Компютърни инструменти преди появата на компютрите
Едно от първите устройства (5-4 век пр. н. е.), което улеснява изчисленията, може да се счита за сметало. Това е специална дъска с вдлъбнатини, изчисленията върху нея са направени чрез преместване на камъчета или кости.

С течение на времето тези дъски започнаха да се начертават на няколко ивици и колони. В Гърция сметалото е съществувало още през 5 век пр.н.е., сред японците се е наричало "серобян", сред китайците - "суанпан". В древна Русия за броене се използва устройство, подобно на сметало, наречено "руска сметка". През 17 век това устройство приема формата на познатите руски сметки.

Историята на развитието на компютърните технологии.Реферат по информатика.

В началото на 17 век френският математик и физик Блез Паскал създава първата "събираща машина, наречена Pascaline, която извършва събиране и изваждане. През годините 1670-1680 немският математик Лайбниц проектира изчислителна машина, която извършва всички 4 аритметични операции.
През 1874 г. инженерът от Санкт Петербург Однер конструира устройство, наречено събирателна машина, което изпълнява и четирите аритметични операции с многоцифрени числа доста бързо. През 30-те години на 20 век у нас е разработена по-усъвършенствана добавъчна машина Феликс. Тези устройства за броене бяха основните технически средства, които улесняваха работата на хората, свързани с обработката на големи количества цифрова информация.
Важно събитие на 19 век е изобретяването на английския математик Чарлз Бабидж, останал в историята като създател на първата изчислителна машина - прототипа на истинските компютри. През 1812 г. той започва да работи върху своята "разликова машина". Бабидж искаше да проектира машина, която не само да извършва изчисления, но и да работи по предварително компилирана програма, например да изчислява числената стойност на дадена функция. Основният елемент на неговата машина беше зъбно колело - за запаметяване на една цифра от десетично число. В резултат на това беше възможно да се работи с 18-битови числа. До 1822 г. ученият е построил малък работещ модел и е изчислил върху него таблица с квадрати. Подобрявайки различната машина, Бабидж започва през 1833 г. да разработва „аналитична машина“. Той трябваше да има по-висока скорост с по-опростен дизайн и да се захранва с пара. Аналитичната машина имаше три основни блока. Първият блок за съхраняване на числа (памет, наречена "склад"), вторият блок извършва аритметични операции ("мелница"), третият блок за управление на последователността от действия на машината. Имаше и устройства за въвеждане на необработени данни и отпечатване на резултатите. Машината трябваше да действа според програма, която задава последователността за извършване на операции и прехвърляне на числа от паметта към мелницата и обратно. Математичката Ада Лайвлес (дъщеря на поета Байрон) разработва първите програми за машината на Бабидж. Поради недостатъчното развитие на технологиите проектът на Бабидж не е реализиран, но много изобретатели се възползват от неговите идеи. И така, през 1888 г. американският Холерит създава табулатор, който ви позволява да автоматизирате изчисленията по време на преброяването. Холерит основава IBM през 1924 г. за масово производство на табулатори.

Синопсис - Историята на развитието на компютърните технологии.

През 1941 г. немският инженер Цузе създава малък компютър, базиран на електромеханични релета, но поради войната работата му не е публикувана. През 1943 г. в САЩ, в едно от предприятията на IBM, Aiken създава по-мощен компютър Mark-1, който се използва за военни изчисления. Но електромеханичните релета работеха бавно и ненадеждно.
Първото поколение компютри (1946 - средата на 50-те години) Под поколение компютри се разбират всички видове и модели компютри, разработени от различни дизайнерски екипи, но изградени на едни и същи научни и технически принципи.
Появата на електронната вакуумна тръба доведе до създаването на първия компютър. През 1946 г. в САЩ се появява компютър за решаване на задачи, наречен ENIAC (ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator - "електронен цифров интегратор и калкулатор"). Този компютър работеше хиляди пъти по-бързо от Mark-1. Но през повечето време бездействаше, т.к. отне няколко часа, за да свържете правилно кабелите, за да завършите програмата.
Съвкупността от елементи, изграждащи компютъра, се нарича елементна база. Елементната база на компютрите от 1-во поколение са вакуумни тръби, резистори и кондензатори. Елементите бяха свързани с проводници чрез повърхностен монтаж. Компютърът представляваше много обемисти шкафове и заемаше специално машинно помещение, тежеше стотици тонове и консумираше стотици киловати електроенергия. ENIAC имаше 20 000 вакуумни лампи. За 1 сек. Машината извърши 300 операции на умножение или 5000 операции на многоцифрено събиране.
През 1945 г. известният американски математик Джон фон Нойман представя доклад пред широката научна общност, в който успява да очертае формалната логическа организация на компютъра, абстрахирайки се от схеми и радиолампи.

Историята на развитието на компютърните технологии. Класически принципи на функционална организация и работа на компютър:
1. Наличие на основни устройства: блок за управление (CU), аритметична логика (ALU), запаметяващо устройство (RAM), входно-изходни устройства;
2. Съхраняване на данни и команди в паметта;
3. Принципът на програмно управление;
4. Последователно изпълнение на операциите;
5. Двоично кодиране на информацията (първият компютър "Марк-1" извършва изчисления в десетичната бройна система, но такова кодиране е технически трудно за изпълнение и по-късно е изоставено);
6. Използване на електронни елементи и електрически вериги за по-голяма надеждност (вместо електромеханични релета).

Първият домашен компютър е създаден през 1951 г. под ръководството на академик S.A. Lebe-maiden и тя се наричаше MESM (малка електронна изчислителна машина). По-късно е създадена БЕСМ-2 (голяма електронна изчислителна машина). Най-мощният компютър от първо поколение в Европа е съветският компютър М-20 със скорост 20 000 op/sec, обемът на RAM е 4000 машинни думи. Средно скоростта на компютрите от първо поколение е 10-20 хиляди op / sec. Работата на компютрите от първо поколение е твърде сложна поради честите повреди: електронните тръби често изгаряха и трябваше да се сменят ръчно. Цял екип от инженери беше ангажиран с поддръжката на такъв компютър. Програмите за такива машини са написани в машинни кодове, би било необходимо да се знаят всички команди на машината и тяхното двоично представяне. Освен това подобни компютри струват милиони долари.

Историята на развитието на компютърните технологии. Второ поколение компютри (края на 50-те - 60-те години)

Изобретяването на транзистора през 1948 г. направи възможно промяната на елементната база на компютъра с полупроводникови елементи (транзистори и диоди), както и с по-модерни резистори и кондензатори. Един транзистор замени 40 вакуумни тръби, работеше по-бързо, беше по-евтин и по-надежден. Технологията за свързване на елементната база се промени: появиха се първите печатни платки - плочи от изолационен материал, върху които бяха поставени транзистори, диоди, резистори и кондензатори. Печатните платки бяха свързани чрез повърхностен монтаж. Консумацията на електроенергия е намалена, а размерите са намалели стотици пъти. Производителността на такива компютри е до 1 милион операции / сек. При отказ на няколко елемента се сменяше цялата платка, а не всеки елемент поотделно. След появата на транзисторите най-отнемащата време операция в производството на компютри беше свързването и запояването на транзистори за създаване на електронни схеми. Появата на алгоритмични езици улесни процеса на програмиране. Въведен е принципът на споделяне на времето - различни компютърни устройства започнаха да работят едновременно. През 1965 г. Digital Equipment пусна първия миникомпютър, PDP-8, с размерите на хладилник и струващ само $20 000.

Историята на развитието на компютърните технологии. Трето поколение компютри(края на 60-те - 70-те години)

През 1958 г. Джон Килби създава първата експериментална интегрална схема или чип. Интегралната схема изпълнява същите функции като електронната в компютрите от второ поколение. Това беше силиконова пластина, върху която бяха поставени транзистори и всички връзки между тях. Елементна база - интегрални схеми. Производителност: стотици хиляди - милиони операции в секунда. Първият компютър, направен на интегрални схеми, беше IBM-360 през 1968 г. от IBM, което бележи началото на цяла серия (колкото по-голямо е числото, толкова по-големи са възможностите на компютъра). През 1970 г. Intel започва да продава интегрални схеми с памет. Оттогава броят на транзисторите на единица площ от интегрална схема се удвоява приблизително годишно. Това осигури постоянно намаляване на разходите и увеличаване на скоростта на компютъра. Обемът на паметта се е увеличил. Появиха се дисплеи и графични плотери и се развиват различни езици за програмиране. В нашата страна се произвеждат две семейства компютри: големи (например EC-1022, EC-1035) и малки (например SM-2, SM-3). По това време компютърният център беше оборудван с един или два модела ES-компютри и дисплей клас, където всеки програмист можеше да се свърже с компютъра в режим на споделяне на времето.

Историята на развитието на компютърните технологии. Четвъртото поколение компютри (края на 70-те години - до днес)

През 1970 г. Маршиан Едуард Хоф от Intel проектира интегрална схема, подобна по функция на централния процесор на голям компютър. Така се появи първият микропроцесор Intel-4004, пуснат в продажба през 1971 г. Този микропроцесор с размери под 3 см беше по-производителен от гигантска машина. На един силициев кристал беше възможно да се поставят 2250 транзистора. Вярно, че работеше много по-бавно и можеше да обработва само 4 бита информация едновременно (вместо 16-32 бита за големи компютри), но също така струваше десетки хиляди пъти по-евтино (около $ 500). Скоро започна бързо нарастване на производителността на микропроцесорите. Първоначално микропроцесорите се използват в различни изчислителни устройства (например в калкулатори). През 1974 г. няколко компании обявиха създаването на персонален компютър, базиран на микропроцесора Intel-8008, т.е. устройство за един потребител.
Широката продажба на пазара на персонални компютри (PC) се свързва с имената на младите американци С. Джобс и У. Возняк, основателите на Apple Computer, която от 1977 г. стартира производството на персонални компютри Apple. Множество програми, предназначени за бизнес приложения (редактиране на текст, електронни таблици за счетоводни изчисления), допринесоха за ръста на продажбите.
В края на 70-те години възходът на персоналните компютри доведе до спад в търсенето на големи компютри. Това притесни ръководството на IBM, водеща компания в производството на големи компютри, и те решиха да опитат силите си на PC пазара като експеримент. За да не се харчат много пари за този експеримент, на отдела, отговорен за този проект, беше позволено да не проектира компютър от нулата, а да използва блокове, направени от други компании. И така, най-новият по това време 16-битов микропроцесор Intel-8088 беше избран като основен микропроцесор. Софтуерът е поръчан за разработване на малка фирма Microsoft. През август 1981 г. новият IBM PC е готов и става много популярен сред потребителите. IBM не направи компютъра си едно цяло устройство и не защити дизайна си с патенти. Напротив, тя сглоби компютъра от независимо произведени части и не запази в тайна методите за свързване на тези части; Дизайните на IBM PC бяха достъпни за всички. Това позволи на други фирми да разработят както хардуер, така и софтуер. Много скоро тези фирми вече не се задоволяваха с ролята на производители на компоненти за IBM PC и започнаха сами да създават компютри, които бяха съвместими с IBM PC. Конкуренцията между производителите доведе до по-евтини компютри. Тъй като тези фирми не трябваше да правят огромни разходи за изследвания, те можеха да продават компютрите си на много по-ниска цена от сравнимите компютри на IBM. Компютрите, съвместими с IBM PC, бяха наречени „клонинги“ (близнаци). Обща характеристика на фамилията IBM PC и съвместимите компютри е софтуерната съвместимост и принципът на отворената архитектура, т.е. възможността за добавяне и замяна на съществуващ хардуер с по-модерен без подмяна на целия компютър.
Една от най-важните идеи на компютрите от четвърто поколение е, че няколко процесора се използват едновременно за обработка на информация (мултипроцесорна обработка).

Историята на развитието на компютърните технологии. сървър.

Сървърът е мощен компютър в компютърни мрежи, който предоставя услуги на свързани към него компютри и достъп до други мрежи. Суперкомпютрите съществуват от 70-те години на миналия век. За разлика от компютрите Neumann, те използват многопроцесорен метод на обработка. При този метод проблемът за решаване се разделя на няколко части, всяка от които се решава паралелно на собствен процесор. Това драстично повишава производителността. Скоростта им е милиарди операции в секунда. Но тези компютри струват милиони долари.
Персоналните компютри (PC) се използват навсякъде и имат достъпна цена. За тях са разработени голям брой софтуерни инструменти за различни области на приложение, които помагат на човек да обработва информация. Сега компютърът стана мултимедиен, т.е. обработва не само цифрова и текстова информация, но също така ефективно работи със звук и изображения.
Преносими компютри (латинската дума "porto" означава "нося") - преносими компютри. Най-често срещаният от тях лаптоп ("бележник") - бележник персонален компютър.
Индустриалните компютри са предназначени за използване в индустриална среда (например за управление на машинни инструменти, самолети и влакове). Към тях се предявяват повишени изисквания за надеждност на безпроблемна работа, устойчивост на температурни промени, вибрации и др. Следователно обикновените персонални компютри не могат да се използват като индустриални.

Историята на развитието на компютърните технологии. v. 1.0.

Първото устройство, предназначено да улесни броенето, беше сметалото. С помощта на костите на сметките беше възможно да се извършват операции събиране и изваждане и прости умножения.

1642 г. - Френският математик Блез Паскал проектира първата механична изчислителна машина, "Паскалин", която може да извършва механично събиране на числа.

1673 - Готфрид Вилхелм Лайбниц проектира събирателна машина, която ви позволява да извършвате механично четири аритметични операции.

Първата половина на 19 век - Английският математик Чарлз Бабидж се опитва да създаде универсално изчислително устройство, тоест компютър. Бабидж го нарече Аналитична машина. Той определи, че компютърът трябва да съдържа памет и да се управлява от програма. Според Бабидж компютърът е механично устройство, чиито програми се задават с помощта на перфокарти - карти, изработени от плътна хартия с нанесена информация с помощта на дупки (по това време те вече са широко използвани в станове).

1941 г. - Германският инженер Конрад Цузе създава малък компютър, базиран на няколко електромеханични релета.

1943 г. - в САЩ, в едно от предприятията на IBM, Хауърд Айкен създава компютър, наречен "Марк-1". Това направи възможно извършването на изчисления стотици пъти по-бързо от ръчно (с помощта на сумираща машина) и се използваше за военни изчисления. Той използва комбинация от електрически сигнали и механични задвижващи механизми. "Марк-1" имаше размери: 15 * 2-5 м и съдържаше 750 000 части. Машината успя да умножи две 32-битови числа за 4 секунди.

1943 г. - в САЩ група специалисти, ръководени от Джон Маучли и Проспер Екерт, започват да проектират компютъра ENIAC на базата на вакуумни тръби.

1945 г. - математикът Джон фон Нойман участва в работата по ENIAC, който изготвя доклад за този компютър. В своя доклад фон Нойман формулира общите принципи на функциониране на компютрите, тоест универсалните изчислителни устройства. Досега по-голямата част от компютрите са правени в съответствие с принципите, очертани от Джон фон Нойман.

1947 - Eckert и Mauchly започват разработването на първата електронна серийна машина UNIVAC (Универсален автоматичен компютър). Първият модел на машината (UNIVAC-1) е създаден за Бюрото за преброяване на населението на САЩ и е пуснат в експлоатация през пролетта на 1951 г. Синхронният последователен компютър UNIVAC-1 е създаден на базата на компютрите ENIAC и EDVAC. Тя работеше с тактова честота 2,25 MHz и съдържаше около 5000 електронни тръби. Вътрешно устройство за съхранение с капацитет от 1000 12-битови десетични числа е направено на 100 живачни линии за забавяне.

1949 г. - Английският изследовател Мурнс Уилкс създава първия компютър, който въплъщава принципите на фон Нойман.

1951 г. - J. Forrester публикува статия за използването на магнитни ядра за съхраняване на цифрова информация В машината Whirlwind-1 за първи път е използвана памет с магнитно ядро. Състоеше се от 2 куба с 32-32-17 ядра, които осигуряваха съхранението на 2048 думи за 16-битови двоични числа с един паритетен бит.

1952 г. - IBM пуска първия си индустриален електронен компютър IBM 701, който е синхронен паралелен компютър, съдържащ 4000 вакуумни тръби и 12 000 диода. Подобрена версия на машината IBM 704 беше бърза, използваше индексни регистри и данните бяха представени във форма с плаваща запетая.

След компютъра IBM 704 беше пусната машината IBM 709, която в архитектурно отношение се доближи до машините от второ и трето поколение. В тази машина за първи път се използва индиректно адресиране и за първи път се появяват входно-изходни канали.

1952 - Remington Rand пуска компютъра UNIVAC-t 103, който е първият, който използва софтуерни прекъсвания. Служителите в Remington Rand използваха алгебрична форма на писане на алгоритми, наречена „Кратък код“ (първият интерпретатор, създаден през 1949 г. от Джон Мокли).

1956 - плаващи магнитни глави на въздушна възглавница са разработени от IBM. Тяхното изобретение направи възможно създаването на нов тип памет - дискови устройства за съхранение (памет), чието значение беше напълно оценено през следващите десетилетия от развитието на компютърните технологии. Първите дискови памети се появяват в машините IBM 305 и RAMAC. Последният имаше пакет, състоящ се от 50 метални диска с магнитно покритие, които се въртяха със скорост от 12 000 rpm. /мин На повърхността на диска имаше 100 писти за запис на данни, по 10 000 знака всяка.

1956 - Ferranti пуска компютъра Pegasus, който за първи път въплъщава концепцията за регистри с общо предназначение (RON). С появата на RON разликата между индексни регистри и акумулатори беше премахната и програмистът имаше на разположение не един, а няколко акумулаторни регистъра.

1957 г. - група, ръководена от D. Backus, завършва работата по първия език за програмиране на високо ниво, наречен FORTRAN. Езикът, внедрен за първи път на компютъра IBM 704, допринесе за разширяването на обхвата на компютрите.

1960 г - 2-ро поколение компютри, логическите елементи на компютрите се изпълняват на базата на полупроводникови устройства-транзистори, разработват се езици за алгоритмично програмиране, като Algol, Pascal и др.

1970 г - 3-то поколение компютри, интегрални схеми, съдържащи хиляди транзистори на една полупроводникова пластина. OS, започнаха да се създават езици за структурно програмиране.

1974 г. - няколко компании обявиха създаването на персонален компютър, базиран на микропроцесора Intel-8008 - устройство, което изпълнява същите функции като голям компютър, но е предназначено за един потребител.

1975 г. - появява се първият комерсиално разпространен персонален компютър Altair-8800, базиран на микропроцесора Intel-8080. Този компютър имаше само 256 байта RAM и нямаше клавиатура или екран.

В края на 1975 г. - Пол Алън и Бил Гейтс (бъдещите основатели на Microsoft) създават езиков интерпретатор Basic за компютъра Altair, който позволява на потребителите просто да комуникират с компютъра и лесно да пишат програми за него.

Август 1981 г. - IBM представя IBM PC. Като основен микропроцесор на компютъра е използван 16-битов микропроцесор Intel-8088, който позволява работа с 1 мегабайт памет.

1980 г - 4-то поколение компютри, изградени на големи интегрални схеми. Микропроцесорите се изпълняват под формата на единична микросхема, масово производство на персонални компютри.

1990 г — 5-то поколение компютри, свръхголеми интегрални схеми. Процесорите съдържат милиони транзистори. Поява на глобални компютърни мрежи за масово използване.

2000-те — 6-то поколение компютри. Интеграция на компютри и домакински уреди, вградени компютри, развитие на мрежови компютинг.

Нуждата от устройства за ускоряване на процеса на броене се е появила при хората преди хиляди години. По това време за това се използваха най-простите средства, като пръчки за броене. По-късно се появява сметалото, по-известно ни като абакус. Позволява да се извършват само най-простите аритметични операции. Много неща се промениха оттогава. Почти всяка къща има компютър, а смартфонът е в джоба ви. Всичко това може да се обедини под общото наименование „Компютърна техника” или „Компютърна техника”. В тази статия ще научите малко повече за историята на неговото развитие.

1623. Вилхелм Шикард си мисли: "Защо да не изобретя първата сумираща машина?" И той го измисля. Той получава механично устройство, способно да извършва основни аритметични операции (събиране, умножение, деление и изваждане) и да работи с помощта на зъбни колела и цилиндри.

1703 г. Готфрид Вилхелм Лайбниц описва двоичната бройна система в своя трактат "Explication de l'Arithmtique Binaire", което се превежда на руски като "Обяснение на двоичната аритметика". Внедряването на компютри, които го използват, е много по-просто и самият Лайбниц е знаел за това. Още през 1679 г. той създава план за двоичен компютър. Но на практика първото такова устройство се появява едва в средата на 20 век.

1804 г За първи път се появяват перфорирани карти (перфокарти). Използването им не спира през 70-те години на миналия век. Те са листове тънък картон, на места има дупки. Информацията беше записана в различни последователности от тези дупки.

1820 г Чарлз Ксавие Томас (да, почти като професор X) пуска сумиращата машина на Томас, която остава в историята като първият масово произвеждан аритмометър.

1835 г Чарлз Бабидж иска да изобрети своя собствена аналитична машина и я описва. Първоначално задачата на устройството е да бъде изчисляването на логаритмични таблици с висока точност, но по-късно Бабидж променя решението си. Сега мечтата му се превърна в машина с общо предназначение. По онова време създаването на подобно устройство беше съвсем реалистично, но работата с Бабидж се оказа трудна поради неговия характер. В резултат на разногласия проектът беше затворен.

1845 г Израел Стафел създава първото устройство, способно да извлича квадратни корени от числа.

1905 г Пърси Луджърт публикува проект за програмируем механичен компютър.

1936 г Конрад Цузе решава да създаде свой собствен компютър. Той го нарича Z1.

1941 г Конрад Цузе пуска Z3, първият в света компютър с програмно управление. Впоследствие бяха пуснати още няколко десетки устройства от серията Z.

1961 г Пускане на пазара на ANITA Mark VII, първият в света напълно електронен калкулатор.

Няколко думи за поколенията компютри.

1 поколение.Това са така наречените лампови компютри. Работят с електронни лампи. Първото подобно устройство е създадено в средата на 20 век.

2 поколение.Всички са използвали компютри от първо поколение, докато изведнъж през 1947 г. Уолтър Братейн и Джон Бардийн изобретяват едно много важно нещо - транзистора. Така се появява второто поколение компютри. Те консумират много по-малко енергия и тяхната производителност е по-висока. Тези устройства са често срещани през 50-те и 60-те години на XX век, докато интегралната схема не е изобретена през 1958 г.

3-то поколение.Работата на тези компютри се основаваше на интегрални схеми. Всяка такава схема съдържа стотици милиони транзистори. Създаването на третото поколение обаче не спря пускането на компютри от второ поколение.

4-то поколение.През 1969 г. Тад Хоф излезе с идеята да замени много интегрални схеми с едно малко устройство. По-късно е наречен микрочип. Благодарение на това стана възможно създаването на много малки микрокомпютри. Първото такова устройство беше пуснато от Intel. А през 80-те най-разпространени са микропроцесорите и микрокомпютрите. Все още ги използваме.

Това беше кратка история на развитието на компютърните технологии и компютърните технологии. Дано съм успяла да ви заинтересувам. Довиждане!

Общинско бюджетно учебно заведение

"Средно училище № 30"

Изпълнено:

Ученик от 8 клас

Дмитриева Дария

Учител:

Демченко Е.Е.

Г. Курск, 2014

"История на развитието на компютърните технологии"

абстрактно

Въведение

Човешкото общество в хода на своето развитие е овладяло не само материята и енергията, но и информацията. С навлизането и масовото разпространение на компютрите човек получи мощен инструмент за ефективно използване на информационните ресурси, за подобряване на интелектуалната си дейност. От сега нататък (срXXвек), започва преходът от индустриално общество към информационно общество, в което информацията се превръща в основен ресурс.

Способността на членовете на обществото да използват пълна, навременна и надеждна информация до голяма степен зависи от степента на развитие и усвояване на новите информационни технологии, които се основават на компютрите. Помислете за основните етапи в историята на тяхното развитие.

Компютърно инженерство е съществен компонент от процеса на изчисление и обработка на данни. Първите устройства за изчисления вероятно са били добре познатипръчици за броене, които все още се използват днес в началните класове на много училища за преподаване на броене. Развивайки се, тези устройства стават по-сложни, например катофиникийскиглинени фигурки, също предназначени за визуално представяне на броя на предметите, които се броят. Такива устройства изглежда са били използвани от търговци и счетоводители от онова време.

Постепенно от най-простите устройства за броене се раждат все по-сложни устройства.: ( ), , , . Въпреки простотата на ранните изчислителни устройства, опитен счетоводител може да получи резултати с прости изчисления дори по-бързо от бавния собственик на модерен калкулатор. Естествено, производителността и скоростта на броене на съвременните изчислителни устройства отдавна надминават възможностите на най-забележителния човешки калкулатор.

Човечеството се е научило да използва най-простите устройства за броене преди хиляди години. Най-търсена беше необходимостта да се определи броят на артикулите, използвани при бартер. Едно от най-простите решения беше да се използва тегловният еквивалент на обменяния предмет, което не изискваше точно преизчисляване на броя на неговите компоненти. За тези цели най-простото балансиранебаланс, който се превръща в един от първите уреди за количествено определянемаси. Принципът на еквивалентност беше широко използван в друго просто устройство за броене - сметалото или сметалото. Броят на преброените обекти съответства на броя на преместените кокалчета на този инструмент. Сравнително сложно устройство за броене може да бъде броеница, използвана в практиката на много религии. Вярващият, както при сметките, преброи броя на молитвите, произнесени върху зърната на броеницата, и когато премине пълен кръг от броеницата, премести специални зърна-броячи на отделна опашка, показвайки броя на преброените кръгове.С изобретяването на зъбните колела се появиха много по-сложни изчислителни устройства.

За всички поколения компютри,за историята на развитието на компютърните технологии, искам да разкажа в моето есе.

Началото на компютърната ера

Първи компютърENIACе създадена в края на 1945 г. в САЩ.

Основните идеи, върху които се развиват компютърните технологии в продължение на много години, са формулирани през 1946 г. от американския математик Джон фон Нойман. Те се наричат ​​архитектура на фон Нойман.

През 1949 г. е създаден първият компютър с архитектурата на фон Нойман - английската машинаEDSAC. Година по-късно се появява американският компютърEDVAC.

У нас първият компютър е създаден през 1951г. Наричаше се MESM - малка електронна изчислителна машина. Дизайнерът на MESM беше Сергей Алексеевич Лебедев.

Серийното производство на компютри започва през 50-те годиниXXвек.

Обичайно е електронното изчислително оборудване да се разделя на поколения, свързани с промяна в елементната база. Освен това,колите от различни поколения са различнилогическа архитектура и софтуерсигурност, бързодействие, RAM, метод на въвеждане и виеводна информация и др.

Първият компютър - универсална машина, използваща вакуумни тръби - е построен в САЩ през 1945 г.

Тази машина се нарича ENIAC (съкращение от: електронен цифров интегратор и калкулатор). Дизайнерите на ENIAC са J. Mouchli и J. Eckert. Скоростта на броене на тази машина надвишава скоростта на релейните машини от онова време хиляда пъти.

Първата електроннакомпютър ENIAC е програмиран по метода plug-and-switch, т.е. програмата е изградена чрез свързване на отделните блокове на машината на комутационната платка с проводници. Тази сложна и досадна процедура за подготовка на машината за работа я направи неудобна за работа.

Основните идеи, според които компютърните технологии се развиват в продължение на много години, са разработени от най-големия американски математик Джон фон Нойман.

През 1946 г. списание "Nature" публикува статия на J. von Neumann, G. Goldstein и A. Burks "Предварително разглеждане на логическия дизайн на електронно изчислително устройство". Тази статия очертава принципите на дизайна и работата на компютрите. Основният е принципът на съхраняване в паметтапрограми , според който данните и програмата се поставят в общата памет на машината.

Основното описание на устройството и работата на компютъра обикновено се нарича архитектура на компютър. Идеите, изложени в статията, спомената по-горе, бяха наречени "компютърна архитектура от J. von Neumann."

През 1949 г. е построен първият компютър с архитектурата на Neumann - английската машина EDSAC. Година по-късно се появява американският компютър EDVАС. Посочените машини съществуват в единични екземпляри. Серийното производство на компютри започва в развитите страни по света през 50-те години на ХХ век.

У нас първият компютър е създаден през 1951г. Наричаше се MESM - малка електронна изчислителна машина. Дизайнерът на MESM беше Сергей Алексеевич Лебедев

Голяма е ролята на академик С. А. Лебедев в създаването на домашни компютри. Под негово ръководство през 50-те години на миналия век са създадени серийни тръбни компютри БЕСМ-1 (високоскоростна електронна изчислителна машина), БЕСМ-2, М-20. По това време тези машини бяха сред най-добрите в света.

През 60-те години на XX век С. А. Лебедев ръководи разработването на полупроводникови компютри BESM-ZM, BESM-4, M-220, M-222. Изключителното постижение на този период е машината BESM-6. Това е първият домашен и един от първите компютри в света със скорост от 1 милион операции в секунда.

Последвалите идеи и разработки на С. А. Лебедев допринесоха за създаването на по-модерни машини от следващите поколения.

Първо поколение компютри

Първо поколение компютри - лампови автомобили от 50-те години.Скоростта на броене на най-бързите машини от първо поколение достигна 20 хиляди операции в секунда. За въвеждане на програми и данни се използват перфоленти и перфокарти. Тъй като вътрешната памет на тези машини беше малка (може да съдържа няколко хиляди числа и програмни инструкции), те се използват главно за инженерни и научни изчисления, които не са свързани с обработката на големи количества данни. Това бяха доста обемисти конструкции, съдържащи хиляди лампи, понякога заемащи стотици квадратни метри, консумиращи стотици киловати електричество. Програмите за такива машини бяха компилирани на езици с машинни инструкции, така че програмирането не беше достъпно по това време за малцина. Общоприето е, че първото поколение компютри се появява по време на Втората световна война1943 Конрад Цузе, демонстрирана пред приятели и роднини в1938 реле) е машина, капризна при работа и ненадеждна при изчисления. През май1941 години вБерлин

Общоприето е, че първото поколение компютри се появява по време на Втората световна война1943 година, въпреки че първият работещ представител трябва да се счита за кола V-1 (Z1)Конрад Цузедемонстриран на приятели и роднини в1938 година. Това беше първата електронна (изградена върху домашно направени аналозиреле) машина, капризна при работа и ненадеждна при изчисления. През май1941 години вБерлин, Zuse представи колата Z3, която предизвика възторг сред специалистите. Въпреки редица недостатъци, това беше първият компютър, който при други обстоятелства можеше да има търговски успех.

Въпреки това, първите компютри се считат за английскиКолос(1943) и американENIAC(1945 г.). ENIAC е първият компютър с вакуумна тръба.

Компютрите от първо поколение използват вакуумни тръби и релета като елементна база; паметта с произволен достъп се извършва на тригери, по-късно на феритни ядра.Елементната база на първите компютри - вакуумни тръби - определя техните големи размери, значителна консумация на енергия, ниска надеждност и в резултат на това малки производствени обеми и тесен кръг потребители, главно от света на науката. В такива машини практически нямаше средства за комбиниране на операциите на изпълняваната програма и паралелизиране на работата на различни устройства; командите се изпълняваха една след друга, ALU беше неактивен в процеса на обмен на данни с външни устройства, чийто набор беше много ограничен. Оперативната памет на БЕСМ-2 например беше 2048 39-битови думи, като външна памет бяха използвани магнитни барабани и устройства с магнитна лента. Процесът на комуникация между човек и машина от първо поколение беше много времеемък и неефективен. По правило самият разработчик, който е написал програмата в машинни кодове, я въвежда в паметта на компютъра с помощта на перфокарти и след това ръчно контролира нейното изпълнение. Електронното чудовище беше предоставено на неразделното използване на програмиста за определено време и ефективността на решаването на изчислителния проблем до голяма степен зависи от нивото на неговите умения, способността за бързо намиране и коригиране на грешки и способността за навигация в компютърната конзола . Ориентацията към ръчно управление определя липсата на каквито и да било възможности за буфериране на програми.

Компютрите от първо поколение се характеризираха с ниска надеждност, изискваха система за охлаждане и имаха значителни размери. Процесът на програмиране изисква значително изкуство, добро познаване на компютърната архитектура и неговите софтуерни възможности. Отначало се използва програмиране в компютърни кодове (машинен код), след това се появяват автокодове и асемблери, автоматизиращи до известна степен процеса на програмиране на задачите. Компютрите от първо поколение се използват за научни и технически изчисления. Процесът на програмиране приличаше повече на изкуство, практикувано от много тесен кръг от математици, инженери по електроника и физици.

Всички компютри от 1-во поколениефункционирашебазирани на вакуумни тръби, което ги правеше ненадеждни - тръбите трябваше да се сменят често. Тези компютри бяха огромни, тромави и скъпи машини, които само големи корпорации и правителства можеха да закупят. Лампите консумират огромно количество електричество и генерират много топлина.

Освен това всяка машина използва собствен език за програмиране. Наборът от инструкции беше малък, схемата на аритметичното логическо устройство и блока за управление е доста проста, софтуерът практически липсваше. RAM и резултатите за производителност бяха ниски. За вход-изход бяха използвани перфоленти, перфокарти, магнитни ленти и печатащи устройства, устройствата с памет с произволен достъп бяха реализирани на базата на линии за забавяне на живак на електроннолъчеви тръби.

Тези неудобства започнаха да се преодоляват чрез интензивното развитие на средствата за автоматизирано програмиране, създаването на системи от сервизни програми, които опростяват работата на машината и повишават ефективността на нейното използване. Това от своя страна изисква значителни промени в структурата на компютрите, насочени към доближаването й до изискванията, произтичащи от опита на работа с компютри.

Второ поколение компютри

През 1949 г. в САЩ е създадено първото полупроводниково устройство, което заменя вакуумната тръба. Нарича се транзистор.През 60-те години транзисторите са се превърнали в елементна база за второ поколение компютър. Преходът към полупроводникови елементи подобри качеството на компютрите във всички отношения: те станаха по-компактни, по-надеждни и по-малко енергоемки. Скоростта на повечето машини достига десетки и стотици хиляди операции в секунда. Обемът на вътрешната памет се е увеличил стотици пъти в сравнение с компютрите от първо поколение. Устройствата за външна (магнитна) памет са силно развити: магнитни барабани, устройства с магнитна лента. Благодарение на това стана възможно създаването на информационно-справочни системи за търсене на компютри (това се дължи на необходимостта да се съхраняват големи количества информация на магнитни носители за дълго време).През второто поколение езиците за програмиране на високо ниво започнаха активно да се развиват. Първите от тях бяха FORTRAN, ALGOL, COBOL. Програмирането като елемент от ограмотяването е широко разпространено, предимно сред хората с висше образование.

Второто поколение компютри е преходът към транзисторната елементна база, появата на първите мини-компютри.

Компютрите от второ поколение обикновено се състоят от голям брой печатни платки, всяка от които съдържа от една до четирилогически портиилизадейства. По-специално,Стандартна модулна система на IBMдефинира стандарта за такива платки и съединителните конектори за тях. AT1959 гна базата на транзистори IBM пусна мейнфреймIBM 7090и среден клас колаIBM 1401. Последният използванперфорирана картавход и се превърна в най-популярния компютър с общо предназначение на времето: в периода 1960-1964г. са произведени повече от 100 хиляди копия от тази машина. Той използва 4000 знака памет (по-късно увеличен до 16 000 знака). Много аспекти на този проект се основаваха на желанието да се заменят машините с перфокарти, които бяха широко използвани от1920 гдо самото начало на 70-те години. AT1960 гIBM пусна транзисторIBM 1620, първоначално само перфолента, но скоро актуализиран до перфокарти. Моделът става популярен като научен компютър, произведени са около 2000 копия. Машината използва памет с магнитна сърцевина до 60 000 десетични цифри.

През същата 1960гДЕКпусна първия си модел -PDP-1, предназначен за използване от технически персонал в лаборатории и за изследвания.

AT1961 гКорпорация БъроузосвободенB5000, първият двупроцесорен компютър свиртуална памет. Други уникални характеристики бяхастекова архитектура,адресиране на базата на дескриптори и без директно програмиранеасемблерен език.

Второ поколение компютърIBM 1401, произведен в началото на 60-те години на миналия век, превзема една трета от световния компютърен пазар, като са продадени над 10 000 от тези машини.

Използването на полупроводници се подобри не самоцентралния процесор, но също и периферните устройства. Второто поколение устройства за съхранение на данни вече направи възможно съхраняването на десетки милиони знаци и числа. Имаше разделение на твърдо фиксирани (фиксирани ) устройства за съхранение, свързани към процесора чрез високоскоростен канал за пренос на данни и сменяеми (сменяем ) устройства. Смяната на дискова касета в чейнджър отне само няколко секунди. Въпреки че капацитетът на сменяемите носители обикновено е по-нисък, но тяхната взаимозаменяемост прави възможно съхраняването на почти неограничено количество данни.Магнитна лентаобикновено се използва за архивиране на данни, тъй като осигурява повече обем на по-ниска цена.

В много машини от второ поколение функциите за комуникация с периферни устройства бяха делегирани на специализираникопроцесори. Например докатопериферен процесоризвършва четене или пробиване на перфокарти, главният процесор извършва изчисления или разклонения според програмата. Една шина за данни пренася данни между паметта и процесора по време на цикъла на извличане и изпълнение, а обикновено другите шини за данни обслужват периферни устройства. НаPDP-1цикълът на достъп до паметта отне 5 микросекунди; повечето инструкции изискват 10 микросекунди: 5 за извличане на инструкцията и още 5 за извличане на операнда.

"Сетун"беше първият базиран на компютъртроична логика, разработена през1958 гвСъветски съюз. Първите съветски серийни полупроводникови компютри бяха„Пролет” и „Сняг”, произведени с1964 На1972 г Пиковата производителност на компютъра Sneg беше 300 000 операции в секунда. Машините са направени на базата на транзистори с тактова честота 5 MHz. Произведени са общо 39 компютъра.

Счита се за най-добрия домашен компютър от 2-ро поколениеБЕСМ-6, създаден през1966 г.

Принципът на автономност се доразвива - вече е реализиран на ниво отделни устройства, което се изразява в тяхната модулна структура. I/O устройствата са снабдени със собствени CU (наречени контролери), което освобождава централното CU от управление на I/O операции.

Подобряването и поевтиняването на компютрите доведе до намаляване на единичната цена на компютърно време и изчислителни ресурси в общата цена на автоматизирано решение на проблема с обработката на данни, като в същото време разходите за разработване на програми (т.е. програмиране) почти не намалява, а в някои случаи има тенденция към увеличаване. Така се очерта тенденция към ефективно програмиране, която започна да се реализира във второто поколение компютри и се развива до днес.

Разработването на базата на библиотеки от стандартни програми на интегрирани системи със свойството преносимост, т.е. работещи на компютри от различни марки. В PPP са разпределени най-често използваните софтуерни инструменти за решаване на задачи от определен клас.

Технологията за изпълнение на програми на компютър се подобрява: създават се специални софтуерни инструменти - системен софтуер.

Целта на системния софтуер е да направи по-лесно и по-бързо преминаването на процесора от една задача към друга. Появиха се първите системи за пакетна обработка, които просто автоматизираха стартирането на една програма след друга и по този начин увеличиха използването на процесора. Системите за пакетна обработка бяха прототип на съвременните операционни системи, те станаха първите системни програми, предназначени да контролират изчислителния процес. По време на внедряването на системи за пакетна обработка беше разработен формализиран език за контрол на работата, с помощта на който програмистът каза на системата и оператора каква работа иска да върши на компютъра. Набор от няколко задачи, обикновено под формата на тесте перфокарти, се нарича пакет задачи. Този елемент е жив и днес: така наречените партидни (или партидни) файлове на MS DOS не са нищо повече от пакети за задания (разширението в името им bat е съкращение на английската дума batch, което означава пакет).

Домашните компютри от второ поколение включват Promin, Minsk, Razdan, Mir.

Трето поколение компютри

Трето поколение компютрие създаден на нова елементна база- интегрални схеми: върху малка пластина от полупроводников материал с площ под 1 см 2 бяха монтирани сложни електронни схеми. Те се наричаха интегрални схеми (ИС). Първите ИС съдържат десетки, след това стотици елементи (транзистори, съпротивления и т.н.). Когато степента на интеграция (броят на елементите) се приближи до хиляда, те започнаха да се наричат ​​големи интегрални схеми - LSI; тогава се появяват много големи интегрални схеми - VLSI. Компютрите от трето поколение започват да се произвеждат през втората половина на 60-те години, когато американска компанияIBMстартира производството на машинната системаIBM-360. В Съветския съюз през 70-те години започва производството на машини от серията ES EVM (Unified Computer System). Преходът към трето поколение е свързан със значителни промени в компютърната архитектура. Сега можете да стартирате няколко програми на една и съща машина едновременно. Този режим на работа се нарича многопрограмен (мултипрограмен) режим. Скоростта на най-мощните модели компютри достига няколко милиона операции в секунда. На машини от трето поколение се появи нов тип външни устройства за съхранение - магнитни дискове. Широко се използват нови видове входно-изходни устройства: дисплеи, плотери. През този период значително се разширяват областите на приложение на компютрите. Започват да се създават бази данни, първите системи с изкуствен интелект, системи за компютърно проектиране (CAD) и системи за управление (ACS). През 70-те години линията от малки (мини) компютри получи мощно развитие.

Елементната база на компютъра са малки интегрални схеми (MIS), съдържащи стотици или хиляди транзистори на една плоча. Работата на тези машини се управлява от буквено-цифрови терминали. За контрол бяха използвани езици на високо ниво и асемблер. Данни и програми се въвеждаха както от терминала, така и от перфокарти и перфоленти. Машините са предназначени за широко приложение в различни области на науката и технологиите (изчисления, управление на производството, движещи се обекти и др.). Благодарение на интегралните схеми беше възможно значително да се подобрят техническите и оперативните характеристики на компютрите и рязко да се намали цената на хардуера. Например, машините от трето поколение имат повече RAM, по-бърза производителност, по-голяма надеждност и намалена консумация на енергия, отпечатък и тегло в сравнение с машините от второ поколение.

Интегрална схема, чип - "микроелектронен продукт с висока плътност на опаковане на електрически свързани елементи и разглеждан като единно структурно цяло." (Горохов П.К. Обяснителен речник на радиоелектрониката. Основни термини. М .: Руски език, 1993). Преди изобретяването на интегралната схема (през 1958 г.) всеки компонент на електронната схема се изработваше отделно, а след това компонентите се свързваха чрез запояване. Появата на интегралните схеми промени цялата технология. В същото време електронното оборудване поевтинява. Микросхемата е многопластова сложност от стотици вериги, толкова малки, че не могат да се видят с невъоръжено око. Тези вериги също имат пасивни компоненти - резистори, които създават устойчивост на електрически ток, и кондензатори, които могат да съхраняват заряд. Най-важните компоненти на интегралните схеми обаче са транзисторите - устройства, които могат както да усилват напрежението, така и да го включват и изключват, "говорейки" в двоична система. Третото поколение е свързано с появата на компютри с елементна база на интегрални схеми (ИС). През януари 1959 г. Д. Килби създава първата интегрална схема, която представлява тънка германиева пластина с дължина 1 см. За да демонстрира възможностите на интегрираната технология, Texas Instruments създава бордов компютър за ВВС на САЩ, съдържащ 587 интегрални схеми и обем 150 пъти по-малък от подобен стар компютър. Но интегралната схема на Kilby имаше редица значителни недостатъци, които бяха елиминирани с появата на планарните интегрални схеми от R. Noyce през същата година. От този момент нататък IC технологията започва своето триумфално шествие, завладявайки всички нови раздели на съвременната електроника и на първо място компютърните технологии.
Първите специални бордови компютри, използващи технологията IS, са проектирани и изградени по поръчка на военното ведомство на САЩ. Новата технология осигури по-голяма надеждност, технологичност и скорост на компютърната технология със значително намаляване на нейните размери. На един квадратен милиметър интегрална схема се оказа възможно да се поставят хиляди логически елементи. Въпреки това, не само IS технологията определя появата на ново поколение компютри - компютрите от трето поколение, като правило, формират серия от модели, които са софтуерно съвместими отдолу нагоре и имат нарастващи възможности от модел на модел. В същото време тази технология направи възможно внедряването на много по-сложни логически архитектури на компютрите и тяхното периферно оборудване, което значително разшири функционалните и изчислителните възможности на компютрите.

Най-важният критерий за разграничаване на компютрите от второ и трето поколение е значителното развитие на компютърната архитектура, която отговаря на изискванията както на решаваните задачи, така и на програмистите, които работят върху тях. С разработването на експерименталните компютри Stretch от IBM и Atlas в Университета на Манчестър, такава концепция за компютърна архитектура стана реалност; вече беше въплътено на търговска основа от IBM със създаването на добре познатата серия IBM / 360. Операционните системи стават част от компютрите, появиха се възможности за мултипрограмиране; много задачи за управление на паметта, входно/изходните устройства и други ресурси започнаха да се поемат от операционните системи или директно от хардуера на компютъра.

Първата такава серия, с която е обичайно да се брои третото поколение, е добре познатата серия от модели IBM Series / 360 (или накратко IBM / 360), чието серийно производство стартира в САЩ през 1964 г.; и до 1970 г. серията включва 11 модела. Тази серия оказа голямо влияние върху по-нататъшното развитие на компютрите с общо предназначение във всички страни като еталон и стандарт за много дизайнерски решения в областта на компютърните технологии. Сред другите компютри от трето поколение могат да се отбележат модели като PDP-8, PDP-11, B3500 и редица други. В СССР и други страни от СИВ от 1972 г. стартира производството на унифицираната компютърна серия (ES COMPUTER), копираща (доколкото беше технологично възможно) серията IBM / 360. Заедно със серията компютри EC в страните от СИВ и СССР от 1970 г. започва производството на серия малки компютри (SM компютри), съвместими с добре познатата серия PDP.

Ако моделите от серията IBM/360 не използват напълно IC технологията (използвани са и методи за миниатюризация на дискретни транзисторни елементи), тогава новата серия IBM/370 вече е внедрена с помощта на 100% IC технология, запазвайки приемственост с 360 серия, но нейните модели имаха значително по-добри технически характеристики, по-развита система за управление и редица важни архитектурни иновации.

Софтуерът, който осигурява функционирането на компютъра в различни режими на работа, става много по-мощен. Има разработени системи за управление на бази данни (СУБД), системи за автоматизация на проектирането (CAD) за различни цели, усъвършенстват се автоматизирани системи за управление, системи за управление на процеси и др.. Голямо внимание се отделя на създаването на приложни софтуерни пакети (APP ) за различни цели. Продължават да се появяват нови езици и системи за програмиране и се разработват съществуващи, чийто брой вече достига около 3000. Компютрите от трето поколение са намерили най-широко приложение като техническа основа за създаване на големи и свръхголеми информационни системи. Важна роля за решаването на този проблем изигра създаването на софтуер (СУБД), който осигурява създаването и поддържането на бази данни и банки от данни за различни цели. Разнообразието от изчислителни и софтуерни инструменти, както и периферно оборудване, постави на дневен ред въпросите за ефективен избор на софтуер и изчислителни средства за определени приложения.

Специално трябва да се отбележи развитието на трето поколение VT в СССР. За да се разработи единна техническа политика в областта на изчислителната техника, през 1969 г. по инициатива на Съюза е създадена Междуправителствена комисия с Координационен център, а след това и Съвет на главните конструктори. Беше взето решение да се създаде аналог на серията IBM/360 като основа за компютърната технология на страните от СИВ. За това бяха съсредоточени усилията на големи изследователски и дизайнерски екипи, бяха включени повече от 20 хиляди учени и висококвалифицирани специалисти, беше създаден голям изследователски център за компютърни технологии (NICEVT), което направи възможно в началото на 70-те години да се установи масово производство на първите модели ES компютър. Веднага трябва да се отбележи, че компютърните модели ES (особено първите) далеч не са най-добрите копия на съответните оригинали от серията IBM/360.

Краят на 60-те години в СССР се характеризира с голямо разнообразие от несъвместими компютърни съоръжения, които са сериозно по-ниски по отношение на основните показатели на най-добрите чуждестранни модели, което изисква разработването на по-разумна техническа политика в този стратегически важен въпрос. Като се има предвид много сериозното изоставане в този въпрос от развитите в компютърно отношение страни (и на първо място от вечния конкурент - САЩ), беше взето горното решение, което изглеждаше много примамливо - да се използват разработените и тестван в продължение на 5 години и вече добре доказана серия на IBM, за да може бързо и евтино да се въведе в националната икономика, отваряйки широк достъп до много богат софтуер, създаден по това време в чужбина. Но всичко това беше само тактическа печалба, докато стратегията за развитие на вътрешните компютърни технологии беше нанесена мощен нокаутиращ удар.

Четвърто поколение компютри

Друго революционно събитие в електрониката се случи през 1971 г., когато американската компанияIntelобяви създаването на микропроцесора.Микропроцесор- Това е много голяма интегрална схема, способна да изпълнява функциите на основното устройство на компютъра - процесор. Първоначално микропроцесорите започват да се вграждат в различни технически устройства: машини, автомобили, самолети. Чрез свързването на микропроцесора с входно-изходни устройства, външна памет се получава нов тип компютър: микрокомпютър. Микрокомпютрите са машиничетвърто поколение. Съществена разлика между микрокомпютрите и техните предшественици е техният малък размер (размера на домашен телевизор) и сравнителната ниска цена. Това е първият тип компютър, който се появи в продажба на дребно. Най-популярният вид компютър днес саперсонални компютри (PC).Първият компютър е роден през 1976 г. в САЩ. От 1980 г. една американска компания се превърна в "законодател на тенденциите" на пазара на компютри.IBM. Неговите дизайнери успяха да създадат архитектура, която се превърна в де факто международен стандарт за професионални компютри. Машините от тази серия се наричатIBMнастолен компютър ( Личнакомпютър). Възникването и разпространението на компютъра по отношение на неговото значение за общественото развитие е сравнимо с възникването на книгопечатането. Компютърът превърна компютърната грамотност в масово явление. С развитието на този тип машини се появи понятието „информационни технологии“, без които вече става невъзможно да се управляват повечето области на човешката дейност.Друга линия в развитието на компютрите от четвърто поколение есуперкомпютър. Машините от този клас имат скорост от стотици милиони и милиарди операции в секунда. Суперкомпютърът е многопроцесорна изчислителна система.

Елементната база на компютъра са големи интегрални схеми (LSI). Най-ярките представители на четвъртото поколение компютри са персоналните компютри (PC). Комуникацията с потребителя се осъществява чрез цветен графичен дисплей с помощта на езици от високо ниво.

Четвъртото поколение е сегашното поколение компютърна технология, разработена след 1970 г.

За първи път започват да се използват големи интегрални схеми (LSI), които приблизително съответстват по мощност на 1000 ИС. Това доведе до намаляване на разходите за производство на компютри.

AT1980 Възможно е централния процесор на малък компютър да се постави на 1/4 инча (0,635 cm) 2 .). BIS вече се използват в компютри като Illiac, Elbrus, Mackintosh. Скоростта на такива машини е хиляди милиони операции в секунда. Капацитетът на RAM е увеличен до 500 милиона бита. В такива машини няколко инструкции се изпълняват едновременно върху няколко набора от операнди.

От гледна точка на структурата машините от това поколение са многопроцесорни и многомашинни комплекси, работещи върху обща памет и общо поле от външни устройства. Капацитетът на RAM е около 1 - 64 MB.

Разпространението на персоналните компютри до края на 70-те години доведе до известно намаляване на търсенето на основни компютри и миникомпютри. Това се превърна в сериозно безпокойство за IBM (International Business Machines Corporation) - водеща компания в производството на мейнфрейм компютри, и в1979 IBM решава да опита ръката си на пазара на персонални компютри, като създава първите персонални компютри -IBMнастолен компютър.

Машините са предназначени да увеличат драстично производителността на труда в науката, производството, управлението, здравеопазването, услугите и ежедневието. Високата степен на интеграция допринесе за увеличаване на плътността на оформлението на електронното оборудване, повишаване на неговата надеждност, което доведе до увеличаване на скоростта на компютъра и намаляване на цената му. Всичко това оказва значително влияние върху логическата структура (архитектура) на компютъра и неговия софтуер. Връзката между структурата на машината и нейния софтуер, особено операционната система (ОС) (или монитор) става все по-тясна - набор от програми, които организират непрекъснатата работа на машината без човешка намеса.

Сравнителна характеристика на компютърните поколения

Характеристики

Поколения компютри

III

Години на приложение

1948 - 1958 г

1959 - 1967 г

1968 - 1973 г

1974 - досега време.

Елементна база

Електронни лампи - диоди и триоди.

Полупроводникови устройства.

Малки интегрални схеми (MIS), съдържащи стотици или хиляди транзистори на една плоча.

Големи интегрални схеми (LSI).

Размери

Компютрите бяха разположени в няколко големи метални шкафа, които заемаха цели зали.

Компютърът е направен под формата на същия тип стелажи. Освен това компютрите бяха поставени в няколко големи метални шкафа, но вIIпоколение, размерът и теглото са намалели.

Компютърът е направен под формата на стелажи от същия тип.

Високата степен на интеграция допринесе за увеличаване на плътността на оформлението на електронното оборудване, повишаване на неговата надеждност, което доведе до увеличаване на скоростта на компютъра и намаляване на цената му. Компактни компютри -персонални компютри.

Броят на компютрите в света

Десетки.

Хиляди.

Десетки хиляди.

Милиони.

производителност

10 - 20 хиляди операции в секунда.

100 - 1000 хиляди операции в секунда.

1 - 10 милиона операции в секунда.

10 - 100 милиона операции в секунда.

RAM

1:2 kb.

2 - 32 kb.

64 kb.

2 - 5 MB.

Типични модели

МЕСМ, БЕСМ-2.

БЕСМ-6, Минск-2.

IBM-360, IBM-370, ES компютър, SM компютър.

IBM PC, Apple.

Информационен носител

Перфокарта, перфолента.

Магнитна лента.

диск.

Гъвкави и лазерни дискове.

Заключение

Развитието в областта на компютърните технологии продължава. компютър от пето поколение Това са машините на близкото бъдеще. Основното им качество трябва да бъде високото интелектуално ниво. Те ще бъдат възможен вход от гласа, гласова комуникация, машинно "зрение", машинно "докосване".

Машините от пето поколение са реализиран изкуствен интелект.

ATв съответствие с общоприетата методология за оценка на развитието на компютърните технологии бяха разгледани първото поколение , а четвъртата - с помощта . На товаДокато предишните поколения бяха подобрени чрез увеличаване на броя на елементите на единица площ (миниатюризация), компютрите от пето поколение трябваше да бъдат следващата стъпка и за постигане на супер-производителност да се реализира взаимодействието на неограничен набор от микропроцесори.

PC е настолен или преносим компютър, който използва микропроцесор като единичен централен процесор, който изпълнява всички логически и аритметични операции. Тези компютри се класифицират като компютри от четвърто и пето поколение. В допълнение към лаптопите, палмтоп компютрите също се наричат ​​преносими микрокомпютри. Основните характеристики на компютъра са шинната организация на системата, високата стандартизация на хардуера и софтуера и ориентацията към широк кръг потребители.

С развитието на полупроводниковата технология персоналният компютър, след като получи компактни електронни компоненти, увеличи способността си да изчислява и запаметява. И подобряването на софтуера улесни работата с компютри за хора с много слабо разбиране на компютърните технологии. Основни компоненти: платка с памет и допълнителна памет с произволен достъп (RAM); основен панел с микропроцесор (централен процесор) и място за RAM; PCB интерфейс; интерфейс на задвижващата платка; дисково устройство (с кабел), което ви позволява да четете и записвате данни на магнитни дискове; Подвижни магнитни или флопи дискове за съхраняване на информация извън компютъра; панел за въвеждане на текст и данни.

В момента тече интензивно разработване на компютри от пето поколение. Развитието на следващите поколения компютри се основава на големи интегрални схеми с висока степен на интеграция, използване на оптоелектронни принципи (лазери, холография). Поставени са напълно различни задачи, отколкото при разработването на всички предишни компютри. Ако разработчиците на компютри от поколения I до IV са изправени пред такива задачи като повишаване на производителността в областта на числените изчисления, постигане на голям капацитет на паметта, тогава основната задача на разработчиците на компютри от пето поколение е да създадат изкуствен интелект на машината (на способност за извличане на логически изводи от представените факти), развитие на "интелектуализация" на компютрите - премахване на бариерата между човека и компютъра. Компютрите ще могат да възприемат информация от ръкописен или печатен текст, от формуляри, от човешки глас, да разпознават потребителя по гласа и да превеждат от един език на друг. Това ще позволи на всички потребители да комуникират с компютри, дори и на тези, които нямат специални познания в тази област. Компютърът ще бъде помощник на човека във всички области. .

Изучавайки тази тема, ще научите:

Как са се развили компютрите и решаващите инструменти преди създаването на компютрите;
- каква е елементната база и как нейната промяна повлия на създаването на нови видове компютри;
Как компютърните технологии се развиват от поколение на поколение?

Компютърни инструменти преди появата на компютрите

Историята на компютрите се корени в дълбините на вековете, точно както историята на развитието на човечеството. Натрупването на резерви, разделянето на производството, размяната - всички тези действия са свързани с изчисления. За изчисления хората са използвали собствените си пръсти, камъчета, пръчици, възли и др.

Необходимостта от намиране на решения на все по-сложни проблеми и в резултат на това все по-сложни и отнемащи време изчисления накараха човек да се изправи пред необходимостта да търси начини, да изобретява устройства, които биха могли да му помогнат в това. Исторически различните страни имат свои собствени парични единици, мерки за тегло, дължина, обем, разстояние и т.н. За да се премине от една система от мерки към друга, бяха необходими изчисления, които обикновено можеха да се извършват само от специално обучени хора, които познаваха цялата подредете внимателно действията. Често ги канеха дори от други страни. И съвсем естествено имаше нужда да се измислят устройства, които да помагат на сметката. Така постепенно започнаха да се появяват механични помощници. До ден днешен има доказателства за много такива изобретения, включени завинаги в историята на технологиите.

Едно от първите устройства (V-IV век пр. н. е.), което улеснява изчисленията, може да се счита за специално устройство, по-късно наречено сметало (Фигура 24.1). Първоначално това е дъска, поръсена с тънък слой фин пясък или прах от синя глина. На него със заострена пръчка можеше да се пишат букви, цифри. Впоследствие сметалото беше подобрено и изчисленията вече бяха извършени върху него чрез преместване на кости и камъчета в надлъжни вдлъбнатини, а самите дъски започнаха да се правят от бронз, камък, слонова кост и др. С течение на времето тези дъски започнаха да се изтеглят в няколко ленти и колони. В Гърция сметалото е съществувало още през 5 век пр.н.е. д., сред японците това устройство се наричаше "serobyan", сред китайците - "suan-pan".

Ориз. 24.1. Абак

В древна Русия за броене се използва устройство, подобно на сметало, и се наричаше „руски изстрел“. През 17 век това устройство вече има формата на познати руски акаунти, които могат да бъдат намерени днес.

В началото на 17 век, когато математиката започва да играе ключова роля в науката, все повече се усеща необходимостта от изобретяването на изчислителна машина. По това време младият френски математик и физик Блез Паскал създава първата изчислителна машина (Фигура 24.2, а), наречена Pascalina, която извършва събиране и изваждане.

Ориз. 24.2. Изчислителни машини от 17 век: а) Паскалин, б) машина на Лайбниц

През 1670-1680 г. немският математик Готфрид Лайбниц проектира изчислителна машина (Фигура 24.2, b), която извършва и четирите аритметични операции.

През следващите двеста години бяха изобретени и построени още няколко подобни устройства за броене, които поради редица недостатъци не бяха широко използвани.

Едва през 1878 г. руският учен П. Чебишев конструира изчислителна машина, която извършва събиране и изваждане на многоцифрени числа. Най-широко използваната по това време е сумиращата машина, проектирана от петербургския инженер Однер през 1874 г. Дизайнът на устройството се оказа много успешен, тъй като позволява бързо извършване на всичките четири аритметични операции.

През 30-те години на ХХ век в нашата страна е разработена по-модерна добавъчна машина Felix (Фигура 24.3). Тези устройства за броене се използват в продължение на няколко десетилетия и са основният технически инструмент, който улеснява работата на хората, свързани с обработката на големи количества цифрова информация.

Ориз. 24.3. Аритмометър "Феликс"

Важно събитие на XIX век е изобретението на английския математик Чарлз Бабидж, който влезе в историята като изобретател на първата изчислителна машина - прототипа на съвременните компютри. През 1812 г. той започва да работи върху така наречената машина за „разлики“. Предишните изчислителни машини на Паскал и Лайбниц извършваха само аритметични операции. Бабидж, от друга страна, се стреми да проектира машина, която да изпълнява определена програма, да изчислява числената стойност на дадена функция. Като основен елемент на машината за разлики, Бабидж използва зъбно колело за съхраняване на една цифра от десетично число. В резултат на това той успя да работи с 18-битови числа. До 1822 г. той е построил малък работещ модел и е изчислил таблица с квадрати върху него.

Подобрявайки различната машина, Бабидж започва през 1833 г. да разработва аналитична машина (Фигура 24.4). Той трябваше да се различава от различния двигател с по-голяма скорост и по-опростен дизайн. По проект новата машина трябваше да се захранва с пара.

Аналитичната машина е замислена като чисто механичен апарат с три основни блока. Първият блок е устройство за съхраняване на числа в регистри от зъбни колела и система, която прехвърля тези числа от един възел в друг (в съвременната терминология това е памет). Вторият блок е устройство, което ви позволява да извършвате аритметични операции. Бабидж го нарече "вятърната мелница". Третият блок беше предназначен да контролира последователността от действия на машината. Конструкцията на аналитичната машина включваше и устройство за въвеждане на първоначални данни и отпечатване на резултатите.

Предполагаше се, че машината ще действа според програма, която ще задава последователността за извършване на операции и прехвърляне на числа от паметта към мелницата и обратно. Програмите от своя страна трябваше да бъдат кодирани и прехвърлени на перфокарти. По това време такива карти вече се използват за автоматично управление на станове. Тогава математичката лейди Ада Лавлейс – дъщерята на английския поет лорд Байрон – разработва първите програми за машината на Бабидж. Тя излага много идеи и въвежда редица понятия и термини, които се използват и днес.

Ориз. 24.4. Аналитичната машина на Бабидж

За съжаление, поради недостатъчното развитие на технологиите, проектът на Бабидж не беше реализиран. Въпреки това работата му беше важна; много следващи изобретатели се възползваха от идеите, залегнали в изобретените от него устройства.

Необходимостта от автоматизиране на изчисленията при преброяването на населението в САЩ подтикна Хайнрих Холерит да създаде през 1888 г. устройство, наречено табулатор (Фигура 24.5), в което информацията, отпечатана върху перфокарти, се дешифрира с помощта на електрически ток. Това устройство направи възможно обработката на данни от преброяването само за 3 години вместо предишните осем години. Холерит основава IBM през 1924 г. за масово производство на табулатори.

Ориз. 24.5. Табулатор

Развитието на компютърните технологии беше силно повлияно от теоретичните разработки на математиците: англичанинът А. Тюринг и американецът Е. Пост, които работеха независимо от него. "Машина на Тюринг (Пост)" - прототип на програмируем компютър. Тези учени показаха фундаменталната възможност за решаване на всеки проблем чрез автомати, при условие че той може да бъде представен под формата на алгоритъм, фокусиран върху операциите, извършвани от машината.

Изминаха повече от век и половина от раждането на идеята на Бабидж за създаване на аналитична машина до реалното й изпълнение. Защо разликата във времето между раждането на една идея и техническата й реализация беше толкова голяма? Това се дължи на факта, че при създаването на всяко устройство, включително компютър, много важен фактор е изборът на елементна база, тоест тези части, от които е сглобена цялата система.

Първо поколение компютри

Появата на електронна вакуумна тръба позволи на учените да приложат на практика идеята за създаване на компютър. Появява се през 1946 г. в САЩ и се нарича ENIAC.(ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator, "електронен цифров интегратор и калкулатор" - Фигура 24.6). Това събитие бележи началото на пътя, по който върви развитието на електронните компютри (компютри).

Фигура 24.6. Първият компютър ENIAC

По-нататъшното усъвършенстване на компютрите се определя от развитието на електрониката, появата на нови елементи и принципи на действие, тоест подобряването и разширяването на елементната база. В момента вече има няколко поколения компютри. Поколението на компютри се разбира като всички видове и модели електронни компютри, разработени от различни дизайнерски екипи, но изградени на едни и същи научни и технически принципи. Смяната на поколенията се дължи на появата на нови елементи, направени с помощта на фундаментално различни технологии.

Първо поколение (1946 - средата на 50-те). Елементната база беше вакуумни тръби, монтирани на специално шаси, както и резистори и кондензатори. Елементите бяха свързани с жици чрез повърхностен монтаж. Компютърът ENIAC разполага с 20 хиляди електронни тръби, от които месечно се сменят 2000. За една секунда машината извършва 300 операции умножение или 5000 събирания на многоцифрени числа.

Изключителният математик Джон фон Нойман и неговите колеги очертаха в своя доклад основните принципи на логическата структура на нов тип компютър, които по-късно бяха внедрени в проекта EDVAK (1950 г.). В доклада се посочва, че компютърът трябва да бъде създаден на електронна основа и да работи в двоична бройна система. Той трябва да включва следните устройства: аритметично, централно управление, запаметяващо, за въвеждане на данни и извеждане на резултати. Учените формулираха и два принципа на работа: принципа на програмно управление с последователно изпълнение на команди и принципа на съхранена програма. Дизайнът на повечето компютри от следващи поколения, където тези принципи са реализирани, се нарича "архитектура на фон Нойман".

Първият домашен компютър е създаден през 1951 г. под ръководството на академик С. А. Лебедев и се нарича МЕСМ (малка електронна изчислителна машина). Тогава е пусната в експлоатация БЕСМ-2 (голяма електронна изчислителна машина). Най-мощният компютър от 50-те години в Европа беше съветският електронен компютър М-20 със скорост 20 000 op/s и RAM от 4000 машинни думи.

MESM (малка електронна изчислителна машина)

Оттогава започва бързият разцвет на домашните компютърни технологии и до края на 60-те години в нашата страна успешно работи най-добрият по производителност (1 милион op / s) компютър от онова време, BESM-6, в който бяха реализирани много принципи на работа на следващите поколения компютри.

БЕСМ-6 (голяма електронна изчислителна машина)

С появата на нови модели компютри настъпиха промени в името на тази област на дейност. Преди това всяка техника, използвана за изчисления, се наричаше общо "изчислителни устройства и устройства". Сега всичко, което е свързано с компютрите, се нарича компютърна технология.

Нека изброим характерните черти на компютрите от първо поколение.

♦ Елементна база: вакуумни тръби, резистори, кондензатори. Свързване на елементи: шарнирен монтаж чрез проводници.
♦ Размери: Компютърът е направен под формата на огромни шкафове и заема специално машинно помещение.
♦ Скорост: 10-20 хиляди op/s.
♦ Работата е твърде сложна поради честата повреда на вакуумните тръби. Има опасност от прегряване на компютъра.
♦ Програмиране: трудоемък процес в машинните кодове. В този случай е необходимо да се познават всички команди на машината, тяхното двоично представяне и архитектурата на компютъра. Това беше основно заето от математици-програмисти, които работеха директно в нейния контролен панел. Поддръжката на компютрите изискваше висок професионализъм от персонала.

Второ поколение компютри

Второто поколение попада в периода от края на 50-те до края на 60-те години.

По това време е изобретен транзисторът, който заменя вакуумните тръби. Това направи възможно замяната на компютърната елементна база с полупроводникови елементи (транзистори, диоди), както и резистори и кондензатори с по-усъвършенстван дизайн (Фигура 24.7). Един транзистор замени 40 вакуумни тръби, работеше по-бързо, беше по-евтин и по-надежден. Средната му продължителност на живота е 1000 пъти по-голяма от тази на вакуумните тръби.

Технологията на свързване на елементи също се промени. Появяват се първите печатни платки (виж фиг. 24.7) - плочи, изработени от изолационен материал, като гетинакс, върху който е нанесен проводящ материал с помощта на специална технология за фотомонтаж. Имаше специални гнезда за монтиране на елементната основа върху печатната платка.

Ориз. 24.7. Транзистори, диоди, резистори, кондензатори и платки

Такава формална замяна на един тип елементи с друг значително повлия на всички характеристики на компютрите: размери, надеждност, производителност, условия на работа, стил на програмиране и работа на машината. Технологичният процес на производство на компютри се промени.

Ориз. 24.8. второ поколение компютър

Изброяваме характерните характеристики на компютрите от второ поколение (Фигура 24.8).
- Елементна база : полупроводникови елементи. Свързване на елементи: печатни платки и повърхностен монтаж.
- Размери : Компютрите са направени под формата на същия тип стелажи, малко по-високи от човешкия растеж. За тяхното настаняване е необходимо специално оборудвано машинно помещение, в което под пода са положени кабели, свързващи множество автономни устройства.
- производителност : от стотици хиляди до 1 милион операции/сек.
- Експлоатация : опростен. Появиха се изчислителни центрове с голям персонал от служители, където обикновено бяха инсталирани няколко компютъра. Така възниква концепцията за централизирана обработка на информация на компютри. При повреда на няколко елемента се сменяше цялата платка, а не всеки елемент поотделно, както при компютрите от предишното поколение.
- Програмиране : се промени значително, тъй като започна да се изпълнява главно на алгоритмични езици. Програмистите вече не работеха в залата, а предаваха своите програми на перфокарти или магнитни ленти на специално обучени оператори. Задачите бяха решени в пакетен (многопрограмен) режим, тоест всички програми бяха въведени в компютъра една след друга и тяхната обработка беше извършена при освобождаване на съответните устройства. Резултатите от решението бяха отпечатани на специална хартия, перфорирана по краищата.
- Настъпиха промени както в структурата на компютъра, така и в принципа на неговата организация. . Твърдият принцип на управление е заменен с микропрограмен. За да се реализира принципът на програмируемост, е необходимо в компютъра да има постоянна памет, в клетките на която винаги има кодове, съответстващи на различни комбинации от управляващи сигнали. Всяка такава комбинация ви позволява да извършите елементарна операция, тоест да свържете определени електрически вериги.
- Въвежда принципа на споделяне на времето , което гарантира едновременната работа на различни устройства, например I / O устройство от магнитна лента работи едновременно с процесора.

Трето поколение компютри

Този период продължава от края на 60-те до края на 70-те години. Точно както изобретяването на транзистора доведе до създаването на компютри от второ поколение, появата на интегралните схеми бележи нов етап в развитието на компютърните технологии - раждането на машини от трето поколение.

През 1958 г. Джон Килби създава първата експериментална интегрална схема. Такива схеми могат да съдържат десетки, стотици или дори хиляди транзистори и други елементи, които са физически неделими. Интегралната схема (Фигура 24.9) изпълнява същите функции като подобна схема, базирана на елементната база на компютър от второ поколение, но в същото време има значително по-малък размер и по-висока степен на надеждност.

Ориз. 24.9. интегрални схеми Първият компютър, изграден върху интегрални схеми, беше IBM-360. Тя бележи началото на голяма серия от модели, чието име започва с IBM, а след това е последвано от брой, който се увеличава с подобряването на моделите в тази серия. Тоест, колкото по-голямо е числото, толкова по-големи са възможностите, предоставени на потребителя.

Подобни компютри започват да се произвеждат в страните от СИВ (Съвет за икономическа взаимопомощ): СССР, България, Унгария, Чехословакия, ГДР и Полша. Това бяха съвместни разработки, като всяка държава се специализираше в определени устройства. Произведени са две семейства компютри:
- големи - ES компютри (единична система), например EC-1022, EC-1035, EC-1065;
- малки - SM компютри (система от малки), например SM-2, SM-3, SM-4.

ES компютър (единична система) ES-1035

SM EVM (система от малки) SM-3

По това време всеки компютърен център беше оборудван с един или два модела ES компютри (Фигура 24.10). Представители на семейството SM компютри, които съставляват класа на мини компютрите, често могат да бъдат намерени в лаборатории, в производството, на производствени линии, на тестови стендове. Особеността на този клас компютри е, че всички те могат да работят в реално време, тоест да се фокусират върху конкретна задача.

Ориз. 24.10. трето поколение компютър

Представяме характерните черти на компютрите от трето поколение.
- Елементна база : интегрални схеми, които се поставят в специални гнезда на печатна платка.
- Размери : външният дизайн на компютъра ES е подобен на компютъра от второ поколение. Те също се нуждаят от машинно помещение, за да ги приютят. А малките компютри са основно два шкафа около един и половина човешки ръст и дисплей. Те не се нуждаеха, както компютрите ES, от специално оборудвана стая.
- Производителност : от стотици хиляди до милиони операции в секунда.
- Експлоатация : променено малко. Отстраняването на обикновени повреди се извършва по-бързо, но поради голямата сложност на организацията на системата е необходим персонал от висококвалифицирани специалисти. Системният програмист играе важна роля.
- Технология на програмиране и решаване на проблеми : същото като на предишния етап, въпреки че естеството на взаимодействието с компютъра се е променило донякъде. В много изчислителни центрове се появиха стаи за показване, където всеки програмист в определен момент можеше да се свърже с компютър в режим на споделяне на времето. Както и преди, режимът на пакетна обработка на задачите остава основен.
- Има промени в структурата на компютъра . Заедно с метода на микропрограмно управление се използват принципите на модулност и багажник. Принципът на модулност се проявява при изграждането на компютър на базата на набор от модули - конструктивно и функционално завършени електронни единици в стандартно изпълнение. Trunking се отнася до метода на комуникация между компютърните модули, т.е. всички входни и изходни устройства са свързани чрез едни и същи проводници (шини). Това е прототипът на съвременната системна шина.
- Повишена памет . Магнитният барабан постепенно се заменя с магнитни дискове, направени под формата на автономни пакети. Имаше дисплеи, графични плотери.

Четвърто поколение компютри

Този период се оказа най-дълъг - от края на 70-те години до днес.Характеризира се с всякакви иновации, водещи до значителни промени. Все още обаче не са настъпили кардинални, революционни промени, които ни позволяват да говорим за промяна на това поколение компютри. Въпреки че, ако сравним компютри, например, от началото на 80-те години и днес, тогава значителна разлика е очевидна.

Трябва да се отбележи по-специално една от най-значимите идеи, въплътени в компютъра на този етап: използването на няколко процесора за изчисления едновременно (мултипроцесорна обработка). Структурата на компютъра също е претърпяла промяна.

Новите технологии за създаване на интегрални схеми позволиха в края на 70-те - началото на 80-те години да се разработят компютри от четвърто поколение, базирани на големи интегрални схеми (LSI), степента на интеграция на които е десетки и стотици хиляди елементи на един чип. Най-голямата промяна в електронните изчислителни технологии, свързана с използването на LSI, беше създаването на микропроцесори. Сега този период се счита за революция в електронната индустрия. Първият микропроцесор е създаден от Intel през 1971 г. На един чип беше възможно да се формира процесор, минимален по отношение на хардуера, съдържащ 2250 транзистора.

С появата на микропроцесора се свързва едно от най-важните събития в историята на компютърните технологии - създаването и използването на персонални компютри (Фигура 24.11), което дори повлия на терминологията. Постепенно твърдо вкорененият термин "компютър" беше заменен от вече познатата дума "компютър", а компютърната техника започна да се нарича компютърна техника.

Ориз. 24.11. Персонален компютър

Началото на широката продажба на персонални компютри се свързва с имената на С. Джобс и В. Возняк, основателите на Apple Computer, която от 1977 г. стартира производството на персонални компютри Apple. В компютри от този тип принципът за създаване на „приятелска“ среда за работа на човек на компютър беше взет като основа, когато при създаването на софтуер едно от основните изисквания беше да се осигури удобно потребителско изживяване. Компютърът се обърна с лице към мъжа. Неговото по-нататъшно усъвършенстване беше съобразено с удобството на потребителя. Ако по-рано по време на работата на компютрите беше приложен принципът на централизирана обработка на информация, когато потребителите се концентрираха около един компютър, тогава с появата на персонални компютри имаше обратно движение - децентрализация, когато един потребител може да използва компютри. работа с множество

От 1982 г. IBMпусна модел на персонален компютър, който се превърна в стандарт за дълго време. IBM пусна хардуерна документация и софтуерни спецификации, позволявайки на други фирми да разработват както хардуер, така и софтуер. Така се появиха семейства (клонинги) на "близнаци" на персонални компютри IBM.

През 1984 г. IBMе разработен персонален компютър базиран на микропроцесор Intel 80286с архитектурна шина индустриален стандарт - ISA(Стандартна за индустрията архитектура). Оттогава започва ожесточена конкуренция между няколко корпорации, произвеждащи персонални компютри. Един тип процесор заменя друг, което често изисква допълнителна значителна модернизация, а понякога дори пълна подмяна на компютрите. Състезанието за намиране на все по-съвършени спецификации за всички компютърни устройства продължава и до днес. Всяка година се изисква да се извърши радикална модернизация на съществуващ компютър.

Обща собственост на фамилията IBM PC- съвместимост на софтуера отдолу нагоре и принципа на отворена архитектура, който предвижда възможност за допълване на съществуващ хардуер без премахване на стари или модифициране без подмяна на целия компютър.

Съвременни компютринадминават компютрите от предишни поколения по компактност, огромни възможности и достъпност за различни категории потребители.

Компютрите от четвърто поколение се развиват в две посоки, които ще бъдат обсъдени в следващите теми в този раздел. Първо направление- Създаване на многопроцесорни изчислителни системи. Второ- производство на евтини персонални компютри както в настолни, така и в преносими версии и на тяхна база - компютърни мрежи.

Контролни въпроси и задачи

1. Разкажете ни за историята на развитието на изчислителните устройства преди появата на компютрите.

2. Какво е компютърно поколение и какво причинява смяната на поколенията?

3. Разкажете ни за първото поколение компютри.

4. Разкажете ни за второто поколение компютри.

5. Разкажете ни за третото поколение компютри.

6. Разкажете ни за четвъртото поколение компютри.

7. Кога и защо наименованието „компютър” постепенно е заменено с термина „компютър”?

8. Защо математикът Джон фон Нойман е известен?

Перспективи за развитие на компютърните системи

Изучавайки тази тема, ще научите:

Кои са основните тенденции в развитието на компютрите;
Какви са причините за тези тенденции?

Познавайки функционалността на компютрите, човек може да разсъждава върху перспективите за тяхното развитие. Това не е много възнаграждаваща професия, особено по отношение на компютърните технологии, тъй като в никоя друга област няма толкова значителни промени за толкова кратки периоди от време. Въпреки това, същността на развитието на компютърните технологии е следната: първо, пред хората се отваря определена сравнително нова област на използване на компютри, но за да се реализират тези идеи, някои нови, технологично поддържани възможности на компютрите са необходими. Веднага след като се разработят и внедрят необходимите технологии, незабавно стават очевидни други обещаващи приложения на компютри и т.н.

Например Fujitsu разработи универсален робот носач. Във фоайето на хотела робот посреща гостите с дрезгав баритон. След като посочи номера на стаята, роботът взема тежки куфари в двете си „ръце“ или разточва количката и започва да се движи към асансьора, след което натиска бутона за повикване на асансьора, издига се на пода и придружава гостите до стаята. Електронна карта на хотела, осем камери и ултразвукови сензори позволяват на робота да преодолява всякакви препятствия. Дясното и лявото колело се въртят независимо, което улеснява шофирането по наклонени и неравни повърхности. Използвайки система за 3D изображения, роботът може да вземе предмети и да ги подаде на гостите. Роботът е чувствителен към гласови инструкции и е свързан с интернет. Информация за хотела можете да получите на неговия цветен сензорен екран. През нощта роботът патрулира по коридорите на хотела.

Така например в Масачузетския технологичен институт (САЩ) бяха демонстрирани модели на дрехи с вградени компютри и електронни устройства. Днес новата мода се нарича "кибер мода". Кибер брошката, която украсява роклята в тази илюстрация, не е просто аксесоар - тя е електронно устройство, което мига в такт с ударите на сърцето на този, който я носи.

Може да се предположи, че в бъдеще ще има стотици активни компютърни устройства, които проследяват нашето състояние и местоположение, лесно възприемат нашата информация и контролират домакинските уреди. Те няма да бъдат в една обща "черупка". Те ще бъдат навсякъде. Перспективата за такива изчислителни устройства е, че те ще станат много по-малки и с по-ниска цена.

Помислете за перспективите и тенденциите в развитието на компютърните технологии, които предоставят информационни услуги и управление. Всеки компютър не само знае как да брои точно и бързо, но също така представлява обемно хранилище на информация. В момента все по-широко се използва най-специфичната функция на компютрите - информационната, и това е една от причините за предстоящата "всеобща информатизация". Обикновено информацията се подготвя на компютър, след което се отпечатва и разпространява в този вид.

Но още в началото на 21 век се очаква промяна в основната информационна среда - хората ще получават по-голямата част от информацията не чрез традиционните комуникационни канали - радио, телевизия, печат, а чрез компютърни мрежи.

Промяна в предназначението на използването на компютри се наблюдава вече днес. Преди това компютрите служеха изключително за извършване на различни научни, технически и икономически изчисления и върху тях работеха потребители с обща компютърна подготовка и програмисти.

Благодарение на навлизането на телекомуникациите, сферата на приложение на компютрите от потребителите се променя радикално. Необходимостта от компютърни телекомуникации непрекъснато се разширява. Все повече хора се обръщат към интернет, за да разберат разписанието на влаковете или последните новини от Дума, да прочетат научна статия от колега, да направят избор къде да прекарат свободна вечер и т.н. Всеки има нужда от такава информация по всяко време време и на всяко място.

В момента се разработва нова концепция за развитие на интернет - това е създаването на семантична мрежа (англ. Semantic web). Това е добавка към съществуващата World Wide Web и е предназначена да направи информацията, публикувана в мрежата, по-разбираема за компютрите. От 1999 г. проектът Semantic Web се ​​разработва под егидата на World Wide Web Consortium.

В момента компютрите имат доста ограничено участие във формирането и обработката на информация в Интернет. Функциите на компютрите се свеждат основно до съхранение, показване и извличане на информация. Това се дължи на факта, че по-голямата част от информацията в интернет е в текстова форма и компютрите не могат да възприемат и разберат семантична информация. Създаването на информация, нейната оценка, класификация и актуализиране - всичко това все още се извършва от човек.

Възниква въпросът - как да накараме компютрите да разберат значението на информацията, публикувана в мрежата, и да научим компютрите да я използват? Ако компютърът все още не може да бъде научен да разбира човешкия език, тогава е необходимо да се създаде език, който да бъде разбираем за компютъра. В идеалния случай цялата информация в Интернет трябва да бъде на два езика: един, който може да разбере човек, и един, който може да разбере компютър. За да се създаде удобно за компютър описание на мрежов ресурс в семантичния уеб, беше създаден форматът RDF (Resource Description Framework). Предназначен е за съхраняване на метаданни (метаданните са данни за данни) и не е предназначен за четене или използване от хора. Описанията в RDF формат трябва да бъдат прикачени към всеки мрежов ресурс и да се обработват автоматично от компютъра.

Семантичният уеб осигурява достъп до ясно структурирана информация за всяко приложение, независимо от платформата и езиците за програмиране. Програмите ще могат сами да намират необходимите ресурси, да обработват информация, да обобщават данни, да идентифицират логически връзки, да правят заключения и дори да вземат решения въз основа на тези заключения. Ако се възприеме широко и се прилага добре, семантичният уеб има потенциала да революционизира интернет.

Семантичната мрежа е концепцията за мрежа, в която всеки информационен ресурс на човешки език трябва да бъде снабден с описание, което компютърът може да разбере.

Компютърът трябва да е напълно мобилен и оборудван с радиомодем, за да влезе в компютърната мрежа. В бъдеще преносимите компютри трябва да станат по-миниатюрни със скорост, сравнима с производителността на съвременните суперкомпютри. Те трябва да имат плосък дисплей с добра резолюция. Техните външни устройства за съхранение - магнитни дискове - с малки размери ще бъдат с капацитет над 100 GB. За да може да комуникира с компютър на естествен език, той ще бъде широко оборудван с мултимедийни инструменти, предимно аудио и видео инструменти.

За да се осигури висококачествен и повсеместен обмен на информация между компютрите, ще се използват принципно нови методи за комуникация:

♦ инфрачервени канали в рамките на пряка видимост;
♦ телевизионни канали;
♦ високоскоростна цифрова безжична технология.

Това ще направи възможно изграждането на системи от свръхбързи информационни магистрали, свързващи всички съществуващи системи.

Областите на приложение на компютрите се разширяват и всяка от тях определя нова тенденция в развитието на компютърните технологии. В бъдеще всички изчислителни комплекси и системи от суперкомпютри до персонални компютри ще станат компоненти на единна компютърна мрежа. И при такава сложна разпределена структура трябва да се осигури практически неограничена честотна лента и скорост на пренос на информация.

Съвременните полупроводникови компютри скоро ще изчерпят потенциала си и дори с прехода към триизмерна архитектура на микросхемите скоростта им ще бъде ограничена до 1015 операции в секунда. Търсенето на нови начини за подобряване на компютрите се извършва в много посоки. Има няколко възможни алтернативи за замяна на съвременните компютри - квантови компютри, неврокомпютри и оптични компютри. При разработването на "компютри на бъдещето" се използва широк спектър от научни дисциплини: молекулярна електроника, молекулярна биология, роботика, квантова механика, органична химия и др. Нека разгледаме основните характеристики на тези компютри.

оптичен компютър. В оптичните компютри носител на информация е светлинният поток. Използването на оптично лъчение като носител на информация има редица предимства пред електрическите сигнали:

♦ скоростта на разпространение на светлинния сигнал е по-висока от скоростта на електрическия;
♦ светлинните потоци, за разлика от електрическите, могат да се пресичат помежду си;
♦ светлинните потоци могат да се предават през свободното пространство;
♦ възможност за създаване на паралелни архитектури.

Създаването на по-голям брой паралелни архитектури в сравнение с традиционните електронни компютри е основното предимство на оптичните компютри, което ви позволява да преодолеете ограниченията в скоростта и паралелната обработка на информация. Оптичните технологии са важни не само за оптичните компютри, но и за оптичните комуникации и интернет.

Неврокомпютър. За да се решат някои проблеми, е необходимо да се създаде ефективна система с изкуствен интелект, която може да обработва информация, без да изразходва много компютърни ресурси. И отличен аналог за решаване на такъв проблем може да бъде мозъкът и нервната система на живите организми, които ви позволяват ефективно да обработвате сензорна информация. Човешкият мозък се състои от 10 милиарда нервни клетки – неврони. По подобен начин трябва да се изгради неврокомпютър, който моделира функциите на невроните.

Появата на неврокомпютрите, често наричани биокомпютри, до голяма степен е свързана с развитието на нанотехнологиите, които се преследват активно от учени от много страни. Предполага се, че неврокомпютрите се изграждат на базата на неврочипове (изкуствени неврони) и невроноподобни връзки, които са функционално ориентирани към определен алгоритъм, към решаване на конкретен проблем. Следователно, за решаване на проблеми от различни видове е необходима невронна мрежа с различни топологии (разновидности на свързващи неврочипове). Един изкуствен неврон може да се използва при работата на няколко алгоритма за обработка на информация в мрежата, като всеки алгоритъм се реализира с помощта на определен брой изкуствени неврони. Невронна мрежа (перцептрон) може да бъде обучена да разпознава модели.

Перспективата за създаване на неврокомпютри се крие във факта, че изкуствените структури, които притежават свойствата на мозъка и нервната система, имат редица важни характеристики: паралелна обработка на информация, способност за учене, способност за автоматично класифициране, висока надеждност, асоциативност.

квантов компютър. Работата на квантовия компютър се основава на законите на квантовата механика. Квантовата механика позволява да се установи методът на описание и законите на движение на микрочастиците (атоми, молекули, атомни ядра) и техните системи. Законите на квантовата механика формират основата за изучаване на структурата на материята. Те позволиха да се изясни структурата на атомите, да се установи природата на химическата връзка, да се обясни периодичната система от елементи, да се разбере структурата на атомните ядра и да се изучат свойствата на елементарните частици.

Физическият принцип на квантовия компютър се основава на промяната в енергията на атома. Той има дискретна поредица от стойности EQ, EI, ... En, наречена енергиен спектър на атома. Излъчването и поглъщането на електромагнитна енергия от атом се извършва на отделни порции - кванти или фотони. При поглъщане на фотон енергията на атома се увеличава и се получава преход от долното към горното ниво, при излъчване на фотон се извършва обратният преход надолу.

Следователно понятието "кубит" (кубит, квантов бит) се въвежда като основна единица на квантов компютър, по аналогия с традиционния компютър, където се използва понятието "бит". Известно е, че битът има само две състояния - 0 и 1, докато има много повече състояния на кубита. Следователно, за да се опише състоянието на квантовата система, беше въведена концепцията за вълнова функция под формата на вектор с голям брой стойности.

За квантовите компютри, както и за класическите, се въвеждат елементарни квантови логически операции: дизюнкция, конюнкция и отрицание, с помощта на които ще се организира цялата логика на квантовия компютър. При създаването на квантов компютър основното внимание се обръща на контрола на кубитите с помощта на стимулирано излъчване и предотвратяването на спонтанно излъчване, което ще наруши работата на цялата квантова система.

Може да се предположи, че комбинацията от квантови, оптични и невронни компютри ще даде на света мощна хибридна изчислителна система. Такава система ще се отличава от обичайната с огромна производителност (приблизително 1051), поради паралелността на изпълнението на операциите, както и възможността за ефективна обработка и управление на сензорна информация. Производството на "компютри на бъдещето" ще изисква значителни икономически разходи, няколко десетки пъти по-високи от разходите за производство на съвременни полупроводникови компютри.

Таблица 28.1 представя общите тенденции в характеристиките на компютърните технологии, като се вземат предвид основните области на използване както на съвременните компютри, така и на обещаващите.

Таблица 28.1. Тенденции в производителността на компютъра

Контролни въпроси и задачи

1. Каква е връзката между целта на използването на компютрите и развитието на компютърните технологии?

2. Дайте примери за перспективното използване на компютрите.

3. Върху какво се фокусират обещаващите компютърни системи?

4. Как си представяте бъдещето на компютърните технологии?

5. Какви стойности на техническите параметри на компютрите могат да се ръководят в близко бъдеще?

6. Каква е целта на семантичния уеб?

7. Защо компютрите се разработват на различни принципи на действие?

8. Каква е основната идея за създаване на оптичен компютър?

9. Каква е основната идея за създаване на неврокомпютър?

10. Каква е основната идея за създаването на квантов компютър?