Что такое ЭВМ? Поколения ЭВМ

ЭВМ. Понятие. Основные характеристики и архитектура. История создания вычислительных машин. Поколения ЭВМ. Области применения и классификация ЭВМ.

Что такое ЭВМ? Компьютер (от английского computer — вычислитель) – это программируемое электронно-вычислительное устройство, предназначенное для хранения и передачи информации, а также обработки данны…

В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч операций в секунду. Объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные, поисковые системы (это связано с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации). Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них были ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.

Определение

Итак, что такое ЭВМ? Электронная вычислительная машина — набор электронных устройств, выполняющий различного рода информационные операции. Человек, управляющий подомными машинами — оператор ЭВМ. Вообще, электронная вычислительная машина является одним из видов реализации компьютера. Сегодня практический каждый знает, что такое ЭВМ, но данная аббревиатура используется достаточно редко. В основном ее применяют в юридической документации и в обозначении компьютеров, которые разрабатывались в период с 1940 по 1980 год.

Ламповые ЭВМ стали первыми вычислительными машинами, выпуск которых начался в начале 50-х годов прошлого столетия. Примерно в то время люди начале массово узнавать, что такое ЭВМ.

В Советском Союзе представителем таких машин стал МЭСМ. Руководил разработкой данного компьютера Лебедев. Вскоре на его основе был разработан новый представитель того поколения ЭВМ — БЭСМ. Для серийного производства данная машина получила некоторые улучшения. Она была названа БЭСМ-2.

В Соединенных Штатах о том, что такое ЭВМ, знали также многие. Представителем первого поколения электронных вычислительных машин стал «Эдвак». Однако он значительно уступал по параметрам отечественному компьютеру. Связано это было с тем, что БЭСМ-2 применял новые принципы построения. Советская машина могла совершать около десяти тысяч операций в секунду.

Структурно первое поколения ЭВМ было очень схожим с машиной фон Неймана. Конечно, параметры были во много раз хуже, чем у современных самых малофункциональных представителей компьютерной техники. Программы для ЭВМ первого поколения составлялись при помощи машинного кода.

Представители таких машин отличались огромными габаритами и высоким потреблением энергии. Цена машины являлась неподъемной для простых пользователей. Кроме этого, управлять ими мог только специально обученный оператор ЭВМ, так как все программы были сложны для понимания. Поэтому использовались они лишь учеными для каких-либо научно-технических задач.

Вскоре появились первые языки программирования: символическое кодирование и автокоды.

Компьютер история создания и развития

Отец компьютера

Сделать автоматизированную вычислительную машину хотели еще в 19 веке, тогда Чарльз Бэббидж создал ее первый концепт. Заниматься она должна была навигационными вычислениями. Машина была бы программируемой с помощью перфокарт. Но завершить дело ему не удалось, и упрощенную версию уже закончил его сын, в 1 906 представив ее использование в вычислительных таблицах.

В сообществе, Чарльза Бэббиджа принято считать «отцом компьютера» за счет того, что он придумал концепцию и по сути опередил на столетие свое время.

Аналоговые компьютеры

Первые компьютеры были аналоговыми и позволяли решать лишь узкоспециализированные задачи. Т.е. одно такое устройство решает лишь одну определенную задачу. Строились они на механической и электронной модели. Первым из них считается устройство для прогнозирования приливов, которое разработал Уильям Томсон.

Из-за того, что использовались механические детали, сделать такие устройства мульти задачными было практически невозможно или просто очень тяжело. Часто такие устройства мы видим в разных книгах и фильмах про фантастику. Это была эпоха механических вычислительных устройств, где использовались различные шестерни, рычаги и другие, а не электронные компоненты. Если электронные компоненты и использовались, то не так как сейчас.

В 1 927 году апогеем аналоговых компьютеров стал дифференциальный анализатор, созданный Х.Л Хазеном и Ванневаром Бушем в Массачусетском технологическом институте. Сделали его на основе механических интеграторов Джеймса Томсона с использованием крутящего момента, который изобрел Х.В. Ниман. Их успели сделать около двенадцать штук пока поняли, что это уже устаревающая технология. Уже к 1 950 году цифровые электронные-компьютеры завоевали свою популярность и вытеснили аналоговые, но их еще продолжали использовать для некоторых отраслей — авиации и образования. И в течение этого же десятилетия перестали.

Цифровые компьютеры

К 1 938 году ВМС США смогли разработать и сделать электромеханический аналоговый-компьютер таких размеров, что он помещался на борт подводной лодки. Он вычислял данные для торпед, решал проблемы стрельбы по движущимся целям и т.д. Похожие устройства в дальнейшем разработали и другие страны во время Второй мировой войны.

Самые первые цифровые-компьютеры были электромеханическими. Переключатели были электрическими и приводили в действие механическое реле, чтобы осуществлять расчеты. Эти механические детали не давали большую скорость работы, поэтому в скором времени уже все такие устройства делали, используя чисто электрические компоненты.

Современные компьютеры

То, как работают современные компьютеры, принципы работы, были предложены Аланом Тьюрингом в его основополагающей работе 1936 года о вычислимых числах. Тьюринг предложил довольно несложное устройство, которое он назвал «Универсальная вычислительная машина» и которое теперь известно, как универсальная машина Тьюринга.

Он реально доказал, что его машина может вычислять все, что можно вычислить, выполняя инструкции (программы), хранящиеся на ленте, что позволяет машине быть программируемой. Фундаментальная концепция дизайна Тьюринга — это хранимая программа, в которой все инструкции для вычислений хранятся в памяти.

Машины Тьюринга по сей день являются центральным объектом изучения в теории вычислений. За исключением ограничений, налагаемых их конечными хранилищами памяти. Современные компьютерные машины, как говорят «полны по Тьюрингу», то есть имеют возможность выполнения алгоритма, эквивалентную универсальной машине Тьюринга.

Создание компьютерных вычислительных машин положило начало новой эры развития человечества и открыло перед нами возможности, которых еще никогда не было прежде.

Первые счетные устройства

Современный компьютер – результат деятельности и развития человека. Но люди нуждались в выполнении различных математических задач еще до изобретения информационных технологий. С самого начала развития человечества население училось считать, подсчитывать, умножать и делить. Это помогало в торговле, а также планировании запасов и других сферах жизни.

Самый простой вариант расчетов – использование эквивалентных предметов. Таких, которые не требуют пересчета количества его компонентов. Для этого задействовали балансирные весы. Они помогали определять массу.

Принцип эквивалентности использовался в абаке – первых в мире счетах. Также люди использовали:

• четки;
• антикитерские механизмы (появились с развитием зубчатых колес).

У разных народов рассматриваемые элементарные первые устройства для выполнения математических действий назывались по-разному. У японцев – серобян, у китайцев – суанпан, на Руси – русский шет.

Палочки Непера

В процессе подсчетов требовалось не только сложение и вычитание, но и умножение. Выполнялись такие действия при помощи палочек Непера. Их изобрел шотландский математик – Джон Непер. Он же стал первым автором логарифмов. Информация о подобных «устройствах» возникла в 1617.

Неперский прибор непосредственно выполнял умножения. Деление тоже можно осуществить, но придется постараться. Данный вариант не получил широкого распространения.

ЭВМ четвертого поколения

Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса 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 архитектуры компьютера 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.

Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.

Персональный компьютер и его виды

Понятие ПК в последние годы разрослось: всё время появляются новые устройства и разновидности старых, которым дают похожие названия. Конечно же, если не следить постоянно за новостями, то всё это только запутывает при выборе нового компьютерного устройства.

Наверняка Вы задавались вопросом «чем отличается нетбук от ноутбука?» или «смартфон и КПК – в чем разница?» еще и «ультрабуки» появились.

Сегодня мы разберемся со всеми «непонятными словами» :), которыми называются устройства, являющиеся подвидами персонального компьютера (ПК).

1. Настольный ПК

Настольный ПК (англ. Desktop computer) — стационарный компьютер, тот самый, который стоит на столе (или под столом) к нему подключены монитор, клавиатура и мышь.

До недавнего времени именно настольные ПК были самыми распространенными и популярными. В некоторых задачах им пока что нет замены (профессиональная работа с графикой, мощные трехмерные игры и многое другое).

Преимущества настольных ПК:

• Низкая стоимость (относительно конкурентов с такими же характеристиками);
• Широкий выбор возможных конфигураций (с учетом потребностей для разных задач);
• Возможность самостоятельно подобрать комплектующие;
• Легкая замена комплектующих;
• Минимум проблем при апгрейде (модернизации);
• Значительно более низкая стоимость ремонта.

Недостатки настольных ПК:

• Большие размеры и вес, что приводит к:
• сложностям при транспортировании (в командировку не возьмешь с собой :)) и
• не очень привлекательный вид;
• Потребляют немало электроэнергии (особенно производительные системы).

Как видим достоинств больше, чем недостатков, но первые два недостатка перевешивают многие преимущества.

2. Ноутбук

Ноутбук (англ. Notebook — блокнот, второе название Laptop – «на коленях») — портативный переносной компьютер, содержит в одном корпусе все необходимые компоненты. В последнее время успешно конкурирует с настольным ПК.

Когда стоимость ноутбуков опустилась ниже отметки в 600$, популярность их начала резко расти. Сейчас можно найти довольно хороший по характеристикам ноутбук всего за 400 зелёных эквивалентов родной валюты.

Преимущества ноутбуков:

• Небольшие размеры и вес (1,5 – 4 кг), благодаря чему:
• Можно брать с собой в дорогу (на работу, на отдых);
• Более привлекательный вид (по сравнению с настольным ПК);
• Все устройства в одном корпусе (монитор, клавиатура, тач-пад, web-камера, сетевой адаптер, Wi-Fi, кардридер, динамики…);
• Низкое потребление электроэнергии;
• Наличие аккумуляторной батареи, что позволяет использовать ноутбук вдали от розетки (от двух до шести часов).

Недостатки ноутбуков:

• Более высокая стоимость при тех же характеристиках (в последнее время разница всё меньше);
• Ограниченный выбор возможных конфигураций;
• Более сложная замена комплектующих (особенно некоторых деталей);
• Практически невозможна модернизация (апгрейд);
• Высокая стоимость ремонта.

Количество достоинств приблизительно равно количеству недостатков, но небольшие размеры, вес, и легкая транспортировка дают о себе знать.

Исходя из всего перечисленного не удивительно, что у многих сейчас есть и настольный компьютер и ноутбук одновременно (первый для работы дома или игр, второй – в дорогу).

Как выбрать ноутбук мы узнаем в одной из будущих статей на сайте IT-уроки, подписывайтесь на новости сайта, чтобы не пропустить.

3. Ультрабук

Ультрабук (англ. Ultrabook) – это разновидность ноутбука, которая ориентирована на малые размеры и вес, а также длительное время работы от аккумулятора.

Другими словами – это небольшой производительный ноутбук, который может долго проработать без подключения к розетке.

Данный подвид появился в 2011 году благодаря компании Intel.

Особенности ультрабуков:

• Толщина не более 2 сантиметров;
• Вес должен быть не более 1,4 килограмм;
• Длительное время работы от аккумулятора (заявлены 8-10 часов и более);
• Производительность на уровне обычного ноутбука или выше;

И, как следствие:

• Высокая стоимость.

Стоимость ультрабуков начинается с 600 у.е., перешагивает отметку в 2000 у.е. и… не знает предела. Ради интереса можете поискать стоимость ультрабука «Sony VAIO VPCZ21Z9R».

Для большинства случаев стоимость ультрабуков не оправдана, можно вполне найти небольшой ноутбук по более приемлемой цене с хорошими (но не выдающимися) характеристиками.

4. Нетбук

Нетбук (англ. Netbook) – небольшой ноутбук, основное назначение которого – выход в Интернет (отсюда и название) и работа с простыми приложениями.

Отличительные особенности нетбуков:

• небольшой вес (от 1 до 2 кг) и размеры (легко влезет в походную сумку);
• низкое энергопотребление, благодаря чему:
• может долго работать от аккумуляторной батареи (4-8 часов);
• низкая стоимость (приблизительно от 250$).

Но приходится мириться с ограничениями:

• невысокая производительность;
• небольшая диагональ экрана (от 7 до 12 дюймов).

Нетбук или Ноутбук?

Если кратко, на нетбуке можно работать в Интернете, в офисных программах, слушать музыку и смотреть фильмы в дороге. Работа с программами, использующими высокие вычислительные ресурсы (Photoshop, обработка видео и т.п.) крайне затруднена.

Нетбуки быстро потеряли свою актуальность из-за низкой производительности, сейчас в продаже их не найти, а б/у модели советую даже не рассматривать к покупке.

5. Планшет

Планшет (англ. Tablet computer — планшетный компьютер) – разновидность переносного компьютера с сенсорным экраном. Используется без клавиатуры, но зачастую есть возможность её присоединить.

Особенность планшета в компактности при достаточно большом экране. По размерам и весу он меньше чем нетбук (тоньше и легче).

Планшеты получили популярность после выпуска фирмой Apple планшета iPad, затем многие другие производители начали разработку своих планшетов.

Если кратко описать особенности планшета, то можно уложиться в одно предложение: «очень удобно бродить по Интернету и делать различные заметки, но полностью заменить компьютер или ноутбук пока не может». Тем не менее, как дополнительное устройство планшет может быть очень практичен.

6. КПК

КПК (англ. PDA, Personal Digital Assistant – личный цифровой секретарь) — карманный компьютер, по размерам приблизительно с ладонь человека (одно из названий «наладонник»). Если КПК совмещает функции компьютера и мобильного телефона, то его называют коммуникатором.

Карманные компьютеры уже давно — вымерший вид, на данный момент они полностью вытеснены смартфонами. Т.е. можно сказать, что современные смартфоны обладают функциями КПК.

7. Смартфон

Смартфон (англ. smartphone — умный телефон) – мобильный телефон с возможностями компьютера: имеет свою операционную систему, можно устанавливать программы, переключаться между разными приложениями.

Большинство современных телефонов стоимостью от 40 у.е. являются смартфонами.

Практически на любом телефоне можно зайти в Интернет и проверить почту, посмотреть прогноз погоды, или почитать новости. Смартфоны позволяют слушать музыку, смотреть фильмы, устанавливать достаточно функциональные программы.

Разработано множество программ для смартфонов, которые приближают функционал телефона к компьютеру. Главное ограничение при работе в таких программах – размер экрана и невысокое удобство управления.

Если размер экрана Вашего смартфона недостаточно большой, а вы планируете много читать и достаточно активно работать в дороге, то обратите внимание на планшеты. Современные планшеты и смартфоны очень близки по функциональности, главное отличие — размер экрана. Кроме того, не во всех планшетах можно использовать SIM-карту для звонков, даже если есть разъём для неё.

Когда появился первый компьютер?

На протяжении всей истории существования человека он то и дело пытался совершенствовать мир вокруг, чтобы улучшить свою жизнь сделать ее проще и комфортнее. История создания компьютера – это прежде всего стремление человека изобрести устройство для решения задач, непосильных для человеческого разума. И как показывает практика, задача эта исполнена на «ура».

Если вы думаете, что компьютер появился несколько десятилетий назад, то глубоко заблуждаетесь, ведь его история насчитывает несколько столетий. Конечно же, первые предки современного ПК были очень примитивными и даже язык не поворачивается назвать их «компьютерами», но не пройдя всех этих этапов становления он, возможно, не стал таким чудом техники.

Итак, первым созданным компьютером в истории человечества считается машина для подсчетов Блеза Паскаля, возникшая в 1642 году. Это был первый примитивный калькулятор, который помогал изобретателю слагать и вычитать. Изобретение Паскаля считается нулевым этапом в разработке компьютеров и для своего времени это было прогрессивное устройство, ведь ранее никаких попыток механизировать вычисления не было.

Придуманный Паскалем «компьютер» назвали «Паскалина» и представлял он собой ящик с многочисленными шестернями. С помощью колесиков прибор позволял вводить числа от 0 до 9, а в верхней части корпуса, после ввода исходных данных, показывался результат.

Аппарат Паскаля – первый компьютер

Направления развития компьютеров

Нейрокомпьютеры можно отнести к шестому поколению ЭВМ. Несмотря на то, что реальное применение нейросетей началось относительно недавно, нейрокомпьютингу как научному направлению пошел седьмой десяток лет, а первый нейрокомпьютер был построен в 1958 году. Разработчиком машины был Фрэнк Розенблатт, который подарил своему детищу имя Mark I.

Теория нейронных сетей впервые была обозначена в работе МакКаллока и Питтса в 1943 г.: любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети. Интерес к нейрокомпьютингу снова вспыхнул в начале 80-х годов и был подогрет новыми работами с многослойным перцептроном и параллельными вычислениями.

Нейрокомпьютеры — это ПК, состоящих из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов, которые называют нейронами. Нейроны образуют так называемые нейросети. Высокое быстродействие нейрокомпьютеров достигается именно за счет огромного количества нейронов. Нейрокомпьютеры построены по биологическим принципу: нервная система человека состоит из отдельных клеток — нейронов, количество которых в мозгу достигает 10 12 , при том, что время срабатывания нейрона — 3 мс. Каждый нейрон выполняет достаточно простые функции, но так как он связан в среднем с 1 — 10 тыс. других нейронов, такой коллектив успешно обеспечивает работу человеческого мозга.

Представитель VI-го поколения ЭВМ — Mark I

В оптоэлектронных компьютерах носителем информации является световой поток. Электрические сигналы преобразуются в оптические и обратно. Оптическое излучение в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:

• Световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;
• Световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;
• Взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, что дает новые степени свободы в организации связи и создания параллельных архитектур.

В настоящее время ведутся разработки по созданию компьютеров полностью состящих из оптических устройств обработки информации. Сегодня это направление является наиболее интересным.

Оптический компьютер имеет невиданную производительность и совсем другую, чем электронный компьютер, архитектуру: за 1 такт продолжительностью менее 1 наносекунды (это соответствует тактовой частоте более 1000 МГц) в оптическом компьютере возможна обработка массива данных около 1 мегабайта и больше. К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических компьютеров.

Оптический компьютер размером с ноутбук может дать пользователю возможность разместить в нем едва ли не всю информацию о мире, при этом компьютер сможет решать задачи любой сложности.

Биологические компьютеры — это обычные ПК, только основанные на ДНК-вычислений. Реально показательных работ в этой области так мало, что говорить о существенных результатах не приходится.

Молекулярные компьютеры — это ПК, принцип действия которых основан на использовании изменении свойств молекул в процессе фотосинтеза. В процессе фотосинтеза молекула принимает различные состояния, так что ученым остается только присвоить определенные логические значения каждом состояния, то есть «0» или «1». Используя определенные молекулы, ученые определили, что их фотоцикл состоит всего из двух состояний, «переключать» которые можно изменяя кислотно-щелочной баланс среды. Последнее очень легко сделать с помощью электрического сигнала. Современные технологии уже позволяют создавать целые цепочки молекул, организованные подобным образом. Таким образом, очень даже возможно, что и молекулярные компьютеры ждут нас «не за горами».

История развития компьютеров еще не закончена, помимо совершенствования старых, идет и разработка совершенно новых технологий. Пример тому квантовые компьютеры — устройства, работающие на основе квантовой механики. Полномасштабный квантовый компьютер — гипотетическое устройство , возможность построения которого связана с серьезным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов; эта работа лежит на передовом крае современной физики. Экспериментальные квантовые компьютеры уже существуют; элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.