Что такое ЭВМ? Поколения ЭВМ

Компьютерная грамотность с Надеждой

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.

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.

Основные этапы развития в истории

В истории развития вычислительной техники трудно выделить какую-то единую систему. Связано это с тем, что в каждой стране соответствующий процесс протекал по-разному. Но сложилось так, что историки выделяют несколько этапов становления современных компьютеров. А именно:

• ручной;
• механический;
• электромеханический;
• электронный.

Точного исторического классифицирования нет, но приведенный пример принято брать за основу. Границы каждого этапа весьма условны.

Так есть ли отличия и в чем они заключаются

Теперь, наконец, ответим на самый главный вопрос. Как мы уже узнали ранее, ЭВМ – это более старое название компьютера, которое осталось в прошлом.

Можно ли поставить знак равенства между двумя понятиями, которым посвящена наша статья? И да, и нет.

Различия между ПК и ЭВМ состоят в том, что электронно-вычислительная машина – это тип цифровой вычислительной машины, а персональный компьютер – тип универсальной электронно-вычислительной машины.

Вся суть кроется в назначении ПК. ПК – это ЭВМ для широкого круга пользователей. В то же время существуют серверы, которые предназначены для более узконаправленного использования – например, для хранения баз данных.

Классификация

Типизация по назначению

На станции метро в городе Шэньчжэнь установлена гигантская клавиатура. Во время ожидания поезда, вы можете посидеть на клавишах Enter, M,

• Калькулятор
• Консольный компьютер
• Миникомпьютер
• Мэйнфрейм
• Персональный компьютер
  • Игровая приставка (Игровая консоль)
  • Карманный компьютер (КПК)
  • Одеваемый компьютер
  • Настольный компьютер
  • Ноутбук (Лэптоп)

  По системам счисления

  По элементной основе

  • релейные
  • ламповые
  • ферритдиодные
  • транзисторные дискретные
  • транзисторные интегральные

  Первая троичная ЭВМ «Сетунь» на ферритдиодных ячейках была построена Брусенцовым в МГУ.

  Поверхностный характер представленного подхода к классификации компьютеров очевиден. Он обычно используется лишь для обозначения общих черт наиболее часто встречающихся компьютерных устройств. Быстрые темпы развития вычислительной техники означают постоянное расширение областей её применения и быстрое устаревание используемых понятий. Для более строгого описания особенностей того или иного компьютера обычно требуется использовать другие схемы классификаций.

  Физическая реализация

  Более строгий подход к классификации основан на отслеживании используемых при создании компьютеров технологий. Не секрет, что самые ранние компьютеры были полностью механическими системами. Тем не менее уже в 30-х годах XX века телекоммуникационная промышленность предложила разработчикам новые, электромеханические компоненты (реле), а в 40-х были созданы первые полностью электронные компьютеры, имевшие в своей основе вакуумные электронные лампы. В 50-х — 60-х годах на смену лампам пришли транзисторы, а в конце 60-х — начале 70-х годов — используемые и сегодня полупроводниковые интегральные схемы (кремниевые чипы).

  Одним из первых полупроводников были точечные диоды на основе сульфида свинца (Pb) и окиси олова (Sn) в детекторных радиоприёмниках. Позже были разработаны полупроводники на основе германия (Ge). Ещё позже были разработаны полупроводники на основе кремния (Si). Если посмотреть на положение этих элементов в периодической таблице Д.И.Менделеева, то можно заметить, что все они находятся в одной колонке и движение происходит вверх по колонке в таблице Менделеева, поэтому можно предположить, что следующие полупроводники будут разработаны на основе углерода (C Язык программирования). На планете Земля белковые живые существа в своих «думателях» (мозгах) используют белковые образования (нейроны), построенные из белковых молекул, которые в основном являются длинными углеводородными молекулами, т.е. некоторые белки являются полупроводниками на основе углерода (C Язык программирования). Наиболее совершенным мозгом из белковых существ на планете Земля обладает человек.

  Приведённый перечень технологий не является исчерпывающим; он описывает только основную тенденцию развития вычислительной техники. В разные периоды истории исследовалась возможность создания вычислительных машин на основе множества других, ныне позабытых и порою весьма экзотических технологий. Например, существовали планы создания гидравлических и пневматических компьютеров, между 1903 и 1909 годами некто Перси И. Луджет даже разрабатывал проект программируемой аналитической машины, работающей на базе пошивочных механизмов (переменные этого вычислителя планировалось определять при помощи ниточных катушек).

  В настоящее время ведутся серьёзные работы по созданию оптических компьютеров, использующих вместо традиционного электричества световые сигналы. Другое перспективное направление подразумевает использование достижений молекулярной биологии и исследований ДНК. И, наконец, один из самых новых подходов, способный привести к грандиозным изменениям в области вычислительной техники, основан на разработке квантовых компьютеров.

  Впрочем, в большинстве случаев технология исполнения компьютера является гораздо менее важной, чем заложенные в его основу конструкторские решения.

  • Квантовый компьютер и квантовая связь
  • Механический компьютер
  • Оптический компьютер
  • Пневматический компьютер
  • Электронный компьютер
  • Биологический компьютер

  Файловые системы

  Исторически первой составляющей операционных систем, поддерживающей работу с дисками, стали файловые системы, поначалу их функционал был ограничен распределением дискового пространства и сохранением имен файлов, присвоенных пользователями.

  Компьютерный файл – это самый нижний уровень абстрагирования данных от физического хранения, существующих в виде байтов на носителе. Сегодня, говоря о файлах, чаще всего подразумевают файлы на дисках, к тому же данные в форме файлов хранятся и на флэшках, CD, DVD и на лентах резервного копирования. На компьютерах понятие «файлы» использовали с сороковых годов, так называли колоду перфокарт.

  На чем бы ни хранился файл, он состоит из массива данных и фолдера – контейнера, содержащего данные, с уникальным идентификатором. В приложении к компьютерным данным фолдер называют метаданными, то есть данными о данных. Термин «дисковый файл» (disk file) впервые был употреблен в документации к диску IBM 350 (1956), а «файловая система» (file system) в одной из первых операционных с разделением времени Compatible Time-Sharing System (CTSS), разработанной в Массачусетском технологическом институте в 1961 году. На ее основе была создана OC Multics, которая в свою очередь вдохновила создателей Unix.

  В 1973 году Гарри Килдал разработал файловую систему в составе своей ОС CP/M для 8-разрядного ПК, ее он затем переделал в DR-DOS 16- разрядного ПК, после чего в результате несложной комбинации против воли автора эта файловая система обрела новое воплощение в виде File Allocation Table (FAT) компании Micrоsoft.

  По мере увеличения размеров дисков возникали новые файловые системы, одним из важнейших шагов стала Unix File System (UFS), она дала толчок к развитию целой плеяды файловых систем. Вершиной стала 128-битовая файловая систем Zettabyte File System (ZFS), разработанная в Sun Micro Systems.

  В последние годы под влиянием необходимости работать с большими данными развитие файловых систем ускорилось. Их можно разделить на две категории: распределенные, обычно устанавливаемые на кластеры, и традиционные, но рассчитанные на работу с большим объемами данных. Из первых наибольшую известность получили Lustre, GPFS и две системы, созданные «по мотивам»

  Lustre, — GlusterFS и Ceph. Система GPFS является коммерческой, остальные доступны в открытых кодах. Менее популярны системы XtreemFS, MogileFS, pNFS, ParaScale, CAStor и Tahoe-LAFS. Во второй категории безусловный лидер – ZFS и близкая ей LZJB, дополненная алгоритмом сжатия данных без потерь. Кроме этого имеются еще NILFS, разработанная в Nippon Telephone and Telegraph CyberSpace Laboratories, и Veritas File System, разработанная компанией Veritas Software. Не исключено и паллиативное решение, где совмещаются файловые системы из обеих групп.

  Подробнее об эволюции СХД читайте здесь.

  Конструктивные особенности

  Современные компьютеры используют весь спектр конструкторских решений, разработанных за всё время развития вычислительной техники. Эти решения, как правило, не зависят от физической реализации компьютеров, а сами являются основой, на которую опираются разработчики. Ниже приведены наиболее важные вопросы, решаемые создателями компьютеров:

  Цифровой или аналоговый

  Фундаментальным решением при проектировании компьютера является выбор, будет ли он цифровой или аналоговой системой. Если цифровые компьютеры работают с дискретными численными или символьными переменными, то аналоговые предназначены для обработки непрерывных потоков поступающих данных. Сегодня цифровые компьютеры имеют значительно более широкий диапазон применения, хотя их аналоговые собратья все ещё используются для некоторых специальных целей. Следует также упомянуть, что здесь возможны и другие подходы, применяемые, к примеру, в импульсных и квантовых вычислениях, однако пока что они являются либо узкоспециализированными, либо экспериментальными решениями.

  Среди наиболее простых дискретных вычислителей известен абак, или обыкновенные счёты; наиболее сложной из такого рода систем является суперкомпьютер.

  Двоичный, десятичный или троичный

  Примером компьютера на основе десятичной системы счисления является первая американская вычислительная машина Марк I.

  Важнейшим шагом в развитии вычислительной техники стал переход к внутреннему представлению чисел в двоичной форме. Это значительно упростило конструкции вычислительных устройств и периферийного оборудования. Принятие за основу двоичной системы счисления позволило более просто реализовывать арифметические функции и логические операции.

  Тем не менее переход к двоичной логике был не мгновенным и безоговорочным процессом. Многие конструкторы пытались разработать компьютеры на основе более привычной для человека десятичной системы счисления. Применялись и другие конструктивные решения. Так, одна из ранних советских машин работала на основе троичной системы счисления, использование которой во многих отношениях более выгодно и удобно по сравнению с двоичной системой (проект троичного компьютера Сетунь был разработан и реализован талантливым советским инженером Н. П. Брусенцовым).

  Наибольшей плотностью записи данных обладает система счисления с основанием равным основанию натуральных логарифмов, то есть равным числу е=2,71… . Из целочисленных систем счисления наибольшей плотностью записи данных обладает троичная система счисления, двоичная и четверичная системы счисления делят второе место. Поэтому, при одинаковой технологии (число инверторов на 1 мм^2), троичные компьютеры имеют значительно большую ёмкость оперативной памяти и большую производительность процессора. Троичная логика целиком включает в себя двоичную логику, как центральное подмножество, поэтому троичные компьютеры могут всё, что могут двоичные, плюс возможности троичной логики. Например, операции умножения и деления на 3 и на 3^n в двоичных компьютерах выполняются микропрограммами, а в троичных компьютерах выполняются аппаратно одной командой сдвига на 1 или n разрядов вправо или влево. Троичные алгоритмы работают быстрее двоичных алгоритмов, но на двоичных компьютерах это преимущество теряется.

  Ещё больший объём памяти и производительность имеют компьютеры с нецелочисленной системой счисления с нецелочисленным основанием равным числу е=2,71. .

  В целом, однако, выбор внутренней системы представления данных не меняет базовых принципов работы компьютера — любой компьютер может эмулировать любой другой.

  Программируемый

  Способность машины к выполнению определённого изменяемого набора инструкций (программы) без необходимости физической переконфигурации является фундаментальной особенностью компьютеров. Дальнейшее развитие эта особенность получила, когда машины приобрели способность динамически управлять процессом выполнения программы. Это позволяет компьютерам самостоятельно изменять порядок выполнения инструкций программы в зависимости от состояния данных.

  Хранящий программы и данные

  Во время выполнения вычислений часто бывает необходимо сохранить промежуточные данные для их дальнейшего использования. Производительность многих компьютеров в значительной степени определяется скоростью, с которой они могут читать и писать значения в (из) памяти и её общей ёмкости. Первоначально компьютерная память использовалась только для хранения промежуточных значений, но вскоре было предложено сохранять код программы в той же самой памяти (См. Архитектура фон Неймана), что и данные. Это удачное решение используется сегодня в большинстве компьютерных систем. Однако для управляющих контроллеров (микро-ЭВМ) более удобной оказалась схема, при которой данные и программы хранятся в различных разделах памяти (гарвардская архитектура).

  Классификация по способностям

  Одним из наиболее простых способов классифицировать различные типы вычислительных устройств является определение их способностей. Все вычислители могут, таким образом, быть отнесены к одному из трёх типов:

  • специализированные устройства, умеющие выполнять только одну функцию (например, Антикитерский механизм87 год до н. э. или ниточный предсказатель Вильяма Томсона1876 года);
  • устройства специального назначения, которые могут выполнять ограниченный диапазон функций (первая разностная машина Чарльза Бэббиджа и разнообразные дифференциальные анализаторы);
  • устройства общего назначения, используемые сегодня. Название компьютер применяется, как правило, именно к машинам общего назначения.

  Современный компьютер общего назначения

  При рассмотрении современных компьютеров наиболее важной особенностью, отличающей их от ранних вычислительных устройств, является то, что при соответствующем программировании любой компьютер может подражать поведению любого другого (хоть эта возможность и ограничена, к примеру, вместимостью средств хранения данных или различием в скорости). Таким образом, предполагается, что современные машины могут эмулировать любое вычислительное устройство будущего, которое когда-либо может быть создано. В некотором смысле эта пороговая способность полезна для различия компьютеров общего назначения и устройств специального назначения. Определение «компьютер общего назначения» может быть формализовано в требовании, чтобы конкретный компьютер был способен подражать поведению универсальной машины Тьюринга. Первым компьютером, удовлетворяющим такому условию, считается машина Z3, созданная немецким инженером Конрадом Цузе в 1941 году (доказательство этого факта было сделано в 1998).

  Все для фронта

  Вторая мировая война повлияла и на развитие ЭВМ. В декабре 1943 году компания Tommy Flowers представила засекреченную машину под названием «Коллос», которая помогала британским агентам взламывать шифры немецких сообщений. Это был первый полностью электрический программируемый компьютер. О его существовании широкая общественность узнала лишь в 70-х годах. С тех пор ЭВМ привлекли внимание не только ученых, но и министерств обороны, которые активно поддерживали и финансировали их разработку.

  

  Насчет того, какой цифровой компьютер считать первым, идут споры. В 1937-1942 годах профессор Айовского университета Джон Винсент Атанасов и Клифф Берри (аспирант) разрабатывали свой компьютер ABC. А в 1943-1946 Дж. Преспер Эккерт и Д. Мокли, ученые Пенсильванского университета, построили мощнейший ENIAC весом в 50 тонн. Таким образом, Атанасов и Берри создали свою машину раньше, но поскольку она так никогда и не была полностью функционирующей, то часто звание «самый первый компьютер» достается ENIAC.

  Составляющие части компьютера

  Главное, что нужно запомнить, это то, что любой компьютер состоит из аппаратного и программного обеспечения (ПО), которые неразрывно связаны между собой. При отсутствии одного из них компьютер не сможет работать.

  Все механические электронные части в совокупности называются аппаратным обеспечением или hardware (железо).

  

  Другими словами, это физические комплектующие компьютера. Если рассматривать обычный настольный ПК, то к его аппаратному обеспечению относится:

  1. Системный блок — основная часть ПК. В системном блоке находится сердце компьютера – память и процессор. Память бывает оперативной RAM (для хранения временных данных) и HDD (жесткий диск), на котором вы можете хранить постоянно большое количество личных данных (фото, видео, программы, тексты).
  2. Клавиатура, мышь, микрофон, тачпад, сканер, трекбол, джойстик – устройства ввода информации.
  3. Монитор, принтер, звуковые колонки, мультимедийный проектор – устройства для вывода.
  4. Дисковод, флешка, модем (это что?), фото и видеокамера – устройства, которые могут одновременно вводить и выводить данные.

  

  Программное обеспечение, или софт (software) – это различные программы для обработки данных. Например: веб-браузер, антивирусы, архиваторы, текстовые и графические редакторы и др.

  Но основа программного обеспечения (ПО) — это операционная система (ОС).

  

  Для домашних персональных компьютеров зачастую используются системы на платформе Windows и Linux. Для компьютеров фирмы Apple используется своя операционная система Mac OS. Лидирующее место среди операционных систем для персональных компьютеров занимает Windows.