Поколения ЭВМ
Можно выделить (5) основных поколений ЭВМ . Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная.
1. Элементная база: электронно-вакуумные лампы.
2. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов.
Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести крупные корпорации и правительства.
Лампы потребляли большое количество электроэнергии и выделяли много тепла.
4. Быстродействие: (10-20) тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
6. Программирование: машинные коды. При этом надо знать все команды машины, двоичное представление, архитектуру ЭВМ. В основном были заняты математики-программисты. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.
7. Оперативная память: до (2) Кбайт.
8. Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.
В (1948) году Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн изобрели транзистор, за изобретение транзистора они получили Нобелевскую премию в (1956) г.
В (1958) году создана машина М-20 , выполнявшая (20) тыс. операций в секунду — самая мощная ЭВМ (50-х) годов в Европе.
1. Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).
2. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.
4. Быстродействие: (100-500) тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность — оператор ЭВМ .
6. Программирование: на алгоритмических языках, появление первых операционных систем .
7. Оперативная память: (2-32) Кбайт.
8. Введён принцип разделения времени — совмещение во времени работы разных устройств.
Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей.
Так, небольшие отечественные машины второго поколения (« Наири », « Раздан », « Мир » и др.) были в конце (60)-х годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на (2-3) порядка выше.
В (1958) году Джек Килби и Роберт Нойс , независимо друг от друга, изобретают интегральную схему (ИС).
В (1965) году начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM-360 (США). Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объёмом оперативной памяти и производительностью.
В (1967) году начат выпуск БЭСМ — 6 ((1) млн. операций в (1) с) и « Эльбрус » ((10) млн. операций в (1) с).
В (1968) году сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.
В (1969) году фирма IBM разделила понятия аппаратных средств (hardware) и программные средства (software). Фирма начала продавать программное обеспечение отдельно от железа, положив начало индустрии программного обеспечения.
(29) октября (1969) года проходит проверка работы самой первой глобальной военной компьютерной сети ARPANet , связывающей исследовательские лаборатории на территории США.
В (1971) году создан первый микропроцессор фирмой Intel . На (1) кристалле сформировали (2250) транзисторов.
1. Элементная база: интегральные схемы.
2. Соединение элементов: печатные платы.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.
4. Быстродействие: (1-10) млн. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность — системный программист .
6. Программирование: алгоритмические языки, операционные системы.
7. Оперативная память: (64) Кбайт.
При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе.
Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.
Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всего семейство IBM 360/370 . В СССР (70)-е и (80)-е годы были временем создания унифицированных серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и « Электроника » ( серия микро-ЭВМ).
В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительностью. Их выпуск был практически прекращен в начале (90)-х годов.
Стив Джобс и Стив Возняк организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров « Apple », предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей. Продавался (Apple 1) по весьма интересной цене — (666,66) доллара. За десять месяцев удалось реализовать около двухсот комплектов.
В (1982) году фирма IBM приступила к выпуску компьютеров IBM РС с процессором Intel 8088 , в котором были заложены принципы открытой архитектуры, благодаря которому каждый компьютер может собираться как из кубиков, с учётом имеющихся средств и с возможностью последующих замен блоков и добавления новых.
1. Элементная база: большие интегральные схемы (БИС).
2. Соединение элементов: печатные платы.
3. Габариты: компактные ЭВМ, ноутбуки.
4. Быстродействие: (10-100) млн. операций в секунду.
5. Эксплуатация: многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.
6. Программирование: базы и банки данных.
7. Оперативная память: (2-5) Мбайт.
8. Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.
Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
Мультимедиа — это представление информации в виде комбинации звука, графики, мультипликации и видео
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
6.3. Поколения ЭВМ
Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе — сложные электронные схемы монтировались на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см 2 . 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, а затем появились сверхбольшие интегральные схемы — СБИС. ЭВМ третьего поколения начали производить во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ). Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств — магнитные диски. В ЭВМ третьего поколения широко использовались новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители (рис. 2.3).
В этот период были созданы операционные системы (ОС), позволявшие управлять большим количеством внешних устройств и выполнять на одной машине несколько программ одновременно. Широкое распространение получили ранее созданные языки программирования. Начали появляться пакеты прикладных программ для решения задач в конкретных областях. Это существенно расширило области применения ЭВМ.
Первая интегральная схема, представлявшая собой кристалл, в котором была размещена целая схема из нескольких транзисторов, была разработана в 1958 г. американским физиком Джеком Килби, удостоенным за это изобретение Нобелевской премии.
Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессор — это СБИС, способная выполнять функции основного блока компьютера — процессора. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера — микроЭВМ. МикроЭВМ относятся к машинам четвёртого поколения. Существенным отличием микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.
Сегодня самой популярной разновидностью ЭВМ являются персональные компьютеры (ПК). Первый ПК был создан в 1976 году в США. С 1980 года и на долгие годы вперёд на рынке ПК ведущей становится американская фирма IBM. Её конструкторам удалось создать такую архитектуру, которая стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). С точки зрения общественного развития появление и распространение ПК сопоставимы с появлением книгопечатания. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением. С развитием компьютеров этого типа появилось такое понятие, как информационные технологии, без которых уже невозможно обойтись в большинстве областей человеческой деятельности.
Ещё одной линией в развитии ЭВМ четвёртого поколения являются суперкомпьютеры — мощные многопроцессорные компьютеры, выполняющие параллельную обработку данных (рис. 2.4).
В начале 90-х годов прошлого века в Японии начались работы по созданию компьютера пятого поколения. По замыслу японских специалистов основой работы этих компьютеров должны были стать не вычисления, а логические рассуждения, что означало переход от обработки данных к обработке знаний. Машину обещали научить воспринимать речь человека, рукописный текст и графические изображения. Окончательные результаты в этом направлении всё ещё не достигнуты. Исследования продолжаются.
Все компьютеры, используемые в настоящее время, по-прежнему построены на базе идей четвёртого поколения.
Поколения компьютеров
Под поколением компьютеров понимают все типы и модели компьютеров, созданные различными конструкторскими коллективами в разных странах и построенные на единых научных и технических принципах.
Появление каждого нового поколения компьютеров определялось в первую очередь появлением новой элементной базы, т.е. электронных элементов, на основе которых создавались компьютеры (электронные лампы, полупроводниковые элементы и т.п.). Кроме того, новое поколение отличалось от предыдущего новыми решениями в архитектуре компьютеров, организации вычислительного процесса, режимах использования компьютеров и т.п.
Можно выделить пять поколений компьютеров. Остановимся кратко на их основных характеристиках.
Первое поколение (начало 50-х годов XX века). Элементная база – электронные лампы. Компьютеры отличались большими габаритами и весом, значительным потреблением энергии, малым быстродействием (10-20 тыс. операций в секунду), низкой надежностью и трудоемким программированием (непосредственно в кодах команд машины).
Второе поколение (с конца 50-х годов). Элементная база – полупроводниковые элементы (диоды, транзисторы). По сравнению с компьютерами первого поколения примерно на порядок улучшились все технические характеристики (например, быстродействие стало: сотни тысяч – один миллион операций в секунду). Для программирования начинают использоваться алгоритмические языки.
Третье поколение (начало 60-х годов). Элементная база – интегральные схемы. Применяется многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов компьютеров, повышение их быстродействия (до нескольких миллионов операций в секунду) и надежности. Обеспечивается доступ к компьютеру с удаленных терминалов.
Четвертое поколение (с середины 70-х годов). Элементная база – большие интегральные схемы и микропроцессоры. Еще на порядок улучшились технические характеристики (например, быстродействие возросло до десятков миллионов операций в секунду). Начинается массовый выпуск персональных компьютеров. Создаются многопроцессорные вычислительные системы высокой производительности (до сотен миллионов операций в секунду) и дешевые микро-компьютеры.
Пятое поколение (с середины 80-х годов). Начало разработки интеллектуальных компьютеров (так пока и не увенчалось полным успехом). Идет широкое внедрение компьютерных сетей и их объединение. Появляется глобальная компьютерная сеть Интернет. Начинает использоваться распределенная обработка данных. Расширяется внедрение компьютерных информационных технологий.
Основные отличительные черты интеллектуального компьютера:
1) общение пользователя с компьютером на языке проблемной области в естественной для пользователя форме (текст, речь, изображения и т.п.);
2) понимание компьютером описания проблемы и необходимых спецификаций (в идеале на естественном языке);
3) синтез процедур обработки (программных средств) на основе описаний и спецификаций;
4) манипулирование знаниями и получение логических выводов на основе накопленных знаний;
5) оптимальное распределение функций между аппаратными и программными средствами компьютера.
История развития устройств для вычислений
В развитии устройств для вычислений можно выделить несколько этапов:
- «домеханический» этап — изобретение счётов, таблиц Непера и логарифмической линейки;
- «механический» этап, начало которого связывается с первыми попытками создания механической счётной машины, предпринятыми Леонардо да Винчи (1452-1519). К этому же этапу относится создание многочисленных вариантов счётных машин и арифмометров, а также проект аналитической машины Чарльза Беббиджа, которая должна была выполнять вычисления без участия человека;
- создание электрорелейных вычислительных машин (вычислительные машины Говарда Эйкена, Джона Атанасова, Конрада Цузе и др.);
- создание электронных вычислительных машин (ЭВМ):
- создание ЭВМ фон-неймановской архитектуры;
- отход от традиционной фон-неймановской архитектуры, использование процессоров, работающих параллельно.
Понятие «вычислительная техника» сегодня тесно связывается с компьютерами, которые до 80-х годов прошлого века у нас в стране называли электронными вычислительными машинами. В этом смысле в развитии вычислительной техники также можно выделить несколько этапов, связанных с возникновением разных поколений ЭВМ:
- 40-е — начало 50-х гг. XX в. (создание ЭВМ на электронных лампах);
- середина 50-х — 60-е гг. XX в. (разработка ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах);
- середина 60-х гг. XX в. — середина 70-х гг. XX в. (появление ЭВМ на интегральных микросхемах);
- середина 70-х гг. XX в. — наши дни (использование больших и сверхбольших интегральных схем).
Рассмотрим особенности и характеристики каждого из приведённых этапов более подробно.
Пятый вид поколения ЭВМ
В поздние 1980 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.
