III поколение ЭВМ (1964 — 1972)

Третье поколение ЭВМ: история развития

Третье поколение электронных вычислительных машин датируется 1965–1975 гг. Элементной базой компьютеров данного периода стали интегральные схемы.

Интегральная схема – это электронная схема, смонтированная на крошечной пластине из полупроводникового материала. На микросхеме площадью меньше 1 см 2 располагались сотни элементов.

Вместе с серийным выпуском интегральных схем в 1961 году американская компания «Texas Instruments» разработала тестовую модель ЭВМ на микросхемах. Характеристики экспериментального устройства были следующими:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

• производительность – 15 команд;
• одноадресность;
• тактовая частота в 100 КГц;
• объем памяти – 30 чисел;
• потребляемая мощность – 16 Вт;
• вес компьютера – 585 г;
• площадь – 100 см 2 .

В 1964 году американская фирма IBM одной из первых начала производство серии ЭВМ «System – 360» на интегральных схемах. Модели этого семейства были ориентированы на выполнение экономических расчетов и решение логических задач. Компьютеры серии отличались друг от друга объемом оперативных запоминающих устройств и количеством выполняемых операций. Архитектура «System – 360» была настолько удачной, что последующие машины создавались на основе устройств этого семейства.

В 1965 году в США фирма Digital Equipment Corporation создала мини-компьютер PDP8. Относительно ЭВМ того периода устройство размером с современный холодильник казалось миниатюрным. Проект имел коммерческий успех – производители продали порядка 50 тыс. экземпляров компьютеров PDP8. Аналоги данной системы существовали повсеместно. Разработки по американскому прототипу в СССР назывались Электроника-100, Саратов-2.

Самостоятельная разработка СССР вышла в 1970 году. В машине, получившей название «Наири-3», использовался математический и машинный языки.

В 1971 году Советский Союз выпустил первые модели Единой системы ЭВМ на архитектуре IBM 360. Быстродействие этих аппаратов достигало 350 тыс. операций в секунду. С развитием компьютерных технологий производительность компьютеров ЕС увеличилась до десятков миллионов операций в секунду. Но после распада СССР дальнейшие разработки остановились.

Наиболее производительной ЭВМ III периода считается ILLIAC 4. Созданный в 1972 году в США компьютер характеризовался конвейерной архитектурой. Отличительной особенностью 64-процессорной модели была производительность в 200 млн операций в секунду. ILLIAC 4 был способен решать системы уравнений частных производных.

III поколение ЭВМ (1964 — 1972)

Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых, основанных на интегральных схемах.

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

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы, 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.

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

Впоследствии были выпущены и другие машины на интегральных — семейство 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.

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.

Компьютер третьего поколения название

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе — интегральных схемах. С помощью очень сложной технологии специалисты научились монтировать на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см, достаточно сложные электронные схемы.

Их назвали интегральными схемами (ИС)

Первые ИС содержали в себе десятки, затем — сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.).

Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилась к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами — БИС; затем появились сверхбольшие интегральные схемы — СБИС.

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Это были машины на ИС.

Немного позднее стали выпускаться машины серии IBM-370, построенные на БИС.

В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ) по образцу IBM-360/370.

Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры ЭВМ.

Появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом.

Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду.

На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств — магнитные диски .

Как и на магнитных лентах, на дисках можно хранить неограниченное количество информации.

Но накопители на магнитных дисках (НМД) работают гораздо быстрее, чем НМЛ.

Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи , графопостроители .

В этот период существенно расширились области применения ЭВМ. Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ).

В 70-е годы получила мощное развитие линия малых (мини) ЭВМ. Своеобразным эталоном здесь стали машины американской фирмы DEC серии PDP-11.

В нашей стране по этому образцу создавалась серия машин СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ). Они меньше, дешевле, надежнее больших машин.

Машины этого типа хорошо приспособлены для целей управления различными техническими объектами: производственными установками, лабораторным оборудованием, транспортными средствами. По этой причине их называют управляющими машинами.

Во второй половине 70-х годов производство мини-ЭВМ превысило производство больших машин.

Компьютеры третьего поколения

Компьютер IBM—360.
Третье поколение

Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов. Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нём участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда «поколение» начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры.

Интегральная схема

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.

Компьютеры четвёртого поколения

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

Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти порядка 1 – 64 Мбайт.

Для них характерны:

• применение персональных компьютеров;
• телекоммуникационная обработка данных;
• компьютерные сети;
• широкое применение систем управления базами данных;
• элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

Компьютеры пятого поколения

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

Развитие идет также по пути «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.

В компьютерах пятого поколения произойдёт 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 лишён 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.

Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещённых на одном кристалле полупроводника.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

© cyberpedia.su 2017-2020 — Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Третье поколение

Интегральные схемы стали элементной базой компьютеров третьего поколения. Интегральная схема— это схема изготовленная на полупроводниковом кристалле и помещенная в корпус. Иногда интегральную схему называют – микросхемой или чипом. Chip в переводе с английского – щепка. Это название он получил из-за своих крошечных размеров. Первые микросхемы появились в 1958 году. Два инженера почти одновременно изобрели их не зная друг о друге. Это Джек Килби и Роберт Нойс. Первая советская ИС была создана с опозданием на три года. Но широкое применение интегральных схем началось лишь в начале 70-х годов. Эти чипы навсегда изменили образ вычислительных машин. В компьютерах третьего поколения, одна интегральная схема могла заменить до тысячи транзисторов и других базовых элементов. А каждый такой элемент мог заменять до нескольких десятков электронных ламп. Это давало огромную миниатюризацию и снижение себестоимости производства ЭВМ.
Все элементы предыдущего поколения производятся на одной подложке и в одном корпусе ИС. Используя одни и те же технологические операции. Рабочая область чипа это поверхность между кристаллом и металлом, который наносятся путем технологии напыления. Это происходит в вакууме когда атомы одного материала бомбардируют атомы другого.
Для массового производства таких микросхем начали создавать отдельные производственные лини. Качество конечного продукта было достигнуто не сразу. По мере накопления опыта, наладили полный технологический процесс. Размер чипа может составлять несколько миллиметров. А размеры элементов измеряются в микронах.
Такое достижение в области миниатюризации дало возможность создавать компьютеры, размер которых был как письменный стол. Не нужны были отдельные помещения и целые залы. Весь вычислительный центр мог вмещаться в одной комнате. И для обеспечения питания таких ЭВМ достаточно два – четыре киловатта. И самое главное, что надежность компьютеров третьего поколения не намного уступает сегодняшней техники.
ЭВМ третьего поколения можно было встретить на борту самолета, корабля, подводной лодке, спутнике. Ощутимые плоды микроминиатюризации. Эти машины называли Мини-ЭВМ. И не смотря на то, что алфавитно-цифровые дисплеи появились еще во втором поколении машин. На третьем они окончательно закрепились. И стали неотъемлемой частью компьютера.
Многие операции машины начали выполнять сразу с группой бит. Которую они рассматривали как единое целое. Размер этой группы на многих компьютерах был восемь бит. Которые хранили. Обрабатывали и передавали одновременно. В информационном мире закрепляется слово байт. Один байт — восемь бит. Использование байта весьма удобно. И значительно упрощает работу с данными на машине. Один байт означает — один символ. Один байт это закодированное десятичное число от 0 до 255. Затем совокупность 2 или 4 байт называется как машинное слово. ЭВМ третьего поколения стали иметь специальные команды состоящие из таких пар байт. Но логически обозначающие одну операцию.
Память ЭВМ этого поколения значительно возросла. В качестве внешней памяти стали применять магнитные диски. Накопитель магнитных дисков представлял несколько дисков вращающихся на одном шпинделе. Диски были расположены на небольшом расстоянии друг от друга. Между ними находился блок головок. Которые позиционировались одновременно. Что позволяло производить чтение-запись одновременно сразу на несколько дисков. Емкость таких накопителей измерялась миллионами байт. Это был существенный шаг по сравнению с перфокартами и магнитными лентами. Надежность таких накопителей не уступает внешней памяти на магнитных барабанах. Теперь ЭВМ третьего поколения выпускают только сериями. Нет единичных экземпляров, как было у первого поколения иногда и у второго. Теперь это только серийное производство.
Одно из наиболее важных отличай второго и третьего поколения это появление открытой архитектуры ЭВМ. Яркий пример компьютер System/360 производство IBM. Открытая архитектура позволяет легко ремонтировать заменять комплектующие. И самое главное, одни комплектующие могут подходить к разным моделям ЭВМ и даже к разным производителям ЭВМ. Производство этой серии машин начался 1964 г. И был крупнейшем успехом корпорации IBM. Она стала стандартом компьютеров во всем мире.
В советской России, через восемь лет, появилось подражание System/360. Это была ЭВМ ЕС (Единая Серия). ЭВМ ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1060. В разработке этой серии учувствуют Болгария, Венгрия, Чехия. Начинается выпуск советских ЭВМ: Мир-31, Мир-32, АСВТ М-6000, АСВТ М-7000. Выпускаться так же более компактные ЭВМ: Электроника-79, Электроника-100, Электроника-125, Электроника-200.
ЭВМ ЕС-1010. Имеет быстродействие в 10 тысяч операций в секунду. ЕС-1020 быстродействие 20 тысяч операций в секунду, ОЗУ в 64 Кб, внешняя память на магнитных лентах и дисках.

Рисунок 31 — ЭВМ ЕС-1010АСВТ М-6000

Более мощным становиться программное обеспечение ЭВМ. Появляются первые текстовые редакторы. Но широкое распространение они так и не получают. Слишком дорого использовать Мини-ЭВМ вместо печатной машинки. Появляются системы управления базами данных. Они начинают повсеместно использоваться коммерческими организациями. Некоторые приобретают компьютеры только ради создания и управления своими базами данных. Компьютеры третьего поколения перестали быть роскошью для предприятий.
Первое и второе поколение машин использовали только военные, государственные ведомства и институты. Теперь они становятся доступными даже для не больших компаний. Средняя цена машины третьего поколения составляет 20-30 тыс. долларов. Что вполне под силу многим организациям. Появляются автоматизированные системы проектирования.
Возникает огромная потребность в прикладном программном обеспечении. Как следствие каждое предприятие нанимает свой штат программистов, которые решают текущие задачи. Рынка программного обеспечения как такового еще нет. Поэтому купить нужную программу или библиотеку невозможно. Многие ЭВМ третьего поколения, как и предыдущих поколений, не совместимы между собой аппаратно и программно. IBM, своей машиной System/360, только начинает исправлять эту ошибку.

1.4 Четвёртое поколение

Новым этапом для развития ЭВМ послужили большие интегральные схемы (БИС). Элементная база компьютеров четвертого поколения это БИС. Стремительное развитие электроники, позволило разместить на одном кристалле тысячи полупроводников. Такая миниатюризация привела к появлению недорогих компьютеров. Небольшие ЭВМ могли разместиться на одном письменном столе. Именно в эти годы зародился термин «Персональный компьютер». Исчезают огромные дорогостоящие монстры. За одним таким компьютером, через терминалы, работало сразу несколько десятков пользователей. Теперь. Один человек – один компьютер. Машина стала, действительно персональной.

Характеристики ЭВМ четвертого поколения:

2) Языки высокого уровня;

3) Компьютерные сети;

4) Параллельная и последовательная обработка данных.

Первым мини-компьютером считают PDP-8 корпорации DEC. Эта машина создавалась для управления ядерным реактором. Но она стала популярна на частных производственных предприятий и в высших учебных заведениях. Ее массовый выпуск начался 1965 году и к началу 70-х количество этих ЭВМ превысило 100 000 штук. Важный переход от мини-компьютеров к микро-компьютерам, это создание микропроцессора. Благодаря БИС стало возможным разместить все основные элементы центрального процессора на одном кристалле. Первым микропроцессором стал Intel-4004 созданный 1971 г. Он содержал в себе более двух тысяч полупроводников, которые разместились на одной подложке. В одной интегральной схеме разместились арифметическое — логическое устройство и управляющее устройство.

Одним из первых персональных компьютеров четвертого поколения считается Altair-8800. Созданный на базе микропроцессора Intel-8080. Его появление стимулировало рост периферийных устройств, компиляторов высокого уровня.

Интегральные схемы можно классифицировать по количеству элементов размещенных на одном кристалле:

1) ПИС – (Простые интегральные схемы) до 10 элементов;

2) МИС – (Малые интегральные схемы) до 100 элементов;

3) СИС – (Средние интегральные схемы) до 1 000 элементов;

4) БИС – (Большие интегральные схемы) до 10 000 элементов;

5) СБИС – (Сверхбольшие интегральные схемы) до 1 000 000 элементов;

6) УБИС – (Ультрабольшие интегральные схемы) до 1 000 000 000 элементов;

7) ГБИС – (Гигабольшие интегральные схемы) свыше 1 000 000 000 элементов.

Большая интегральная схема – усовершенствованный потомок простой интегральной схемы. Которая являлась одним из основных элементов предыдущего поколения. Большой, ее называют, не потому что интегральная схема большая, а потому что в ней высокая степень интеграции.

Процесс изготовления БИС выглядит следующим образом. Над кристаллом наносится светочувствительный слой фоторезист. Который в дальнейшем засвечивается над шаблоном. После этого негатив проявляют. Удаляют те области которые засвечены. В образовавшиеся пробелы фоторезиста вводят примеси. После отжига кристалла проводят аналогичные операции используя при этом разные фотошаблоны. Каждый шаблон отвечает за образование определенной группы элементов интегральной схемы. В заключительной стадии изготовления БИС применяются фотошаблоны, которые формируют алюминиевые дорожки для соединения цепей сложной конфигурации. БИС стали одними из первых продуктов электроники которые выпускаются только серийно.

В дальнейшем стали выпускаться программно-управляемые БИС. Функции такой схемы меняются в зависимости от программы, которая тоже напыляется на отдельном кристалле. Данная БИС состоит из операционной части и программы. Ввод программы в БИС, настраивает ее на определенный класс задач. Одна и та же интегральная схема может работать и как арифметическое устройство и как управляющее устройство.

Применение БИС дало резкое улучшение основных показателей скорости работы и надежности. Такая высокая степень интеграции, привела к уменьшению числа монтажных операций, уменьшила количество внешних соединений, которые изначально не надежные. Это очень способствовало уменьшению размеров, стоимости и повышению надежности.

Однако появление БИС привело и к появлению проблем. Одна из главных это проблема теплоотвода. Чем выше степень интеграции схемы тем выше тепловыделение. Требуется постоянное охлаждение, без которого интегральная схема перегреться и сгорит. Существует также проблемы: межсоединений элементов, контроля параметров. Большие интегральные схемы уже начали применять в третьем поколении. Пример System/360.

Проводя исследования удалось создать модели интегральных схем. Которые работают со скоростью в несколько миллиардов операций в секунду. При создании опытных образцов выяснилось, что невозможно пустить их в серийное производство. Оказывается при современном развитии техники достижение таких скоростей невозможно вообще. И проблема не в инженерных решениях. А в необходимости достижения абсолютно чистых химических материалах, однородности кристалла, стабильных температурных режимах. Взаимодействие электрических полей внутри кристалла.

Кроме изменения технической базы четвертого поколения ЭВМ, изменилось и направление создания этих машин. Они проектировались с расчетом на применение языков программирования высокого уровня, многие на аппаратном уровне были спроектированы под определенные операционные системы.

Один из самых популярных компьютеров четвертого поколения это IBM System/370. Который в отличи от своего предшественника третьего поколения System/360, имел более мощную систему микрокоманд и большие возможности низкоуровневого программирования. В машинах серии System/370 программно была реализована виртуальная память. Когда часть дискового пространства отводилась для использования хранения временных данных. Тем самым эмулировалась оперативная память. У конечного пользователя создавалась впечатление, что ресурсов у машины больше чем есть на самом деле.

Технические характеристики ЭВМ четвертого поколения:

1) Применение модульности для создания программного обеспечения;

2) Средняя задержка сигнала 0.7 нс/вентиль;

3) Впервые модули операционной системы начали реализовывать на аппаратном уровне;

4) Базовым элементом оперативной памяти стал полупроводник. Чтение запись 100-150 нс.

К четвертому поколению советских ЭВМ можно отнести: ЕС-1015, ЕС-1025, ЕС-1035, ЕС-1045, ЕС-1055, ЕС-1065. Персональные компьютеры, которые стали популярны в быту: Электроника-85, Искра-226, ЕС-1840, ЕС-1841, ЕС-1842. К этому поколению относиться и многопроцессорный компьютер «Эльбрус». Применяемый на производстве и машиносчетных станциях. Позже его сменил «Эльбрус-2». Вычислительная мощность этой машины, для четвертого поколения, была очень велика. Он имел порядка 64 мегабайт оперативной памяти, мог выполнять до 5 миллионов операций, с плавающей точкой, в секунду. Пропускная способность шины до 120 Мб/с.

ЭВМ четвертого поколения являются машинами массового применения. Они способны заменить ЭВМ предыдущего поколения во всех сферах человеческой деятельности. В управлении технологическими процессами предприятий, торговле, инженерных расчетах, справочных центров, регулировании транспортного движения, билинговых системах.