Компьютеры на электронных лампах.
1).Поколения ЭВМ и укажите соответствующие им временные промежутки:
Поколение первое.
Компьютеры на электронных лампах.
Появление электронно-вакуумной лампы позволило учёным реализовать в жизнь
идею создания вычислительной машины.
Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая
электронная лампа — вакуумный диод — была построена Флемингом лишь в 1904
году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт
Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод — лампу
с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа —
тиратрон, пятиэлектродная лампа — пентод и т. д. До 30-х годов электронные
вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в
радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд
экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв
тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик
состоит из ряда триггеров. Триггер , изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918)
и — независимо — американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2
лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых
состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно
электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной
цифры. Подробнее об электронной лампе здесь.
Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало
множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы — 7см, машины были
огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как
в компьютере их было 15 — 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы
требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество
тепла, и для эксплуатации «современного» компьютера того времени требовались
специальные системы охлаждения.
Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые
бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было,
поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штеккера с
Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic
Delay Storage Automatic Calculator), — первая машина с хранимой программой.
UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в
Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей
Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким
образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый
компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.
Поколение второе. Транзисторные компьютеры.1 июля 1948 года на одной из страниц «Нью-Йорк Таймс», посвященной радио ителевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма «Белл телефонлабораториз» разработала электронный прибор, способный заменить электроннуюлампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы УолтерБрайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактныйприбор, в котором три металлических «усика» контактировали с бруском изполикристаллического германия. Подробнее о транзисторе здесь.Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а ксередине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, чтопозволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютерPDP-8 размером с холодильник (!!) и стоимостью всего 20 тыс. долларов (!!) .Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которуюеще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов вкачестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров всотни раз и к повышению их надежности.И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что онодин способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большейскоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию.Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторамисовершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, амагнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали использовать какдля ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х годов получилораспространение хранение информации на дисках. Большие достижения вархитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций всекунду! Примерами транзисторных компьютеров могут послужить «Стретч»(Англия), «Атлас» (США). В то время СССР шел в ногу со временем и выпускалЭВМ мирового уровня (например «БЭСМ-6»).Поколение четвертое. Большие интегральные схемы.Вы уже знаете, что электромеханические детали счетных машин уступили местоэлектронным лампам, которые в свою очередь уступили место транзисторам, апоследние — интегральным схемам. Могло создастся впечатление, что техническиевозможности ЭВМ исчерпаны. В самом деле, что же можно еще придумать?Чтобы получить ответ на этот вопрос, давайте вернемся к началу 70-х годов.Именно в это время была предпринята попытка выяснить, можно ли на одномкристалле разместить больше одной интегральной схемы. Оказалось, можно!Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать наодном-единственном кристалле тысячи интегральных схем. Так, уже в 1980 году,центральный процессор небольшого компьютера оказался возможным разместить накристалле, площадью всего в четверть квадратного дюйма (1,61 см 2 ).Началась эпоха микрокомпьютеров.Каково же быстродействие современной микроЭВМ? Оно в 10 раз превышаетбыстродействие ЭВМ третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз -быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 100000 раз -быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах.Далее, почти 40 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили около 2,5 млн.долларов. Сегодня же ЭВМ со значительно большим быстродействием, болееширокими возможностями, более высокой надежностью, существенно меньшимигабаритами и более простая в эксплуатации стоит примерно 2000 долларов.Каждые 2 года стоимость ЭВМ снижается примерно в 2 раза.Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне гигантские фирмы:Microsoft® и Intel®. Первая из них очень сильно повлияла на развитиепрограммного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна благодарявыпускаемым ей лучшим микропроцессорам.Пятое поколение ЭВМНа ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели приразработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IVпоколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в областичисловых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачейразработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллектамашины (возможность делать логические выводы из представленных фактов),развитие «интеллектуализации» компьютеров — устранения барьера междучеловеком и компьютером. Компьютер теперь используется и дома, этокомпьютерные игры, прослушивание высококачественной музыки, просмотр фильмов.Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного илипечатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя поголосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общатьсяс компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знанийв этой области.Параллельно с аппаратным усовершенствованием современных компьютеровразрабатываются и технологические разработки по увеличению количестваинструкций. Первой разработкой в этой области стала MMX (MultiMediaeXtension- «мультимедиа–расширение») — технология, которая может превратить»простой» Pentium ПК в мощную мультимедийную систему.Как известно, на кристалле процессора Pentium интегрирован математическийсопроцессор. Этот функциональный блок, который отвечает за «перемалываниечисел», но на практике, подобные возможности требуются все же достаточноредко, их используют в основном системы САПР и некоторые программы, решающиечисто вычислительные задачи. У большинства пользователей этот блок простопростаивает.Создавая технологию MMX, фирма Intel стремилась решить две задачи: во-первых,задействовать неиспользуемые возможности, а во-вторых, увеличитьпроизводительность ЦП при выполнении типичных мультимедиа-программ. С этойцелью в систему команд процессора были добавлены дополнительные инструкции(всего их 57) и дополнительные типы данных, а регистры блока вычислений сплавающей запятой выполняют функции рабочих регистров.Дополнительные машинные команды предназначены для таких операций, как быстроепреобразование Фурье (функция, используемая при декодировании видео), которыезачастую выполняются специальными аппаратными средствами.Процессоры, использующие технологию MMX, совместимы с большинством прикладныхпрограмм, ведь для «старого» программного обеспечения регистры MMX выглядятточно так же, как обычные регистры математического сопроцессора. Однако,встречаются и исключения. например, прикладная программа может одновременнообращаться только к одному блоку — либо вычислений с плавающей запятой, либоMMX. В ином случае результат, как правило, не определен и нередко происходитаварийное завершение прикладной программы.Технология MMX — это генеральное направление развития архитектурыпроцессоров. В первую очередь ее преимущества смогут оценить конечныепользователи — мультимедиа-компьютеры стали заметно мощнее и дешевле.Эта идея оказалась настолько удачной, что за ММХ проследовал «расширенныйММХ», 3DNow!, «расширенный 3DNow!», а потом SSE и сейчас SSE2.Кроме технологических решений по увеличению количества инструкций, веласьработа и по улучшению процесса производства. Ведь транзисторов для обработкиинформации становилось все больше и больше, и они в конце концов просто непомещались на кристалл, что приводило к более совершенным решениям. Внастоящее время процессоры Intel выпускаются по техпроцессу с нормой в 0,13мКм, и на одном квадратном миллиметре кристалла располагается миллионытранзисторов. Intel планирует перейти на 0,09 мКм техпроцесс в ближайшембудущем.
2). Известные вам фамилии людей, внесших большой вклад развитие вычислительной техники:
Нулевое поколение. Механические вычислители
Предпосылки к появлению компьютера формировались, наверное, с древних времен, однако нередко обзор начинают со счетной машины Блеза Паскаля, которую он сконструировал в 1642 г. Эта машина могла выполнять лишь операции сложения и вычитания. В 70-х годах того же века Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, умеющую выполнять операции не только сложения и вычитания, но и умножения и деления.
В XIX веке большой вклад в будущее развитие вычислительной техники сделал Чарльз Бэббидж. Его разностная машина, хотя и умела только складывать и вычитать, зато результаты вычислений выдавливались на медной пластине (аналог средств ввода-вывода информации). В дальнейшем описанная Бэббиджем аналитическая машина должна была выполнять все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода-вывода (прямо таки компьютер … только механический), а главное могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась в устройстве ввода). Программы для аналитической машины писала Ада Ловлейс (первый известный программист). На самом деле машина не была реализована в то время из-за технических и финансовых сложностей. Мир отставал от хода мыслей Бэббиджа.
В XX веке автоматические счетные машины конструировали Конрад Зус, Джорж Стибитс, Джон Атанасов. Машина последнего включала, можно сказать, прототип ОЗУ, а также использовала бинарную арифметику. Релейные компьютеры Говарда Айкена: «Марк I» и «Марк II» были схожи по архитектуре с аналитической машиной Бэббиджа.
Поколение первое. Компьютеры на электронных лампах
Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа — вакуумный диод — была построена Флемингом лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод — лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа — тиратрон, пятиэлектродная лампа — пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп.
Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер, изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и — независимо — американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной цифры.
Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы — 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 — 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации «современного» компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.
Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штеккера с нужным гнездом.
Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), — первая машина с хранимой программой. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.
Поколение второе. Транзисторные компьютеры.
1 июля 1948 года на одной из страниц «Нью-Йорк Таймс», посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма «Белл телефон лабораториз» разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором три металлических «усика» контактировали с бруском из поликристаллического германия.
Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. долларов . Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности. И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию.
Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х годов получило распространение хранение информации на дисках. Большие достижения в архитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций в секунду! В то время СССР шел в ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня (например «БЭСМ-6»).
Третье поколение
Данное поколение представлено, прежде всего, ЭВМ, которые были основаны на интегральных микросхемах. При помощи ИС удалось добиться еще большего быстродействия, уменьшить размер, увеличить надежность, а также сократить стоимость устройства.
Вскоре начали появляться первые так называемые мини-ЭВМ. Это были простые, небольшие, надежные и недорогие машинки. Первоначально они предназначались для создания контроллеров, но вскоре потребители поняли, что их можно использовать как обычные вычислительные машины. Благодаря низкой цене и простоте мини-ЭВМ появлялись практически у каждой компании разработчиков, исследователей, инженеров и так далее.
История ЭВМ: от перфокарт до персональных компьютеров
Ровно 33 года назад, 12 августа 1981 года, на свет появился первый массовый персональный компьютер IBM PC, который со временем стали называть просто PC (ПК). То, что для нас уже давно стало привычным делом, в то время было настоящей революцией. M24.ru выделило основные этапы развития электронно-вычислительных машин.
Электронные вычислительные машины того времени представляли из себя массивные конструкции весом в несколько тонн. Каждый новый этап развития ЭВМ был связан не только с техническим прогрессом, но и с программным. Взять хотя бы Windows, который пришел на смену «бездушному» DOS.
Именно IBM, годом основания которой считается 1889 год, внесла огромный вклад в развитие компьютерной техники. Ее прародительница, корпорация CTR (Computing Tabulating Recording) включала в себя сразу три компании и выпускала самое различное электрическое оборудование: весы, сырорезки, приборы учета времени. После смены директора в 1914 году компания начала специализироваться на создании табуляционных машин (для обработки информации). Спустя 10 лет CTR поменяло свое название на International Business Machines или IBM.
M24.ru выделило основные этапы развития ЭВМ и их основных представителей, давших толчок к развитию современных компьютеров.
Еще в 1888 году инженер Герман Холлерит, основатель IBM, создал первую электромеханическую счетную машину — табулятор, который мог считывать и сортировать данные, закодированные на перфокартах (бумажных карточках с отверстиями). Его даже использовали при переписи населения в 1890 году в США.
При этом история компьютеров IBM началась спустя более полувека, в 1941 году, когда был разработан и создан первый программируемый компьютер «Марк 1» весом порядка 4,5 тонн, 17 метров в длину, 2,5 метра – в высоту. Президент IBM вложил в него 500 тысяч долларов. Впервые «Марк 1» был запущен в Гарвардском университете в 1944 году. Чтобы понять, насколько сложна была конструкция машины, достаточно сказать, что общая длина проводов составила 800 км. При этом компьютер осуществлял три операции сложения и вычитания в секунду.
Первое поколение ЭВМ
Первая ЭВМ, основанная на ламповых усилителях, под названием «Эниак» была создана в США в 1946 году. По размерам она была больше, чем «Марк 1»: 26 метров в длину, 6 метров в высоту, а ее вес составлял около 30 тонн. При этом по производительности «Эниак» в 1000 раз превышала «МАРК-1», а на ее создание ушло почти 500 тысяч долларов. Но у нее были существенные недостатки: очень мало памяти для хранения данных и долгое время перепрограммирования – от нескольких часов и до нескольких дней.
Кстати, среди создателей «Эниак» был ученый Джон фон Нейман, предложивший архитектуру ЭВМ, заложенную в компьютерах с конца 1940-х до середины 1950-х годов. Именно он осуществил переход к двоичной системе счисления и хранению полученной информации.
В 1951 году появился первый коммерческий компьютер UNIVAC, и уже в 1952 году вышел «IBM 701». Это был первый крупный ламповый научный коммерческий компьютер, причем создали его достаточно быстро – в течение двух лет. Его процессор работал значительно быстрее, чем у UNIVAC — 2200 операций в секунду против 455. В одну секунду процессор «IBM 701» мог выполнять почти 17 тысяч операций сложения и вычитания.
Второе поколение ЭВМ
Второе поколение ЭВМ использовало в своей основе транзисторы, созданные в 1947 году. Это была очередная революция, в результате которой существенно уменьшились размеры и энергопотребление компьютеров, так как сами биполярные транзисторы в разы меньше вакуумных ламп.
В 1959 году появились первые компьютеры IBM на транзисторах. Они были надежны, и ВВС США стали использовать их в системе раннего оповещения ПВО. А в 1960 году IBM разработала мощную систему Stretch или «IBM-7030». Она была и вправду сильна – создатели добились 100-кратного увеличения быстродействия. В течение трех лет он был самым быстрым компьютером в мире. Однако со временем IBM уменьшила его стоимость, а вскоре и вовсе сняла с производства.
Третье поколение ЭВМ
Третье поколение компьютеров связано с использованием интегральных схем (в которых используется от десятков до сотен миллионов транзисторов), впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом.
В 1964 году IBM объявила о начале работы над целой линейкой IBM System/360.
System/360 хорошо продавалась даже спустя шесть лет после анонса системы. За 6 лет IBM выпустила более 30 тысяч машин. Однако затраты на разработку System/360 были очень велики — около пяти миллиардов долларов. Таким образом, System/360 заложила фундамент для следующих поколений, первым из которых был System/370.
Четвертое поколение ЭВМ
Четвертое поколение связано с использованием микропроцессоров. Первый такой микропроцессор под названием «Intel-4004» был создан в 1971 году компанией Intel, до сих пор остающейся в лидерах. Спустя 10 лет IBM выпустила первый персональный компьютер, который так и назывался IBM PC. Самая дорогая конфигурация стоила 3000 долларов и предназначалась для бизнеса, а конфигурация за 1500 долларов – для дома.
Процессор Intel 8088 работал на частоте 4,77 МГц (сейчас этот показатель в тысячи раз больше), а объем ОЗУ — 64 кбайта (сейчас – в миллионы раз больше). Для хранения информации использовались 5,25-дюймовые флоппи-дисководы. Жесткий диск нельзя было установить из-за недостаточной мощности блока питания.
Интересно, что разработкой компьютера занимались всего четыре человека. Причем IBM не запатентовала ни операционную систему DOS, ни BIOS, что породило огромное количество клонов. Уже в 1996 году IBM уступило первое место по продажам ПК на ею же основанном рынке.
Несмотря на то, что современные гаджеты сильно отличаются по характеристикам от своего предшественника, все они относятся к тому же поколению ЭВМ.
Основные толчки для развития компьютеров дала наука (появление ламп, а затем транзисторов). В настоящее время распространяется ввод информации с голоса, общения с машиной на человеческом языке (приложение Siri в iPhone) и активная работа над роботами. Основное мнение, что будущее – за квантовыми компьютерами, которые будут использовать в своей основе молекулы и нейрокомпьютерами, использующими центральную нервную систему человека и непосредственно его мозг. Однако для того, чтобы эти технологии появились, необходимо досконально изучить эти системы.
