешный коммерческий компьютер, доставленный бизнес-клиенту.

Для бестарного хранения использовалась магнитная лента. Он был разработан с использованием более 5000 электронных ламп. В таких задачах, как прогнозирование выборов, расчет актуарных таблиц и бухгалтерский учет, он широко использовался.

Первая программа UNIVAC была запущена в 1949 году.По сравнению с ENIAC, он мог выполнять десять раз с точки зрения нескольких добавлений в секунду, как ENIAC. Цена UNIVAC составляла 4 996 000 долларов в современных долларах. Кроме того, в этот период IBM поставила первый компьютер. Некоторые другие примеры компьютеров первого поколения включали: EDVAC, IBM-650 и IBM-701.

Достоинства и недостатки компьютера первого поколения

Первое поколение компьютеров обладало персонажами, которые отличали это поколение от других поколений компьютеров.Хотя первое поколение компьютеров было полезно во время войны, возможности компьютеров первого поколения были недоступны. Например, все компьютеры первого поколения не могли вычислять большой объем данных, и они были медленными с точки зрения скорости.

Джордж Дайсон обсуждал, что электронные лампы, использованные в первом поколении компьютеров, были весьма ограниченными и неэффективными методами; поэтому у компьютеров этого поколения были некоторые особенности.На использование компьютеров первого поколения в целом повлияли особенности компьютеров первого поколения. Потому что по сравнению с преимуществами, которые он нес, он имел различные ограничения. Например, из-за размера компьютеров одно из ограничений использования компьютеров первого поколения было ненадежным. Потому что, когда они использовались, они каждый раз выделяли огромное количество тепла. Это означает, что первому поколению пользователей компьютеров требовался кондиционер.Это связано с тем, что кондиционер поддерживает охлаждение операционной системы компьютера, что обеспечивает его эффективную работу.

Кроме того, они уменьшили количество устройств ввода и вывода, поскольку они были ненадежными, что делало их постоянное использование очень трудоемким. Кроме того, из-за технологии и размера компьютеров они были очень дорогими, а это означает, что только крупные и устоявшиеся организации могли их купить. Ниже представлена ​​таблица, в которой собраны все преимущества и недостатки компьютеров первого поколения:

ПРЕИМУЩЕСТВА НЕДОСТАТКИ
  • Эти компьютеры были разработаны с использованием электронных ламп, которые в то время были единственными доступными в виде электронных компонентов.
  • Они могли вычислить данные за миллисекунды; Кроме того, они открыли путь для роста поколений компьютеров.
  • Компьютеры первого поколения было трудно сломать, и они были очень надежными.
  • Также вакуумные лампы, которые использовались в первом поколении компьютеров; также сделало возможным создание электронных цифровых компьютеров.
  • Кроме того, для более простой и быстрой идентификации показаний в первое поколение компьютеров была включена функция цветного кодирования.
  • Первое поколение компьютеров было тяжелым, около 30 тонн, и было очень большим по размеру.
  • Они потребляли много энергии.
  • Так как они использовали тысячи вакуумных трубок, через которые они очень скоро нагрелись.
  • Вскоре из-за жары им понадобился кондиционер в компьютерном зале, который поддерживает охлаждение операционной системы компьютера и обеспечивает эффективную работу компьютера.
  • Им нужны были постоянные миниатюры, а иногда они отключались автоматически из-за нагрева электронных ламп.
  • Единственная крупная и устоявшаяся организация могла покупать компьютеры первого поколения, так как они были очень дорогими.
  • Они не были переносными из-за большого веса и больших размеров.
  • Они были очень медленными, поскольку использовали очень узкую и неэффективную технику (электронные лампы).
  • Кроме того, из-за наличия магнитных барабанов, они включали ограниченную емкость для хранения, только могли хранить небольшой объем информации.
  • Они не были более функциональными, так как имели ограниченные возможности программирования.
  • Первое поколение компьютеров зависело от языка программирования нижнего уровня, известного как машинный язык, который понятен только компьютеру.
  • Они не могли выполнять многозадачную работу и могли решать только одну проблему за раз.
  • У них была очень низкая эффективность работы, и перфокарты использовались для ввода данных в компьютерах первого поколения.

Поколение компьютеров — Tyrocity

Компьютеры электронной эры делятся на 5 поколений на основе технологий, используемых в компьютерах.Различные поколения:

i) Первое поколение компьютеров

ii) Второе поколение компьютеров

iii) Третье поколение компьютеров

iv) Четвертое поколение компьютеров

v) Пятое поколение компьютеров

i) Первое поколение компьютеров

1) Используемая технология: вакуумная трубка
2) Рабочая скорость: диапазон в миллисекундах
3) Используемый язык программирования: машинный язык
4) Используемая память
: Первичная память: Память магнитного ядра
: Вторичная память: Магнитный барабан, Магнитная лента.
5) Устройство ввода / вывода:
Перфокарта как устройство ввода, устройство печати как устройство вывода.
6) Использование: Простой математический расчет.
7) Компьютеры были чрезвычайно большими по размеру и требовали специальной системы охлаждения. например: ENIVAC, EDVAC, UNIVAC и т. д.

ii) Второе поколение компьютеров:

1) Используемая технология: Транзистор

2) Скорость работы: диапазон микросекунд (10-6 сек)

3) Используемый язык программирования: Ассемблер

4) Используемая память

: Первичная память: память на магнитных сердечниках.

: Вторичная память: Магнитный барабан, Магнитная лента.

5) Ввод / вывод: перфокарта как устройство ввода, принтер как устройство вывода

6) Использование: Компьютеры использовались для сложных научных расчетов.

7) Размер, стоимость, потребляемая мощность, тепловыделение уменьшились по сравнению с предыдущим поколением.

8) Скорость обработки, объем памяти, использование компьютера увеличились по сравнению с предыдущим поколением.

Например: IBM 1620, IBM 7094, LEO MARK III и т. Д.

Преимущества транзистора перед лампой:

i) Один транзистор может заменить тысячу электронных ламп.

ii) Размер транзистора в 1/200 раза больше вакуумной лампы.

iii) Потребляемая мощность транзистора в 20 раз больше, чем у вакуумной лампы.

iv) Транзисторы надежнее ламповых.

iii) Третье поколение компьютеров

i) Используемая технология: IC (интегральная схема)

ii) Рабочая скорость: диапазон наносекунд (10-9 сек)

iii) Используемый язык программирования: HLL (язык высокого уровня)

Как FORTAN, COBOL, PASCAL, C, C ++ и т. Д.

iv) Используемая память:

Первичная память: полупроводниковая память (кремний)

Вторичная память: магнитная лента, магнитный диск, например дискета, жесткий диск и т. Д.)

v) Устройство ввода-вывода: клавиатура как устройство ввода, монитор как устройство вывода.

vi) Использование: компьютеры использовались для проведения переписи населения, банка, страховой компании и т. Д.

vii) Разработана и использована концепция базы данных.

viii) Размер, стоимость, энергопотребление, выработка тепла уменьшились по сравнению с предыдущими поколениями.

ix) Скорость обработки, объем памяти, использование компьютера увеличились по сравнению с предыдущими поколениями.

Например: серия IBM 360, серия ICL 900, серия Honeywell 200 и т. Д.

IC и ее типы:

IC — это небольшой кремниевый чип, который содержит большое количество электронных компонентов, таких как транзистор, резистор, конденсатор и т. Д.

Процесс создания ИС называется изготовлением.

Типы ИС по количеству электронных компонентов.

i) SSI (небольшая интеграция)

(1-20 компонентов)

ii) MSI (интеграция среднего масштаба)

(21-100 деталей)

iii) LSI (крупномасштабная интеграция)

(101-1000 деталей)

iv) СБИС (очень крупномасштабная интеграция)

(1001-10000 компонентов)

v) ULSI (сверхбольшая интеграция)

(Более 10000 компонентов)

iv) Четвертое поколение компьютеров:

1) Используемая технология: — СБИС (или микропроцессор)

2) Рабочая скорость: — Пикосекундный диапазон

3) Используемый язык программирования: 4GL (проблемно-ориентированный язык)

4) Используемая память:

Первичный: полупроводниковая память

Вторичный: магнитная лента, магнитный диск, оптическая память (CD / DVD / Blu ray), Flash

память (флеш-накопитель, карта памяти)

5) Устройство ввода / вывода:

Разработаны усовершенствованные устройства ввода-вывода, такие как мышь, сенсорный экран, сканер, ЖК-дисплей, светодиоды, цветной принтер и т. Д.

6) Использование:

Компьютеры используются для решения различных задач в различных областях, таких как образование, бизнес, больница, транспорт, армия и т. Д.

7) Разработаны микрокомпьютеры, такие как настольные ПК, портативные компьютеры, ноутбуки и т. Д.

8) Были разработаны популярные средства коммуникации, такие как Интернет, электронная почта, мобильная связь и т. Д.

9) Разработано передовое, удобное для пользователя веб-программное обеспечение и т. Д.

10) Размер, стоимость, потребляемая мощность, тепловыделение уменьшились по сравнению с предыдущим поколением.

11) Скорость работы, объем памяти, использование компьютера увеличились по сравнению с предыдущим поколением.

Например: настольный ПК IBM, ноутбук HP, ноутбук Acer, книга Mac и т. Д.

vi) Пятое поколение компьютеров:

1) Используемая технология: — Биочип

2) Рабочая скорость: — Фемтосекундный диапазон

(10-15 секунд) / СОВЕТЫ

3) Используемый язык программирования: — Естественный язык

4) В компьютерах будет ИИ.

5) Компьютеры будут использоваться в сложных вычислениях, где требуется интеллект компьютера.

6) Компьютеры будут иметь параллельную обработку в полном объеме.

7) Компьютеры будут основаны на KIPS (Система обработки информации, основанная на знаниях)

ENIAC | История, размер и факты

ENIAC , полностью Электронный цифровой интегратор и компьютер , первый программируемый электронный цифровой компьютер общего назначения, построенный во время Второй мировой войны Соединенными Штатами.Американский физик Джон Мочли, американский инженер Дж. Преспер Экерт-младший и их коллеги из Школы электротехники Мура при Пенсильванском университете возглавили финансируемый государством проект по созданию полностью электронного компьютера. По контракту с армией и под руководством Германа Голдстайна в начале 1943 года началась работа над ENIAC. В следующем году математик Джон фон Нейман начал частые консультации с группой.

ENIAC был чем-то меньшим, чем мечта об универсальном компьютере.Разработанный специально для вычисления значений таблиц дальности артиллерии, ему не хватало некоторых функций, которые сделали бы его более полезным устройством. Он использовал коммутационные панели для передачи инструкций машине; Это имело то преимущество, что как только инструкции были «запрограммированы» таким образом, машина работала на электронной скорости. Инструкции, считываемые с кардридера или другого медленного механического устройства, не смогли бы поспевать за полностью электронным ENIAC. Недостатком было то, что на переналадку машины для каждой новой проблемы уходили дни.Это была такая проблема, что только при некоторой щедрости ее можно было назвать программируемой.

Британская викторина

Компьютеры и технологии: Викторина

Компьютеры содержат веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как … LOL. Примите участие в этой викторине и позвольте некоторым технологиям подсчитать ваш результат и раскрыть вам содержание.

Тем не менее, ENIAC был самым мощным вычислительным устройством, созданным на сегодняшний день. Это был первый программируемый электронный цифровой компьютер общего назначения. Подобно аналитической машине Чарльза Бэббиджа (19 века) и британскому компьютеру Colossus времен Второй мировой войны, он имел условное ветвление, то есть он мог выполнять разные инструкции или изменять порядок выполнения инструкций в зависимости от значения некоторых данных. (Например, ЕСЛИ X> 5, ТО ПЕРЕЙДИТЕ К СТРОКЕ 23.Это давало ENIAC большую гибкость и означало, что, хотя он был создан для определенной цели, его можно было использовать для более широкого круга задач.

ENIAC был огромен. Он занимал подвал 50 на 30 футов (15 на 9 метров) школы Мура, где его 40 панелей были расположены U-образно вдоль трех стен. Каждая панель была примерно 2 фута в ширину, 2 фута в глубину и 8 футов в высоту (0,6 метра на 0,6 метра на 2,4 метра). С более чем 17 000 электронных ламп, 70 000 резисторов, 10 000 конденсаторов, 6 000 переключателей и 1 500 реле, это была самая сложная электронная система из когда-либо созданных.ENIAC работал непрерывно (отчасти для продления срока службы трубок), вырабатывая 174 киловатта тепла, и, следовательно, требовалась собственная система кондиционирования воздуха. Он мог выполнять до 5000 добавлений в секунду, что на несколько порядков быстрее, чем его электромеханические предшественники. Этот и последующие компьютеры, использующие электронные лампы, известны как компьютеры первого поколения. (Имея 1500 механических реле, ENIAC все еще был переходом к более поздним, полностью электронным компьютерам.)

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Завершенный к февралю 1946 года ENIAC обошелся правительству в 400 000 долларов, и война, которую он создавал, чтобы помочь победить, закончилась. Его первой задачей был расчет конструкции водородной бомбы. Часть машины выставлена ​​в Смитсоновском институте в Вашингтоне, округ Колумбия.

Компьютеры становятся все быстрее и быстрее, но их скорость по-прежнему ограничена физическими ограничениями движения электрона в материи. Какие технологии появляются, чтобы преодолеть этот скоростной барьер?

Дэвид Ди Винченцо в IBM Thomas J.Watson Research Center предлагает следующий ответ:

«Все современные компьютерные технологии действительно ограничено скоростью движения электронов. Это ограничение достаточно принципиальное, потому что самый быстрый возможная скорость передачи информации — это, конечно, скорость света, а скорость электрона равна уже значительная часть этого. Мы надеемся на будущие улучшения не столько в скорости компьютерные устройства как в скорости вычислений.Сначала это может звучать как одно и то же, пока вы понять, что количество операций компьютерного устройства, необходимых для выполнения вычислений, определяется что-то еще — а именно алгоритм.

«Очень эффективный алгоритм может выполнять много вычислений. быстрее, чем это может сделать неэффективный алгоритм, даже если аппаратное обеспечение компьютера не изменилось. Так дальнейшее улучшение алгоритмов предлагает возможный путь к дальнейшему ускорению работы компьютеров; лучше использование параллельных операций, предварительное вычисление частей задачи и другие подобные приемы — все это возможные пути повышения вычислительной эффективности.

«Эти идеи могут звучать так, как будто они не имеют отношения к делу. с «физическими ограничениями», но на самом деле мы обнаружили, что, принимая во внимание некоторые из квантово-механических свойств будущих компьютерных устройств, мы можем разработать новые виды алгоритмов, которые намного, намного эффективнее для определенных вычислений. Мы все еще очень мало знаем об основных ограничениях эти «квантовые алгоритмы». «

Сет Ллойд, доцент кафедры машиностроения в Массачусетский технологический институт подготовил этот обзор:

«Скорость компьютеров ограничена. по тому, как быстро они могут перемещать информацию от того места, где она находится сейчас, к тому, куда она должна идти дальше, и насколько быстро это информация может быть обработана, как только она попадет сюда.Электронный компьютер вычисляет, перемещая электроны, поэтому физические ограничения движения электрона через материю определяют, насколько быстро могут работать такие компьютеры. Однако важно понимать, что информация может перемещаться по компьютеру намного быстрее, чем сами электроны. Рассмотрим садовый шланг: когда вы включаете кран, сколько времени требуется для воды выйти на другой конец? Если шланг пустой, то время равно длине шланга. деленное на скорость, с которой вода течет по шлангу.Если шланг полон, то время, необходимое для для выхода воды — это длина шланга, деленная на скорость, с которой импульс распространяется вниз по шланг, скорость которого примерно равна скорости звука в воде.

«Провода в ЭВМ. похожи на полные шланги: они уже набиты электронами. Сигналы проходят по проводам со скоростью света в металл, примерно половина скорости света в вакууме. Транзисторные переключатели, выполняющие обработка информации в обычном компьютере похожа на пустые шланги: когда они переключаются, электроны должны переходите с одной стороны транзистора на другую.Тогда «тактовая частота» компьютера ограничена максимальная длина, которую должны пройти сигналы, деленная на скорость света в проводах и размер транзисторы делятся на скорость электронов в кремнии. В современных компьютерах эти числа порядка триллионных долей секунды, что значительно меньше, чем фактическое время, равное миллиардным долям секунды. Компьютер можно сделать быстрее, просто уменьшив его размер. Лучшие методы миниатюризации имеют был и остается самым важным подходом к ускорению компьютеров на протяжении многих лет.

«На практике, электронные эффекты, отличные от скорости света и скорости электронов, не менее важны для ограничения скорость обычных компьютеров. Провода и транзисторы обладают емкостью, или C, которая измеряет их способность хранить электроны и сопротивление R, которое измеряет степень, в которой они сопротивляются потоку Текущий. Произведение сопротивления и емкости, RC, дает характерный временной масштаб, в течение которого заряд течет на устройство и выходит из него.Когда компоненты компьютера становятся меньше, R увеличивается, а C уменьшается, поэтому что обеспечение того, чтобы у каждой части компьютера было время сделать то, что ему нужно, — сложный баланс. Технологии выполнения этого действия по уравновешиванию без сбоев являются предметом многих современных исследований.

«Как отмечалось выше, одно из ограничений того, насколько быстро могут работать компьютеры, дается принципом Эйнштейна, что сигналы не могут распространяться быстрее скорости света. Таким образом, чтобы сделать компьютеры быстрее, их компоненты должны стать меньше.При нынешних темпах миниатюризации поведение компонентов компьютера будет поражать атомную силу. масштаб за несколько десятилетий. В атомном масштабе скорость обработки информации ограничена Принцип неопределенности Гейзенберга. Недавно исследователи, работающие над «квантовыми компьютерами», построили простые логические устройства, которые хранят и обрабатывают информацию об отдельных фотонах и атомах. Атомы могут быть «переключился» из одного электронного состояния в другое примерно за 10 15 секунд.Могут ли такие устройства Однако предстоит еще увидеть, как их соединить вместе, чтобы сделать компьютеры.

«Насколько быстро такие компьютеры могут в конце концов уйдешь? Сотрудник IBM Рольф Ландауэр отмечает, что экстраполяция существующей технологии до ее «конечных» пределов — опасная игра: многие предложенные «предельные» ограничения уже пройдены. Лучшая стратегия поиска конечный предел скорости компьютера — подождать и посмотреть, что произойдет ».

Роберт А. Саммерс профессор технологии электронной инженерии в Weber Государственный университет в Огдене, штат Юта.Его ответ более подробно описывает текущее состояние компьютеров. технология:

«Физические барьеры, как правило, ограничивают скорость компьютерной обработки двигатели могут обрабатывать данные с использованием обычных технологий. Но производители интегральных микросхем изучение некоторых новых, более инновационных методов, которые имеют большие перспективы.

«Один подход требует преимущество постоянно уменьшающегося размера следов на микрочипах (то есть размер элементов, которые могут быть ‘нарисовано’ на каждой микросхеме).Меньшие следы означают, что теперь можно изготовить до 300 миллионов транзисторов. единственный кремниевый чип. Увеличение плотности транзисторов позволяет интегрировать все больше и больше функций в одиночный чип. Проволока длиной в один фут дает примерно одну наносекунду (миллиардную долю секунды) времени. задерживать. Если данные должны перемещаться всего на несколько миллиметров от одной функции на кристалле к другой на том же самом чип, время задержки данных может быть уменьшено до пикосекунд (триллионных долей секунды).Чипы более высокой плотности также позволяют обрабатывать данные по 64 бита за раз, в отличие от восьми, 16 или, в лучшем случае, 32-битных процессоров, которые теперь доступны в персональных компьютерах типа Pentium.

«Другие производители интегрируют несколько избыточные, важные схемы процессора, включенные параллельно на одном кристалле. Эта процедура позволяет несколько этапов обработки данных. обработка должна происходить немедленно, снова увеличивая скорость передачи данных. В другом, совсем другом подход, производители работают над интеграцией всего компьютера, включая всю память, периферийные устройства. органы управления, часы и контроллеры — на одном квадратном сантиметровом куске кремния.Этот новый суперчип будет быть полноценным компьютером, лишенным только человеческого интерфейса. Компьютеры размером с ладонь, которые мощнее, чем наши лучшие настольные машины станут обычным делом; мы также можем ожидать, что цены продолжат падать.

«Еще одна вещь, на которую обращают внимание, — это программное обеспечение, которое будет лучше использовать возможности существующих машин. A Удивительная статистика показывает, что около 90 процентов новейших настольных компьютеров работают в виртуальном режиме 86. режим, то есть они созданы для работы, как если бы они были древними восьмибитными машинами 8086, несмотря на всю их фантазию. высокоскоростные 32-битные шины и возможность суперцветной графики.Это ограничение возникает из-за того, что большинство коммерческое программное обеспечение все еще пишется для архитектуры 8086. Windows NT, Windows 95 и т.п. несколько попыток использовать ПК как 32-битные высокопроизводительные машины.

«Что касается других технологий, то большинство компании очень ревностно относятся к своей безопасности, и поэтому трудно понять, что нового на самом деле посмотрел на. Волоконно-оптические и световые системы сделают компьютеры более устойчивыми к шуму, но свет распространяется на точно такая же скорость, как и у электромагнитных импульсов на проводе.Может быть некоторая выгода от извлечения выгоды из фазовые скорости для увеличения скорости передачи и обработки данных. Фазовые скорости могут быть намного больше чем основная несущая волна. Использование этого явления открыло бы совершенно новую технологию, которая использовать самые разные устройства и способы передачи и обработки данных ».

Подробнее о Возможные преимущества оптических вычислений дает Джон Ф. Уолкап, директор лаборатории оптических систем в отделе электротехника в Техасском техническом университете в Лаббоке, Техас.:

«Электронные вычислительные машины ограничены. не только из-за скорости электронов в веществе, но и из-за увеличения плотности взаимосвязей, необходимых для связать электронные ворота на микрочипах. Более 40 лет инженеры-электрики и физики занимались работает над технологиями аналоговых и цифровых оптических вычислений, в которых информация в первую очередь переносятся фотонами, а не электронами. В принципе, оптические вычисления могут привести к гораздо более высоким скорость компьютера.Достигнут большой прогресс, успешно используются процессоры оптических сигналов. для таких приложений, как радары с синтезированной апертурой, оптическое распознавание образов, оптическая обработка изображений, дактилоскопические анализаторы и анализаторы оптического спектра.

«Ранние работы в области обработки оптических сигналов. и вычисления были в основном аналоговыми по своей природе. Однако за последние два десятилетия было приложено много усилий. потратил на разработку цифровых оптических процессоров. Основные прорывы были сосредоточены вокруг разработки таких устройств, как VCSELS (Vertical Cavity Surface-Emitting LaserS) для ввода данных, SLM (пространственные модуляторы света, такие как жидкокристаллические и акустооптические устройства) для размещения информации на световые лучи и высокоскоростные APD (лавинные фотодиоды) или так называемые устройства Smart Pixel для данных выход.Еще предстоит проделать большую работу до того, как цифровые оптические компьютеры станут широко доступны на рынке, но темпы исследований и разработок увеличились в 1990-е годы.

«Одна из проблем оптических ЭВМ. столкнулся с недостатком точности; например, эти устройства имеют практические пределы точности от восьми до 11 бит. в основных операциях. Недавние исследования показали способы решения этой проблемы. Алгоритмы цифрового разделения, который может разбивать матрично-векторные произведения на субпродукты с более низкой точностью, работая в тандеме с коды с исправлением ошибок могут существенно повысить точность операций оптических вычислений.

«Оптический устройства хранения данных также будут играть важную роль в развитии оптических компьютеров. Технологии в настоящее время исследуются современные оптические CD-ROM, а также оптическая память для записи / чтения / стирания технологии. Голографическое хранилище данных также предлагает многообещающие возможности для оптического хранения данных высокой плотности в будущих оптических компьютеров или для других приложений, таких как хранение архивных данных.

«Много проблем в разработка соответствующих материалов и устройств должна быть преодолена, прежде чем цифровые оптические компьютеры будут широкое коммерческое использование.По крайней мере, в ближайшей перспективе оптические компьютеры, скорее всего, будут гибридными. оптические / электронные системы, которые используют электронные схемы для предварительной обработки входных данных для вычислений и постобработка выходных данных для исправления ошибок перед выводом результатов. Обещание полностью оптического Однако вычислительная техника остается весьма привлекательной, и цель разработки оптических компьютеров по-прежнему остается актуальной. достойный.

IBM100 — IBM 700 серии

IBM ® 700-я серия была первой линейкой производственных компьютеров компании, но машины также стали важным переходом для вычислительной техники.Начиная с 1952 года, 701 и его последователи создавались как системы, в которых развивалась концепция, согласно которой скорость включает не только обработку, но и память, ввод и вывод. Серия 700 также была мостом от электроники на электронных лампах к транзисторам.

В начале 1950-х годов 14 американских компаний разрабатывали электронные компьютеры с помощью правительства. Холодная война побудила администрацию президента США Гарри С. Трумэна вкладывать деньги в технологии в надежде сохранить преимущество.Часть этих денег пошла в университетские лаборатории. Некоторые ушли в начинающие компании, такие как Engineering Research Associates. А некоторые были отправлены разработчикам ENIAC Дж. Пресперу Эккерту и Джону Мочли, которые нашли спонсора для своего бизнеса в Remington Rand. Дуэт построил коммерческий преемник своего ENIAC, получивший название UNIVAC — первый электронный компьютер, завоевавший сердца нового поколения ученых, которые обожали высокоскоростные вычисления, которые стали возможными. Под давлением UNIVAC инженеры IBM почувствовали, что их гордость — и, возможно, важная часть будущего IBM — поставлена ​​на карту.Культура ответила всплеском esprit de corps и создал систему, ориентированную на скорость: IBM 701 Defense Calculator.

Команда дизайнеров 701 не могла дождаться нужного места внутри IBM, поэтому начала работу на третьем этаже фабрики галстуков в Покипси, штат Нью-Йорк, а затем переехала в пустое здание супермаркета. «В жаркие дни смола просачивалась с крыши», — сказал Кларенс Фриззелл, один из руководителей проекта. «Нам пришлось соскрести его с чертежей, чтобы продолжить работу.«Команда отбросила бюджеты и графики, которые ранее были фактом жизни в лабораториях. «Может быть, поэтому мы сделали все так быстро», — сказал Джерриер Хаддад, управляющий инженер 701. «У нас не было графиков, которые могли бы замедлить нас.

Менее чем за два года команда разработала и начала строить чрезвычайно сложную машину, известную как Defense Calculator, которая только разрабатывалась. В нем был сделан ряд прорывов в дизайне. Оборонный калькулятор превратился в машину электронной обработки данных IBM Model 701, научный компьютер, который мог выполнять более 2000 умножений в секунду, что почти в 50 раз быстрее, чем предыдущая модель, IBM 603.Но процессор был только частью уравнения скорости. Память — способность извлекать и хранить информацию для работы компьютера — была слабым местом первых компьютеров. Основная память 701, основанная на электростатических устройствах, называемых трубками Вильямса, может содержать чуть более 20 000 цифр, что составляет примерно одну тысячную процента от объема памяти, который в 2011 году является стандартным для портативных компьютеров за 300 долларов США. Основная память была дополнена большим, но более медленным магнитным барабаном — своего рода примитивным дисководом — который вмещал 82 920 цифр, и даже более медленными магнитными лентами с 8 миллионами цифр на катушке.

IBM имела 10 подтвержденных заказов, но в итоге произвела девятнадцать 701 машину и сдала их в аренду по цене около 15 000 долларов США в месяц (около 120 000 долларов США в долларах 2011 года). Первый 701 был установлен в мировой штаб-квартире IBM на Мэдисон-авеню в Нью-Йорке. Три отправились в лаборатории атомных исследований, восемь — в авиастроители, три — в другие исследовательские учреждения и два — в государственные учреждения, включая Министерство обороны США. Последний 701 экземпляр был сдан в аренду Бюро погоды США в начале 1955 года.

Сочетание электронной обработки и электронной памяти сделало машину, которая поразила мир. Журнал Time отметил, что бизнес-версия 701, модель 702, могла «запоминать достаточно информации, чтобы заполнить 1836-страничную телефонную книгу Манхэттена… и обрабатывать информацию со скоростью 7200 безошибочно логических операций в секунду. …. он может умножить пару 127-значных чисел и получить ответ из 254-значных чисел за одну треть секунды ». Такая системная скорость побудила ученых представить, что они могут делать с более быстрыми и сложными данными. Time писал, что химики в Monsanto чувствовали, что машина «откроет новые горизонты, быстро решив сложные уравнения, которые помогут открыть новые продукты, улучшить старые, выяснить, какие из десятков технически« правильных »ответов на проблемы являются лучшими. ”

Серия 700 развивалась более десяти лет. 704 был 701 с обновленной памятью, арифметикой с плавающей запятой и обновленным программным обеспечением, и IBM продала 123 из них с 1955 по 1960 год. 705, а затем 709 пришли на смену 704.В конце 1950-х годов IBM разработала 7090, который был в основном 709, но построен на транзисторах, а не на электронных лампах. Серии 700 и 7000 были высокопроизводительными компьютерами IBM до появления IBM System / 360 в 1964 году и предвещали силу IBM на рынке мэйнфреймов, который продолжается и сегодня.

2 Что такое производительность компьютера? | Будущее вычислительной мощности: игра окончена или следующий уровень?

ограничений, инновации используются для преодоления этих ограничений.В то же время они подготовили почву для нового раунда постепенных достижений, которые в конечном итоге превзойдут все оставшиеся преимущества более старых технологий. Этот цикл технологий и инноваций был движущей силой в истории повышения производительности компьютерных систем.

Очень ранняя электронная вычислительная система, названная Colossus, 7 была создана в 1943 году. 8 Ее ядро ​​было построено из электронных ламп , и, хотя у него было довольно ограниченное применение, оно положило начало использованию электронных вакуумных ламп для следующее поколение компьютерных систем.Поскольку новые системы, такие как ENIAC, представили более масштабные и более универсальные вычисления, совокупное энергопотребление всех электронных ламп в конечном итоге ограничило возможность дальнейшего масштабирования систем. В 1954 году инженеры Bell Laboratories создали компьютерную систему на основе дискретных транзисторов и , названную TRADIC. 9 Хотя он был не так быстр, как самые быстрые системы на электронных лампах того времени, он был намного меньше и потреблял гораздо меньше энергии. Что еще более важно, он возвестил эру компьютерных систем на основе транзисторов. 10 В 1958 году Джек Килби и Роберт Нойс по отдельности изобрели интегральную схему , которая впервые позволила изготовить и соединить несколько транзисторов на одном куске кремния. Разработчики компьютеров быстро использовали эту технологию для разработки более производительных и энергоэффективных компьютерных систем. Этот технологический прорыв открыл эру современных вычислений.

В 1965 году Гордон Мур заметил, что плотность транзисторов в интегральных схемах удваивается с каждым новым поколением технологий, и он прогнозировал, что это будет продолжаться и в будущем. 11 (См. Приложение C

____________________

7 Б. Джек Коупленд, изд., 2006, Колосс: Секреты взлома кодов Блетчли-Парка, Нью-Йорк, Нью-Йорк: Oxford University Press.

8 Хотя до этого были продемонстрированы многие типы механических и электромеханических вычислительных систем, эти устройства были существенно ограничены в возможностях и развертывании, поэтому мы оставим их вне этого обсуждения.

9 Историю TRADIC см. У Луи К.Браун, 1999, Flyable TRADIC: первый бортовой транзисторный цифровой компьютер, IEEE Annals of the History of Computing 21 (4): 55-61.

10 В начале 1060-х годов компьютерную индустрию ограничивали не только требования к питанию от электронных ламп. Упаковка также была серьезной проблемой — простое выполнение всех соединений, необходимых для передачи сигналов и питания ко всем этим лампам, серьезно ухудшало надежность, потому что каждое соединение приходилось паять вручную с некоторой вероятностью отказа больше 0.0. Пробовали всевозможные схемы упаковки модулей, но ни одна из них не решила проблему технологичности. Одним из преобразующих аспектов технологии интегральных схем является то, что вы получаете все внутренние соединения бесплатно с помощью процесса химической фотолитографии, который не только делает их практически бесплатными, но и делает их на несколько порядков более надежными. Если бы не этот эффект, все те транзисторы, которыми мы пользовались с тех пор, имели бы очень ограниченную полезность, слишком дороги и слишком склонны к отказу.

11 Гордон Мур, 1965, Запихивание большего количества компонентов в интегральные схемы, Электроника 38 (8), доступно в Интернете по адресу http://download.intel.com/research/silicon/moorespaper.pdf.

Новое поколение сверхбыстрых суперкомпьютеров

В июне 2011 года Японский компьютер K стал самым быстрым суперкомпьютером в мире, достигнув скорости более 8 петафлопс, или 8 квадриллионов (8 миллионов миллиардов) операций в секунду. В ноябре того же года компьютер K — игра от японского слова kei (京), что означает 10 квадриллионов — достиг скорости, превышающей 10 петафлопс, и в 2012 году начал полноценную работу.С тех пор он использовался для решения проблем, от оценки ущерба от землетрясений и цунами до открытия новых лекарств.

Компьютер К

Под руководством Центра вычислительных наук RIKEN (R-CCS) в партнерстве с Fujitsu в 2014 году правительство Японии запустило проект Flagship 2020. Перед ним была поставлена ​​задача разработать компьютер Post K, суперкомпьютер следующего поколения, который может похвастаться в 100 раз превосходит своего предшественника.

«Создавая компьютер Post K, мы стремимся увеличить вычислительные возможности на несколько порядков», — объясняет Сатоши Мацуока, директор R-CCS и ведущий специалист в области суперкомпьютеров в Японии.«Мы также стремимся обеспечить повышенную простоту использования и синергию с другими экосистемами информационных технологий, такими как большие данные и искусственный интеллект».

Сатоши Мацуока, директор R-CCS

Флагманский центр высокопроизводительных вычислений в Японии и разработчик компьютера K, R-CCS — один из ведущих мировых исследовательских центров суперкомпьютеров, которые стали важным инструментом в современных научных исследованиях.

Мацуока видит будущее направление исследований в области высокопроизводительных вычислений в R-CCS как «науку о вычислениях — вычисления сами по себе как объект научных исследований; наука посредством вычислений, ориентированная на приложения, использующие высокопроизводительные возможности суперкомпьютеров; и наука для вычислений, чтобы изучить, как другие научные дисциплины могут способствовать развитию передовых суперкомпьютеров.”

Центр вычислительных наук RIKEN

Запланированный на полную эксплуатацию в 2021 году, компьютер Post K будет решать приоритетные задачи в целом ряде социальных и научных областей.

Состоящий из сотен тысяч центральных процессоров — электронных схем, которые выполняют инструкции, закодированные в компьютерных программах, — которые работают параллельно для выполнения сотен квадриллионов вычислений в секунду, компьютер Post K также будет более энергоэффективным, с передовым программным обеспечением, которое позволит широкому кругу пользователей получить доступ к его возможностям.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *