Какие компьютеры относятся ко второму поколению

Поколение ЭВМ: от ламповых “монстров” к интегральным микросхемам

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появилась первая электронная вычислительная машина. За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений вычислительных машин, а первые ЭВМ сегодня являются музейной редкостью. Сама история развития вычислительной техники представляет немалый интерес, показывая тесную взаимосвязь математики с физикой (прежде всего с физикой твердого тела, полупроводников, электроникой) и современной технологией, уровнем развития которой во многом определяется прогресс в производстве средств вычислительной техники.

Электронно-вычислительные машины у нас в стране принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всего быстрота смены поколений — за ее короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению? Это прежде всего их элементная база (из каких в основном элементов они построены), и такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Конечно же, деление ЭВМ на поколения в определенной мере условно. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим — к другому поколению. И все же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники.

Второе поколение (1956 — 1963)

Во втором поколении компьютеров использовались транзисторы вместо вакуумных ламп. Транзисторы широко использовались в компьютерах с 1956 по 1963 год. Транзисторы были меньше вакуумных трубок и позволяли компьютерам быть меньше по размеру, быстрее по скорости и дешевле в сборке.

Первым компьютером, который использовал транзисторы, был TX-0, который был представлен в 1956 году. Другие компьютеры, которые использовали транзисторы, включают IBM 7070, Philco Transac S-1000 и RCA 501.

Первое компьютерное поколение (1955 лет назад)

Все компьютеры I поколения были сделаны на базе электронных ламп, поэтому лампы приходилось часто заменять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и дорогими машинами, которые могли купить только крупные компании и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и вырабатывали много тепла.

Кроме того, каждая машина использует свой собственный язык программирования. Набор команд был невелик, схемы арифметико-логических и управляющих устройств очень просты, фактически отсутствовало программное обеспечение.

Показатель объема оперативной памяти и производительности был низким. Устройство оперативной памяти на основе ртутной линии задержки электронно-лучевой трубки реализовано с использованием перфоленты, перфокарты, магнитной ленты и печатающего устройства для ввода-вывода.

Эти неудобства привели к интенсивному развитию средств автоматизации программирования, системы обслуживания программ, упрощающих работу машин и повышающих эффективность их использования, что потребовало значительных изменений в структуре ЭВМ, направленных на приближение ее к требованиям, возникшим из опыта использования ЭВМ.

Использование электронных ламп в качестве основного элемента компьютера создало массу проблем. Высота стеклянного фонаря составляла 7 см, машина была огромной. Так как каждые 7-8 минут выходила из строя одна из ламп, а их было 15-20 тысяч у компьютера, то найти и заменить поврежденную лампу было очень долго, к тому же они выделяли огромное количество тепла, а для того, чтобы работать на их»современном»компьютере, требовалась специальная система охлаждения. Мы также имеем команду техников с сложной схемой большого. Если у вас есть устройства ввода на этих компьютерах, вы можете хранить данные в памяти, подключать нужный плагин и открывать нужный разъем.

В 1946 году американский инженер-электронщик и физик Дж. П. Экерт в Пенсильванском университете в Маучли, по заказу военного ведомства США, первая электронная вычислительная машина работала в тысячу раз быстрее, чем mark-1, выполняя 300 умножителей или сложение 5000 кратных цифр за одну секунду. Размеры: длина 30м, объем 85м3., масса-30 тонн. Было использовано около 20 000 электронных ламп и 1500 реле. Его мощность составляла до 150 кВт.

Первая машина с сохраненной программой — «ЭДСАК» — Кембриджский университет (Великобритания) запоминающее устройство имело 512 ртутных линий задержки. Время сложения составило 0,07 МС, а время сложения-8,5 мс.

В 1948 году академик Сергей Лебедев предложил конструкцию первого компьютера Европейского континента-малой электронной вычислительной машины (МЭСМ). В 1951 году МЭСМ была официально введена в эксплуатацию,и вычислительная работа регулярно разрешалась. Эта машина работала с 20-битным двоичным кодом и со скоростью 50 раз в секунду имела 100 ячеек оперативной памяти на электронной лампе.

В 1951 году на машине UNIVAC был создан первый серийный компьютер с сохраненной программой. Эта машина была первой, кто использовал магнитную ленту для записи и хранения информации.

Элементная база первого компьютера-электронные лампы-ismainly из мира науки, ее большие размеры, большое энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий машинах, практически без средств распараллеливания работы различных устройств, совмещения операций выполняемой программы с командной строки.

Например, объем оперативной памяти был 2,048 39-разрядных слов, и магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте были использованы в качестве внешней памяти. Процесс общения между людьми и машинами первого поколения был очень трудоемким и неэффективным. Как правило, сами разработчики, написавшие программу в машинном коде, вводили ее в память компьютера с помощью перфокарты и вручную контролировали ее выполнение.

Электронного монстра дается программисту для определенного периода времени и эффективность решения проблемы расчета зависит от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки, скорость компьютера.

Фокус ручного управления был обусловлен отсутствием какой-либо возможности буферизации программ.

Четвертое поколение компьютеров (1980-1990гг)

В $1969$ году произошло революционное событие — создание большой, сверхбольшой интегральной схемы и микропроцессора. Теперь центральный процессор небольшой ЭВМ стало возможно разместить на площади

Пятое поколение компьютеров (1990-…)

Термин «пятое поколение компьютеров» считается спорным. История предыдущих четырех поколений показывает, что усовершенствования происходили за счет увеличения количества элементов на единицу площади. По этой логике от компьютеров пятого поколения ожидались параллельные вычисления — взаимодействие огромного количества процессоров.

В начале $80$-х Япония объявила правительственную программу по разработке компьютеров нового типа. Разработчики делали ставку на параллельные вычисления, многопроцессорность и переход от процедурных языков программирования к языкам, основанным на логике. По мнению специалистов использование таких языков должно было бы сделать программы самообучаемыми и тем самым приблизить человечество на шаг к реализации искусственного интеллекта.

Одновременно в СССР была предпринята попытка создания многопроцессорного компьютера «Марс».

Однако, оказалось, что параллельная работа нескольких процессоров не дает той высокой производительности, которая ожидалась. Разработанные образцы быстро устаревали. Что же касается языков, основанных на логике, выяснилось, что они не позволяют создавать программы необходимого уровня сложности без использования обычных процедурных подходов.

Поэтому многие специалисты считают, что пятое поколение компьютеров не состоялось как таковое, а для дальнейшего совершенствования нужны принципиально новые технологии. Другие утверждают, что все-таки можно называть пятым поколением реализацию параллельных вычислений и облачных технологий.

,635 см^2$. Именно в это время — в $1976$ году- появляется первый персональный компьютер, то есть компьютер предназначенный для работы в однопользовательском режиме. Его создали сотрудники фирмы Hewlett-Packard Стив Джобс и Стефан Возняк. Изобретение получило название «Apple» и было предназначено для игр. В $1977$ году была зарегистрирована компания «Apple» и начался серийный выпуск персональных компьютеров.

Всплеск популярности персональных компьютеров существенно снизил спрос на большие ЭВМ. Это отражалось на прибылях главного производителя больших ЭВМ – компании IBM. И с $1979$ года IBM также переходит к производству персональных компьютеров –«IBM PC».

Изобретатель и краткая история

После создания суперкомпьютера или компьютера первого поколения. IBM начала создавать новый компьютер под названием Stretch, и ученый по имени Sprery Rand также попытался создать новый компьютер под названием LARC, Эти компьютеры тогда назывались компьютерами второго поколения.

Первоначально открытие компьютеров второго поколения началось с открытия транзистора в 1948 году. Какое значение имеет транзистор? Этот транзистор используется в качестве замены вакуума в электронном оборудовании, установленном в компьютере, поэтому при использовании транзисторов размер компьютера будет меньше, чем у компьютеров первого поколения.

4. Какие компьютеры относятcя в первому поколению? 3.5. Какие компьютеры относятся ко второму поколению? 3.6. В чем особенности компьютеров третьего поколения? 3.7. Что характерно для машин четвёртого поколения? 3.8. Какими должны быть компьютеры пятого

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. 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.

Электронная
лампа

Компьютер «Эниак».
Первое поколение

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.

Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду.

Но это только техническая сторона. Очень важна и другая — способы использования компьютеров, стиль программирования, особенности математического обеспечения.

Перфокарта

Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был наиболее длительным по времени.

Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволили выполнить сложнейшие расчёты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.

Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета.

ЭВМ «Урал»

Эти проблемы 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.

Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.
3.5. Какие компьютеры относятся ко второму поколению?

Транзистор

БЭСМ-6. Второе поколение

Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные примерно в 1955-65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов. Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

Память на магнитных
сердечниках

Быстродействие — до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов.

Появились так называемые языки высокого уровня , средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.

Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами , переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык.

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.

Операционная система — важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания.

Таким образом, операционная система является программным расширением устройства управления компьютера.

Для некоторых машин второго поколения уже были созданы операционные системы с ограниченными возможностями.

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.

3.6. В чем особенности компьютеров 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.

1. Разработчики с помощью компьютера создают электрическую схему новой микросхемы. Для этого они вводят в компьютер перечень свойств, которыми должна обладать микросхема, а компьютер с помощью специальной программы разрабатывает детальную структуру соединений и конструкций всех взаимодействующих элементов микросхемы.
2. Компьютер создаёт схемы расположения элементов на поверхности полупроводникового кристалла кремния. По этим схемам изготавливаются фотошаблоны — стеклянные пластинки со штриховым рисунком. Через фотошаблоны специальными лампами или источниками рентгеновского излучения, а иногда, и электронными пучками, освещают (засвечивают) нанесённый на поверхность кристалла кремния слой фото- или, соответственно, рентгеночувствительного лака.
3. Засвеченные (или, наоборот, незасвеченные) участки лака меняют свои свойства и удаляются специальными растворителями. Этот процесс называется травлением. Вместе с лаком с поверхности кристалла кремния удаляется и слой окисла, и эти места становятся доступными для легирования — внедрения в кристаллическую решётку кремния атомов бора или фосфора. Легирование обычно требует нагрева пластинки в парах нужного элемента до 1100 — 1200 °С.
4. Последовательно меняя шаблоны и повторяя процедуры травления и легирования, создают один за другим слои будущей микросхемы. При этом на одной пластинке кристалла кремния создаётся множество одинаковых микросхем.
5. Каждая микросхема проверяется на работоспособность. Негодные выбраковываются.
6. После завершения всех операций пластинки разрезаются на отдельные кристаллики с микросхемами, к ним присоединяют выводы и устанавливают в корпуса.

3.7. Что характерно для машин 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; ;
• широкое применение систем управления базами данных ;
• элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

3.8. Какими должны быть 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.

Особенности четвертого поколения

Четвертое поколение ЭВМ характеризуется появлением интегральных схем, относящихся к классу больших, а также так называемых сверхбольших. В архитектуре ПК появилась ведущая микросхема — процессор. ЭВМ по своей конфигурации стали ближе к рядовым гражданам. Пользование ими стало возможным при минимальной квалификационной подготовке, в то время как работа с ЭВМ предыдущих поколений требовала профессиональных навыков. Модули ОЗУ стали выпускаться не на основе ферритовых элементов, а на базе CMOS-микросхем. К четвертому поколению ЭВМ принято относить и первый компьютер Apple, собранный в 1976 году Стивом Джобсом и Стефаном Возняком. Многие IT-эксперты считают, что Apple — первый в мире персональный компьютер.



Четвертое поколение ЭВМ также совпало с началом популяризации Интернета. В этот же период появился самый известный сегодня бренд софт-индустрии — Microsoft. Возникли первые версии операционных систем, которые мы знаем сегодня — Windows, MacOS. Компьютеры стали активно распространяться по всему миру.