Область применения компьютеров первого поколения: Контрольные вопросы — Развитие современных информационных технологий

Содержание

Контрольные вопросы — Развитие современных информационных технологий

1. Что понимается под современными информационными технологиями? С чем связано их развитие?

Современные информационные технологии — компьютеры и связанные с ним устройства. Их развитие связано с совершенствованием аппаратного и программного обеспечения компьютеров, с возможностью их применения для работы с различными видами данных.

2. Что понимается под поколением ЭВМ? Чем определяется смена поколений ЭВМ?

Поколение ЭВМ — совокупность электронно-вычислительных машин, относящихся к определенному периоду развития ЭВМ, в котором отмечается относительная стабильность их архитектуры, технической реализации, функциональных возможностей, аппаратного и программного обеспечения. Смена поколений ЭВМ определяется развитием электроники и высоких технологий производства.

3. Что понимается под элементной базой ЭВМ? Как она влияет на смену поколений ЭВМ?

Элементная база ЭВМ — классификация элементов и узлов ЭВМ.

Переход к новой элементной базе влияет на разработку нового программного обеспечения, что дает возможность открывать новые области применения компьютерной техники.

4. Перечислите элементные базы четырех поколений ЭВМ. Почему машины всех четырех поколений можно назвать электронно-вычислительными?

Элементная база ЭВМ первого поколения: электронно-вакуумные лампы.

Элементная база ЭВМ второго поколения: полупроводниковые элементы(транзисторы, диоды).

Элементная база ЭВМ третьего поколения: интегральные схемы.

Элементная база ЭВМ четвертого поколения: большие интегральные схемы(микросхемы).

Машины всех четырех поколений можно назвать электронно-вычислительными, потому что все они зависят от элементной базы и каждое последующее поколение использует новые разработки в области электроники, которые обеспечивают  машину большей скоростью расчетов и большей памятью по сравнению с предыдущим поколением.

5. Перечислите основные характеристики вычислительной техники первого поколения.

ЭВМ первого поколения работали на электронно-вакуумных ламп, сами машины занимали огромные пространства, потребляли много электроэнергии, были ненадежны в эксплуатации. Быстродействие составляло десятки тысяч операций в секунду. Машина работала только с числовыми данными.

6. Какое программное обеспечение использовала вычислительная техника первого поколения? Каковы области применения ЭВМ первого поколения?

Вычислительная техника первого поколения использовала только двоичные машинные коды и использовалась для проведения расчетов в науке.

7. Перечислите основные характеристики ЭВМ второго поколения.

ЭВМ второго поколения работали на транзисторах и диодах. Машины были выполнены в виде стоек, чуть выше человека и занимали значительно меньше места чем ЭВМ первого поколения, быстродействие составляло сотни тысяч операций в секунду.

8. Какое программное обеспечение использовала вычислительная техника второго поколения? Каковы области применения ЭВМ второго поколения?

ЭВМ второго поколения работала на программах написанных преимущественно на Алголе, Фортране, Коболе и других алгоритмических языках. ЭВМ второго поколения обрабатывали числовые данные для решения научных, инженерных и экономических задач.

9. Перечислите основные характеристики вычислительной техники третьего поколения.

ЭВМ третьего поколения работала на интегральных схемах, быстродействие увеличилось до миллионов операций в секунду, размеры стали такими, что для ЭВМ уже не требовалось отдельного помещения.

10. Какое программное обеспечение использовала вычислительная техника третьего поколения? Каковы области применения ЭВМ третьего поколения?

ЭВМ третьего поколения использовали операционные системы(DOS) и прикладные программы, машины могли обрабатывать числовые и текстовые данные, поэтому использовались для решения научно-технических  и управленческих задач.

11. Перечислите основные характеристики вычислительной техники четвертого поколения.

ЭВМ четвертого поколения работает с использованием больших интегральных схем (микросхем), быстродействие составляет миллионы и миллиарды операций в секунду.

Компьютеры компактны.

12. Какое программное обеспечение используется вычислительной техникой четвертого поколения? Каковы области применения компьютеров?

ЭВМ четвертого поколения используются во всех сферах жизнедеятельности. Большое внимание уделяется пользовательскому интерфейсу, для удобной работы человека с компьютером.

13. Каковы возможности направления дальнейшего развития компьютерной техники?

Размеры и стоимость компьютеров и в дальнейшем будут уменьшаться, а быстродействие и возможности — увеличиваться. С помощью единой компьютерной сети каждый член общества будет иметь доступ к нужной ему информации в любой точке нашей планеты и иметь возможность работать сразу с несколькими компьютерами.

 

14. Почему современные информационные технологии можно назвать информационно-коммуникационными технологиями?

В настоящее время информационные технологии очень часто называют информационно-коммуникационными, подчеркивая значимость локальных и глобальных компьютерных сетей для обеспечения информационного единства всей человеческой цивилизации. Очевидно, что развитие и внедрение таких технологий направлено на совершенствование информационного обеспечения всех сфер деятельности человека.

Под программным обеспечением ЭВМ

понимают совокупность программ, процедур и правил вместе со связанной с этими компонентами документацией, позволяющих использовать ЭВМ для решения задач.

Каждый этап развития ЭВМ определяется совокупностью элементов ЭВМ, из которых строились компьютеры — элементной базой.

С изменением элементной базы ЭВМ значительно изменялись характеристики, внешний вид, габариты, возможности компьютеров. Через каждые 8 — 10 лет происходил резкий скачок в конструкции и способах производства ЭВМ.

ЭВМ первого поколения

Первое поколение (1945-1954) — компьютеры на электронных лампах (вроде тех, что были в старых телевизорах). Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений.

Вес и размеры, электропотребление  а так же низкая надежность и размеры , которые нередко требовали для себя отдельных зданий, были далеки от сегодняшних

Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг — математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман — автор конструкции вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, — кибернетика, наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер.

В октябре 1945 года в США был создан первый компьютер ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator — электронный числовой интегратор и вычислитель). В ЭВМ первого поколения использовались электронные лампы. Так, фирма IBM в 1952 году выпустила первый промышленный компьютер IBM-701

ЭВМ второго поколения (1955-1964)

ЭВМ второго поколения составляли транзисторы, они занимали меньше места, потребляли меньше электроэнергии и были более надёжными.

и впервые стали строиться на продажу.

На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были разработаны первые языки высокого уровня — Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров; программирование, оставаясь наукой, приобретает черты ремесла.

Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров. Компьютеры нашли применение не только у ученых, но и в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже компьютеризовали свою бухгалтерию, предвосхищая моду на двадцать лет.

В 1955 году в США было объявлено о разработке полностью транзисторной ЭВМ

В 1958 году машина Philco — 2000 содержала 56 тыс. транзисторов, 1, 2 тыс. диодов и 450 электронных ламп.

1966 Наивысшим достижением отечественной вычислительной техники созданной коллективом С. А. Лебедева явилась разработка полупроводниковой ЭВМ БЭСМ-6 с производительностью 1 млн. операций в секунду.

ЭВМ третьего поколения1965-1974

Наконец, в третьем поколении ЭВМ () впервые стали использоваться интегральные схемы — целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.

ЭВМ третьего поколения обязано созданием интегральной схемы (ИC) в виде одного кристалла, в миниатюрном корпусе которого были сосредоточены транзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы. Создание процессоров осуществлялось на базе планарно-диффузионной технологии.

В 1964 году фирма IBM объявила о создании модели IBM-360, производительность её достигала несколько миллионов операций в секунду, объём памяти значительно превосходил машины второго поколения. В 1966 — 67 гг. ЭВМ 3-го были выпущены фирмами Англии, ФРГ, Японии.

В 1969 году СССР совместно со странами СЭВ была принята программа разработки машин 3-го поколения.

В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть — зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 г. одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С («Си»), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.

Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера — что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. Этому изобретению суждено было произвести в следующем десятилетии настоящую революцию — ведь микропроцессор является сердцем и душой нашего с вами персонального компьютера.

В 1973 была выпущена первая модель ЭВМ серии ЕС, с 1975 года появились модели ЕС-1012, ЕС-1032, ЕС-1033, ЕС-1022, а позже более мощная ЕС-1060.

ЭВМ четвертого поколения

Совершенствование интегральных схем привело к появлению микропроцессоров, выполненных в одном кристалле, включая оперативную память (БИС — большие интегральные схемы), что ознаменовало переход к четвертому поколению ЭВМ. Они стали менее габаритными, более надежными и дешевыми. Создание ЭВМ четвертого поколения привело к бурному развитию мини- и особенно микро- ЭВМ — персональных компьютеров (1968 г.), которые позволили массовому пользователю получить средство для усиления своих интеллектуальных возможностей. В свою очередь персональные ЭВМ (ПВМ) развивались по этапам: появились сначала 8-ми, 16-ти, а затем и 32-х разрядные ЭВМ. Шина данных современного компьютера 64-х разрядная.

К ЭВМ четвертого поколения относятся ПЭВМ “Электроника МС 0511” комплекта учебной вычислительной техники   КУВТ УКНЦ, а также современные IBM — совместимые компьютеры, на которых мы работаем.

ЭВМ пятого поколения

В 1980-егоды стало ясно, что использование компьютерной техники позволило резко повысить производительность труда при обработке больших потоков информации, сфера внедрения ЭВМ активно расширялась во все отрасли народного хозяйства. А это заставило разработчиков совершенствовать компьютерную технику. Постепенно прорисовывались требования к ЭВМ пятого поколения. Они должны:

·         накапливать и хранить большие массивы информации и оперативно ее выдавать пользователю;

·         анализировать информацию и выдавать оптимальные решения, т. е. быть интеллектуальным компьютером;

·         общаться с помощью голоса на языке пользователя, воспринимать и обрабатывать текстовую и графическую информацию;

·         объединить в сети ЭВМ различных классов для обработки и передачи информации на большие расстояния.

В ЭВМ пятого поколения предусматривается другой принцип работы процессоров и способы обработки информации в них. В настоящее время компьютеров пятого поколения, пока, не создано.

Особого упоминания заслуживает так называемое пятое поколение, программа разработки которого была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки — задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров «пятого поколения» не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на «почти естественном» языке, что от них требуется.

Рассмотрим некоторые из наиболее популярных классификаций:

по принципу действия. Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления информации, с которой они работают

1.      аналоговые (АВМ) — вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т. е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

2.      цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

3.      гибридные (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации — электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

по назначению

1.      универсальные (общего назначения) — предназначены для решения самых различных технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

2.      проблемно-ориентированные — служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы

3.      специализированные — используются для решения узкого крута задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

по размерам и функциональным возможностям

1.      сверхбольшие (суперЭВМ) СуперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов — десятки миллиардов операций в секунду. Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т. д.

2.      большие.Большие ЭВМ за рубежом чаще всего называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

·         производительность не менее 10 MIPS;

·         основную память емкостью от 64 до 1000 Мбайт;

·         внешнюю память не менее 50 Гбайт;

·         многопользовательский режим работы (обслуживает одновременно от 16 до 1000 пользователей).

Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут включать один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций с суперкомпьютерной производительностью).

3.      малые Малые ЭВМ (мини ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями

4.       сверхмалые (микроЭВМ) Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора.

 

Поколение эвм особенности. Хранение данных и команд в памяти

Которыми мы привыкли пользоваться, предшествовала целая эволюция в развитии вычислительной техники. Согласно распространенной теории, развитие индустрии ЭВМ шло на протяжении нескольких отдельных поколений.

Современные эксперты склонны считать, что их шесть. Пять из них уже состоялись, еще одно — на подходе. Что именно под термином «поколение ЭВМ» понимают IT-специалисты? Каковы принципиальные различия между отдельными периодами развития вычислительной техники?

Предыстория появления ЭВМ

История развития ЭВМ 5 поколений интересна и увлекательна. Но прежде чем изучить ее, полезно будет узнать факты, касающиеся того, какие технологические решения предшествовали разработке ЭВМ.

Люди всегда стремились к совершенствованию процедур, связанных с подсчетами, вычислениями. Историками установлено, что инструменты для работы с цифрами, имеющие механическую природу, были изобретены еще в Древнем Египте и других государствах античности. В средние века европейские изобретатели могли конструировать механизмы, с помощью которых, в частности, могла вычисляться периодичность лунных приливов.

Прообразом современных ЭВМ некоторые эксперты считают изобретенную в начале 19 века обладавшую функциями программирования вычислений. В конце 19-начале 20 века появились устройства, в которых стала использоваться электроника. В основном они задействовались в индустрии телефонной и радиосвязи.

В 1915 году переехавший в США немецкий эмигрант основал компанию IBM, впоследствии ставшую одним из самых узнаваемых брендов IT-индустрии. В числе самых сенсационных изобретений Германа Холлерита стали перфокарты, в течение десятилетий выполнявшие функцию основного при пользовании вычислительной техникой. К концу 30-х годов появились технологии, позволившие говорить о начале компьютерной эпохи в развитии человеческой цивилизации. Появились первые ЭВМ, который впоследствии стали классифицироваться как принадлежащие к «первому поколению».

Признаки ЭВМ

Ключевым принципиальным критерием отнесения вычислительного устройства к категории ЭВМ, или компьютера, эксперты называют программируемость. Этим соответствующего типа машины, в частности, отличаются от калькуляторов, какими бы мощными последние ни являлись. Даже если речь идет о программировании на очень низком уровне, когда используются «нули и единицы» — критерий в силе. Соответственно, как только были изобретены машины, быть может, по внешним признакам сильно схожие с калькуляторами, но которые можно было программировать — их стали именовать компьютерами.

Под термином «поколение ЭВМ» понимают, как правило, принадлежность компьютера к конкретной технологической формации. То есть, той базе аппаратных решений, на основе которой ЭВМ работает. При этом, исходя из критериев, предлагаемых IT-экспертами, деление компьютеров на поколения далеко не условное (хотя, конечно, есть и переходные формы компьютеров, которые сложно однозначно отнести к какой-либо конкретной категории).

Завершив теоретический экскурс, мы можем начать изучать поколения ЭВМ. Таблица, что ниже, поможет нам ориентироваться в периодизации каждого.

Поколение

Вторая половина 70 — начало 90-х

90-е — наше время

В разработке

Далее мы рассмотрим технологические особенности компьютеров для каждой категории. Нами будет определена характеристика поколений ЭВМ. Таблица, что мы сейчас составили, будет дополнена другими, в которых будут соотнесены соответствующие категории и технологические параметры.

Отметим важный нюанс — нижеследующие рассуждения касаются, главным образом, эволюции компьютеров, которые сегодня принято относить к персональным. Есть совершенно иные классы ЭВМ — военные, промышленные. Есть так называемые «суперкомпьютеры». Их появление и развитие — отдельная тема.

Первые ЭВМ

В 1938 году германский инженер Конрад Цузе конструирует устройство, названное Z1, а в 42-м выпускает его усовершенствованную версию — Z2. В 1943 году свою изобретают англичане и называют ее «Колосс». Некоторые эксперты склонны считать английскую и немецкие машины первыми ЭВМ. В 1944-м на базе разведданных из Германии вычислительную машину создают также и американцы. Разработанная в США ЭВМ получила название «Марк I».

В 1946 году американские инженеры делают небольшую революцию в области конструирования вычислительной техники, создав ламповый компьютер ЭНИАК, в 1000 раз более производительный, чем «Марк I». Следующей известной американской разработкой стала созданная в 1951 году ЭВМ, названная УНИАК. Ее основная особенность в том, что она первой из ЭВМ стала использоваться как коммерческий продукт.

К тому моменту, к слову, свой компьютер уже успели изобрести советские инженеры, работающие в Академии наук Украины. Наша разработка получила название МЭСМ. Ее производительность, по оценке экспертов, была самой высокой среди ЭВМ, собранных в Европе.

Технологические особенности первого поколения ЭВМ

Собственно, исходя из каких критерий определяется первое поколение развития ЭВМ? Таковым IT-специалисты считают, прежде всего, компонентную базу в виде вакуумных ламп. Машины первого поколения к тому же обладали рядом характерных внешних признаков — огромный размер, очень большое энергопотребление.

Вычислительная их мощность также была относительно скромна, она составляла несколько тысяч герц. Вместе с тем ЭВМ первого поколения содержали многое, что есть в современных компьютерах. В частности, это машинный код, позволяющий программировать команды, а также запись данных в память (с помощью перфокарт и электростатических трубок).

ЭВМ первого поколения требовали высочайшей квалификации человека, их использующего. Требовалось не только владение профильными навыками (выражающимися в работе с перфокартами, знании машинного кода и т. д.), но, как правило, также и инженерные знания в области электроники.

В ЭВМ первого поколения, как мы уже сказали, уже была Правда, ее объем был исключительно скромным, он выражался в сотнях, в лучшем случае — в тысячах байт. Первые модули ОЗУ для ЭВМ с трудом можно было классифицировать как электронный компонент. Они представляли собой наполненные ртутью емкости в виде трубок. Кристаллы памяти фиксировались на определенных их участках, и тем самым данные сохранялись. Однако достаточно скоро после изобретения первых ЭВМ появилась более совершенная память на базе ферритовых сердечников.

Второе поколение ЭВМ

Какова дальнейшая история развития ЭВМ? Поколения ЭВМ стали развиваться далее. В 60-х годах получают распространение компьютеры, использующие уже не только вакуумные лампы, но также и полупроводники. Значительно повысилась тактовая частота микросхем — обычным делом считался показатель в 100 тыс. герц и выше. Появились первые магнитные диски как альтернатива перфокартам. В 1964 году компания IBM выпустила уникальный продукт — отдельный компьютерный монитор с достаточно приличными характеристиками — 12-дюймовой диагональю, разрешением 1024 на 1024 точек, а также частотой развертки в 40 Гц.

Поколение номер три

Чем примечательно третье поколение ЭВМ? Прежде всего, переводом компьютеров с ламп и полупроводников на интегральные схемы, которые, не считая ЭВМ, стали использоваться во множестве других электронных устройств.

Впервые возможности интегральных схем были показаны миру стараниями инженера Джека Килби и компании Texas Instruments в 1959 году. Джек создал небольшую конструкцию, выполненную на пластинке из металла германия, которая, как предполагалось, заменит собой сложные полупроводниковые конструкции. В свою очередь, компания Texas Instruments создала компьютер, собранный на базе подобных пластинок. Самое примечательное, что он был в 150 раз меньше, чем аналогичной производительности полупроводниковая ЭВМ. Технология интегральных схем получила дальнейшее развитие. Большую роль в этом сыграли исследования Роберта Нойса.

Эти аппаратные компоненты позволили, прежде всего, значительно уменьшить габариты ЭВМ. В результате произошло существенное повышение производительности компьютеров. Третье поколение ЭВМ характеризовалось выпуском ЭВМ с тактовой частотой, выражаемой уже в мегагерцах. Уменьшилось также и энергопотребление компьютеров.

Стали более совершенными технологии записи данных и обработки их в модулях ОЗУ. Что касается оперативной памяти, ферритовые элементы стали более емкими, технологически совершенными. Появились сначала прототипы, а затем и первые версии дискет, используемые как внешний носитель данных. В архитектуре ПК появилась кэш-память.Стандартной средой взаимодействия пользователя и компьютера стало окно дисплея.

Происходило дальнейшее совершенствование программных компонентов. Появились полноценные операционные системы, стало разрабатываться самое разнообразное были внедрены концепции многозадачности в работу ЭВМ. В рамках ЭВМ третьего поколения появляются такие программы, как а также ПО для автоматизации проектных работ. Появляется все больше языков программирования и сред, в рамках которых осуществляется создание ПО.

Особенности четвертого поколения

Четвертое поколение ЭВМ характеризуется появлением 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 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.

Пятое поколение

Период расцвета четвертого поколения компьютеров — середина-конец 80-х годов. Но уже в начале 90-х на рынке IT-технологий начали происходить процессы, позволившие начать отсчет новому поколению ЭВМ. Речь идет о значительных шагах вперед, прежде всего, в инженерно-технических наработках, связанных с процессорами. Появились микросхемы с архитектурой, относимой к типу параллельно-векторной.

Пятое поколение ЭВМ — это невероятные темпы роста производительности машин из года в год. Если в начале 90-х тактовая частота микропроцессоров в несколько десятков мегагерц считалась хорошим показателем, то к началу 2000-х никто не удивлялся гигагерцам. Компьютеры, которыми мы пользуемся сейчас, как полагают IT-эксперты, — это также пятое поколение ЭВМ. То есть, технологический задел начала 90-х актуален до сих пор.

ПК, относящиеся к пятому поколению, стали не просто вычислительными машинами, а полноценными мультимедийными инструментами. На них стало возможно монтировать фильмы, работать с изображениями, записывать и обрабатывать звук, создавать инженерные проекты, запускать реалистичные 3D-игры.

Характеристики шестого поколения

В обозримом будущем, считают аналитики, мы вправе ожидать, что появится 6 поколение ЭВМ. Оно будет характеризоваться использованием нейронных элементов в архитектуре микросхем, использованием процессоров в рамках распределенной сети.

Производительность компьютеров в следующем поколении будет измеряться, вероятно, уже не в гигагерцах, а в принципиально иного типа единицах исчисления.

Сравнение характеристик

Мы изучили поколения ЭВМ. Таблица ниже позволит нам ориентироваться в соотнесении компьютеров, принадлежащих к той или иной категории, и технологической базы, на которой основано их функционирование. Зависимости следующие:

Поколение

Технологическая база

Вакуумные лампы

Полупроводники

Интегральные схемы

Большие и сверхбольшие схемы

Параллельно-векторные технологии

Нейронные принципы

Полезной может оказаться также визуализация соотнесения производительности и конкретного поколения ЭВМ. Таблица, которую мы сейчас составим, отразит и эту закономерность. Берем за основу такой параметр как тактовая частота.

Поколение

Тактовая частота выполнения операций

Несколько килогерц

Сотни КГц

Мегагерцы

Десятки МГц

Сотни МГц, Гигагерцы

Критерии измерения прорабатываются

Таким образом, мы визуализировали ключевые технологические особенности для каждого поколения ЭВМ. Таблица, любая из представленных нами, поможет нам соотносить соответствующие параметры и конкретную категорию компьютеров применительно к тому или иному этапу развития вычислительной техники.

Введение

1. Первое поколение ЭВМ 1950-1960-е годы

2. Второе поколение ЭВМ: 1960-1970-е годы

3. Третье поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы

4. Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990-е годы

5. Пятое поколение ЭВМ: 1990-настоящее время

Заключение

Введение

Начиная с 1950 года, каждые 7-10 лет кардинально обновлялись конструктивно-технологические и программно-алгоритмические принципы построения и использования ЭВМ. В связи с этим правомерно говорить о поколениях вычислительных машин. Условно каждому поколению можно отвести 10 лет.

ЭВМ проделали большой эволюционный путь в смысле элементной базы (от ламп к микропроцессорам) а также в смысле появления новых возможностей, расширения области применения и характера их использования.

Деление ЭВМ на поколения — весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с ЭВМ.

К первому поколению ЭВМ относятся машины, созданные на рубеже 50-х годов: в схемах использовались электронные лампы. Команд было мало, управление — простым, а показатели объема оперативной памяти и быстродействия — низкими. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Для ввода и вывода использовались печатающие устройства, магнитные ленты, перфокарты и перфоленты.

Ко второму поколению ЭВМ относятся те машины, которые были сконструированы в 1955-65 гг. В них использовались как электронные лампы, так и транзисторы. Оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время появились магнитные барабаны и первые магнитные диски. Появились так называемые языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей последовательности вычислений в наглядном, легко воспринимаемом виде. Появился большой набор библиотечных программ для решения различных математических задач. Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем, поэтому в середине 60х годов наметился переход к созданию ЭВМ, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

Третье поколение ЭВМ. Это машины, создаваемые после 60х годов, обладающих единой архитектурой, т.е. программно совместимых. Появились возможности мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. В ЭВМ третьего поколения применялись интегральные схемы.

Четвертое поколение ЭВМ. Это нынешнее поколение ЭВМ, разработанных после 1970 г. Машины 4го поколения проектировались в расчёте на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратурном отношении для них характерно использование больших интегральных схем как элементной базы и наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой, объемом несколько Мбайт.

Машины 4-го поколения- многопроцессорные, многомашинные комплексы, работающие на внеш. память и общее поле внеш. устройств. Быстродействие достигает десятков миллионов операций в сек, память — нескольких млн. слов.

Переход к пятому поколению ЭВМ уже начался. Он заключается в качественном переходе от обработки данных к обработке знаний и в повышении основных параметров ЭВМ. Основной упор будет сделан на «интеллектуальность».

На сегодняшний день реальный «интеллект», демонстрируемый самыми сложными нейронными сетями, находится ниже уровня дождевого червя, однако, как бы ни были ограничены возможности нейронных сетей сегодня, множество революционных открытий, могут быть не за горами.

1. Первое поколение ЭВМ 1950-1960-е годы

Логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах с нитью накала. В оперативных запоминающих устройствах использовались магнитные барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). В качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы.

Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке, то есть программы были жестко ориентированы на конкретную модель машины и «умирали» вместе с этими моделями.

В середине 1950-х годов появились машинно-ориентированные языки типа языков символического кодирования (ЯСК), позволявшие вместо двоичной записи команд и адресов использовать их сокращенную словесную (буквенную) запись и десятичные числа. В 1956 году был создан первый язык программирования высокого уровня для математических задач — язык Фортран, а в 1958 году — универсальный язык программирования Алгол.

ЭВМ, начиная от UNIVAC и заканчивая БЭСМ-2 и первыми моделями ЭВМ «Минск» и «Урал», относятся к первому поколению вычислительных машин.

2. Второе поколение ЭВМ: 1960-1970-е годы

Логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы). В качестве конструктивно-технологической основы использовались схемы с печатным монтажом (платы из фольгированного гетинакса). Широко стал использоваться блочный принцип конструирования машин, который позволяет подключать к основным устройствам большое число разнообразных внешних устройств, что обеспечивает большую гибкость использования компьютеров. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен килогерц.

Стали применяться внешние накопители на жестких магнитных дисках1 и на флоппи-дисках — промежуточный уровень памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью.

В 1964 году появился первый монитор для компьютеров — IBM 2250. Это был монохромный дисплей с экраном 12 х 12 дюймов и разрешением 1024 х 1024 пикселов. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц.

Создаваемые на базе компьютеров системы управления потребовали от ЭВМ более высокой производительности, а главное — надежности. В компьютерах стали широко использоваться коды с обнаружением и исправлением ошибок, встроенные схемы контроля.

В машинах второго поколения были впервые реализованы режимы пакетной обработки и телеобработки информации.

Первой ЭВМ, в которой частично использовались полупроводниковые приборы вместо электронных ламп, была машина SEAC (Standarts Eastern Automatic Computer), созданная в 1951 году.

В начале 60-х годов полупроводниковые машины стали производиться и в СССР.

3. Третье поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы

В 1958 году Роберт Нойс изобрел малую кремниевую интегральную схему, в которой на небольшой площади можно было размещать десятки транзисторов. Эти схемы позже стали называться схемами с малой степенью интеграции (Small Scale Integrated circuits — SSI). А уже в конце 60-х годов интегральные схемы стали применяться в компьютерах.

Логические схемы ЭВМ 3-го поколения уже полностью строились на малых интегральных схемах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания (единицы вольт) и потребляемая машиной мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ.

В оперативных запоминающих устройствах использовались миниатюрнее ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве внешних запоминающих устройств широко стали использоваться дисковые накопители.

Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующая кэш-память.

Начиная с момента широкого использования интегральных схем в компьютерах, технологический прогресс в вычислительных машинах можно наблюдать, используя широко известный закон Мура. Один из основателей компании Intel Гордон Мур в 1965 году открыл закон, согласно которому количество транзисторов в одной микросхеме удваивается через каждые 1,5 года.

Ввиду существенного усложнения как аппаратной, так и логической структуры ЭВМ 3-го поколения часто стали называть системами.

Так, первыми ЭВМ этого поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и PDP (PDP 1). В Советском Союзе в содружестве со странами Совета Экономической Взаимопомощи (Польша, Венгрия, Болгария, ГДР и др1.) стали выпускаться модели единой системы (ЕС) и системы малых (СМ) ЭВМ.

В вычислительных машинах третьего поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоемкости программирования, эффективности исполнения программ в машинах и улучшению общения оператора с машиной. Это обеспечивается мощными операционными системами, развитой системой автоматизации программирования, эффективными системами прерывания программ, режимами работы с разделением машинного времени, режимами работы в реальном времени, мультипрограммными режимами работы и новыми интерактивными режимами общения. Появилось и эффективное видеотерминальное устройство общения оператора с машиной — видеомонитор, или дисплей.

Большое внимание уделено повышению надежности и достоверности функционирования ЭВМ и облегчению их технического обслуживания. Достоверность и надежность обеспечиваются повсеместным использованием кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок (корректирующие коды Хеммин-га и циклические коды).

Модульная организация вычислительных машин и модульное построение их операционных систем создали широкие возможности для изменения конфигурации вычислительных систем. В связи с этим возникло новое понятие «архитектура» вычислительной системы, определяющее логическую организацию этой системы с точки зрения пользователя и программиста.

4. Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990-е годы

Революционным событием в развитии компьютерных технологий третьего поколения машин было создание больших и сверхбольших интегральных схем (Large Scale Integration — LSI и Very Large Scale Integration — VLSI), микропроцессора (1969 г.) и персонального компьютера. Начиная с 1980 года практически все ЭВМ стали создаваться на основе микропроцессоров. Самым востребованным компьютером стал персональный.

Можно выделить \(5\) основных поколений ЭВМ . Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная.

I поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в \(1946\)-\(1955\) гг.

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.

II поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в \(1955\)-\(1965\) гг.

В \(1948\) году Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн изобрели транзистор, за изобретение транзистора они получили Нобелевскую премию в \(1956\) г.

\(1\) транзистор заменял \(40\) электронных ламп, был намного дешевле и надёжнее.

В \(1958\) году создана машина М-20 , выполнявшая \(20\) тыс. операций в секунду — самая мощная ЭВМ \(50-х\) годов в Европе.

В \(1963\) году сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.

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.

9. Недостаток: несовместимость программного обеспечения.

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.

III поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в \(1965\)-\(1975\) гг.

В \(1958\) году Джек Килби и Роберт Нойс , независимо друг от друга, изобретают интегральную схему (ИС).

В \(1961\) году в продажу поступила первая, выполненная на пластине кремния, интегральная схема.

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 \(1969\) 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.

Обрати внимание!

В \(1971\) году создан первый микропроцессор фирмой Intel . На \(1\) кристалле сформировали \(2250\) транзисторов.

1. Элементная база: интегральные схемы.

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.

IV поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные начиная с \(1975\) г. по начало \(90\)-х годов

В \(1975\) году IBM первой начинает промышленное производство лазерных принтеров.

В \(1976\) году фирма IBM создает первый струйный принтер.

В \(1976\) году создана первая ПЭВМ.

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 \(1976\) году появилась первая дискета диаметром \(5,25\) дюйма.

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.

В \(1988\) году был создан первый вирус-«червь», поражающий электронную почту.

В \(1993\) году начался выпуск компьютеров IBM РС с процессором Pentium .

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.

V поколение ЭВМ: разработки с \(90\)-х годов ХХ века

Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Учебник состоит из двух разделов: теоретического и практического. В теоретической части учебника изложены основы современной информатики как комплексной научно-технической дисциплины, включающей изучение структуры и общих свойств информации и информационных процессов, общих принципов построения вычислительных устройств, рассмотрены вопросы организации и функционирования информационно-вычислительных сетей, компьютерной безопасности, представлены ключевые понятия алгоритмизации и программирования, баз данных и СУБД. Для контроля полученных теоретических знаний предлагаются вопросы для самопроверки и тесты. Практическая часть освещает алгоритмы основных действий при работе с текстовым процессором Microsoft Word, табличным редактором Microsoft Excel, программой для создания презентаций Microsoft Power Point, программами-архиваторами и антивирусными программами. В качестве закрепления пройденного практического курса в конце каждого раздела предлагается выполнить самостоятельную работу.

Книга:

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в таблице 1.

Таблица 1

ЭВМ первого поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники.

Основной недостаток этих ЭВМ – рассогласование быстродействия внутренней памяти и АЛУ и УУ за счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более медленным компонентом – внутренней памятью – и снижало общий эффект. Уже в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток путем асинхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваемая информация «сбрасывается» в буфер, освобождая устройство для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы устройств ввода-вывода использовалась собственная память.

Существенным функциональным ограничением ЭВМ первого поколения являлась ориентация на выполнение арифметических операций. При попытках приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными.

Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов.

Программы выполнялись позадачно, т. е. оператору надо было следить за ходом решения задачи и при достижении конца самому инициировать выполнение следующей задачи.

Начало современной эры использования ЭВМ в нашей стране относят к 1950 году, когда в институте электротехники АН УССР под руководством С.А. Лебедева была создана первая отечественная ЭВМ под названием МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ, Стрела, Урал, М-2.

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода.

Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т. е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т. е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства – системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программы за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет).

К отечественным ЭВМ второго поколения относятся «Проминь», «Минск», «Раздан», «Мир».

В 70-х годах возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения. В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап – переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности.

Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД.

Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач.

Обеспечить режим разделения времени позволил новый вид операционных систем, поддерживающих мультипрограммирование. Мультипрограммирование – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому такие операционные системы носили интерактивный характер, когда в процессе диалога с ЭВМ пользователь решал свои задачи.

Первое поколение ЭВМ создавалось на электронных лампах в период с 1944 по 1954 гг.

Электронная лампа – это прибор, работа которого осуществляется за счет изменения потока электронов, двигающихся в вакууме от катода к аноду.

Движение электронов происходит за счет термоэлектронной эмиссии – испускания электронов с поверхности нагретых металлов. Дело в том, что металлы обладают большой концентрацией свободных электронов, обладающих различной энергией, а, следовательно, и скоростями движения. По мере нагревания металла энергия электронов возрастает, и некоторые из них преодолевают потенциальный барьер на границе металла.

Принцип работы электронной лампы следующий. Если на вход лампы подается логическая единица (например, напряжение 2 Вольта), то на выходе с лампы мы получим либо логический ноль (напряжение менее 1В), или логическую единицу (2В). Логическую единицу получим, если управляющее напряжение отсутствует, так как ток беспрепятственно пройдет от катода к аноду. Если же на сетку подать отрицательное напряжение, то электроны, идущие от катода к аноду, будут отталкиваться от сетки, и, в результате, ток протекать не будет, и на выходе с лампы будет логический ноль. Используя этот принцип, строились все логические элементы ламповых ЭВМ.

В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током, а анодом – небольшой металлический цилиндр. При подаче напряжения на катода под действием термоэлектронной эмиссии с катода начнут исходить электроны, которые в свою очередь будут приниматься анодом.

Применение электронных ламп резко повысило вычислительные возможности ЭВМ, что способствовало быстрому переходу от первых автоматических релейных вычислительных машин к ламповым ЭВМ первого поколения.

Однако, не обошлось без проблем. Использование электронных ламп омрачала их низкая надежность, высокое энергопотребление и большие габариты. Первые ЭВМ были поистине гигантских размеров и занимали несколько комнат в научно-исследовательских институтах. Обслуживание таких ЭВМ было крайне сложным и трудоемким, постоянно выходили из строя лампы, происходили сбои при вводе данных, и возникало множество других проблем. Не менее сложными и дорогостоящими приходилось делать и системы питания (нужно было прокладывать специальные силовые шины для обеспечения питания ЭВМ и делать сложную разводку, чтобы подвести кабели ко всем элементам), и системы охлаждения (лампы сильно грелись, от чего еще чаще выходили из строя).

Несмотря на это, конструкция ЭВМ быстро развивалась, скорость вычисления достигала нескольких тысяч операций в секунду, емкость ОЗУ – порядка 2048 машинных слов. В ЭВМ первого поколения программа уже хранилась в памяти, и использовалась параллельная обработка разрядов машинных слов.

Создаваемые ЭВМ, в основном, были универсальными и использовались для решения научно-технических задач. Со временем производство ЭВМ становится серийным, и они начинают использоваться в коммерческих целях.

В этот же период происходит становление архитектуры Фон-неймановского типа, и многие постулаты, нашедшие свое применение в ЭВМ первого поколения, остаются популярными и по сей день.

Основные критерии разработки ЭВМ, сформулированные Фон-Нейманом в 1946 году, перечислены ниже:

1. ЭВМ должны работать в двоичной системе счисления;

2. все действия, выполняемые ЭВМ, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательного набора команд. Каждая команда должна содержать код операции, адреса операндов и набор служебных признаков;

3. команды должны храниться в памяти ЭВМ в двоичном коде, так как это позволяет:

а) сохранять промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа в том же запоминающем устройстве, где размещается программа;

б) двоичная запись команд позволяет производить операции над величинами, которыми они закодированы;

в) появляется возможность передачи управления на различные участки программы, в зависимости от результатов вычислений;

4. память должна иметь иерархичную организацию, так как скорость работы запоминающих устройств значительно отстает от быстродействия логических схем;

5. арифметические операции должны выполняться на основе схем, выполняющих только операции сложения, а создание специальных устройств – нецелесообразно;

6. для увеличения быстродействия необходимо использовать параллельную организацию вычислительного процесса, т.е. операции над словами будут производиться одновременно во всех разрядах слова.

Стоит отметить, что ЭВМ первого поколения создавались не с нуля. В то время уже были наработки в области построения электронных схем, например, в радиолокации и других смежных областях науки и техники. Однако, наиболее серьезные вопросы были связаны с разработкой запоминающих устройств. Ранее они практически не были востребованы, поэтому какого-либо серьезного опыта в их разработки накоплено не было. Следовательно, каждый прорыв в разработке запоминающих устройств приводил к серьезному шагу вперед в конструировании ЭВМ, так как разработка быстродействующей и емкой памяти – это неотъемлемое условие разработки мощной и быстродействующей ЭВМ.

Первые ЭВМ использовали в качестве запоминающего устройства – статические триггеры на ламповых триодах. Однако, получить запоминающее устройство на электронных лампах приемлемой емкости требовало неимоверных затрат. Для запоминания одного двоичного разряда требовалось два триода, при этом для сохранения информации они должны были непрерывно потреблять энергию. Это, в свою очередь, приводило к серьезным выделениям тепла и катастрофическому снижению надежности. В результате, запоминающее устройство было крайне громоздким, дорогим и ненадежным.

В 1944 году начал разрабатываться новый тип запоминающих устройств, основанный на использовании ультразвуковых ртутных линий задержки. Идея была заимствована из устройства уменьшения помех от неподвижных предметов и земли, разработанного для радаров во время Второй Мировой Войны.

Чтобы убрать неподвижные объекты с экрана радара отражённый сигнал разделяли на два, один из которых посылался непосредственно на экран радара, а второй задерживался. При одновременном выводе на экран нормального и запаздывающего сигналов любое появлявшееся из-за задержки и обратной полярности совпадение стиралось, оставляя только подвижные объекты.

Задержка сигнала осуществлялась с помощью линий задержки — наполненных ртутью трубок с пьезокристаллическим преобразователем на концах. Сигналы от радарного усилителя посылались на пьезокристалл в одном конце трубки, и тот, получая импульс, генерировал небольшое колебание ртути. Колебание быстро передавалось на другой конец трубки, где другой пьезокристалл его инвертировал и передавал на экран.

Ртуть использовалась, потому что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов. Это минимизировало энергетические потери, происходящие при передаче сигнала от кристалла к ртути и обратно.

Для использования в качестве памяти, ртутные линии задержки были несколько доработаны. На принимающем конце трубки был установлен повторитель, который посылал входной сигнал обратно на вход линии задержки, таким образом, импульс, посланный в систему хранения данных, продолжал циркулировать в линии задержки, а, следовательно, сохранялся бит информации до тех пор, пока было электропитание.

Каждая линия задержки сохраняла не один импульс (бит данных), а целый набор импульсов, количество которых определялось скоростью прохождения импульса через ртутную линию задержки (1450 м/с), длительностью импульсов, интервалом между ними и длинной трубки.

Впервые такое устройство хранения данных было использовано в английской ЭВМ – ЭДСАК, вышедшей в свет в 1949 году.

Память на ртутных линиях задержки была огромным шагом вперед, по сравнению с памятью на ламповых триодах, и привела к скачку в развитии вычислительной техники. Однако, она обладала рядом серьезных недостатков:

1. линии задержки требовали строгой синхронизации с устройством считывания данных. Импульсы должны были поступать на приёмник именно в тот момент, когда компьютер был готов считать их;

2. для минимизации энергетических потерь, происходящих при передаче сигнала в линии задержки, ртуть надо содержать при температуре в 40°C, так как при этой температуре ртути удается достигнуть максимального согласования акустических сопротивлений ртути и пьезокристаллов. Это тяжелая и некомфортная работа;

3. изменение температуры ртути также приводило к уменьшению скорости прохождения звука. Приходилось поддерживать температуру в строго заданных рамках, либо регулировать тактовую частоту компьютера, подстраиваясь под скорость распространения звука в ртути при текущей температуре;

4. сигнал мог отражаться от стенок и концов трубки. Приходилось применять серьезные методы для устранения отражений и тщательно настраивать положение пьезокристаллов;

5. скорость работы памяти на ртутных линиях задержки была невелика и ограничивалась скоростью звука в ртути. В результате, она была слишком медленной и значительно отставала от вычислительных возможностей ЭВМ, что сдерживало их развитие. В результате, скорость ЭВМ с памятью на ультразвуковых ртутных линиях задержки составляла несколько тысяч операций в секунду;

6. ртуть – чрезвычайно токсичный и дорогой материал, применение которого связано с необходимостью соблюдения жестких норм безопасности.

Поэтому требовалась новая, более быстрая память для продолжения развития ЭВМ. Вскоре, после создания первой ЭВМ на ультразвуковых ртутных линиях задержки, начались работы по исследованию нового типа памяти, использующего электронно-лучевые трубки, представляющие собой модификацию осциллографических трубок.

Впервые, способ хранения данных с помощью электронно-лучевых трубок был разработан в 1946 году Фредериком Уильямсом. Изобретение Уильямсона могло сохранять всего один бит и работало следующим образом.

С помощью электронно-лучевой трубки пучок электронов фокусировался на участке пластины, покрытой специальным веществом. В результате, этот участок под действием вторичной эмиссии испускал электроны и приобретал положительный заряд, который сохранялся доли секунды, даже после отключения луча. Если через короткие интервалы времени повторять бомбардировку электронами, то заряд участка можно сохранять столько, сколько потребуется.

Если же луч, не отключая, чуть передвинуть на соседний участок, то электроны, испущенные соседним участком, будут поглощены первым участком, и он примет нейтральный заряд.

Таким образом, в ячейку, состоящую из двух смежных участков, можно быстро записывать 1 бит информации. Ячейка без заряда – 1, ячейка с положительным зарядом – 0.

Для считывания сохраненного бита информации, с противоположной стороны пластины прикреплялись электроды, измеряющие величину изменения заряда ячейки, а сама ячейка подвергалась повторному воздействию лучом электронов. В результате, независимо от первоначального состояния, она получала положительный заряд. Если ячейка уже имела положительный заряд, то изменение ее заряда было меньше, чем, если бы она имела нейтральный заряд. Анализируя величину изменения заряда, определяли значение сохраненного в этой ячейке бита.


Однако, процесс считывания данных уничтожал информацию, сохраненную в ячейке, поэтому после операции чтения приходилось повторно записывать данные. В этом процесс работы с памятью на электронно-лучевых трубках был очень похож на работу с современной динамической памятью.

Первый компьютер с такой памятью появился летом 1948 года и позволял сохранять до тридцати двух тридцати двух разрядных двоичных слов.

Со временем память на электронно-лучевых трубках была заменена памятью с магнитными сердечниками. Этот тип памяти был разработан Дж. Форрестером и У. Папяном, и введен в эксплуатацию в 1953 году.

Память на магнитных сердечниках хранила данные в виде направления намагниченности небольших ферритовых колец. Каждое кольцо сохраняло 1 бит информации, а вся память представляла собой прямоугольную матрицу.

В простейшем случае устройство памяти было следующим.

Вдоль строк матрицы через кольца пропускались провода возбуждения (на рисунке они выделены зеленым цветом). Аналогичные провода пропускались через кольца вдоль столбцов матрицы (синий цвет).

Ток, проходящий через эти провода, устанавливал направление намагниченности колец. Причем, сила тока была такова, что один провод не мог изменить направление намагниченности, а, следовательно, направление намагниченности изменялось только в кольце, находящемся на пересечении красного и синего провода. Это было необходимо, так как на каждый провод возбуждения было нанизано несколько десятков ферритовых колец, а изменять состояние нужно было только в одном кольце.

Если в выбранном кольце изменять состояние намагниченности не требовалось, то подавали ток в провод запрета (красный цвет) в направлении, противоположном току в проводах возбуждения. В результате, сумма токов была недостаточной для изменения намагниченности кольца.

Таким образом, в каждом колечке могли храниться 1 или 0, в зависимости от направления намагниченности.

Для считывания данных с выбранного ферритового кольца, на него по проводам возбуждения подавались такие импульсы тока, что их сумма приводила к намагниченности кольца в определенном направлении, независимо от первоначального намагничивания.

При изменении намагниченности кольца в проводе считывания возникал индукционный ток. Измеряя его, можно было определить, насколько изменилось направление намагниченности в кольце, а, следовательно, узнать хранимое им значение.

Как видите, процесс считывания уничтожал данные (также, как и в современной динамической памяти), поэтому после считывания было необходимо заново записать данные.

Вскоре, этот тип памяти стал доминирующим, вытеснив электронно-лучевые трубки и ультразвуковые ртутные линии задержки. Это дало еще один скачок в производительности ЭВМ.

Дальнейшее развитие и совершенствование ЭВМ позволило им прочно занять свою нишу в области науки и техники.

К числу передовых ЭВМ первого поколения можно отнести:

ENIAC — первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер, созданный в 1946 году по заказу армии США в лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. В эксплуатацию введен 14 февраля 1946 года;

EDVAC — одна из первых электронных вычислительных машин, разработанная в лаборатории баллистических исследований армии США, представленная публике в 1949 году;

EDSAC — электронная вычислительная машина, созданная в 1949 году в Кембриджском Университете (Великобритания) группой во главе с Морисом Уилксом;

UNIVAC — универсальный автоматический компьютер, созданный в 1951 году Д. Моучли и Дж. Преспер Эккерт;

IAS — ЭВМ Института Перспективных Исследований, разработанная под руководством Дж. Неймана в 1952 году;

Whirlwind – ЭВМ, созданная в Массачусетском Технологическом Университете в марте 1951 года;

МЭСМ — Малая Электронная Счетная Машина – первая отечественная ЭВМ, созданная в 1950 году С.А. Лебедевым;

БЭСМ — Большая Электронная Счетная Машина, разработанная Институтом Точной Механики и Вычислительной Техники Академии наук СССР.

Все эти и многие другие вычислительные машины первого поколения подготовили надежную стартовую площадку для победного марша ЭВМ по всему миру.

Стоит отметить, что не было резкого перехода от ЭВМ первого поколения на электронных лампах к ЭВМ второго поколения на транзисторах. Электронные лампы постепенно заменялись, вытесняясь твердотельными транзисторами. В первую очередь, были вытеснены электронные лампы из устройств хранения данных, а затем постепенно они вытеснялись из арифметико-логических устройств.

Слева, схематично изображен переход от чисто ламповых ЭВМ к ЭВМ второго поколения.

За время существования ламповых ЭВМ их структура, изображенная на рисунке ниже, не претерпела серьезных изменений. Переход ко второму поколению ЭВМ также не внес существенных изменений в их структурное построение. В основном, изменилась только элементная база. Серьезные изменения структуры построения ЭВМ начались ближе к третьему поколению ЭВМ, когда начали появляться первые интегральные схемы.

С помощью устройства ввода данных (УВв), в ЭВМ вводились программы и исходные данные к ним. Введенная информация целиком или полностью запоминалась в оперативном запоминающим устройстве (ОЗУ). Затем, при необходимости, она заносилась во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), откуда по мере надобности могла подгружаться в ОЗУ.

После ввода данных или считывания их из ВЗУ, программная информация, команда за командой, считывалась из ОЗУ и передавалась в устройство управления (УУ).

Устройство управления дешифрировало команду, определяло адреса операндов и номер следующей команды, которую нужно было считать из ОЗУ. Затем, путем принудительной координации всех элементов ЭВМ, УУ организовывало исполнение команды и запрашивало следующую. Цепи сигналов управления показаны на рисунке штриховыми линиями.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняло арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является вычислительное ядро, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др.

Промежуточные результаты, полученные после выполнения отдельных команд, сохранялись в ОЗУ. Результаты, полученные после выполнения всей программы вычисления, передавались на устройство вывода (УВыв). В качестве УВыв использовались: экран дисплея, принтер, графопостроитель и т.д.

Как видно из приведенной выше структурной схемы, ЭВМ первого поколения имели сильную централизацию. Устройство управления отвечало не только за выполнение команд, но и контролировало работу устройств ввода и вывода данных, пересылку данных между запоминающими устройствами и другие функции ЭВМ. Также были жестко стандартизированы форматы команд, данных и циклов выполнения операций.

Все это позволяло несколько упростить аппаратуру ЭВМ, ужасно сложную, громоздкую и без изысков организации вычислительного процесса, но значительно сдерживало рост их производительности.

Первая ЭВМ на электронных лампах была создана в США и называлась ЭНИАК. Она оказала существенное влияние на направление развития вычислительной техники. Вскоре, за примером США последовали и многие другие промышленно-развитые страны (Великобритания, Швейцария, СССР и др.), уделявшие развитию вычислительной техники в послевоенный период много внимания.

Однако, наибольшее значение в развитии вычислительной техники оказали исследования, проводимые в США, СССР и Великобритании. В других же странах, например во Франции, ФРГ, Японии, ЭВМ, относящиеся к первому поколению, не получили серьезного развития. В частности, для ФРГ, Испании и Японии даже трудно отделить рамки перехода от ЭВМ первого поколения к ЭВМ второго поколения, так как, наряду с первыми ламповыми ЭВМ, в конце пятидесятых годов начинали создаваться и первые ЭВМ на полупроводниковой основе.

Список используемой литературы

1. История развития вычислительной техники. Ланина Э.П. ИрГТУ, Иркутск – 2001 г.

2. Развитие вычислительной техники. Апокин И.А. М., «Наука», 1974 г.

3. Курс физики. Трофимова Т.И. Москва «Высшая школа», 2001 г.

Ответы на вопрос «Поколения вычислительных машин. Аналоговые и цифровые вычислительные …»

Четвертое поколение ЭВМ 1974 – 1982

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

·            Мультипроцессорность

·            Языки высокого уровня

·            Компьютерные сети

·            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:

·            ПИС – (Простые интегральные схемы) до 10 элементов

·            МИС – (Малые интегральные схемы) до 100 элементов

·            СИС – (Средние интегральные схемы) до 1 000 элементов

·            БИС – (Большие интегральные схемы) до 10 000 элементов

·            СБИС – (Сверхбольшие интегральные схемы) до 1 000 000 элементов

·            УБИС – (Ультрабольшие интегральные схемы) до 1 000 000 000 элементов

·            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

·            Применение модульности для создания программного обеспечения

·            Средняя задержка сигнала 0.7 нс/вентиль

·            Впервые модули операционной системы начали реализовывать на аппаратном уровне

·            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.

Поколения и виды ЭВМ реферат по информатике

Филиал Санкт – Петербургского Университета МВД РФ Кафедра информатики и математики Контрольная работа по курсу: Информатика. НА тему: ″ Поколения и виды ЭВМ. История развития и перспективы ″. Романский Дмитрий Владимирович Слушатель I курса 13 группы Заочного факультета Домашний адрес : 183014 г. Мурманск ул. Баумана д.32 кв.11 д.т. 59-29-79 р.т. 59-86-18 МУРМАНСК 2 0 0 3 Т Е М А : ″ Поколения и виды ЭВМ. История развития и перспективы. ″ 1 П Л А Н . ВВЕДЕНИЕ 1. История возникновения компьютера. 2. Значение компьютера в наши дни. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА В В Е Д Е Н И Е Компьютеры появились очень давно в нашем мире, но только в последнее время их начали так усиленно использовать во многих отраслях человеческой жизни. Ещё десять лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональ ный компьютер — они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма 2 эта классификация, вошедшая в употребление, была расширена и появились компьютеры четвёртого и пятого поколений. Для понимания истории компьютерной техники введённая классифика ция имела, по крайней мере, два аспекта: первый — вся деятельность, связанная с компьютерами, до создания компьютеров ENIAC рассматривалась как предыстория ; второй — развитие компьютерной техники определялось непосред ственно в терминах технологии аппаратуры и схем. Второй аспект подтверждает и главный конструктор фирмы DEC и один из изобретателей мини-компьютеров Г.Белл, говоря, что ’’ история компьютер ной индустрии почти всегда двигалась технологией’’. Переходя к оценке и рассмотрению различных поколений, необходимо прежде всего заметить, что поскольку процесс создания компьютеров проис ходил и происходит непрерывно ( в нём участвуют многие разработчики из многих стран, имеющие дело с решением различных проблем ), затрудни тельно, а в некоторых случаях и бесполезно, пытается точно установить, когда то или иное поколение начиналось или заканчивалось. В 1883 г. Томас Альва Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью ввёл в её вакуумный баллон платиновый электрод и положи тельное напряжение, то в вакууме между электродом и нитью протекает ток. Не найдя никакого объяснения столь необычному явлению, Эдисон ограничивается тем, что подробно описал его, на всякий случай взял патент и отправил лампу на Филадельфийскую выставку. О ней в декабре 1884 г. в журнале ’’Инженеринг’’ была заметка ’’ Явление в лампочке Эдисона’’. Американский изобретатель не распознал открытия исключительной важности (по сути это было его единственное фундаментальное открытие — термоэлек тронная эмиссия).Он не понял, что его лампа накаливания с платиновым элек тродом по существу была первой в мире электронной лампой. Первым, кому пришла в голову мысль о практическом использовании ’’ эффекта Эдисона ’’ был английский физик Дж. А. Флеминг (1849 — 1945 ). Работая с 1882 г. консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он узнал о 5 ’’ явлении ’’ из первых уст — от самого Эдисона. Свой диод — двухэлектрод ную лампу Флейминг создал в 1904 г. В октябре 1906 г. американский инженер Ли де Форест изобрёл элек тронную лампу — усилитель, или аудион, как он её тогда назвал, имевший тре тий электрод — сетку. Им был введён принцип, на основе которого строились все дальнейшие электронные лампы, — управление током, протекающим между анодом и катодом, с помощью других вспомогательных элементов. В 1910 г. немецкий инженеры Либен, Рейнс и Штраус сконструировали триод, сетка в котором выполнялась в форме перфорированного листа алюми ния и помещалась в центре баллона, а чтобы увеличить эмиссионный ток, они предложили покрыть нить накала слоем окиси бария или кальция. В 1911 г. американский физик Ч. Д. Кулидж предложил применить в качестве покрытия вольфрамовой нити накала окись тория — оксидный катод — и получил вольфрамовую проволоку, которая произвела переворот в ламповой промышленности. В 1915 г. американский физик Ирвинг Ленгмюр сконструировал двух электронную лампу — кенотрон, применяемую в качестве выпрямительной лампы в источниках питания. В 1916 г. ламповая промышленность стала выпус кать особый тип конструкции ламп — генераторные лампы с водяным охлажде нием. Идея лампы с двумя сотками — тетрода была высказана в 1919 г. немец ким физиком Вальтером Шоттки и независимо от него в 1923 г. — американцем Э. У. Халлом, а реализована эта идея англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х г.г. В 1929 г. голландские учёные Г. Хольст и Б. Теллеген соз дали электронную лампу с 3-мя сетками — пентод. В 1932 г. был создан гептод, в 1933 — гексод и пентагрид, в 1935 появились лампы в металлических кор пусах.. Дальнейшее развитие электронных ламп шло по пути улучшения их функциональных характеристик, по пути многофункционального использова ния. 6 Проекты и реализация машин ’’ Марк — 1 ’’, EDSAC и EDVAC в Англии и США , МЭСМ в СССР заложили основу для развёртывания работ по созданию ЭВМ вакуумноламповой технологии — серийных ЭВМ первого поколения. Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 г. Эккертом и Маучли, основав шими в декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец ма шины ( UNIVAC-1 ) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуа тацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с так товой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутрен нее запоминающее устройство в ёмкостью 1000 12 -разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки. Вскоре после ввода в эксплуатацию машины UNVIAC — 1 её разработчики выдвинули идею автома тического программирования. Она сводилась к тому, чтобы машина сама могла подготавливать такую последовательность команд, которая нужна для решения данной задачи. Пятидесятые годы — годы расцвета компьютерной техники, годы значи тельных достижений и нововведений как в архитектурном, так и в научно — техническом отношении. Отличительные особенности в архитектуре современ ной ЭВМ по сравнению с неймановской архитектурой впервые появились в ЭВМ первого поколения. Сильным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 50 — х г.г. было отсутствие быстродействующей памяти. По словам одного из пионеров вычислительной техники — Д. Эккерта, ’’ архитектура машины опреде ляется памятью ’’. Исследователи сосредоточили свои усилия на запоминаю щих свойствах ферритовых колец, нанизанных на проволочные матрицы. В 1951 г. в 22 — м томе ’’ Journal of Applid Phisics ’’ Дж. Форрестер опуб ликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения циф ровой информации. В машине ’’ Whirlwind — 1 ’’ впервые была применена память на магнит. Она представляла собой 2 куба с 323217 сердечниками, которые 7 В проекте вначале предполагалось применить память на трубках Виль ямса, но до 1955 г. в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линии задержки. По тем временам БЭСМ была весьма производительной ма шиной — 800 оп / с. Она имела трёхадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию, пакетам прик ладных программ. Серийно машина стала выпускаться в 1956 г. под названием БЭСМ — 2. В этот же период в КБ, руководимом М. А . Лесечко, началось проектирование другой ЭВМ, получившей название ’’ Стрела ’’. Осваивать серийное производство этой машины было поручено московскому заводу САМ. Главным конструктором стал Ю. А. Базилевский, а одним из его помощников — Б. И. Рамеев, в дальнейшем конструктор серии ’’ Урал ’’. Проблемы серийного производства предопределили некоторые особенности ’’ Стрелы ’’ : невысокое по сравнению с БЭСМ быстродействие, просторный монтаж и т. д. В машине в качестве внешней памяти применялись 45 — дорожечные магнитные ленты, а оперативная память — на трубках Вильямса. ’’ Стрела ’’ имела большую разряд ность и удобную систему команд. Первая ЭВМ ’’ Стрела ’’ была установлена в отделении прикладной математики Математического института АН ( МИАН ), а в конце 1953 г. началось серийное её производство. В лаборатории электросхем энергетического института под руководством И. С. Брука в 1951 г. построили макет небольшой ЭВМ первого поколения под названием М-1. В следующем году здесь была создана вычислительная маши на М — 2, которая положила начало созданию экономичных машин среднего класса. Одним из ведущих разработчиков данной машины был М. А. Карцев, внёсший впоследствии большой вклад в развитие отечественной вычислитель ной техники. В машине М — 2 использовались 1879 ламп, меньше, чем в ’’ Стре ле ’’, а средняя производительность составляла 2000 оп / с. Были задействованы 3 типа памяти : электростатическая на 34 трубках Вильямса, на магнитном бара бане и на магнитной ленте с использованием обычного для того времени магни тофона МАГ — 8. В 1955 — 1956 г.г. коллектив лаборатории выпустил малую ЭВМ М — 3 с быстродействием 30 оп / с и оперативной памятью на магнитном 10 барабане. Особенность М — 3 заключалась в том, что для центрального устройс тва управления был использован асинхронный принцип работы. Необходимо отметить, что в 1956 г. коллектив И. С. Брука выделился из состава энергети ческого института и образовал Лабораторию управляющих машин и систем, ставшую впоследствии Институтом электронных управляющих машин ( ИНЭ УМ ). Ещё одна разработка малой вычислительной машины под названием ’’ Урал ’’ была закончена в 1954 г. коллективом сотрудников под руководством Рамеева.. Эта машина стала родоначальником целого семейства ’’ Уралов ’’, последняя серия которых ( ’’ Урал -16 ’’ ), была выпущена в 1967 г. Простота машины, удачная конструкция, невысокая стоимость обусловили её широкое применение. В 1955 г. был создан Вычислительный центр Академии наук, предназна ченный для ведения научной работы в области машинной математики и для предоставления открытого вычислительного обслуживания другим организа циям Академии. Во второй половине 50 — х г.г. в нашей стране было выпущено ещё 8 типов машин по вакуумно — ламповой технологии. Из них наиболее удач ной была ЭВМ М — 20, созданная под руководством С. А. Лебедева, который в 1954 г. возглавил ИТМ и ВТ. Машина отличалась высокой производительнос тью ( 20 тыс. оп / с ), что было достигнуто использованием совершенной эле ментной базы и соответствующей функционально — структурной организации. Как отмечают А. И. Ершов и М. Р. Шура — Бура, ’’ эта солидная основа возла гала большую ответственность на разработчиков, поскольку машина, а более точно её архитектуре, предстояло воплотиться в нескольких крупных сериях ( М — 20, БЭСМ — 3М, БЭСМ — 4, М — 220, М — 222 ) ’’. Серийный выпуск ЭВМ М — 20 был начат в 1959 г.. В 1958 г. под руководством В. М. Глушкова ( 1923 — 1982) в Институте кибернетики АН Украины была создана вычислительная машина ’’ Киев ’’, имевшая производительность 6 — 10 тыс. оп / с. ЭВМ ’’ Киев ’’ впервые в нашей стране использовалась для дистанционного управления тех нологическими процессами. В то же время в Минске под руководством Г. П. Лопато и В. В. Пржиялковского начались работы по созданию первой машины известного в дальнейшем семейства ’’ Минск — 1 ’’. Она выпускалась минским 11 заводом вычислительных машин в различных модификациях : ’’ Минск — 1 ’’, ’’ Минск — 11 ’’, ’’ Минск — 12 ’’, ’’ Минск — 14 ’’. Машина широко использовалась в вычислительных центрах нашей страны. Средняя производительность маши ны составляла 2 — 3 тыс. оп / с. При рассмотрении техники компьютеров первого поколения, необходимо особо остановиться на одном из устройств ввода — вывода. С начала появления первых компьютеров выявилось противоречие между высоким быстродейст вием центральных устройств и низкой скоростью работы внешних устройств. Кроме того, выявилось несовершенство и неудобство этих устройств. Первым носителем данных в компьютерах, как известно, была перфокарта. Затем появи лись перфорационные бумажные ленты или просто перфоленты. Они пришли из телеграфной техники после того, как в начале XIX в. отец и сын из Чикаго Чарлз и Говард Крамы изобрели телетайп. Перфоленты стали заменять перфо карты в табуляторах, а затем в первых компьютерах — в релейных машинах Д. Штибитца и Г. Айкена, в английских машинах ’’ Колосс ’’ из Блетчи — Парка и др. 2. ЗНАЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА В НАШИ ДНИ. Современные вычислительные машины представляют одно из самых значи тельных достижений человеческой мысли, влияние которого на развитие нуачно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распрос транение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ. За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из “волшебного”, но при этом дорого го, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину — персональный компьютер — состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых прибо ров, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки. В результате этого превращения компьютеры стали применяться повсюду. Они управляют 12 Мы часто жалуемся, что другие люди не понимают нас; но пока и сами персо нальные компьютеры не способны до конца понять нас, или понять, что мы хо тим сказать с полуслова. И в течение какого-то периода времени нам придётся довольствоваться такими машинами, которые просто следуют нашим указани ям, исполняя их “с точностью до миллиметра”. Для общения с компьютерами, ещё во времена перфокарт, тогдашние программисты использовали язык прог раммирования, очень похожий на современный Ассемблер. Это такой язык, где все команды, поступающие к компьютеру пишутся подробно при помощи спе циальных слов и значков{?}. В наше время усиленно используются языки прог раммирования более высокого уровня, работать с которыми намного легче чем с Ассемблером, так как в них одно слово может заменять сразу несколько ко манд. И притом большинство языков программирования высокого уровня в наз ваниях команд, используемых при общении с компьютером, используют экви валенты, названные на английском языке, что, естественно, облегчает програм мирование. Но в них есть один минус по сравнению с языками, подобными Ас семблеру — в Ассемблере все команды, поступаемые из программы чётко рас пределяются в памяти компьютера, занимая свободные места, тем самым зна чительно выигрывая в скорости; а языки высокого уровня не умеют этого, соот ветственно теряя в скорости исполнения программы. А в нашем сегодняшнем мире всем известно, что: “Время — деньги”. Робототехника также представляет собой перспективную область применения компьютеров. На промышленных предприятиях используется сейчас множество робототехнических устройств; неожиданные и удивительные виды роботов начинают заполнять и научно- исследовательские лаборатории. Существуют множество хирургических и точ ных производственных операций, которые могут и будут выполняться робота ми, управляемыми компьютерами (так как во многих случаях роботы справля ются с этими действиями лучше чем люди). Возможность и целесообразность применения роботов в качестве слуг, официантов, билетных кассиров и в дру гих ролях уже нашли своё отражение в продукции кино и телевидения, в кни гах. Но, к сожалению, пока — это всё мечты, которые люди постепенно пыта ются воплотить в реальность. Но ведь не всеми качествами компьютер уступает 15 своему создателю — человеку. Ведь он способен теперь решать задачи повы шенной сложности в любых количествах за очень быстрый промежуток време ни и притом без ошибок в вычислениях. Раньше, при компьютерах первых поко лений, конечно, все тяжёлые вычисления легче было производить вручную, из бегая привлечения ЭВМ в процесс решения. Это приносило много ошибок, но зато было менее хлопотно и главное — намного быстрее. С появлением компью теров, начиная примерно, с 4-ого поколения проблема скорости расчётов отпа ла сама собой, и человек уступил свою пальму первенства своему ”детищу” — компьютерам. Но самый большой плюс, которым обладали компьютеры, ещё со времён ЭВМ — память компьютера. С самого начала память ЭВМ, благодаря мастерству разработчиков запоминающих устройств, начала вести конкурен цию с памятью человека, медленно, но уверенно превышая объём человечес кой. На первых порах она была немного меньше чем объём памяти человека, но вскоре превысила эту планку, и теперь нам уже тяжело сравнить эти два пара метра, так как машина ушла от человека далеко вперёд. Хотя, пока компьютер уступает человеку с точки зрения творческой деятельности, потому что машина не наделена пока такими качествами, которые смогли бы ей помочь создать что- нибудь новое, что не введено в её память самим человеком. Большинство людей, по-видимому, считают, что термины “вычислительная машина” и “вы числительная техника” синонимами и связывают их с физическим обору дованием, как, например, микропроцессором, дисплеем, дисками, принтерами и другими устройствами, привлекающими внимание людей, когда человек видит компьютер. Хотя эти устройства и важны, всё-таки они составляют только “вер хушку айсберга”. На начальном этапе использования современного компьютера мы имеем дело не с самим компьютером, а с совокупностью правил, называ емых языками программирования, на которых указываются действия, которые должен выполнять компьютер. Важное значение языка программирования под чёркивается тем фактом, что сама вычислительная машина может рассматри ваться как аппаратный интерпретатор какого-нибудь конкретного языка, кото рый называется машинным языком. Для обеспечения эффективной работы ма шины разработаны машинные языки, использование 16 которых представляет из вестные трудности для человека. Большинство пользователей не чувствуют этих неудобств благодаря наличию одного или нескольких языков, созданных для улучшения связи человека с машиной. Гибкость вычислительной машины проявляется в том, что она может исполнять программы-трансляторы (в общем случае онм называются компиляторами или интерпретаторами) для преобразо вания программ с языков, ориентированных на пользователей, в программы на машинном языке. (В свою очередь даже сами программы, игры, системные оболочки являются ни чем иным, как довольно простая программа-транслятор, которая по мере работы, или игры обращается при помощи своих команд к “компьютерным внутренностям и наружностям”, транслиуя свои команды в машинные языки. И всё это происходит в реальном времени.) ЗАКЛЮЧЕНИЕ На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи ин формационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений ( факсов, E — Mail писем и прочего ) не отходя от рабоче го места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением. 17

от Древнего Рима до Второй Мировой / Хабр

Лень — двигатель прогресса. Стремление человечества хотя бы частично автоматизировать свою деятельность всегда выливалось в различные изобретения. Математические вычисления и подсчеты также не избежали научного прогресса. Ещё в Древнем Риме местные «таксисты» использовали аналог современного таксометра — механическое устройство, которое определяло стоимость поездки в зависимости от длины маршрута. Время шло, и к середине прошлого века эволюция вычислительных систем привела к появлению нового типа устройств — компьютеров. Тогда, конечно, их так никто не называл. Для этого использовался другой термин — ЭВМ (электронно-вычислительная машина). Но время и прогресс стерли границы между этими определениями. Так как же прогресс дошел до первых ЭВМ и как они работали?

История развития


Арифмометр

Одно из главных событий в истории развития вычислительных систем является изобретение арифмометра. Арифмометр — это механическая вычислительная машина, предназначенная для выполнения алгебраических операций. Первая схема такого устройства датируется 1500 годом за авторством Леонардо да Винчи. Вокруг его схемы в 60-х годах 20 века возникло много споров. Доктор Роберто Гуателли, работавший в IBM с 1951 года по проекту воссоздания машин Леонардо да Винчи, в 1968 году создал копию счетной машины по эскизам 16-го века.




Данная машина представляла собой 13-разрядную суммирующую машину.

В следующем году вокруг этой машины начали появляться различные возражения, а именно по поводу её механизма. Существовало мнение о том, что машина да Винчи представляет собой механизм пропорционирования, а не счетную машину. Также возникал вопрос и о её работе: по идее, 1 оборот первой оси вызывает 10 оборотов второй, 100 оборотов третьей и 10 в степени n оборотов n-ной оси. Работа такого механизма не могла осуществляться из-за огромной силы трения. По итогу голоса сторонников и противников счетной машины Леонардо да Винчи разделились, но, тем не менее, IBM решила убрать эту модель из коллекции

Но, оставим наработки Леонардо Да Винчи. Расцвет арифмометров пришелся на 17 век. Первой построенной моделью стал арифмометр Вильгельма Шиккарда в 1623 году. Его машина была 6-разрядной и состояла из 3 блоков — множительного устройства, блока сложения-вычитания и блока записи промежуточных результатов. 


Копия арифмометра Шиккарда

Также 17 век отметился ещё несколькими арифмометрами: «паскалина» за авторством Блеза Паскаля, арифмометр Лейбница и машина Сэмюэля Морленда. В промышленных масштабах арифмометры начали производиться в начале 19 века, а распространены были практически до конца 20-го.

Аналитическая и разностная машины Бэббиджа

Чарльз Бэббидж — английский математик, родившийся в конце 18 века. На его счету числится большое количество научных работ и изобретений. Но в рамках данной статьи нас интересуют два его проекта: аналитическая машина и разностная машина.

Идея о создании разностной машины не принадлежит Чарльзу Бэббиджу. Она впервые была описана немецким инженером Иоганном Мюллером в книге с очень сложным названием. До конца не ясно, повлияли ли на Бэббиджа идеи Мюллера при создании разностной машины, поскольку Чарльз ознакомился с его работой в переводе, дата создания которого неизвестна.


Книга Иоганна Мюллера

Считается, что основные идеи для создания разностной машины Бэббидж взял из работ Гаспара де Прони и его идей о декомпозиции математических работ. Его идея заключалась в следующем: есть 3 уровня, на каждом из которых математики занимаются решением определенных проблем. На верхнем уровне находятся самые крутые математики и их задача — вывод математических выражений, пригодных для расчетов. У математиков на втором уровне стояла задача вычислять значения функций, которые вывели на верхнем уровне, для аргументов, с определенным периодом. Эти значения становились опорными для третьего уровня, задачей которого являлись рутинные расчеты. От них требовалось делать только грамотные вычисления. Их так и называли — «вычислители». Эта идея навела Бэббиджа на мысль о создании машины, которая могла бы заменить «вычислителей». Машина Бэббиджа основывалась на методе аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Собственно, поэтому машина и называется разностной. 

В 1822 году Бэббидж построил модель разностной машины и заручился государственной поддержкой в размере 1500 фунтов стерлингов. Он планировал, что закончит машину в течение 3 лет, но по итогу работа была не завершена и через 9 лет. За это время он получил ещё 15500 фунтов стерлингов в виде субсидий от государства. Но всё же часть машины функционировала и производила довольно точные (>18 знаков после запятой) расчеты.


Созданная на основе работ Бэббиджа разностная машина

Во время работы над разностной машиной у Чарльза Бэббиджа возникла идея о создании аналитической машины — универсальной вычислительной машины. Её называют прообразом современного цифрового компьютера, и не зря. Она состояла из арифметического устройства (»мельницы»), памяти (»склада») и устройства ввода-вывода, реализованного с помощью перфокарт различного типа. К сожалению, данная идея осталась лишь на бумаге.


Схема аналитической машины Бэббиджа

Табулятор 

История электромеханических машин начинается в 1888 году, когда американский инженер Герман Холлерит, основатель компании CTR (будущая IBM), изобрел электромеханическую счетную машину — табулятор, который мог считывать и сортировать данные, закодированные на перфокартах. В аппарате использовались электромагнитные реле, известные еще с 1831 года и до Холлерита не применявшиеся в счетной технике. Управление механическими счетчиками и сортировкой осуществлялось электрическими импульсами, возникающими при замыкании электрической цепи при наличии отверстия в перфокарте. Импульсы использовались и для ввода чисел, и для управления работой машины. Поэтому табулятор Холлерита можно считать первой счетной электромеханической машиной с программным управлением. Машину полностью построили в 1890 году и использовали при переписи населения США в том же году. Впоследствии табуляторы использовались вплоть до 1960-х — 1970-х годов в бухгалтерии, учете, обработке данных переписей и подобных работах. И даже если в учреждении имелась полноценная ЭВМ, табуляторы все равно использовали, чтобы не нагружать ЭВМ мелкими задачами. 


Табулятор IBM

Электромеханические машины времен ВМВ

Следующий виток в развитии вычислительной техники пришелся на Вторую мировую войну. Расчетные машины использовали для атак на вражеские шифры, расчета баллистики и при разработке сложных видов вооружения (авиация, ядерное оружие). 

В 1937 году Клод Шеннон в своей работе A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits показал, что электронные связи и переключатели могут представлять выражения булевой алгебры. Машины тех лет можно условно на два типа: электромеханические (основанные на электромагнитных переключателях) и электронные (полностью на электровакуумных лампах). К первым относились американский Harvard Mark I и компьютеры немецкого инженера Конрада Цузе. 

Mark I

Работа над Mark I началась в 1939 году в Endicott laboratories по субподрядному договору с IBM. В качестве основы использовались наработки Чарльза Бэббиджа. Компьютер последовательно считывал инструкции с перфоленты, условного перехода не было, циклы организовывались в виде склеенных в кольцо кусков перфоленты. Принцип разделения данных и инструкций в Mark I получил известность как Гарвардская архитектура. Машину закончили в 1944 году и передали в ВМФ США. Характеристики:

  • 765 тысяч деталей (электромеханических реле, переключателей и т. п.)
  • Длина — 17 м, высота — 2.5 м, вес — 4.5 тонн
  • Потребляемая мощность — 4 кВт
  • Объем памяти — 72 числа, состоящих из 23 разрядов (память на десятичных цифровых колесах)
  • Вычислительная мощность — 3 операции сложения и вычитания в секунду, 1 операция умножения в 6 секунд, 1 операция деления в 15.3 секунды, логарифм и тригонометрические операции требовали больше минуты.


Mark 1
Z3-Z4

В 1936 немецкий инженер Конрад Цузе начал работу над своим первым вычислителем Z1. Первые две модели из серии Z были демонстративными. Следующий же компьютер, Z3, который закончили в 1941, имел практическое применение: с его помощью делали аэродинамические расчеты (стреловидные крылья самолетов, управляемые ракеты). Машина была выполнена на основе телефонных реле. Инструкции считывались с перфорированной пленки. Так же, как в Mark I, отсутствовали инструкции условного перехода, а циклы реализовывались закольцованной перфолентой. Z3 имел некоторые преимущества перед своими будущими собратьями (ENIAC, Mark I): вычисления производились в двоичной системе, устройство позволяло оперировать числами с плавающей точкой. Так как Цузе изначально исходил из гражданских интересов, его компьютеры более близки к современным, чем тогдашние аналоги. В 1944 году практически был завершен Z4, в котором уже присутствовали инструкции условного перехода. Характеристики Z3:

  • Арифметическое устройство: с плавающей точкой, 22 бита, +, −, ×, /, квадратный корень.
  • Тактовая частота: 5,3 Гц.
  • Средняя скорость вычисления: операция сложения — 0,8 секунды; умножения — 3 секунды.
  • Хранение программ: внешний считыватель перфоленты.
  • Память: 64 слова с длиной в 22 бита.
  • Ввод: десятичные числа с плавающей запятой.
  • Вывод: десятичные числа с плавающей запятой.
  • Элементов: 2600 реле — 600 в арифметическом устройстве и 2000 в устройстве памяти. Мультиплексор для выбора адресов памяти.
  • Потребление энергии: 4 кВт.
  • Масса: 1000 кг.

При постройке Z4 Цузе просил финансирование на замену электромагнитных реле полностью электронными схемами (лампами), но ему отказали. У электромеханических машин имелось два существенных недостатка — низкое быстродействие и ограниченная износостойкость контактов (не более 10 млн переключений или 120 суток непрерывной работе при 1 переключении в секунду). Дальнейшая история показала, что перспективный путь — это использование электровакуумных ламп.


Z3

Первые ламповые компьютеры

Однозначно определить первый в мире компьютер сложно. Многими учеными определение первого поколения основывается на вычислительной базе из электронных ламп. При этом первое поколение компьютеров разрабатывалось во время Второй мировой войны. Возможно, созданные в то время компьютеры засекречены и по сей день. В целом выделяют два возможных первенца — ENIAC и Colossus

ENIAC

Electronic Numerical Integrator and Computer (Электронный числовой интегратор и вычислитель) или ENIAC создавался по заказу от армии США для расчета баллистических таблиц. Изначально, подобные расчеты производились людьми и их скорость не могла соотноситься с масштабом военных действий. Построен компьютер был лишь к осени 1945 года. 

Характеристики ENIAC:

  • Вес — 30 тонн.
  • Объем памяти — 20 число-слов.
  • Потребляемая мощность — 174 кВт.
  • Количество электронных ламп — 17 468
  • Вычислительная мощность — 357 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду.
  • Тактовая частота — 100 кГц
  • Устройство ввода-вывода данных — табулятор перфокарт компании IBM: 125 карт/минуту на ввод, 100 карт/минуту на вывод.


Colossus

Colossus в отличие от ENIAC был очень узконаправленной машиной. Он создавался исключительно с одной целью — декодирование немецких сообщений, зашифрованных с помощью Lorenz SZ. Эта машина было схожа с немецкой Enigma, но состояла из большего числа роторов. Для декодирования этих сообщений было решено создать Colossus. Он включал в себя 1500 электронных ламп, потреблял 8,5 КВт и обладал тактовой частотой в 5.8 МГц. Такое значение частоты достигалось за счет того, что Colossus был создан для решения только одной задачи и применяться в других областях не мог. К концу войны на вооружении Британии стояло 10 таких машин. После войны все они были уничтожены, а данные о них засекречены. Только в 2000 году эта информация была рассекречена.


Реконструированная модель Colossus

Принцип работы


Вакуумные лампы

Радиолампа представляет собой стеклянную колбу с электродами, из которой откачан воздух. Простейшая разновидность ламп —

диод

, состоящий из

катода

и

анода

, а также спирали, разогревающей катод до температур, при которых начинается

термоэлектронная эмиссия

. Электроны покидают катод и под действием разности потенциалов притягиваются к аноду. В обратном направлении заряд не переносится, так как заряженных ионов в колбе нет (вакуум). При изменении полярности электроны, покинувшие разогретый электрод, будут притягиваться обратно. До второго электрода они долетать не будут, отталкиваясь от него из-за отрицательного потенциала. Если добавить еще один электрод, то получится триод. В электровакуумном триоде устанавливается сетка между катодом и анодом. При подаче на сетку отрицательного потенциала она начинает отталкивать электроны, не позволяя им достичь анода. При подаче модулированного сигнала ток будет повторять изменения потенциала на сетке, поэтому изначально триоды использовали для усиления сигналов.


Радиолампа и схема триггера на двух триодах

Если взять два триода и соединить анод каждого с сеткой другого, то мы получим триггер. Он может находиться в одном из двух состояний: если через один триод идет ток (триод открыт), то на сетке второго триода появляется потенциал, препятствующий току через второй триод (триод закрыт). Если кратковременно подать отрицательный потенциал на сетку открытого триода, то мы прекратим ток через него, что откроет второй триод, который уже закроет первый. Триоды поменяются местами. Таким образом можно хранить один бит информации. Через другие схемы триодов можно строить логические вентили, реализующие конъюнкцию, дизъюнкцию и отрицание, что позволяет создать электронно-вычислительное устройство. 

Запоминающее устройство

На первых порах развития ЭВМ использовались разные подходы к созданию запоминающих устройств. Помимо памяти на триггерах из радиоламп и на электромагнитных реле (как в Z3) имелись следующие виды:

  • Память на магнитных барабанах
  • Память на электронно-лучевых трубках
  • Память на линиях задержки

Линии задержки

Основная идея линий задержки возникла в ходе разработки радаров во время Второй мировой войны. В первых ЭВМ в качестве линий использовались трубки с ртутью (у нее очень низкое затухание ультразвуковых волн), на концах которой располагались передающий и принимающий

пьезокристаллы

. Информация подавалась с помощью импульсов, модулированных высокочастотным сигналом. Импульсы распространялись в ртути. Информационная емкость трубки в битах равнялась максимальному количеству одновременно передаваемых импульсов. Единица кодировалось присутствием импульса на определенном «месте», ноль — отсутствием импульса. Приемный пьезокристалл передавал импульс на передающий — информация циркулировала по кругу. Для записи вместо регенерации импульсов вводились записываемые. Такой вид памяти использовался в компьютерах EDVAC, EDSAC и UNIVAC I.


Запоминающее устройство на ртутных акустических линиях задержки в UNIVAC I
Запоминающие электронно-лучевые трубки (трубки Уильямса)

При попадании электронного луча на точку на

люминофорном

экране происходит вторичная эмиссия и участок люминофора приобретает положительный заряд. Благодаря сопротивлению люминофорного слоя, точка долю секунды держится на экране. Однако, если не отключать луч сразу, а сдвинуть его в сторону от точки, рисуя тире, то электроны, испущенные во время эмиссии, поглощаются точкой, и та приобретает нейтральный заряд. Таким образом, если выделить N точек, то можно записать N бит информации (1 — нейтральный заряд, 0 — положительный заряд). Для считывания информации используется доска с электродами, прикрепленная к внешней стороне экрана. Электронный луч снова направляется в точку, и та приобретает положительный заряд независимо от изначального. С помощью электрода можно определить величину изначального заряда (значение бита), однако информация уничтожается (после каждого считывания нужна перезапись). Так как люминофор быстро теряет заряд, необходимо постоянно считывать и записывать информацию. Такой вид памяти использовался в

Манчестерском Марк I

и Ferranti Mark1; американских IBM 701 и 702


Трубка Уильямса
Магнитные барабаны 

Магнитные барабаны чем-то похожи на современные магнитные диски. На поверхность барабана был нанесен тонкий

ферромагнитный

слой. Несколько считывающих головок, расположенных по образующим диска, считывают и записывают данные на своей отдельной магнитной дорожке. 


Архитектура фон Неймана

Архитектура фон Неймана строилась на следующих принципах:

  • Принцип двоичности:

Информация в компьютере представляется в виде двоичного кода.

  • Принцип программного управления:

Программа представляет собой набор команд, которые процессор выполняет друг за другом в определенном порядке.

  • Принцип однородности памяти:

Программы и данные хранятся вместе в памяти компьютера.

  • Принцип адресуемости памяти:

Память состоит из пронумерованных ячеек, к которым процессор в произвольным момент времени имеет доступ.

  • Принцип условного перехода:

В программе возможно присутствие команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд.

Основным недостатком этой архитектуры является ограничение пропускной способности между памятью и процессором. Из-за того, что программа и данные не могут считываться одновременно, пропускная способность между памятью и процессором существенно ограничивает скорость работы процессора. В дальнейшем, данную проблему решили с помощью введения кеша, что вызвало другие проблемы( например, уязвимость Meltdown).

Справедливости ради необходимо уточнить, что данные идеи не являются идеями Джона фон Неймана в полной степени. Также в их разработке участвовали ещё несколько ученых, пионеров компьютерной техники: Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мокли.

Гарвардская архитектура

Гарвардская архитектура была разработана в 30-е годы прошлого века Говардом Эйкеном в Гарвардском университете (Невероятно, но факт). В отличии от архитектуры фон Неймана, Гарвардская подразумевала разные хранилища для данных и инструкций, а также разные каналы их передачи. Такой подход позволял одновременно считывать команда из программы и данные из памяти, что вело к значительному увеличению общей производительности компьютера. Но, в тоже время, такая схема усложняет саму систему. В дальнейшем Гарвардская архитектура проиграла архитектуре фон Неймана, отчасти из-за этого фактора.



Гарвардская архитектура

Языки

В самых первых компьютерах программы считывались с перфоленты (как в Z3 и Mark I). Устройство чтения перфоленты предоставляло управляющему устройство код операции для каждой инструкции и адреса памяти. Затем управляющее устройство все это декодировало, посылало управляющие сигналы вычислительному блоку и памяти. Набор инструкций жестко задавался в схеме, каждая машинная инструкция (сложение, сдвиг, копирование) реализовывалась непосредственно в

схеме

. В ENIAC для изменения программы его нужно было перекоммутировать заново, на что уходило значительное время. Машинные коды считают первым поколением языков программирования. 


Перфорированная лента с программой вычислений

Первые программисты всегда имели при себе блокнот, в который они записывали наиболее употребляемые подпрограммы — независимые фрагменты программы, вызываемые из главной подпрограммы, например извлечение корня или вывод символа на дисплей. Проблема состояла в том, что адреса расположения переменных и команд менялись в зависимости от размещения в главной программе. Для решения этой проблемы кембриджские программисты разработали набор унифицированных подпрограмм (библиотеку), которая автоматически настраивали и размещали подпрограммы в памяти. Морис Уилкс, один из разработчиков EDSAC (первого практически реализованного компьютера с хранимой в памяти программой), назвал библиотеку подпрограмм собирающей системой (assembly system). Теперь не нужно было собирать программу вручную из машинных кодов, специальная программа (ассемблер) «автоматически» собирала программу. Первые ассемблеры спроектированы Кэтлин Бут в 1947 под ARC2 и Дэвидом Уилером в 1948 под EDSAC. При этом сам язык (мнемоники) называли просто множеством базовых команд или начальными командами. Использовать слово «ассемблер» для процесса объединения полей в командное слово начали в поздних отчетах по EDSAC. Ассемблер можно назвать вторым поколением языков. 


«Начальные команды» для EDSAC

Компьютеры первого поколения в СССР

После Второй мировой войны часть немецких разработок в области компьютерных технологий перешли СССР. Ведущие специалисты сразу заинтересовались возможностями ЭВМ, а правительство согласилось, что устройства для быстрых и точных вычислений — это перспективное направление. 

МЭСМ и БЭСМ

В 1948 году основоположник советской вычислительной техники С.А. Лебедев направил в Академию наук СССР докладную записку: в ней сообщалось о необходимости создания ЭВМ для практического использования и научного прогресса. Для разработки этой машины под Киевом, в Феофании институту отвели здание, ранее принадлежавшее монастырю. Через 2 года МЭСМ (малая электронная счетная машина) произвела первые вычисление — нахождение корней дифференциального уравнения. В 1951 году инспекция из академии наук приняла работу Лебедева. МЭСМ имела сложную трехадресную систему команд и следующие характеристики:

  • Тактовая частота — 5 КГц
  • Быстродействие — 3000 операций в минуту
  • 6000 вакуумных ламп
  • Потребляемая мощность — 25 КВт
  • Площадь — 60 кв.м
  • Ввод данных: перфокарты или магнитная лента
  • Память на триггерных ячейках


МЭСМ

В 1950 году Лебедева перевели в Москву. Там он начал работать над БЭСМ-1 и к 1953 году построил опытный образец, отличавшийся отличной производительностью. Характеристики были следующими:

  • Быстродействие — до 10000 операций в минуту
  • 5000 вакуумных ламп
  • Потребляемая мощность — 35 КВт
  • Площадь — 1000 кв.м

БЭСМ-1 получилась ЭВМ широкого профиля. Её планировали предоставлять ученым и инженерам для проведения различных работ.


Серия «М» и «Стрела»

В тоже время в Москве велась работа над М-1. М-1 была намного менее мощной, чем МЭСМ, но при этом занимала намного меньше места и тратила меньше энергии. Характеристики М-1:

  • 730 вакуумных ламп
  • Быстродействие — 15-20 операций в секунду
  • Потребляемая мощность — 8 КВт
  • Площадь — 4 кв.м
  • Память электронно-лучевых трубках


М-1

В 1952 году на свет выпустили М-2. Её мощность увеличилась практически в 100 раз, при этом количество ламп увеличилось только вдвое. Подобный результат получился благодаря использованию управляющих полупроводниковых диодов. Характеристики М-2 были следующие:

  • 1676 вакуумных ламп
  • Быстродействие — 2000-3000 операций в секунду
  • Потребляемая мощность — 29 КВт
  • Площадь — 22 кв.м
  • Память электронно-лучевых трубках


М-2

В «массовое» производство первой попала «Стрела». Всего было произведено 7 штук. Характеристики «Стрелы» были следующие:

  • 6200 вакуумных ламп и 60 тыс. диодов.
  • Быстродействие — 2000 операций в секунду
  • Потребляемая мощность — 150 КВт
  • Площадь — 300 кв.м
  • Память электронно-лучевых трубках


Стрела

Во многих смыслах «Стрела» была хуже М-2. Она выполняла всё те же 2 тысячи операций в секунду, но при этом занимала на порядок больше места и тратила в несколько раз больше электричества. М-2 не попала в массовое производство, поскольку её создатели не уложились в срок. М-1 не обладала хорошей производительностью и к моменту, когда М-2 была доведена до ума, «Стрела» была отдана в производство.

Следующий потомок серии «М» — М-3 вышел в 1956 году и был в каком-то смысле урезанным вариантом. Она выполняла порядка 30 операций в секунду, но при этом занимала мало места, благодаря чему пошла в серийное производство. Характеристики М-3 были следующие:

  • 774 вакуумных ламп
  • Быстродействие — 30 операций в секунду
  • Потребляемая мощность — 10 КВт
  • Площадь — 3 кв.м


Эпилог

Без технологического рывка, сделанного в 40-е годы, и четко сформированного вектора развития вычислительной техники, возможно, сегодня мы бы и не сидели в компьютерах и телефонах, читая статейки на хабре. Как показал опыт разных ученых, порой уникальные и революционные для своего времени образцы вычислительной техники не были востребованы как государством, так и обществом (например, машины серии Z Конрада Цузе). Переход ко второму поколению компьютеров во многом определился сменой вакуумных ламп на транзисторы и изобретением накопителей на ферритовых сердечниках. Но это уже другая история…


Облачные серверы от

Маклауд

быстрые и надежные. Без древнего железа.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы «История вычислительной техники»

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ СТАРООСКОЛЬСКОГО ГОРОДСКОГО ОКРУГА БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЦЕНТР ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ»

РАССМОТРЕНО

На заседании методического совета

от «____»_______20___ г.

протокол №______

РАССМОТРЕНО

На заседании педагогического совета от «___» __________

протокол № 1

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ

«Основные сведения об электронно-вычислительных машинах»

по профессии «16199. Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин»

Старый Оскол

2020

Пояснительная записка

Самостоятельная работа обучающихся – одна из важных форм организации учебного процесса. Она играет особую роль в профессиональной подготовке, являясь формой, с одной стороны, организации самостоятельной работы, с другой – развития их познавательной активности.

Цель самостоятельной работы – содействие оптимальному усвоению обучающимися учебного материала, готовности и потребности в самообразовании.

Задачи самостоятельной работы:

  • углубление и систематизация знаний;

  • постановка и решение познавательных задач;

  • развитие аналитико-синтетических способностей умственной деятельности, умений работы с различной по объёму и виду информацией, учебной и научной литературой;

  • практическое применение знаний, умений;

  • развитие навыков организации самостоятельного учебного труда и контроля над его эффективностью.

Самостоятельная работа — это деятельность учащихся по усвоению знаний и умений, протекающая без непосредственного участия преподавателя, хотя и направляемая им. При выполнении заданий самостоятельной работы студентам предстоит:

  • самостоятельное изучение темы задания ;

  • сбор и изучение дополнительной информации;

  • анализ, систематизация и трансформация информации;

  • оформление работы;

По итогам самостоятельной работы учащиеся должны: развить такие универсальные умения, как умение учиться самостоятельно, принимать решения, осуществлять задуманное, проводить исследование, научиться формулировать получаемые результаты.

Тема самостоятельной работы: «Основные сведения об электронно-вычислительных машинах».

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ.

  1. Изучите теоретические сведения по теме

  2. С помощью программы MS Word создайте документ под именем «Поколения ЭВМ».

  3. Создайте в документе таблицу по приведенному образцу (табл. 1), заполните ее, используя материалы теоретических сведений и лекций преподавателя.

Таблица 1- Поколения ЭВМ.

Поколение

I

II

III

IV

Годы производства

Элементная база

Быстродействие (количество операций в секунду)

Носители информации

Модели ЭВМ

Размеры ЭВМ

Устройства ввода

Устройства вывода

Средства связи пользователя с машиной

Квалификация пользователя

Языки программирования

Программное обеспечение

  1. Выберите один из контрольных вопросов темы и запишите раскройте его

  2. В верхнем колонтитуле документа укажите свою фамилию и имя, в нижнем — «Поколения ЭВМ».

  3. Сохраните документ для проверки преподавателем.

Контрольные вопросы

  1. Приведите примерные временные периоды существования отдельных поколений ЭВМ.

  2. Какие факторы учитываются при смене поколений ЭВМ? Какой из этих фактором принято считать первостепенным?

  3. Сравните технические характеристики ЭВМ первого, второго и третьего поколений.

  4. Какие причины обусловили появление компьютеров четвертого поколения?

  5. Почему при производстве ПЭВМ взята за основу архитектура и стандарты IBM PC?

  6. Перечислите характерные черты четвертого поколения.

  7. Осветите историю развития отечественных ЭВМ. Какие ЭВМ можно отнести к ЭВМ пятого поколения?

  8. Благодаря чему ЭВМ нашли широкое применение?

  9. Назовите сферы использования ЭВМ.

  10. Где применяются суперЭВМ?

  11. С какого года начинается отсчет поколений ЭВМ?

  12. Как меняется элементная база ЭВМ при смене их поколений?

  13. Сравните производительность ЭВМ разных поколений.

  14. Каковы перспективы развития ЭВМ?

Теоретические сведения

Поколения средств вычислительной техники

В истории развития вычислительной техники можно выделить четыре периода: ручной, механический, электромеханический и электронный.

В Ручной период создавалась не вычислительная техника, а счетные устройства, древнейшими из которых являются разного вида счеты.

Началом механического периода можно считать 1623г., когда была описана и реализована в единственном экземпляре механическая счетная машина, предназначавшаяся для выполнения четырех арифметических операций с 6-разрядными числами.

Электромеханический период развития вычислительной техники (ВТ) обусловлен развитием прикладной электротехники, позволившей создавать электромеханические вычислительные устройства.

Электронный период связан с развитием электроники и микроэлектроники и начинается созданием в США в 1946 г. Первой ЭВМ – машины ENIAC.

В 1938 г. Конрад Цузе (Германия) в домашних условиях собрал электромеханическую машину Z1 с программным управлением, клавиатурой для ввода задач, памятью на 64 числа и панелью с лампочками, на которой высвечивался результат вычислений. Она могла обрабатывать 22-разрядные двоичные числа с плавающей запятой. В следующей модели Z2 использовался вывод информации на перфоленту.

В 1941 г. К. Цузе создал третью модель — Z3, основанную на электромеханических реле и работавшую в двоичной системе счисления. Машина Z3 состояла из 600 реле счетного устройства и 2 000 реле устройства памяти. Она механически последовательно, шаг за шагом, считывала программу и производила 15 … 20 вычислительных операций в секунду.

Идеи создания вычислительных машин с применением электронных устройств возникли в конце 1930-х — начале 1940-х гг. независимо друг от друга в различных странах.

В 1937 г. Джон Атанасов (США) начал разработку специализированной вычислительной машины, впервые в мире применив электронные лампы в количестве 300 шт.

К 1943 г. при участии Алана Тьюринга в Великобритании была создана вычислительная машина «Колосс» с использованием 2 000 электронных ламп. Работы А. Тьюринга были секретными — впервые в мире машина была успешно применена для расшифровки радиограмм военного командования фашисткой Германии, засекречивание которых производилось на автоматической аппаратуре «Энигма», имеющей значительную стойкость к декодированию.

На основе описания аналитической машины Ч. Бэббиджа в 1944 г. в США была построена машина «Марк-1» на электромеханических реле, которая программировалась при помощи бумажной перфоленты.

Машина имела длину 15,3 м, высоту 2,4 м, массу около 35 т, длину проводов — более 800 км, количество соединений — более 3 млн. Она оперировала десятичными числами длиной до 23 разрядов; время перемножения чисел составляло 4 с. Машина «Марк-1» применялась военно-морскими силами США для решения различных задач оборонного характера.

Начиная с 1944 г. в работе над созданием вычислительной техники принял участие американский математик Джон фон Нейман. В 1946 г. он вместе с Г. Голдстайном и А. Берксом опубликовал важную для развития вычислительной техники статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства». В ней были высказаны две основные идеи, которые используются сейчас во всех ЭВМ: применение двоичной системы счисления и принцип хранимой программы.

Можно считать, что в 1940-е гг. закончилась эра механических и электромеханических вычислительных машин, называемых машинами нулевого поколения.

Поколения ЭВМ

Характеристики поколений ЭВМ

Поколение

I

(1945 – 60-е)

II

(1955 – 70-е)

III

(1965 – 80-е)

IV

(1975 – 90-е)

V

?

Элементная база

Электронные лампы

Транзисторы

ИС и БИС

СБИС, процессоры

Оптоэлектроника, криоэлектроника

Быстродействие (опер/сек)

10 –20 тыс.

100 тыс. – 1 млн.

10 млн.

109 + многопроцессорность

1012 + многопроцессорность

Емкость ОЗУ (Кбайт)

100

1000

10000

107

108

Периферийные устройства

Магнитные ленты, перфоносители; ифровая печать

+ алфавитно-цифро-вая печать

+ дисплеи, графопостроители

+ цветные дисплеи, клавиатура, манипуляторы, принтеры, модемы

+ устройства ввода голоса, устройства чтения рукописного текста и др.

Области применения

Научно-технические расчеты

Обработ-ка число-вой и тексто-вой инфор-мации

+

ИС, АСУ и др.

+

все сферы деятельности, Интернет

+ развитые интеллектуальные системы

Примеры моделей ЭВМ

МЭСМ, БЭСМ-1, БЭСМ-2, М-20,

М-220, БЭСМ-3, Урал-14, Минск-32, БЭСМ-6

IBM 360/370, ЕСЭРМ, СМЭВМ

ПК: IBM PC, Makintosh,

СуперЭВМ: Cray, Cyber, Эльбрус

Первое поколение ЭВМ. Основной перелом в области информационных технологий начался после Второй мировой войны с появлением первых аналоговых и цифровых ЭВМ, в которых логические, запоминающие и другие устройства реализовывались на электронных приборах. С этого времени осуществляют отсчет поколений электронных вычислительных машин, напрямую связанных с развитием электроники и микроэлектроники, оказавших основное влияние на функциональные возможности, производительность, память, надежность, габаритные размеры, массу и потребляемую мощность ЭВМ.

В вычислительных машинах первого поколения основными элементами были электровакуумные устройства: электронные лампы и электронно-лучевые трубки.

В 1946 г. в США была построена первая электронная вычислительная машина «Эниак» (ENIAC). В машине использовалось 18 тыс. электронных ламп; ее масса составляла 30 т, потребляемая мощность — 160 кВт; она занимала площадь 170 м2 . ENIAC работала в двоичной системе счисления, выполняла около 5 тыс. операций сложения и 300 операций умножения в секунду, ее память составляла всего 20 слов.

Первой ЭВМ с хранимой программой стала английская машина ЭДСАК, построенная в 1949 г. в Кембридже под руководством профессора М. Уилкса.

Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело к созданию в 1951 г. ЭВМ UNIVAC (США), предназначенной для коммерческого использования. Эта ЭВМ могла обрабатывать как цифровую, так и символьную информацию. Машина UNIVAC стала первой серийно выпускаемой ЭВМ, различные модели которой предназначались для свободной продажи.

В 1952 г. Джон фон Нейман разработал первый компьютер MANIAC I, использующий программы, записанные на гибком магнитном носителе — ленте.

Огромный вклад в развитие отечественных ЭВМ внес российский ученый, акад. Сергей Алексеевич Лебедев. Под его руководством была создана первая в России лаборатория по разработке ЭВМ, а затем (в 1951 г.) построена первая советская ЭВМ — малая (16-разрядная) электронная счетная машина (МЭСМ), собранная из 6 000 электронных ламп с быстродействием около 3 000 опер./с. В 1952 г. под руководством С. А. Лебедева была построена старшая модель семейства больших электронных счетных машин (БЭСМ) — БЭСМ-1, которая была в то время самой быстродействующей ма- шиной в Европе (8 000 … 10 000 опер./с). БЭСМ-1 и последовавшие за ней БЭСМ-2 и М-20 (20 тыс. опер./с) использовали серийные отечественные электронные лампы.

В 1954 г. под руководством Башира Искандаровича Рамеева была разработана архитектура и система команд ЭВМ «Урал». В 1957 г. была выпущена ламповая ЭВМ «Урал-1», которая, несмотря на невысокую производительность (100 опер./с) и оперативную память на магнитных барабанах (1 024 слова) была эффективна для инженерных расчетов и пользовалась большим спросом. Она стала первой моделью целого семейства «Урал», относилась к разряду недорогих машин и в течение длительного времени применялась в ведомственных вычислительных центрах.

В первом поколении машин был реализован метод хранимой программы; для ввода-вывода сначала использовались бумажные перфокарты и перфоленты, магнитная лента, а затем магнитные барабаны и печатающие устройства. Основной язык программирования — машинный код. Применение электронных ламп создавало множество проблем — из-за низкой надежности практически через несколько минут работы одна лампа выходила из строя, а так как в ЭВМ их было десятки тысяч, то для поиска неисправности и ремонта требовалось непрерывное обслуживание.

Второе поколение ЭВМ. Это поколение берет свое начало с 1956 г. с разработки в Массачусетском технологическом институте США первого компьютера на полупроводниковых элементах — транзисторах. Серийные ЭВМ на транзисторах стали производиться с 1958 г. К этому времени были спроектированы высокоскоростной принтер, носители информации на магнитной ленте и магнитных дисках. Появилась возможность создания бортовых ЭВМ военного назначения.

В 1958 г. американской компьютерной компанией Control Data, был разработан первый в мире транзисторный компьютер CDC 1604 для научных исследований, а через два года он был освоен в серийном производстве.

В 1960 г. в России перешли к созданию нового поколения семейства полупроводниковых машин: «Урал-11», «Урал-14» и «Урал-16». Появились новые семейства машин («Минск», МИР, БЭСМ и т. д.), большинство которых стали выпускаться серийно.

Среди ЭВМ второго поколения особо выделяется БЭСМ-6 (1957 г.). В то время это была одна из самых производительных вычислительных машин в мире с быстродействием около 1 млн опер./с.

Архитектура и многие технические решения в большинстве советских ЭВМ были настолько прогрессивными, что они дошли до нашего времени. Например, в машине МИР-2 телевизионный дисплей использовался совместно со световым пером, позволяющим изменять и корректировать данные прямо на экране.

В 1961 г. фирма DEC (Digital Equipment Corporation) спроектировала первую мини-ЭВМ из семейства PDP (Programmed Data Processor — программируемый цифровой процессор).

Логические схемы ЭВМ второго поколения строились на дискретных полупроводниковых приборах (диоды, транзисторы) и магнитных элементах (ферритовых сердечниках). В качестве конструктивно-технологической основы впервые стали широко использоваться платы с печатным монтажом. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен килогерц. При разработке программ кроме ассемблера стали применять языки программирования высокого уровня, такие как «Алгол» и «Фортран». В этот период возникла необходимость в профессии программиста.

Третье поколение ЭВМ. Проектирование ЭВМ третьего поколения началось в 1962 г. с выпуска кремниевых интегральных схем малой, а затем средней степени интеграции. Возникло новое направление в создании принципиально новой элементной базы — микроэлектроника; была основана корпорация Intel (Integrated Electronics Technologies Incorporаted), специализирующаяся на производстве интегральных микросхем.

В 1964 г. компания IBM (International Business Machines) выпустила семейство серийных (около 20 тыс. экземпляров) ЭВМ IBM- 360 различной производительности, но с общей архитектурой и полной программной совместимостью, которые были настолько востребованы, что стали основой для унификации, стандартизации и реализации принципов аппаратно-программной совместимости следующих поколений компьютеров.

В 1965 г. начался выпуск первых серийных мини-ЭВМ фирмы DEC — PDP-8, доступных по цене для средних и мелких коммерческих компаний.

Со второй половины 1960-х гг. СССР совместно со странами Совета Экономической Взаимопомощи (ГДР, Венгрия, Болгария, Польша, Чехословакия) стал разрабатывать ряд универсальных ЭВМ Единой системы (ЕС), аналогичных машинам IBM, и системы малых (СМ) ЭВМ. В 1972 г. началось серийное производство младшей модели семейства — ЕС-1010, а спустя год, — и других моделей. Их быстродействие составляло от 10 тыс. (ЕС-1010) до 2 млн (ЕС-1060) опер./с.

Первой серийной отечественной ЭВМ на интегральных гибридных схемах была машина «Наири-3», появившаяся в 1970 г. Особенности этой ЭВМ: наличие постоянного запоминающего устройства и микропрограммный принцип управления обработкой информации. ЭВМ «Наири-3» создавалась по агрегатно-блочному (модульному) принципу.

В США в 1972 г. была построена уникальная машина ИЛЛИАК-4, поставившая рекорд по скорости вычислений (200 млн опер./с). Такое быстродействие было достигнуто за счет отказа от классической архитектуры ЭВМ — перехода к параллельной обработке данных с использованием матрицы из 64 процессоров.

В период развития третьего поколения во всем мире начали выпускать в больших количествах универсальные ЭВМ для массового коммерческого применения. Этому способствовало появление новых языков программирования («Бейсик», «Паскаль»), операционных систем реального времени, совершенствование диалога пользователя с компьютером (использование графического интерфейса, манипулятора «мышь») и прикладных программ (текстовый процессор).

Четвертое поколение ЭВМ. Возникновение ЭВМ четвертого поколения вызвано бурным развитием микроэлектроники и созданием качественно новых функциональных устройств — микропроцессоров на базе больших (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС). Первый 4-разрядный микропроцессор Intеl 4004 был создан в конце 1971 г. корпорацией Intеl. В 1972 г. была представлена 8-разрядная микросхема 8008. Подтверждая известный закон Мура, который предполагает, что количество элементов на интегральных микросхемах должно удваиваться каждые полтора года, в 1974 г. был создан микропроцессор 8080, затем 8086, 80286, 80386, 80486 и современные процессоры семейства Pentium на СБИС.

Исходя из функционального назначения и производительности возникла устоявшаяся на несколько лет классификация ЭВМ (суперЭВМ, большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микро-ЭВМ), которая в настоящее время устаревает, например исчез термин «мини- ЭВМ».

Наша промышленность с начала 1980 г. выпускала на интегральных схемах IBM-совместимые мини-ЭВМ серии ЕС, семейство СМ ЭВМ; микро-ЭВМ «Электроника 60», диалоговые вычислительные комплексы (ДВК), так называемые бытовые компьютеры серии БК.

Для средних учебных заведений сотрудниками института ядерной физики МГУ была разработана микро-ЭВМ «Корвет» (со встроенным интерпретатором языка Basic), которой некоторое время оснащались школы для проведения уроков по информатике.

Микро-ЭВМ привлекли в России настолько огромное внимание тысяч радиолюбителей, что возник настоящий бум в производстве самодельных домашних компьютеров. Одним из первых был «Радио-86РК», затем «Спектрум», на базе которого существовал ряд совместимых моделей, имеющих самый обширный фонд программного обеспечения.

В качестве дисплея использовался телевизор, программы загружались с катушечных и кассетных бытовых магнитофонов.

В 1980-х гг. в Советском Союзе появился целый ряд микропроцессорных плат «Электроника С5-21», позволяющий создавать многоплатные микро-ЭВМ требуемой конфигурации по принципу открытой архитектуры. Набор плат включал в себя одноплатную ЭВМ с уникальной системой команд и возможностью организации многомашинных систем; платы оперативного запоминающего устройства, постоянного запоминающего устройства, перепрограммируемого запоминающего устройства с ультрафиолетовым стиранием, параллельных и последовательных каналов ввода — вывода. В начале 1990-х гг. была спроектирована однокристалльная ЭВМ «Электроника С5-31», которая нашла применение в специальной технике.

К сожалению, в это время фактически прекратилась разработка отечественной элементной базы, а массовое производство ЭВМ в значительной мере переориентировалось на тиражирование зарубежной вычислительной техники на покупных комплектующих элементах иностранного производства. В какой-то мере этому способствовало отсутствие унификации в отечественном программном обеспечении.

К середине 1970-х гг. особо выделились две тенденции развития четвертого поколения машин: суперЭВМ и персональные компьютеры.

В 1976 г. компания Cray Research построила суперЭВМ «Крей-1», производившую 100 млн опер./с. В 1985 г. суперкомпьютер «Крей-2» имел быстродействие 1,2 млрд опер./с, а в 1997 г. суперЭВМ Janus корпорации Intel преодолела рубеж в 1 трлн опер./с.

К данному классу машин относились советские многопроцессорные вычислительные комплексы «Эльбрус-1» (производительность — до 10 млн опер./с) и «Эльбрус-2» (производительность — до 125 млн опер./с), в которых для отвода теплоты пришлось впервые использовать водяное охлаждение плат.

Возникновение персонального компьютера непосредственно связано с появлением и совершенствованием микро-ЭВМ, поэтому эти термины в литературе иногда использовали как синонимы. В настоящее время трудно определить, когда был произведен первый полнофункциональный персональный компьютер. Некоторые считают, что первая персональная ЭВМ была разработана в 1973 г. во Франции (ее автор — Труонг Тронг Ти).

В 1973 г. компанией Xerox был представлен персональный микрокомпьютер Alto, в котором впервые был применен принцип вывода программ и файлов на экран в виде графических окон. В следующем году в продажу поступил компьютер Altair-8800, созданный малоизвестной американской фирмой, который сразу стал популярным, хотя его возможности были очень ограниченными (оперативная память — 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали). Этой популярности компьютера способствовало создание Биллом Гейтсом (один из основателей фирмы Microsoft) интерпретатора языка «Бейсик», что позволило непрофессиональным пользователям самостоятельно достаточно просто писать для него программы.

Массовое производство и внедрение в практику персональных компьютеров связано с именем Стива Джобса — руководителя и основателя американской фирмы Apple Computer, наладившей в 1977 г. выпуск персональных компьютеров Apple.

В 1981 г. фирма IBM выпустила свой первый микрокомпьютер IBM PC (Personal Computer — персональный компьютер) с открытой архитектурой, основанный на 16-разрядном микропроцессоре 8088 фирмы Intel.

Компьютер поставлялся с монохромным текстовым дисплеем, имел два дисковода для 5-дюймовых гибких магнитных дискет на 160 Кбайт, оперативную память 64 Кбайт и первую версию дисковой операционной системы MS DOS, заказанной у фирмы Microsoft.

В 1982 г. СССР начал выпуск ПЭВМ «Агат».

В 1984 г. компания Apple представила компьютер «Макинтош» (Macintosh) на базе микропроцессора Motorola 68000 со встроенными средствами экранного взаимодействия с пользователем — графическим интерактивным интерфейсом, позволявшим вводить команды управления в виде небольших изображений — значков (пиктограмм), выбирая их с помощью манипулятора «мышь».

С этими новшествами и накопителями на 3,5-дюймовых дискетах персональный компьютер стал еще более доступным непрофессиональным пользователям.

Принцип открытой архитектуры настолько повлиял на развитие ПЭВМ, что произошел стремительный рост не только производства различных комплектующих и дополнительных устройств для компьютеров IВМ РС, но и числа фирм, выпускающих совместимые с ними разнообразные вычислительные машины.

С этого времени рост промышленного производства персональных компьютеров стали обеспечивать и другие производители: Соmpaq, Zenith, АSТ, Арricot, которые за основу проектирования взяли открытую архитектуру и стандарты IBM PC.

Пользователи таких ПЭВМ получили возможность продлевать жизненный цикл своих компьютеров — самостоятельно модернизировать их аппаратную часть, оснащая современными устройствами различных производителей и не заботясь о совместимости программных продуктов.

В настоящее время производится такое разнообразие компьютеров, что практически невозможно отследить всю существующую номенклатуру машин четвертого поколения и тем более предсказать их развитие (рис. 1.1).

На развитие четвертого поколения ЭВМ в значительной степе- ни повлияло непрерывное совершенствование операционных си- стем Windows, пришедших на смену DOS.

Пятое поколение ЭВМ. К ЭВМ пятого поколения относятся обучающиеся системы с искусственным интеллектом, обеспечивающие переход от обработки информации к формализованной обработке профессиональных знаний с использованием естественных языков. Для решения задач распознавания рукописного ввода, речи и изображений с 1990-х гг. стали использовать модель биологического нейрона и искусственную нейтронную сеть на его основе.

По своей сути нейрон является простейшим сумматором входных сигналов, преобразующих их сумму в значение функции, зависящей от состояния самого нейрона. Каждый нейрон может иметь несколько входов и один выход. Нейронная сеть образуется соединением выходов одних нейронов с входами других. Нейронная сеть эквивалентна цифровой сложной схеме и, следовательно, может стать основой нейрокомпьютера. Программирование сети заключается в ее обучении для решения конкретной задачи, которое соответственно меняет структуру сети, изменяя связи между нейронами.

Возможность разработки таких ЭВМ тесно связана с созданием качественно новых компонентов с использованием достижений нанотехнологий, возможно, на иных физических принципах. Компьютеры с нейронной структурой, организованной распределенной сетью большого числа (от нескольких десятков до 108 ) параллельно работающих простых элементов — нейронов — смогут воспроизводить функционирование сложных биологических структур.

Традиционно продолжается совершенствование технологии производства СБИС. Например, корпорация Intel предполагает не применять для сборки микропроцессоров отдельно изготовленные корпуса, а «выращивать» их вокруг кристалла микросхемы. По предварительным оценкам это позволит создавать многоядерные процессоры, содержащие более миллиарда транзисторов и работающие на тактовых частотах до 20 ГГц.

Суперкомпьютеры в настоящее время широко используют параллельные вычисления. Как показывают исследования, в среднем вычислительная мощь настольных ПЭВМ отстает от уровня производительности суперкомпьютеров на 13 лет, так как по производительности современные персональные компьютеры практически полностью соответствуют суперкомпьютерам того времени. С внедрением многоядерных процессорных архитектур параллельное программирование начинает распространяться и на ПЭВМ. Количество систем, построенных на базе многоядерных процессоров, резко возрастет, поэтому развитие суперкомпьютеров начинает влиять на перспективы формирования архитектуры персональных компьютеров следующих поколений.

Программы разработки ЭВМ пятого поколения приняты во многих странах и, возможно, в ближайшем времени мы узнаем результат от их реализации.

Список литературы

Аппаратное обеспечение ЭВМ/ В.Д. Сидоров, Н.В. Струмпэ. – 3-е изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2019. — 336с.

Аппаратное обеспечение ЭВМ. Практикум / Н.В. Струмпэ, В.Д. Сидоров. – 3-е изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2019. — 160с.

поколение компьютеров и первые используемые электронные компоненты?

Что такое компьютерное поколение?

Компьютер – это машина, обрабатывающая данные или информацию в электронном виде. Он может хранить, извлекать и анализировать информацию. Теперь компьютер можно использовать для выполнения инструкций, отправки сообщений электронной почты, игр в онлайн-игры и работы в Интернете. Также можно использовать редактирование или создание электронных таблиц, отчетов, а иногда даже видео. Тем не менее, разработка этой сложной структуры началась примерно в 1940 году с появлением самого первого поколения компьютеров и с тех пор постоянно развивалась.Компьютерная революция всегда знаменовалась технологическим прорывом, коренным образом изменившим уникальный способ работы компьютеров и завершившимся появлением еще более компактных, дешевых, все более эффективных и гораздо более эффективных машин. Часто делается ссылка на развитие вычислительной техники применительно к различным типам вычислительных устройств. Компьютерная революция полностью изменила принцип работы компьютеров, в результате чего компьютеры стали меньше, дешевле, эффективнее и намного безопаснее.

Первое поколение компьютеров:

Электронные лампы использовались в первых поколениях компьютеров. Эти компьютерные системы использовали электронные лампы в качестве цепей хранения и электромагнитные барабаны. Как следствие, они были очень массивными, занимали практически целые комнаты и требовали больших затрат на содержание. Все это были неэффективные материалы, которые создавали много температур, тянули огромную энергию и, в конечном счете, производили много тепла, что приводило к постоянным отказам. Эти машины первого века были сосредоточены на «машинном языке» (это самый простой язык программирования, который компьютеры используют для общения).Информация зависела от бумажной ленты и перфокарт. Спектакль появился в публикациях. Двумя важными устройствами поколения были компьютеры UNIVAC и ENIAC.

Рисунок: 1 Вакуумная лампа

Второе поколение компьютеров:

Транзисторный компьютер, также называемый компьютером второго поколения, представляет собой компьютер, в котором используются одиночные транзисторы, а не электронные лампы. … К 1947 году изобретение транзистора коренным образом изменило производство компьютеров.В телевизорах, телефонах и компьютерах транзисторы заменили устаревшие электронные лампы. Как следствие, компьютерное оборудование уменьшилось в размерах. В 1956 году над устройством работал транзистор. Вместе с ранними разработками в области памяти на магнитных сердечниках транзисторы способствовали созданию более легких, дешевых, более стабильных и гораздо более энергоэффективных компьютеров второго поколения, чем их аналоги. Первоначальные суперкомпьютеры, расширенные IBM, и LARC Sperry-Rand были самыми первыми крупномасштабными устройствами, в которых в полной мере использовались преимущества этой технологии транзисторов.Оба эти компьютера были созданы для исследовательских лабораторий атомной энергетики, они были в состоянии управлять огромными объемами данных, что для исследователей-атомщиков было очень доступным навыком. Компьютеры были дорогими, и многие из них были слишком эффективны для вычислительных нужд бизнес-сообщества, что снижало их привлекательность. Всего было построено два LARC; один из лабораторий Lawrence Radiation Labs в Ливерморе, Калифорния, названный сразу в честь устройства, а другой — в Соединенных Штатах.

Рисунок: 2. Транзистор

Третье поколение компьютеров:

Компьютеры третьего поколения были машинами, которые увеличили распространение до изобретения интегральной схемы (ИС). Насколько мы знаем их сегодня, они были самым первым шагом к компьютерам. Их ключевой инновацией стало использование интегральных схем, которые позволили уменьшить их вес до размеров больших тостеров. Несмотря на это, они получили название микрокомпьютеров, потому что они очень маленькие по сравнению с компьютерами 2-го поколения, которые заполнили бы целые этажи и дома.Широко известные машины того периода также включают линейку DEC PDP и компьютеры серии IBM-360. Компьютеры быстро стали намного доступнее, а затем стали более популярными разработчики и нашедшие это интересным, способствуя большему прогрессу в области компьютерного программирования, а также аппаратного обеспечения. Примерно в этот период несколько языков программирования высокого уровня, включая C, Pascal, COBOL и FORTRAN, начали использоваться в общественной сфере. В этот период магнитные накопители также стали более распространенными.

Рис. 3. Интегральная схема

Четвертое поколение компьютеров:

Временные рамки четвертого поколения относятся к 1971-80 гг. В компьютерах этого гена используются крупномасштабные встроенные схемы (СБИС). Такие схемы имеют 5000 транзисторов, а также другие компоненты схемы. Компьютеры четвертого поколения становятся более мощными, компактными, надежными и доступными. Существует множество многочисленных дополнительных инструментов, в том числе такие, как разделение времени, работа в сети в реальном времени, использовалась децентрализованная ОС четвертого поколения.Это поколение использует все языки высокого уровня, включая Java, C, C++, PHP. Такие машины также могут быть использованы для включения в БИС (в массовом масштабе). Четвертое поколение является расширением третьего поколения. Компьютеры первого поколения покрывали всю площадь комнаты, но новые компьютеры поместятся в руке. В этом поколении компьютеров используются микропроцессорные микросхемы. В четвертом поколении компьютеров использовалось объектно-ориентированное программирование. Существуют различные виды языков объектно-ориентированного программирования, включая Java, Visual Basic и т. д.Эти объектно-ориентированные приложения предназначены для решения конкретных задач и не требуют дополнительного обучения. Он включает в себя запросы и подстанции приложений. Первым бизнесом, который смог производить микрочипы, был Intel. IBM выпустила первый домашний компьютер четвертого поколения. Такие машины должны были работать с минимальным количеством энергии. Четвертое поколение компьютеров имело первый суперкомпьютер, который мог надежно выполнять несколько вычислений. Такие суперкомпьютеры использовались и в телекоммуникациях.Возможности обработки расширились до многих гигабайт и даже терабайтов данных.

Рисунок 4. Микропроцессор была запущена после долгих дискуссий о необходимости значительно более доступных компьютеров, которые распространялись бы «как воздух», чтобы использовать старение населения и личное развитие среди многих других вещей.Люди из MITI, которые финансировали этот план, должны были иметь сильного маркетингового стратега, чтобы выбрать адрес проекта, потому что само его название вызвало большой ажиотаж во всем мире. Компьютеры 5-го поколения будут находиться в стадии разработки, ориентированной на искусственный интеллект. Целью пятого поколения является создание компьютера, достаточно умного для обучения и самоорганизации, а также способного реагировать на реальный языковой ввод. Для этого исследования будут использоваться квантовые вычисления, квантовые и нанотехнологии.Поэтому мы можем предположить, что машины пятого века должны обладать силой человеческого интеллекта.

Рис. 5. Искусственный интеллект

Поколения компьютеров с первого по пятое, характеристики, особенности, примеры

Генерационный компьютер

Что такое Генерационный компьютер?

История развития компьютеров часто упоминается в отношении различных поколений вычислительных устройств.

Каждое поколение компьютеров характеризуется значительным технологическим развитием, которое коренным образом изменило способ работы компьютеров, что привело к появлению все более компактных, дешевых, мощных, эффективных и надежных устройств.

На сегодняшний день известно пять поколений компьютеров. Каждое поколение подробно обсуждалось вместе с его временным периодом и характеристиками. В следующей таблице указаны приблизительные даты для каждого поколения, которые обычно принимаются.


Классификация компьютеров по поколениям

Ниже приведены пять основных классификаций компьютеров по поколениям:

S № Поколение Описание
1. Первое поколение Период первого поколения: 1946-1959 гг. На основе вакуумной трубки.
2. Второе поколение Период второго поколения: 1959-1965 гг. На основе транзистора.
3. Третье поколение Период третьего поколения: 1965-1971 гг. На основе интегральной схемы.
4. Четвертое поколение Период четвертого поколения: 1971-1980 гг.СБИС на базе микропроцессора.
5. Пятое поколение Период пятого поколения: 1980-н.в. На базе микропроцессора ULSI.

Поколения компьютеров с первого по пятое

Поколения компьютеров основаны на том, когда произошли основные технологические изменения в компьютерах, такие как использование электронных ламп, транзисторов и микропроцессоров. По состоянию на 2018 год существует пять поколений компьютера:

.
  1. Первое поколение компьютеров (1943-1959)
  2. Второе поколение компьютерных транзисторов (1956-1963)
  3. Третье поколение компьютерных интегральных схем (1964-1971)
  4. Четвертое поколение компьютеров 1
  5. Пятое поколение компьютеров в настоящем и будущем (искусственный интеллект)

Первое поколение компьютерных электронных ламп (1943–1959)

В 1937 году Др.Джон В. Атанасов и Клиффорд Берри. Он назывался Компьютер Атанасова-Берри (ABC). В 1943 году для военных был построен электронный компьютер под названием Colossus.

Другие разработки продолжались до 1946 года, когда был построен первый цифровой компьютер общего назначения, электронный числовой интегратор и калькулятор (ENIAC).

Говорят, что этот компьютер весил 30 тонн и имел 18 000 электронных ламп, которые использовались для обработки. Когда этот компьютер был включен впервые, в некоторых районах Филадельфии погас свет.Компьютеры этого поколения могли выполнять только одну задачу, и у них не было операционной системы.

Первые компьютеры использовали электронные лампы для схем и магнитные барабаны для памяти, и часто были огромными, занимая целые комнаты. Они были очень дорогими в эксплуатации и, помимо потребления большого количества электроэнергии, выделяли много тепла, что часто становилось причиной неисправностей.

Компьютеры первого поколения полагались на машинный язык для выполнения операций, и они могли решать только одну задачу за раз.Ввод был основан на перфокартах и ​​бумажной ленте, а вывод отображался на распечатках.

Компьютеры UNIVAC и ENIAC являются примерами вычислительных устройств первого поколения. UNIVAC был первым коммерческим компьютером, поставленным бизнес-клиенту. Он использовался в 1951 г. в США. Бюро переписи.

Характеристики электронных электронных ламп первого поколения

  1. Размеры этих компьютеров были размером с комнату.
  2. Владение вакуумными трубками для выполнения расчетов.
  3. Они использовали внутреннюю хранимую инструкцию, называемую программой.
  4. Используйте конденсаторы для хранения двоичных данных и информации.
  5. Перфокарты используются для передачи входных и выходных данных и информации.
  6. Они выделяли много тепла.
  7. У них около тысячи 1000 контуров на кубический фут.\

Особенности компьютеров первого поколения

  1. Технология вакуумных трубок.
  2. Ненадежный.
  3. Поддерживается только машинный язык.
  4. Очень дорого.
  5. Генерирует много тепла.
  6. Медленные устройства ввода и вывода.
  7. Огромный размер.
  8. Необходимость переменного тока.
  9. Непереносной.
  10. Потребляет много электроэнергии.

Примеры компьютеров первого поколения

  1. Mark 1: В период с 1937 по 1944 год Говард Айкен при поддержке IBM построил первый автоматический электромеханический компьютер, способный выполнять арифметические и логические операции с помощью ряда механических реле и переключателей с электрическим приводом.Эта машина, названная Марк-1, была очень надежной, и некоторые считают ее воплощением мечты Чарльза Бэббиджа в отношении его аналитической машины.
  2. Электронный числовой интегратор и калькулятор (ENIAC), созданный в Инженерной школе Мура Пенсильванского университета в 1946 году Дж. Преспером Экертом и Уильямом Мокли.
  3. Электронный автоматический компьютер с дискретными переменными (EDVAC), также разработанный в 1947 году Эккертом и Мочли.

Второе поколение компьютерных транзисторов (1956-1963)

Транзисторы заменили электронные лампы и положили начало второму поколению компьютеров.Транзистор был изобретен в 1947 году, но не нашел широкого применения в компьютерах до конца 50-х годов.

Транзистор был огромным шагом вперед по сравнению с электронной лампой, позволив компьютерам стать меньше, быстрее, дешевле, более энергоэффективными и надежными, чем их предшественники первого поколения.

Компьютеры второго поколения по-прежнему полагались на перфокарты для ввода и распечатки для вывода. Компьютеры второго поколения перешли от загадочного двоичного машинного языка к символическим языкам или языкам ассемблера, что позволило программистам задавать инструкции словами.

В то время также разрабатывались языки программирования высокого уровня, такие как ранние версии COBOL и FORTRAN.

Это были также первые компьютеры, которые хранили свои инструкции в своей памяти, которые перешли от магнитного барабана к технологии магнитного сердечника. Первые ЭВМ этого поколения были разработаны для атомной энергетики.

Характеристики компьютера второго поколения

  1. Компьютеры все еще были большими, но меньше, чем компьютеры первого поколения.
  2. Они используют транзисторы вместо электронных ламп для выполнения вычислений.
  3. Они были произведены по сниженной цене по сравнению с компьютерами первого поколения.
  4. Владение магнитными лентами для хранения данных.
  5. Они использовали перфокарты для ввода и вывода данных и информации. Также было введено использование клавиатуры в качестве устройства ввода.
  6. Эти компьютеры все еще выделяли много тепла, в котором кондиционер необходим для поддержания низкой температуры.
  7. У них около тысячи контуров на кубический фут.

Особенности компьютеров второго поколения

  1. Использование транзисторов.
  2. Надежнее компьютеров первого поколения.
  3. Меньший размер по сравнению с компьютерами первого поколения.
  4. Выделяет меньше тепла по сравнению с компьютерами первого поколения.
  5. Потреблял меньше электроэнергии по сравнению с компьютерами первого поколения.
  6. Быстрее компьютеров первого поколения.
  7. Все еще очень дорого.
  8. Требуется переменный ток.
  9. Поддерживаемые машинные языки и языки ассемблера.

Примеры компьютеров второго поколения:

  1. IBM 1620 (International Business Machines): IBM 1620 был выпущен компанией IBM 21 октября 1959 года и продавался как недорогой научный компьютер.
  2. IBM 7094 (International Business Machines): IBM 7094 был анонсирован в 1959 году.7090 — четвертый представитель серии научных компьютеров IBM 700/7000.
  3. CDC 1604 (Control Data Corporation): CDC 1604 был 48-битным компьютером, разработанным и изготовленным Сеймуром Крэем и его командой в Control Data Corporation (CDC). 1604 известен как один из первых коммерчески успешных транзисторных компьютеров.
  4. CDC 3600 (Control Data Corporation): Компьютер Control Data Corporation (CDC) 3600 прибыл в NCAR в ноябре 1963 года.NCAR начал свою деятельность в 1960 году как программа Национального научного фонда и управлялась некоммерческой Университетской корпорацией атмосферных исследований (UCAR).
  5. UNIVAC 1108 (универсальный автоматический компьютер): 1108 был представлен в 1964 году. Интегральные схемы заменили тонкопленочную память, которую UNIVAC 1107 использовал для хранения регистров. … Для поддержки мультипрограммирования 1108 имел защиту памяти с использованием двух базовых и предельных регистров с разрешением 512 слов.

Компьютерные интегральные схемы третьего поколения (1964–1971)

Разработка интегральной схемы стала визитной карточкой третьего поколения компьютеров.Транзисторы были миниатюризированы и размещены на кремниевых чипах, называемых полупроводниками, что резко увеличило скорость и эффективность компьютеров.

Вместо перфокарт и распечаток пользователи взаимодействовали с компьютерами третьего поколения через клавиатуру и мониторы и взаимодействовали с операционной системой, что позволяло устройству одновременно запускать множество различных приложений с помощью центральной программы, контролирующей память.

Компьютеры впервые стали доступны для массовой аудитории, потому что были меньше и дешевле своих предшественников.

Характеристики компьютерных интегральных схем третьего поколения

  1. Они использовали большие интегральные схемы, которые использовались как для обработки данных, так и для хранения.
  2. Компьютеры были миниатюризированы, то есть уменьшены в размерах по сравнению с предыдущим поколением.
  3. Клавиатура и мышь использовались для ввода, а монитор использовался как устройство вывода.
  4. Использование языков программирования, таких как COBOL и FORTRAN.
  5. У них сто тысяч контуров на кубический фут.

Особенности компьютеров третьего поколения

  1. Используемая микросхема более надежна по сравнению с предыдущими двумя поколениями.
  2. Меньший размер.
  3. Вырабатывается меньше тепла.
  4. Быстрее.
  5. Мелкое обслуживание.
  6. Дорого.
  7. Требуется переменный ток.
  8. Потреблял меньше электроэнергии.
  9. Поддерживаемый язык высокого уровня.

Примеры компьютеров третьего поколения:

  1. IBM-360 серии
  2. серия Honeywell-6000
  3. PDP (личный процессор данных)
  4. IBM-370/168
  5. TDC-316
  6. Burrough 6700, Minicomputers
  7. Honeywell 200
  8. Система IBM 360
  9. Серия UNIVAC 9000.

Четвертое поколение компьютеров с 1971 г. по настоящее время

Микропроцессор принес четвертое поколение компьютеров, так как тысячи интегральных схем были построены на одном кремниевом чипе.Чем же первое поколение заполняло целую комнату, теперь могло поместиться на ладони? В 1981 году IBM представила свой первый компьютер для домашнего пользователя, а в 1984 году Apple представила Macintosh.

Микропроцессоры также переместились из области настольных компьютеров во многие сферы жизни, поскольку микропроцессоры стали использоваться во все большем количестве повседневных продуктов. По мере того, как эти маленькие компьютеры становились все более мощными, их можно было объединять в сети, что в конечном итоге привело к развитию Интернета.В компьютерах четвертого поколения также были разработаны графические интерфейсы пользователя, мышь и портативные устройства.

В это время технологического развития размер компьютеров был перераспределен на то, что мы назвали персональными компьютерами, ПК. Это было время, когда Intel создала первый микропроцессор. Микропроцессор был очень крупномасштабной, то есть интегральной схемой VLS, которая содержала тысячи транзисторов.

транзистора на одном кристалле были способны выполнять все функции центрального процессора компьютера.

Характеристики компьютера четвертого поколения Микропроцессоры:

  • Владение микропроцессором, который выполняет все задачи современной компьютерной системы.
  • Размер компьютеров и их стоимость были уменьшены.
  • Увеличение скорости компьютеров.
  • Использовались сверхкрупномасштабные (VLS) интегральные схемы.
  • У них миллионы цепей на кубический фут.

Особенности компьютера четвертого поколения:

  1. Используется технология СБИС.
  2. Очень дешево.
  3. Портативный и надежный.
  4. Использование ПК.
  5. Очень маленький размер.
  6. Обработка трубопроводов.
  7. Переменный ток не требуется.
  8. Представлена ​​концепция Интернета.
  9. Большие разработки в области сетей.
  10. Компьютеры стали легко доступны.

Примеры компьютеров четвертого поколения:

  1. Система IBM 3090, IBM RISC6000, IBM RT.
  2. ИЛЛИАК IV.
  3. Cray 2 XMP.
  4. HP 9000.
  5. Компьютеры Apple.

Пятое поколение компьютеров в настоящем и будущем (искусственный интеллект)

Вычислительные устройства пятого поколения, основанные на искусственном интеллекте, все еще находятся в разработке, хотя некоторые приложения, такие как распознавание голоса, используются уже сегодня. Использование параллельной обработки и сверхпроводников помогает сделать искусственный интеллект реальностью.

Квантовые вычисления, молекулярные и нанотехнологии радикально изменят облик компьютеров в ближайшие годы. Целью вычислений пятого поколения является разработка устройств, которые реагируют на ввод на естественном языке и способны к обучению и самоорганизации.

Компьютерные устройства с искусственным интеллектом все еще находятся в разработке, но некоторые из этих технологий уже начинают появляться и использоваться, например, распознавание голоса.

Одним из наиболее известных примеров ИИ в компьютерах является Watson от IBM, который был показан в телешоу Jeopardy в качестве участника.Другие более известные примеры включают Siri от Apple на iPhone и Cortana от Microsoft на компьютерах с Windows 8 и Windows 10. Поисковая система Google также использует ИИ для обработки запросов пользователей.

Характеристики компьютеров пятого поколения в настоящем и будущем:

  1. Состоит из чрезвычайно крупномасштабной интеграции.
  2. Параллельная обработка
  3. Обладание высокоскоростной логикой и чипом памяти.
  4. Высокая производительность, микроминиатюризация.
  5. Способность компьютеров имитировать человеческий интеллект, т.е. распознавание голоса, детектор лица, отпечаток большого пальца.
  6. Спутниковая связь, виртуальная реальность.
  7. У них миллиарды цепей на куб.

Характеристики компьютеров пятого поколения:

  • Технология ULSI (технология сверхбольшой интеграции)
  • Разработка настоящего искусственного интеллекта
  • Разработка обработки естественного языка
  • Улучшение параллельной обработки
  • Улучшение технологии Superconductor
  • мультимедийные функции
  • Наличие очень мощных и компактных компьютеров по более низким ценам

Примеры компьютеров пятого поколения в настоящее время и в будущем:

  • Суперкомпьютеры.
  • Роботы.
  • Детектор лица.
  • Отпечаток пальца.

История вычислительной техники

А История вычислительной техники
Цели модели 1

а. Опишите машину, разработанную более ста лет назад, считается первым компьютером

 

б.Обсудите исторические течения, которые привели к развитию современные компьютеры

в. Опишите компьютер Поколения (от первого до четвертого или пятого?)

д. Предоставить вам возможность развивать свои навыки серфинга с помощью программы-браузера и Всемирная паутина

 

 

 

I. Исторические события:

1. Счеты (древнее время) — Счеты это механическое средство, используемое для счета.Сложение, вычитание, деление и умножение может быть выполнено на стандартных счетах.

2 . Мистер Чарльз Бэббидж (стр. 2, 6, 7,8) Британец ученый, создавший разностную машину (машину для решения многочленов) и аналитический двигатель (компьютер общего назначения) 1822 г.

(1)Первое устройство, которое может быть считался компьютером в современном смысле этого слова. эксцентричный британский математик и изобретатель Чарльз Бэббидж.

 

(2) В 1822 году Бэббидж предложил построить машину, называемую разностной машиной, для автоматического вычисления математических столы. Разностная машина была только частично завершена, когда Бэббидж задумал идею другой, более сложной машины, называемой аналитической машиной.

 

 

3. Разностная машинаРазностная машина

(IBM) Harvard Mark I (IBM)

 

В 1936 году Говард Эйкен, молодой профессор Гарварда, прочитал Заметки леди Лавлейс, которые касались развития Чарльза Бэббиджа и думаю о разработке и создании программируемой аналитической машины.Айкен подготовил предложение по его развитию и обратился в IBM за финансовой поддержкой. IBM инвестировала 1 миллион долларов, и в результате родился Гарвард Марк I. 1944. Mark I был 8 футов в высоту, 55 футов в длину и сделан из обтекаемой стали. и стекло. Mark I вызвал широкую огласку и интерес к исследованиям и открытие в этой области. Этот компьютер был главной причиной приверженности IBM к развитию вычислительной техники.

 

 

 

II. Исторический взгляд на компьютер

 

Компьютеры — не новое изобретение, а ранняя вычислительная техника устройства были механическими. Первая известная автоматическая вычислительная машина была изобретен во Франции в 1642 Блезом Паскалем. В знак признания вклада Паскаля в области вычислений, в его честь был назван язык программирования. Этот язык Паскаль теперь используется для обучения компьютерному программированию по специальности «педагогическое образование» в Государственном университете Болла.Следующее значительное улучшение в Счетные устройства были изготовлены в 1673 Готфридом Вильгельмом фон Лейбницем. Лейбниц наиболее известен своей работой по развитию раздела математики. известный как исчисление. Лейбниц изобрел калькулятор, который мог складывать, вычитать, умножать и делить точно. В виде изобретатели работали над улучшением механических калькуляторов, им нужен был лучший способ ввод данных, чем установка заводных циферблатов. В 1801 году , французский ткач по имени Жозеф Жаккард разработал ткацкий станок (стр. 5), который можно было запрограммировать с помощью пробитых в нем отверстий. открытки.

 

В 1822 году Чарльз Бэббидж родился и вырос в Англии в начале 1800-х годов, создал первый современный компьютерный дизайн. Позднее Бэббидж обратился к разработать новое устройство, которое назвали аналитической машиной. Эта машина была спроектирована использовать форму перфокарт, аналогичную перфокартам Jacquards для ввод данных. Это устройство было бы полноценным современным компьютером с распознанным циклом IPOS (ввод, обработка, вывод и хранение).

В 1887 следующей крупной фигурой в истории вычислительной техники был доктор К. Герман Холлерит, американский статистик. Доктор Холлерит изобрел перфорированный карточная система для подведения итогов переписи населения США. Эти новшества позволили провести перепись 1890 года за шесть недель. Это был большой улучшение по сравнению с переписью 1880 г.

Переходя к 1930-х , технология была ориентирована на современный компьютер.В 1973 году суд США признал Джона Атанасова, профессора Университета штата Айова, быть изобретателем электронного компьютера, основанного на электронном калькулятор Атанасова постройки 1930-х годов. Вторая мировая война вызвала потребность в Американские военные быстро рассчитывают траектории ракет. Военные спросили Доктор Джон Мочли из Университета Пенсильвании разработал машину для эта цель.

 

Доктор Мочли и мистер Эккерт построили огромное устройство под названием ENIAC. (стр. 14) Историки сходятся во мнении, что ENIAC был первым крупномасштабным электронным цифровым компьютер, который также привел непосредственно к первому в мире коммерческому компьютеру система.ENIAC использовал 17 480 электронных ламп, и говорят, что свет будет тусклый в Филадельфии всякий раз, когда был включен ENIC. ENIC был 10 футов высотой, 3 фута в ширину и 100 футов в длину, и весил 30 тонн. ENIAC был настоящим программируемым . цифровой компьютер, а не электронный калькулятор. Тысячу раз быстрее, чем любой из существующих калькуляторов, ENIAC захватил воображение публики после того, как газетные сообщения описали его как электронный мозг. ЭНИАК взял только 30 секунд для расчета траекторий, на которые потребовалось бы 40 часов ручной работы. расчет.

 

III. Поколения компьютеров (Модель 1.4 Стр. 15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. период, с 1951 по 1959 год, был назван первым современным поколением компьютеров. Характеристики ЭВМ первого поколения были вакуумными трубки и магнитные барабаны.Компьютеры первого поколения были большими, медленными и выделяли много тепла. Компьютеры первого поколения были большими, медленными и выделяли много тепла. Вакуумные лампы часто выходили из строя, поэтому первое поколение компьютеры были выключенными большую часть времени.

 

В 1953 году IBM объявила о своем первом коммерческом компьютер IBM 701. IBM произвела в общей сложности 19 таких компьютеров. В время лидеры отрасли чувствовали, что 19 компьютеров должно быть достаточно, чтобы позаботиться о вычислительных потребностях американского бизнеса! Большой, медленный, и дорогие, эти первые компьютеры требуется специальное оборудование и высококвалифицированный персонал.В 1957 году магнитная лента была представлена ​​как более быстрый и удобный вторичный носитель информации. Один лента может содержать содержимое около 1100 перфокарт.

 

2. Второе поколение (с 1959 по 1963 год) Транзистор

 

Характеристика ЭВМ второго поколения был транзистор. Транзистор был за работой на компьютере к 1956 г. В сочетании с ранними достижениями в память на магнитных сердечниках, транзисторы привели ко второму поколения компьютеров, которые были меньше, быстрее, надежнее и энергоэффективнее, чем их предшественники.Первые крупногабаритные машины Преимущество этой транзисторной технологии было первые суперкомпьютеры (IBM). Секунда компьютеры поколения заменили машины язык с языком ассемблера, что позволяет использовать сокращенные коды программирования для замены длинных и сложных двоичных кодов. коды. На протяжении всего начала 1960-х гг. был ряд коммерчески успешных компьютеров второго поколения, используемых в бизнесе, университетах и ​​правительстве от таких компаний, как Burroughs, Control Data, IBM, Sperry-Rand и другие.Эти компьютеры второго поколения также имели твердотельную конструкцию и содержали транзисторы вместо электронных ламп. Они также содержал все компоненты, которые мы ассоциируются с современным компьютером: принтеры, ленточные накопители, дисковые накопители, память, операционная системы и сохраненные программы. К 1965 году большинство крупных предприятий обычно обрабатывали финансовую информацию с помощью компьютеров второго поколения. А компьютер второго поколения мог печатать счета-фактуры клиентов, а через несколько минут проектируйте продукты или рассчитывайте зарплаты.Более сложные языки высокого уровня, такие как COBOL (Common Business-Oriented язык) и FORTRAN (Формула Translator) вошла в обиход в это время и расширилась до наших дней. Новые виды карьеры (программист, аналитик, специалист по компьютерным системам) и вся индустрия программного обеспечения началась с компьютеров второго поколения.

 

3. Третье поколение (1963–1975 гг.) Интегральная схема

 

Третье современное поколение компьютеров появилось во время 1964-1971 гг.Характерной чертой компьютера третьего поколения была интегральная схема . Хотя транзисторы были явно лучше электронных ламп, они все же выделяли много тепла, что повредил чувствительный элемент компьютера внутренние детали. Джек Килби, инженер Texas Instruments, разработал интегральную схему (ИС) в 1958 году. три электронных компонента на маленьком кремниевый диск, изготовленный из кварца. Позже ученым удалось разместить еще больше компонентов на одном чипе, называемом полупроводником.В результате компьютеры стали все меньше по мере увеличения количества компонентов. прижимается к чипу.

 

4. Четвертое поколение (с 1975 г. по настоящее время) ПК

 

характерной чертой компьютера четвертого поколения был микропроцессорный чип. В начале 1970-х инженер корпорации Intel, доктор Тед Хофф, получил задача разработки интегральной схемы для питания цифровых часов. Хофф расшифровал что он мог избежать дорогостоящих переделок, создав крошечный компьютер на чипе.То Результатом стал Intel 4004, первый в мире микропроцессор. Микропроцессор чип держит на одном чипе весь блок управления и арифметико-логическое устройство компьютера. В 1976 году Стив Джобс и Стив Возник открыли собственный бизнес. в гараже родителей Джобса в Калифорнии для сборки микрокомпьютеров. К 1982 г., их компания Apple Computer, INC. вошла в список 500 крупнейших компаний. В Соединенных Штатах.

 

В 1981 году IBM представила свой персональный компьютер (ПК). для использования дома, в офисе и в школе.1980-е годы ознаменовались расширением использование компьютеров во всех трех областях как клонов IBM PC сделало персональные компьютер еще доступнее. Количество используемых персональных компьютеров более удвоилось с 2 миллионов в 1981 году до 5,5 миллионов в 1982 году. Десять лет спустя 65 использовались миллионы компьютеров.

 

 

А Пятый Поколение?
АИ и естественные языки

 

 

 

 

 

Если будет пятое поколение, по мнению Бабера и Meyer (1999), это происходило медленно.В течение многих лет эксперты прогнозировали что товарным знаком следующего поколения будет искусственный интеллект, в какие компьютеры будут демонстрировать некоторые характеристики человека разведки. LaMorte и Lilly (2000) указали, что использование последних разработок прогресса, компьютеры способны воспринимать инструкции Spoken Word (распознавание голоса) и имитировать человеческие рассуждения. Умение переводить иностранный язык также средне возможно с компьютерами пятого поколения. Возможность перевода иностранного язык также умеренно возможен на компьютерах пятого поколения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поколение компьютеров 🖥 💻 — Программа «Знай»

В области компьютеров технологии постоянно меняются. Поколение компьютеров — это особое изменение в вычислительной технике. Вначале слово «поколение» использовалось для различения различных аппаратных технологий.В то время было много изменений в оборудовании по сравнению с программным обеспечением. В настоящее время и аппаратное, и программное обеспечение меняются очень быстро. Поэтому и аппаратное, и программное обеспечение важны при смене поколений.

Существует пять поколений компьютеров. В каждом поколении происходили большие изменения. Мы подробно обсудим каждое поколение.

Первое поколение компьютеров

Первое поколение компьютеров было основано на технологии электронных ламп. Операционная система пакетной обработки использовалась в компьютерах первого поколения.Во времена первого поколения компьютеров языки программирования еще не были разработаны. В то время использовался только машинный код. Все методы ввода были машинным языком, и он был известен как 1GL (языки первого поколения). 1GL был языком самого низкого или машинного уровня.

Первое поколение компьютеров не предназначалось для массового рынка. Компьютеры первого поколения были очень дорогими, и купить их могли только крупные организации или богатые люди.

Примеры компьютеров первого поколения

Примеры компьютеров первого поколения:

  1. ENIAC
  2. EDSAC
  3. EDVAC
  4. UNIVAC
  5. IBM-701 9014
Компьютеры первого поколения

Особенности компьютеров первого поколения

Компьютеры первого поколения со следующими характеристиками

  • Можно использовать только машинный язык.
  • Устройство работало очень медленно
    • В то время были доступны только электронные компоненты.Компьютер был сделан на вакуумной лампе.
    • Эти компьютеры могли выполнять общие вычисления.
    • В то время компьютерные технологии были первым шагом в мире, поэтому компьютер был очень полезен для следующего поколения компьютеров.
    • Эти компьютеры использовались в расчетах, связанных с разработкой атомных бомб.

    Недостатки или ограничения

    Поскольку это было самое первое поколение компьютеров, у него было много ограничений и недостатков по сравнению со следующими поколениями.Ограничения первого поколения компьютеров:

    • Этот компьютер был ограничен большими вычислениями и общими вычислениями.
    • Компьютер первого поколения решал только одну задачу за раз, он был не в состоянии понять многозадачную работу.
    • Этому компьютеру потребовалось несколько дней или недель, чтобы создать новую проблему.
    • В памяти компьютера было очень мало места.
    • Компьютеры того времени были очень медленными, очень большими и очень дорогими.
    • Эти компьютерные системы потребляли большое количество электроэнергии и производили много тепла. Тем более нагрев часто был причиной спойлера компа.

    Ниже перечислены недостатки первого поколения компьютеров,

    • Первое поколение компьютеров было очень дорогим.
    • Эти компьютеры были очень большими. Компьютер занимал площадь в 15 000 квадратных футов.
    • Вес этого компьютера составлял 30 тонн. Компьютер казался целой комнатой.
    • Эти компьютеры потребляют слишком много электроэнергии.
    • Эти компьютеры выделяли большое количество тепла.
    • В этой компьютерной системе использовалась вакуумная лампа, поэтому требовалась большая система охлаждения.
    • В этом компьютере можно хранить только небольшие объемы информации.

    Второе поколение компьютеров

    Компьютеры второго поколения были разработаны в период с 1959 по 1965 год. В компьютерах второго поколения использовались в основном транзисторы.В 1947 году Bell Labs изобрела транзистор, но он не нашел широкого применения в компьютерах до конца 1950-х годов. Компьютеры второго поколения были дешевле, потребляли меньше электроэнергии, имели небольшие размеры и работали быстрее, чем компьютеры первого поколения.

    В компьютерах второго поколения использовались операционные системы пакетной обработки и мультипрограммирования. В качестве языков программирования использовались языки ассемблера и более высокоуровневые языки программирования, такие как FORTRAN, COBOL. Новые типы карьеры, такие как программисты, аналитики, эксперты по компьютерным системам и вся индустрия программного обеспечения, начались со второго поколения компьютеров.

    Примеры компьютеров второго поколения

    Многие компьютеры были разработаны во втором поколении компьютеров. Некоторые популярные народное имя компьютера второго поколения,

    • IBM 1401
    • Honeywell 400
    • IBM 1620
    • IBM 1620143
    • IBM 1604
    • IBM 7094
    • CDC 3600
    • Univac 1108
    Компьютеры второго поколения

    Особенности компьютера второго поколения

    Основные характеристики и особенности компьютеров второго поколения:

    1. Использование транзисторов в компьютерной системе
    2. Меньший размер по сравнению с компьютером первого поколения
    3. Потребление меньшего количества электроэнергии
    4. Выработка меньшего количества тепла
    5. Надежность по сравнению с первым компьютеры нового поколения
    6. Поддерживаемые машинные языки и языки ассемблера
    7. Требуется переменный ток
    8. Быстрее, чем компьютеры первого поколения
    9. Все еще очень дорого

    Преимущества компьютеров второго поколения

    множество преимуществ,

    1. Из-за наличия транзисторов вместо электронных ламп размер электронного компонента уменьшился.Это уменьшило размер компьютера по сравнению с компьютерами первого поколения. Поэтому пользоваться компьютером стало проще.
    2. Компьютеры второго поколения потребляли меньше энергии и не выделяли больше тепла по сравнению с компьютерами первого поколения.
    3. Для ввода использовался язык ассемблера. Таким образом, машина стала проще в использовании.
    4. Более высокая скорость, более быстрые расчеты данных.
    5. Лучшая портативность по сравнению с компьютером первого поколения.

    Недостатки компьютеров второго поколения

    По сравнению с компьютерами следующего поколения, компьютеры второго поколения имели некоторые недостатки,

    1. В компьютерной системе требовался переменный ток.
    2. Используется только для определенных целей и важной работы.
    3. Требовалось постоянное обслуживание компьютера.
    4. Он был все еще очень дорогим, но стоил меньше, чем компьютер первого поколения.

    ЭВМ третьего поколения

    Период времени ЭВМ третьего (3-го) поколения 1965-1971 гг.В основном транзисторы использовались во втором поколении компьютеров для разработки компьютеров, но в третьем поколении компьютеров были представлены интегральные схемы.

    Благодаря использованию интегральных схем компьютер стал меньше по размеру, эффективнее и надежнее. Компьютеры третьего поколения с удаленной обработкой, разделением времени и мультипрограммными операционными системами. Многие языки программирования, такие как COBOL, PASCAL PL/1, FORTRAN-2–5 и ALGOL-68, также использовались в компьютерах третьего поколения.

    В качестве устройств ввода и вывода использовались перфокарты, распечатки и мониторы. перфокарты и распечатки были переведены на клавиатуру, а монитор был добавлен в операционную систему. Корпорация Digital Equipment представила первый коммерческий компьютер.

    Имя компьютера третьего поколения

    Многие компьютеры были разработаны в третьем поколении. Название популярных компьютеров третьего поколения:

    • Honeywell-6000 series
    • IBM-360 series
    • IBM-370/168
    • PDP (Personal Data Processor)
    • TDC-316
      Third
    • Third Компьютеры поколения

      Особенности и характеристики компьютеров третьего поколения

      По сравнению с компьютерами первого и второго поколения основными особенностями/характеристиками компьютеров третьего поколения являются:

    • AC Требуется в компьютерной системе
    • Поддерживаемые многопрограммированные операционные системы
    • используют язык высокого уровня
    • меньше по размеру
    • более быстрые работы по сравнению с компьютером предыдущего поколения
    • более надежный
    • более надежный
    • Дешевле

    Преимущества ЭВМ 3-го поколения

    Были изготовлены ные преимущества компьютеров 3-го поколения перед компьютерами предыдущего поколения.

    • Из-за наличия в компьютере интегральных схем размер компьютера становится небольшим.
    • Операционные системы использовались в компьютерах третьего поколения.
    • Там была большая емкость для хранения.
    • В этих компьютерах используются перфокарты, клавиатура и мышь.
    • Повышенная производительность по сравнению с компьютерами предыдущего поколения.
    • Лучшее управление ресурсами 
    • Концепция разделения времени
    • В компьютерах этого поколения использовался язык высокого уровня и язык мультипрограммирования.
    • Более надежный по сравнению с компьютерами предыдущего поколения.
    • Более быстрая рабочая мощность
    • Вырабатывается меньше тепла по сравнению с компьютерами предыдущего поколения
    • Компьютеры этого поколения были дешевле, чем компьютеры предыдущего поколения.

    Недостатки

    Были некоторые недостатки, и в связи с этим было представлено четвертое поколение компьютеров. В основном недостатки,

    • Из-за использования интегральных схем в компьютере трудно поддерживать.
    • Высокие технологии, необходимые для производства интегральных схем.
    • Компьютерам третьего поколения требуется переменный ток для охлаждения системы.

    Четвертое поколение компьютеров

    Четвертое поколение компьютеров появилось в 1971-1980 годах. Четвертое поколение компьютеров было разработано с использованием схемы VLSI (Very Large Scale Integrated). Поэтому они также известны как микропроцессоры. Микропроцессор использовался для логических и арифметических функций на компьютере.5000 транзисторов и других элементов схемы находились на одном кристалле. Поэтому было возможно построить микрокомпьютер в этом поколении.

    Первый персональный компьютер (ПК) был разработан компанией IBM. Использование ПК увеличилось в четвертом поколении. Компьютеры четвертого поколения были суперкомпьютерами по сравнению с компьютерами предыдущего поколения. В компьютерах использовались многие языки программирования высокого уровня, такие как C, C++, DBASE и т. д. В четвертое поколение было включено множество различных приложений, таких как управление данными, создание отчетов, разработка графического интерфейса, математическая оптимизация и веб-разработка.Кроме того, в это поколение компьютеров была добавлена ​​сетевая система.

    Компьютеры четвертого поколения

    Особенности компьютеров четвертого поколения

    Основные характеристики компьютеров четвертого поколения: в компьютерной системе

  • Большое развитие в области сетей 
  • Представлена ​​концепция Интернета
  • В компьютер добавлено разделение времени Использована распределенная операционная система
  • Языки высокого уровня, такие как C, C++, DBASE и т. д.
  • Мощный и надежный
  • Потребляет меньше электроэнергии
  • Выделяет незначительное количество тепла
  • В компьютере не требуется переменный ток
  • Очень маленький размер и портативность
  • компьютеры.
  • Преимущества компьютеров четвертого поколения

    У компьютеров четвертого поколения было много преимуществ. Основные преимущества:

    • Из-за технологии СБИС компьютер был очень маленьким по размеру.
    • В компьютерах использовались распределенные операционные системы и языки высокого уровня, такие как C, C++, DBASE и т. д. Поэтому компьютеры были мощнее и быстрее работали.
    • Введена концепция Интернета.
    • Большое развитие в области сетей.
    • Разделение времени также было добавлено в компьютеры четвертого поколения.
    • Компьютеры были портативными и очень надежными.
    • Использование персонального компьютера (ПК) было увеличено в четвертом поколении.
    • Выделенное тепло было незначительным.Следовательно, в компьютерной системе не требуется переменного тока.
    • Компьютеры четвертого поколения были очень дешевыми.
    • Компьютеры стали легко доступны на рынке.

    Недостатки компьютеров четвертого поколения

    • Из-за использования ИС (интегральных схем) во многих случаях требуется переменный ток.
    • Конструкция микропроцессоров была очень сложной.
    • Для производства интегральных схем требовалась передовая технология.

    Компьютеры 5-го поколения

    Период времени компьютеров 5-го поколения — 1980 год.В 1982 году Министерство международной торговли и промышленности Японии разработало первый компьютер пятого поколения. В этой компьютерной системе вместо технологии VLSI (очень крупномасштабная интеграция) использовалась технология ULSI (сверхбольшая интеграция).

    Компьютер пятого поколения был основан на программном обеспечении искусственного интеллекта (ИИ). Искусственный интеллект описывает среду и способ создания компьютеров, подобных людям. Это должно было обеспечить платформу для будущих разработок в области искусственного интеллекта.Это новая отрасль информатики.

    Все языки программирования высокого уровня, такие как C/C++, Python, Java и т. д., использовались с начала пятого поколения. В компьютерах использовались логическое программирование и массивно-параллельные вычисления. Многие типы новых технологий, такие как распознавание голоса, параллельная обработка, сверхпроводники, квантовые вычисления и нанотехнологии, были разработаны в пятом поколении. Компьютер пятого поколения реагирует на ввод на естественном языке и способен к обучению и самоорганизации.Эти компьютеры 5-го поколения были очень мощными и более удобными для программистов по сравнению с компьютерами предыдущего поколения.

    Примеры компьютеров 5-го поколения

    Компьютеры 5-го поколения

    Характеристики компьютеров пятого поколения

    Основные характеристики компьютеров пятого поколения:

    • Технология ULSI, используемая в компьютерной системе Обработка используется в компьютере
    • используются языки программирования высокого уровня
    • Добавлены функции распознавания голоса
    • Прогресс в технологии сверхпроводников
    • Используются квантовые вычисления и нанотехнологии
    • Развитие обработки естественного языка
    • очень мощная и быстрая работа
    • Больше пользователей
    • Небольшой размер
    • Более низкие цены

    Преимущества компьютеров 5-го поколения

    По сравнению с компьютерами предыдущего поколения основными преимуществами компьютеров 5-го поколения являются

    • Он более надежен и работает кс быстрее.
    • Предоставляет мультимедийные функции.
    • Языки программирования высокого уровня использовались в компьютерах. Таким образом, компьютер очень прост в использовании.
    • Доступны разные размеры.
    • Этот компьютер более удобен в использовании.
    • Распознавание голоса упростило использование компьютера.

    Недостатки

    Новые технологии и искусственный интеллект могут стать проблемой для человека в будущем.

    Если вам понравился этот пост, поделитесь им с друзьями.Вы хотите поделиться дополнительной информацией по теме, обсуждаемой выше, или вы нашли что-то неправильное? Дайте нам знать об этом в комментариях. Спасибо!

    Различное поколение компьютеров [с 1-го по 5-е] (обновлено)

    Создание компьютеров – это одна из тем, которую учащиеся изучают в школе по основам информатики. Он учит историческому развитию компьютеров от первого до пятого поколения.

    В современном мире, где информация необходима во всех аспектах человеческой жизни, использование компьютеров незаменимо.До современных компьютеров существовало другое поколение компьютеров, ознаменовавшее собой технологические изменения.

    Эта статья будет полезна учащимся младших классов средней школы при изучении поколения компьютеров. Это даст им четкое представление об этапах развития современной компьютерной системы. Это также заставит их ценить технологии и следовать им.

    Изменения в технологии, называемые поколением компьютеров, отмечают историческое развитие современного компьютера.Эти события происходили в пять различных периодов развития. Я подвел эти периоды, известные как поколение компьютеров в таблице ниже:

    S / N ключевые характеристики
    1. 1-го поколения: 1945 – 1956 На основе электронных ламп
    2. 2-е поколение: 1956 – 1963 На базе транзисторов
    3. 30083 3-го поколения: 1964 — 1971 на основе комплексных цепей
    4. 4-е поколения: 1971 — настоящее на основе микропроцессора
    5. 5-го поколения: настоящий и за пределы искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО)
    Краткое изложение поколения компьютеров

    В этой статье обсуждаются разные поколения компьютеров и их характеристики.

    Что такое поколение компьютеров?

    Поколение — это термин, используемый для обозначения различных периодов развития цивилизации или технического прогресса.Поколение компьютеров — это хронологический период, в течение которого компьютерная система развивалась и совершенствовалась.

    Поколение компьютеров — термин, обозначающий различные технологические изменения, происходившие с момента создания компьютерной системы до наших дней.

    С самого начала размер и характеристики компьютерной системы постоянно менялись. Сегодня компьютер, который изначально заполнял дом, можно уместить на ладони. Это описывает великую трансформацию и технологические этапы, известные как поколения компьютеров.

    Первое поколение компьютеров (1945–1956): с электронными лампами

    В первом поколении компьютеров использовались электронные лампы для схем и магнитные барабаны для памяти . Они были огромными, медленными, дорогими и часто ненадежными. Также они потребляют много электроэнергии, выделяют много тепла, что часто становилось причиной сбоев в работе.

    Компьютеры первого поколения — вакуумные лампыЭто язык, понятный компьютерам для выполнения операций. Они могли решить только одну проблему за раз. Ввод был основан на перфокартах и ​​бумажной ленте, а вывод отображался на распечатках.

    ENIAC, EDVAC (электронный автоматический компьютер с дискретными переменными) и UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer) являются примерами компьютеров первого поколения. UNIVAC был первым коммерческим компьютером, поставленным в Бюро переписи населения США в 1951 году.

    Второе поколение компьютеров (1956–1963): с транзисторами Лаборатории изобрели транзистор

    .

    Транзисторы заменили электронные лампы и положили начало второму поколению компьютеров. Транзистор был изобретен в 1947 году, но не нашел широкого применения в компьютерах до конца 1950-х годов.

    Второе поколение компьютеров — транзисторы (Изображение предоставлено PublicDomainPictures с Pixabay)

    Транзисторный компьютер просуществовал не так долго, как просуществовал ламповый компьютер, но он сыграл не менее важную роль в развитии компьютерных технологий. Были очевидные различия между транзистором и электронной лампой.

    Различия между электронной лампой и транзистором
    1. Транзистор был быстрее, надежнее, меньше по размеру и намного дешевле в изготовлении, чем электронная лампа. Один транзистор заменил эквивалент 40 электронных ламп.
    2. Было обнаружено, что транзисторы проводят электричество быстрее и лучше, чем электронные лампы.
    3. Транзисторы также были намного меньше и практически не выделяли тепла по сравнению с электронными лампами.
    4. Использование транзисторов положило начало развитию компьютера.Без этого изобретения космические путешествия в 1960-х годах были бы невозможны.

    Компьютеры второго поколения перешли от загадочного двоичного машинного языка к символическим или ассемблерным языкам, которые позволяли программистам указывать инструкции словами.

    В то время также разрабатывались языки программирования высокого уровня; такие как ранние версии COBOL и FORTRAN.

    Это были также первые компьютеры, которые хранили свои инструкции в своей памяти, поэтому перешли от магнитного барабана к технологии магнитных сердечников .Первые ЭВМ этого поколения были разработаны для атомной энергетики.

    Третье поколение компьютеров (1964–1971): с интегрированным

    Разработка интегральной схемы стала отличительной чертой третьего поколения компьютеров. Транзисторы были миниатюризированы и размещены на кремниевых микросхемах , называемых полупроводниками. Это резко увеличило скорость и эффективность компьютеров.

    Интегральная схема, или полупроводниковый чип, содержит огромное количество транзисторов на одной кремниевой пластине.Роберт Нойс из Fairchild Corporation и Джек Килби из Texas Instruments независимо друг от друга открыли свойства интегральных схем.

    Третье поколение компьютеров — интегральные схемы (фото: Magnascan с Pixabay)

    Размещение такого большого количества транзисторов на одном кристалле значительно увеличило мощность одного компьютера и значительно снизило его стоимость.

    Вместо перфокарт и распечаток пользователи взаимодействовали с компьютерами третьего поколения через клавиатуры и мониторы.  Оборудование было сопряжено с операционной системой, что позволяло устройству одновременно запускать множество различных приложений с помощью центральной программы, которая контролировала память.

    Эти компьютеры третьего поколения могли выполнять инструкции за миллиарды секунд. Компьютеры впервые стали доступны для массовой аудитории, потому что были меньше и дешевле своих предшественников.

    С момента изобретения интегральных схем количество транзисторов, которые можно разместить на одном кристалле, удваивалось каждые два года, что еще больше уменьшало размеры и стоимость компьютеров, а также повышало их мощность.

    В большинстве современных электронных устройств используются интегральные схемы той или иной формы, размещенные на печатных платах.

    Четвертое поколение компьютеров (с 1971 г. по настоящее время): микропроцессор

    Микропроцессор положил начало четвертому поколению компьютеров. Тысячи интегральных схем были построены на одном кремниевом чипе. Первое поколение занимало целую комнату, но теперь компьютер может поместиться на ладони.

    Чип Intel 4004 был разработан в 1971 году.Он разместил все компоненты компьютера — центральный процессор, память и элементы управления вводом/выводом — на одном кристалле.

    Четвертое поколение компьютеров – микропроцессор (кредит: изображение ElasticComputeFarm с Pixabay)

    Характеристики компьютеров 4-го поколения

    Четвертое поколение компьютеров характеризуется следующим: на одну микросхему интегральной схемы

  • Изобретение микропроцессора: одна микросхема, которая может выполнять всю обработку данных полномасштабного компьютера.
  • Более высокие скорости: если разместить миллионы транзисторов на одном чипе, компьютеры смогут достичь большего количества вычислений и более высоких скоростей.
  • Более высокая эффективность: Поскольку электричество проходит около фута за одну миллиардную долю секунды, чем меньше расстояние, тем выше скорость компьютеров.
  • Меньше потребления электроэнергии
  • Меньше выработки тепла.
  • Чипы были включены в другие продукты: Микропроцессоры вышли из области настольных компьютеров.Он был интегрирован во многие сферы жизни, поскольку все больше и больше повседневных продуктов начали использовать микропроцессоры.
  • Изобретение микропроцессоров положило начало Интернету: по мере того, как эти маленькие компьютеры становились все более мощными, их можно было объединять в сети. В конечном итоге это привело к развитию Интернета.
  • В компьютерах четвертого поколения также были разработаны графические интерфейсы пользователя, мышь и портативные устройства.
  • Изобретение микропроцессора вызвало бурный рост компьютеров и оказало значительное влияние на нашу жизнь.

    Тед Хофф, сотрудник Intel, изобрел микропроцессор. Чип размером с ластик для карандашей может выполнять всю вычислительную и логическую работу компьютера. Микропроцессор был создан для использования в калькуляторах, а не в компьютерах. Однако это привело к изобретению персональных компьютеров или микрокомпьютеров.

    В 1970-х годах люди стали покупать компьютеры для личного пользования. Одним из первых персональных компьютеров был компьютерный комплект Altair 8800 .[1]

    В 1975 году можно было купить этот комплект и собрать из него собственный персональный компьютер.

    В 1977 году Apple II был продан широкой публике, а в 1981 году IBM вышла на рынок ПК (персональных компьютеров). В 1981 году IBM представила свой первый компьютер для домашнего пользователя, а в 1984 году Apple представила Macintosh.

    С момента эволюции микропроцессоров было разработано пять (5) основных типов микропроцессоров. Микропроцессоры развивались следующим образом: 4-битные, 8-битные, 16-битные, 32-битные и 64-битные микропроцессоры.

    К пяти типам микропроцессоров относятся:

    • Компьютер со сложным набором команд (CISC)
    • Компьютер с сокращенным набором команд (RISC)
    • Специализированная интегральная схема (ASIC)
    • Суперскалярные процессоры
    • Цифровые сигнальные микропроцессоры

    Пятое поколение компьютеров (настоящее и будущее): ИИ и машинное обучение

    Цель пятого поколения компьютеров – разработать устройства, реагирующие на ввод на естественном языке.Эти устройства также способны к обучению и самоорганизации. Переход к искусственному интеллекту – это разработка компьютера, который может выполнять основные задачи человека, т.е. мышление.

    Искусственный интеллект (ИИ) — это средство, с помощью которого машины запрограммированы думать как люди. Машины запрограммированы быть умными или даже умнее людей, тем самым выполняя мощные функции, как и люди.

    Машинное обучение (МО) — это ветвь ИИ, которая позволяет машинам учиться на данных, выявлять модели поведения и делать прогнозы.

    Существуют некоторые примеры машин с искусственным интеллектом. Однако большинство из них основаны на машинном обучении. Примеры включают Siri от Apple, Alexa от Amazon, беспилотный автомобиль Tesla, технологию прогнозирования поведения клиентов Netflix и т. д.

    Вычислительные устройства пятого поколения, основанные на искусственном интеллекте, все еще находятся в разработке. Хотя некоторые приложения, такие как распознавание голоса, используются и сегодня.Считается, что использование параллельной обработки и сверхпроводников поможет сделать искусственный интеллект реальностью.

    Пятое поколение компьютеров — искусственный интеллект и машинное обучение (кредит: изображение Маркуса Винклера с Pixabay)

    Квантовые вычисления, молекулярные и нанотехнологии радикально меняют облик компьютеров сейчас и в ближайшие годы. Ключевыми характеристиками компьютеров пятого поколения являются параллельная обработка, поддержка распознавания голоса и понимание естественного языка.Компьютеры также должны быть очень быстрыми, надежными, портативными и так далее.

    Заключение

    Существует пять поколений компьютеров (с 1-го по 5-е). Каждое поколение представляет собой крупный технологический прорыв. Первое поколение компьютеров основано на электронных лампах, а пятое поколение основано на искусственном интеллекте и машинном обучении.

    Примечания

    [1] Родерик Хеймс. (2011). The Computer Generations 7 th  Класс . Весенний выпуск: Альтон С.Крюсская средняя школа.

    Нравится:

    Нравится Загрузка…

    Похожие

    Использование квантовых компьютеров первого поколения | Департамент материалов

    Группа профессора Бенджамина (qtechtheory.org) ведет текущий теоретический проект, в котором используется комбинация аналитических методов вместе с обычными суперкомпьютерами для прогнозирования поведения квантовых компьютеров 1-го поколения, включая их ограничения и недостатки. Цель состоит в том, чтобы найти применение этим мощным, но несовершенным системам.Хотя для этой темы не существует специального целевого обучения, Саймон приветствует заявки и рассмотрит варианты финансирования с успешными кандидатами.

    Многие исследовательские группы по всему миру приближаются к созданию первого поколения чрезвычайно мощного нового класса технологий: квантовых компьютеров. Создание такой машины означает научиться управлять кубитами (квантовыми битами). Пробуются разные подходы: кубиты могут быть отдельными атомами, наноструктурами в алмазе или сверхпроводящими петлями.Но у всех есть одна общая черта: контроль, которого мы можем достичь, намного ниже, чем контроль, который мы имеем над битами в обычных компьютерах. Таким образом, первое поколение квантовых компьютеров будет несовершенным по сравнению с нашими надежными традиционными технологиями, но у них все еще будет потенциал быть намного более мощным. Совсем недавно Google анонсировала квантовое устройство с 53 кубитами, поведение которого находится на уровне или выше пределов предсказания обычных компьютеров. Поэтому существует большой интерес к поиску потенциальных полезных применений таких систем.

    В этом теоретическом проекте будут использоваться как аналитические методы, так и обычные суперкомпьютеры, чтобы понять поведение квантовых компьютеров 1-го поколения, включая их ограничения и недостатки. В настоящее время основное внимание уделяется выявлению приложений, таких как новые материалы и открытия в области химии, которые могут успешно работать на ближайшем квантовом компьютере, несмотря на его несовершенство. Это своевременная тема: если мы собираемся использовать компьютеры, которые появятся в ближайшие несколько лет (такие как устройство «квантового превосходства» Google), нам необходимо сопоставить подробные архитектуры и модели ошибок с желаемым приложением с помощью протоколов устранения ошибок. .Таким образом, этот проект относится к сфере исследований квантовых технологий EPSRC.

    Ресурсы, доступные для проекта, включают объект Oxford ARC (Advanced Research Computing) и, в частности, кластер вычислительных и графических узлов стоимостью около 1 млн фунтов стерлингов, которые были приобретены как часть концентратора NQIT и будут приобретены как часть нового концентратора в Quantum. Вычисления и моделирование. Первичную поддержку окажет профессор Саймон Бенджамин (Оксфорд), а в принимающую группу входят 10 человек, работающих в смежных областях, в том числе постдокторант доктор Балинт Кочор из Оксфорда.

    Краткая история компьютеров

    Удивительно, как сильно изменились компьютеры с течением времени. Когда-то эти машины были большими и громоздкими и могли обрабатывать лишь небольшую часть того, на что способны современные компьютеры. Мы приписываем эти изменения закону Мура, который гласит, что по мере уменьшения размера транзисторов мы можем экспоненциально вместить больше в наши компьютеры и устройства.

    Это справедливо для всех устройств: увеличивается емкость памяти, компьютерные дисплеи становятся все более четкими и четкими, а качество камеры/изображения улучшается.Все это происходит с частотой раз в два года, согласно закону Мура. Еще в январе 2018 года мы исследовали закон Мура и то, что следует за ним. Сегодня давайте углубимся в то, как изменились компьютеры за эти годы:

    Компьютеры первого поколения

    Компьютеры существовали в трех поколениях. Первое поколение компьютеров просуществовало с 1937 по 1946 год. Компьютеры занимали целые комнаты и даже целые этажи зданий и весили много тонн. В этих компьютерах для обработки использовались электронные лампы вместо транзисторов, которые мы используем сегодня.Они также использовали коммутационные панели и бумагу для вывода данных вместо монитора.

    Эти компьютеры в основном использовались военными (например, Colossus, построенный в 1943 году). Эти машины были не очень мощными, по крайней мере, по сегодняшним меркам — они могли выполнять только одну задачу за раз, и не было операционной системы — для их питания требовалось много энергии. Говорят, что электронный числовой интегратор и компьютер (ENIAC) приглушил свет в некоторых частях Филадельфии, штат Пенсильвания, когда он впервые был включен.

    Компьютеры второго поколения

    Транзисторы были представлены во втором поколении (1947-1962) вместо электронных ламп. В это время разрабатывались языки программирования, а у компьютеров были операционные системы и память. Ленты и диски также использовались для хранения. В 1951 году публике был представлен универсальный автоматический компьютер (UNIVAC 1), а в 1953 году компьютеры International Business Machine (IBM) серий 650 и 700 вошли в мир компьютеров.

    Компьютеры третьего поколения

    В это поколение (с 1963 г. по настоящее время) входят современные компьютеры. Интегральная схема привела к тому, что компьютеры стали меньше в размерах, а производительность и возможности резко возросли. Наконец-то компьютеры смогли выполнять различные функции и запускать разные программы одновременно.

    Закон Мура был установлен в 1965 году как предсказание экспоненциального роста скорости и возможностей компьютеров.

    Leave a comment