Счетно-решающие средства до появления ЭВМ
Одним из первых устройств (V - IV вв. до н.э.), облегчавших вычисления, можно считать абак. Это специальная доска с углублениями, вычисления на ней производились перемещением камешков или костей.

Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н.э., у японцев он назывался "серобян", у китайцев - "суанпан". В Древней Руси при счете применялось устройство похожее на абак, оно называлось "русский счет". В 17 веке этот прибор приобрел вид привычных русских счетов.

История развития компьютерной техники. Конспект по информатике.

В начале 17 века французский математик и физик Блез Паскаль создал первую "суммирующую машину, названную Паскалиной, которая выполняла сложение и вычитание. В 1670-1680 годах немецкий математик Лейбниц сконструировал счетную машину, которая выполняла все 4 арифметических действия.
В 1874 году петербургский инженер Однер сконструировал прибор под названием арифмометр, выполнявший довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия над многозначными числами. В 30-е годы 20 века в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр "Феликс". Эти счетные устройства были основным техническим средством, облегчающими труд людей, связанных с обработкой больших массивов числовой информации.
Важным событием 19 века было изобретение английского математика Чарлза Беббиджа, кото-рый вошел в историю как создатель первой вычислительной машины - прообраза настоящих компьютеров. В 1812 году он начал работать над своей "разностной машиной". Беббидж хотел сконструировать машину, которая не только выполняла бы вычисления, но и могла бы работать по заранее составленной программе, например, вычисляла числовое значение заданной функции. Основным эле-ментом его машины было зубчатое колесо - для запоминания одного разряда десятичного числа. В результате можно было оперировать 18-разрядными числами. К 1822 году ученый построил неболь-шую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов. Совершенствуя разностную маши-ну, Беббидж приступил в 1833 году к разработке "аналитической машины". Она должна была отли-чаться большей скоростью при более простой конструкции и приводиться в действие силой пара. "Аналитической машина" имела три основных блока. Первый блок для хранения чисел (память, назывался "склад"), второй блок выполняет арифметические операции ("мельница"), третий блок для управления последовательностью действий машины. Также были устройства для ввода исходных данных и печати полученных результатов. Машина должна была действовать по программе, задающей последовательность выполнения операций и передачи чисел из памяти в мельницу и обратно. Математик Ада Лайвлес (дочь поэта Байрона) разработала первые программы для машины Беббиджа. Из-за недостаточного развития технологии проект Беббиджа не был реализован, но многие изо-бретатели воспользовались его идеями. Так, в 1888 году американец Холлерит создал табулятор, позволяющий автоматизировать вычисления при переписи населения. В 1924 году Холлерит основал фирму IBM для серийного выпуска табуляторов.

Конспект - История развития компьютерной техники.

В1941 году немецкий инженер Цузе построил небольшой компьютер на основе электромехани-ческих реле, но из-за войны его труды не были опубликованы. В 1943 году в США на одном из пред-приятий фирмы IBM Эйкен создал более мощный компьютер "Марк-1", который использовался для военных расчетов. Но электромеханические реле работали медленно и ненадежно.
Первое поколение ЭВМ (1946 - середина 50-х годов) Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели ЭВМ, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенными на одних и тех же научных и технических принципах.
Появление электронно-вакуумной лампы привело к созданию первой вычислительной машины. В 1946 году в США появилась вычислительная машина для решения задач под названием ЭНИАК (ENIAC -Electronic Numerical Integrator and Calculator - "электронный численный интегратор и калькулятор"). Этот компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем "Марк-1". Но большую часть времени он простаивал, т.к. для выполнения программы надо было несколько часов нужным образом подсоединять провода.
Совокупность элементов, из которых состоит компьютер, называется элементной базой. Элементной базой компьютеров I поколения служат электронно-вакуумные лампы, резисторы и конденсаторы. Элементы соединялись проводами с помощью навесного монтажа. ЭВМ представляла собой множество громоздких шкафов и занимала специальный машинный зал, весила сотни тонн и расхо-довала сотни киловатт электроэнергии. ЭНИАК имел 20 тыс. электронных ламп. За 1 сек. Машина выполняла 300 операций умножения или 5000 операций сложения многоразрядных чисел.
В 1945 году известный американский математик Джон фон Нейман представил широкой научной общественности доклад, в котором сумел обрисовать формальную логическую организацию компьютера, отвлекшись от схем и радиоламп.

История развития компьютерной техники. Классические принципы функциональной организации и работы компьютера:
1. Наличие основных устройств: устройство управления (УУ), арифметико-логическое (АЛУ), запоми-нающее устройство(ОЗУ), устройства ввода-вывода;
2. Хранение данных и команд в памяти;
3. Принцип программного управления;
4. Последовательное выполнение операций;
5. Двоичное кодирование информации (первый компьютер "Марк-1" производил вычисления в десятичной системе счисления, но такую кодировку трудно реализовать технически, и позднее от нее отказались);
6. Использование для большей надежности электронных элементов и электрических схем (вместо элек-тромеханических реле).

Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика С.А. Лебе-дева, и называлась она МЭСМ (малая электронная счетная машина). Позднее была создана БЭСМ-2 (большая электронная счетная машина). Самой мощной ЭВМ первого поколения в Европе была со-ветская ЭВМ М-20 с быстродействием 20 тыс. оп/сек., объем оперативной памяти - 4000 машинных слов. В среднем быстродействие ЭВМ первого поколения 10-20 тыс. оп/сек. Эксплуатация ЭВМ первого поколения слишком сложна из-за частого выхода из строя: элек-тронные лампы часто перегорали и заменять их нужно было вручную. Обслуживанием такой ЭВМ занимался целый штат инженеров. Программы для таких машин писали в машинных кодах, надо бы-ло знать все команды машины и их двоичное представление. Кроме того стоили такие компьютеры миллионы долларов.

История развития компьютерной техники. Второе поколение ЭВМ (конец 50-х - 60-е г.г.)

Изобретение транзистора в 1948 г. позволило изменить элементную базу ЭВМ на полупровод-никовые элементы (транзисторы и диоды), а также более совершенные резисторы и конденсаторы. Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал быстрее, был дешевле и надежнее. Измени-лась технология соединения элементной базы: появились первые печатные платы - пластины из изоляционного материала, на которых размещались транзисторы, диоды резисторы и конденсаторы. Печатные платы соединялись с помощью навесного монтажа. Сократилось потребление электроэнергии, и уменьшились в сотни раз размеры. Производительность таких ЭВМ до 1 млн. оп./сек. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена всей платы, а не каждого элемента в от-дельности. После появления транзисторов самой трудоемкой операцией при производстве компьютеров стало соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Появление алгоритмических языков облегчило процесс составления программ. Введен принцип разделения времени - различные устройства ЭВМ стали работать одновременно. В 1965 г. фирма Digital Equipment выпустила первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тысяч долларов.

История развития компьютерной техники. Третье поколение ЭВМ (конец 60-х - 70-е г.г.)

В 1958 году Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему или чип. Интегральная схема выполняла те же функции, что и электронная в ЭВМ второго поколения. Она представляла собой пластину кремния, на которой были размещены транзисторы и все соединения между ними. Элементная база - интегральные схемы. Производительность: сотни тысяч - миллионы операций в секунду. Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах, была IBM-360 в 1968 году фирмы IBM, которая положила начало целой серии (чем больше номер, тем больше возможности компьютера). В 1970 году фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В дальнейшем, количество транзисторов на единицу площади интегральной схемы увеличивалось ежегодно примерно вдвое. Это обеспечивало постоянное уменьшение стоимости и рост быстродействия компьютера. Увеличился объем памяти. Появились дисплеи и графопостроители, происходит дальнейшее развитие разнообразных языков программирования. В нашей стране выпускались два семейства ЭВМ: большие (например, ЕС-1022, ЕС-1035) и малые (например, СМ-2, СМ-3). В то время вычислительный центр оснащался одной - двумя моделями ЕС-ЭВМ и дисплейным классом, где каждый программист мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени.

История развития компьютерной техники. Четвертое поколение ЭВМ (конец 70-х - по настоящее время)

В 1970 году Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в 1971 г. Этот микропроцессор размером менее 3 см был производительнее гигантской машины. На одном кристалле кремния удалось разместить 2250 транзисторов. Правда работал он гораздо мед-леннее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (вместо 16-32 бит у больших компьютеров), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле (около 500 долларов). Вскоре начался быстрый рост производительности микропроцессоров. Сначала микропроцессоры использовались в различных вычислительных устройствах (например, в калькуляторах). В 1974 году несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера, т.е. устройства, рассчитанного на одного пользователя.
Широкая продажа на рынке персональных компьютеров (ПК) связана с именами молодых американцев С. Джобса и В. Возняка, основателей фирмы Apple Computer, которая с 1977 г. наладила выпуск персональных компьютеров "Apple". Росту объема продаж способствовали многочисленные программы, разработанные для деловых применений (редактирование текстов, электронные таблицы для бухгалтерских расчетов).
В конце 70-х годов распространение ПК привело к снижению спроса на большие компьютеры. Это обеспокоило руководство фирмы IBM - ведущей компании по производству больших компьютеров, и оно решило попробовать в качестве эксперимента свои силы на рынке ПК. Чтобы не тратить на этот эксперимент много средств, подразделе-нию, ответственному за этот проект было разрешено не конструировать ПК с нуля, а использовать блоки, изготовлен-ные другими фирмами. Так, в качестве основного микропроцессора был выбран новейший в то время 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft. В августе 1981 г. новый компьютер IBM PC был готов и приобрел большую популярность среди пользователей. Фирма IBM не сделала свой компьютер единым неразъемным устройством и не стала защищать его конструкцию патентами. Наоборот, она собрала компьютер из независимо изготовленных частей и не стала держать способы соединения этих частей в секрете; конструкции IBM PC были доступны всем желающим. Это позволило другим фирмам разрабаты-вать как аппаратное, так и программное обеспечение. Очень скоро эти фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать ПК, совместимые с IBM PC. Конкуренция между производителями привела к удешевлению компьютеров. Поскольку этим фирмам не требовалось нести огромные издержки на исследования, они могли продавать свои компьютеры намного дешевле аналогичных компьютеров фирмы IBM. Совместимые с IBM PC компьютеры называли "клонами" (двойниками). Общее свойство семейства IBM PC и совместимых с ним компьютеров - это совместимость программного обеспечения и принцип открытой архитектуры, т.е. возможность дополнения и замены имеющихся аппаратных средств на более современные без замены всего компьютера.
Одна из самых важных идей компьютеров четвертого поколения: для обработки информации используется одновременно несколько процессоров (мультипроцессорная обработка).

История развития компьютерной техники. Сервер.

Сервер - мощный компьютер в вычислительных сетях, который обеспечивает обслуживание подключенных к нему компьютеров и выход в другие сети. Суперкомпьютеры появились еще в 70-е годы. В отличие от компьютеров неймановской структуры в них используется многопроцессорный способ обработки. При таком способе решаемая задача разбивается на несколько частей, каждая из которых решается параллельно на своем процессоре. Это резко увеличивает производительность. Быстродействие их миллиарды операций в секунду. Но стоят такие компьютеры миллионы долларов.
Персональные компьютеры (ПК) используются повсеместно, имеют доступную цену. Для них разработано большое кол-во программных средств для различных областей применения, которые помогают человеку обрабатывать информацию. Сейчас ПК стал мультимедийным, т.е. обрабатывает не только числовую и текстовую информацию, но эффективно работает со звуком и изображением.
Портативные компьютеры (латинское слово "porto " означает "ношу") - переносные компьютеры. Самый распространенный из них ноутбук ("note book") - блокнотный персональный компьютер.
Промышленные компьютеры предназначены для использования в производственных условиях (например, для управления станками, самолетами и поездами). К ним предъявляются повышенные требования по надежности безотказной работы, устойчивости к перепадам температуры, к вибрации и т.п. Поэтому обычные персональные компьютеры не могут использоваться как промышленные.

История развития компьютерной техники. v. 1.0.

Первым устройством, предназначенным для облегчения счета, были счеты. С помощью костяшек счетов можно было совершать операции сложения и вычитания и несложные умножения.

1642 г. - французский математик Блез Паскаль сконструировал первую механическую счетную машину «Паскалина», которая могла механически выполнять сложение чисел.

1673 г. — Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия.

Первая половина XIX в. - английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство, то есть компьютер. Бэббидж называл его аналитической машиной. Он определил, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Компьютер по Бэббиджу — это механическое устройство, программы для которого задаются посредством перфокарт - карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий (они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках).

1941 г. — немецкий инженер Конрад Цузе построил небольшой компьютер на основе нескольких электромеханических реле.

1943 г. — в США на одном из предприятий фирмы IBM Говард Эйкен создал компьютер под названием «Марк-1». Он позволял проводить вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью арифмометра), и использовался для военных расчетов. В нем использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. «Марк-1» имел размеры: 15 * 2-5 м и содержал 750 000 деталей. Машина была способна перемножить два 32-разрядных числа за 4 с.

1943 г. - в США группа специалистов под руководством Джона Мочли и Проспера Экерта начала конструировать компьютер ENIAC на основе электронных ламп.

1945 г. - к работе над ENIAC был привлечен математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. В своем докладе фон Нейман сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, т. е. универсальных вычислительных устройств. До сих пор подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил Джон фон Нейман.

1947 г. - Экертом и Мочли начата разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый образец машины (UNIVAC-1) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 была создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство емкостью 1000 12-разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки.

1949 г. - английским исследователем Морнсом Уилксом построен первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана.

1951 г. - Дж. Форрестер опубликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации, В машине «Whirlwind-1» впервые была применена память на магнитных сердечниках. Она представляла собой 2 куба с 32-32-17 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на четность.

1952 г. - фирма IBM выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM 701, который представлял собой синхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12 000 диодов. Усовершенствованный вариант машины IBM 704 отличался высокой скоростью работы, в нем использовались индексные регистры и данные представлялись в форме с плавающей запятой.

После ЭВМ IBM 704 была выпущена машина IBM 709, которая в архитектурном плане приближалась к машинам второго и третьего поколений. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода - вывода.

1952 г. — фирма Remington Rand выпустила ЭВМ UNIVAC-t 103, в которой впервые были применены программные прерывания. Сотрудники фирмы Remington Rand использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием «Short Code» (первый интерпретатор, созданный в 1949 г. Джоном Мочли).

1956 г. - фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать новый тип памяти - дисковые запоминающие устройства (ЗУ), значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах IBM 305 и RAMAC. Последняя имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12000 об. /мин. На поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10 000 знаков каждая.

1956 г. - фирма Ferranti выпустила ЭВМ «Pegasus», в которой впервые нашла воплощение концепция регистров общего назначения (РОН). С появлением РОН устранено различие между индексными регистрами и аккумуляторами, и в распоряжении программиста оказался не один, а несколько регистров-аккумуляторов.

1957 г. — группа под руководством Д. Бэкуса завершила работу над первым языком программирования высокого уровня, получившим название ФОРТРАН. Язык, реализованный впервые на ЭВМ IBM 704, способствовал расширению сферы применения компьютеров.

1960-е гг. — 2-е поколение ЭВМ, логические элементы ЭВМ реализовываются на базе полупроводниковых приборов-транзисторов, развиваются алгоритмические языки программирования, такие как Алгол, Паскаль и другие.

1970-е гг. - 3-е поколение ЭВМ, интегральные микросхемы, содержащие на одной полупроводниковой пластине тысячи транзисторов. Начали создаваться ОС, языки структурного программирования.

1974 г. - несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера — устройства, выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя.

1975 г. - появился первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Альтаир-8800 на основе микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер имел оперативную память всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали.

Конец 1975 г. — Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, позволивший пользователям просто общаться с компьютером и легко писать для него программы.

Август 1981 г. — компания IBM представила персональный компьютер IBM PC. В качестве основного микропроцессора компьютера использовался 16-разрядный микропроцессор Intel-8088, который позволял работать с 1 мегабайтом памяти.

1980-е гг. — 4-е поколение ЭВМ, построенное на больших интегральных схемах. Микропроцессоры реализовываются в виде единой микросхемы, Массовое производство персональных компьютеров.

1990-е гг. — 5-е поколение ЭВМ, сверхбольшие интегральные схемы. Процессоры содержат миллионы транзисторов. Появление глобальных компьютерных сетей массового пользования.

2000-е гг. — 6-е поколение ЭВМ. Интеграция ЭВМ и бытовой техники, встраиваемые компьютеры, развитие сетевых вычислений.

Потребность в приспособлениях, позволяющих ускорить процесс счёта, появилась у человека ещё тысячи лет назад. Тогда для этого использовались простейшие средства, вроде счётных палочек. Позже появился абак, больше известный нам как счёты. Он позволял выполнять только самые простейшие арифметические действия. С тех пор многое изменилось. Практически у каждого дома стоит компьютер, а в кармане лежит смартфон. Всё это можно объединить под общим названием «Компьютерные технологии» или «Вычислительная техника». В этой статье вы узнаете немного больше об истории её развития.

1623 год. Вильгельм Шиккард думает: «А почему бы мне не изобрести первый арифмометр?» И он его изобретает. У него получается механический прибор, способный выполнять основные арифметические действия (сложение, умножение, деление и вычитание) и работающий с помощью зубчатых колёс и цилиндров.

1703 год. Готфрид Вильгельм Лейбниц описывает двоичную систему счисления в своём трактате «Explication de l’Arithmtique Binaire», что на русский язык переводится как «Объяснение Двоичной Арифметики». Реализация использующих её компьютеров гораздо проще, и сам Лейбниц об этом знал. Ещё в 1679 году он создал чертёж двоичной вычислительной машины. Но на практике первое подобное устройство появилось только в середине XX века.

1804 год. Впервые появляются перфорированные карты (перфокарты). Их использование не прекратилось и в 1970-х годах. Они представляют собой листы тонкого картона, в некоторых местах которого имеются отверстия. Информация записывалась различными последовательностями этих отверстий.

1820 год. Чарльз Ксавьер Томас (да, почти как профессор Икс) выпускает арифмометр Томаса, вошедший в историю как первое устройство для счёта, выпускаемое серийно.

1835 год. Чарльз Бэббидж хочет изобрести свою собственную аналитическую машину и описывает её. Изначально задачей прибора должно было стать вычисление логарифмических таблиц с высокой точностью, но позже Бэббидж передумал. Теперь его мечтой стала машина общего назначения. На то время создание подобного аппарата было вполне реально, но работать с Бэббиджем оказалось непросто из-за его характера. В результате разногласий проект был закрыт.

1845 год. Израиль Штаффель создаёт первый в истории прибор, способный извлекать из чисел квадратные корни.

1905 год. Перси Лудгерт издаёт проект программируемого механического компьютера.

1936 год. Конрад Цузе решает создать свою вычислительную машину. Он называет его Z1.

1941 год. Конрад Цузе выпускает Z3 - первый в мире компьютер, управляемый программой. Впоследствии было выпущено ещё несколько десятков аппаратов серии Z.

1961 год. Выпуск ANITA Mark VII - первого в мире полностью электронного калькулятора.

Пара слов о поколениях компьютеров.

1 поколение. Это так называемые ламповые компьютеры. Они работают с помощью электронных ламп. Первое подобное устройство было создано в середине XX века.

2 поколение. Все пользовались компьютерами 1 поколения, пока вдруг в 1947 году Уолтер Браттейн и Джон Бардин не изобрели очень важную вещь - транзистор. Так появилось второе поколения компьютеров. Они потребляли гораздо меньше энергии, а их производительность была больше. Эти устройства были распространены в 50-х-60-х годах XX века, пока в 1958 году не была изобретена интегральная схема.

3 поколение. Работа этих компьютеров была основана на интегральных схемах. Каждая такая схема содержит сотни миллионов транзисторов. Впрочем, создание третьего поколения не остановило выпуск компьютеров второго поколения.

4 поколение. В 1969 году Тэду Хоффу в голову пришла идея заменить множество интегральных схем одним маленьким устройством. Оно было позже названо микросхемой. Благодаря этому стало возможным создавать совсем маленькие микрокомпьютеры. Первое такое устройство было выпущено компанией Intel. А в 80-х годах микропроцессоры и микрокомпьютеры оказались самыми распространёнными. Мы и сейчас пользуемся ими.

Это была краткая история развития компьютерных технологий и вычислительной техники. Надеюсь, мне удалось Вас заинтересовать. До свидания!

Муниципальное бюджетно-образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 30»

Выполнила:

Ученица 8 А класса

Дмитриева Дарья

Преподаватель:

Демченко Е.Е.

Г. Курск, 2014г.

«История развития компьютерной техники»

Реферат

Введение

Человеческое общество по мере своего развития овладевало не только веществом и энергией, но и информацией. С появлением и массовым распространение компьютеров человек получил мощное средство для эффективного использования информационных ресурсов, для усиления своей интеллектуальной деятельности. С этого момента (середина XX века) начался переход от индустриального общества к обществу информационному, в котором главным ресурсом становится информация.

Возможность использования членами общества полной, своевременной и достоверной информации в значительной мере зависит от степени развития и освоения новых информационных технологий, основой которых являются компьютеры. Рассмотрим основные вехи в истории их развития.

Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени.

Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства : ( ), , , . Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.

Человечество научилось пользоваться простейшими счётными приспособлениями тысячи лет назад. Наиболее востребованной оказалась необходимость определять количество предметов, используемых в меновой торговле. Одним из самых простых решений было использование весового эквивалента меняемого предмета, что не требовало точного пересчёта количества его составляющих. Для этих целей использовались простейшие балансирные весы, которые стали одним из первых устройств для количественного определения массы. Принцип эквивалентности широко использовался и в другом простейшем счётном устройстве - абак, или счёты. Количество подсчитываемых предметов соответствовало числу передвинутых костяшек этого инструмента. Сравнительно сложным приспособлением для счёта могли быть чётки, применяемые в практике многих религий. Верующий как на счётах отсчитывал на зёрнах чёток число произнесённых молитв, а при проходе полного круга чёток передвигал на отдельном хвостике особые зёрна-счётчики, означающие число отсчитанных кругов. С изобретением зубчатых колёс появились и гораздо более сложные устройства выполнения расчётов.

Обо всех поколениях ЭВМ, об истории развития компьютерной техники, я хочу рассказать в своем реферате.

Начало эпохи ЭВМ

Первая ЭВМ ENIAC была создана в конце 1945 г. в США.

Основные идеи, по которым долгие годы развивалась вычислительная техника, были сформулированы в 1946 г. американским математиком Джоном фон Нейманом. Они получили название архитектуры фон Неймана.

В 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой фон Неймана – английская машина EDSAC . Годом позже появилась американская ЭВМ EDVAC .

В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ - малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев.

Серийное производство ЭВМ началось в 50-х годах XX века.

Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения, связанные со сменой элементной базы. Кроме того, машины разных поколений различаются логической архитектурой и программным обеспечением, быстро действием, оперативной памятью, способом ввода и вы вода информации и т.д.

Первая ЭВМ - универсальная машина на электронных лампах - была построена в США в 1945 году.

Эта машина называлась ENIАС (расшифровывается так: электронный цифровой интегратор и вычислитель). Конструкторами ЕNIАС были Дж. Моучли и Дж. Эккерт. Скорость счета этой машины превосходила скорость релейных машин того времени в тысячу раз.

Первый электронный компьютер ЕNIАС программировался с помощью штекерно - коммутационного способа, т. е. программа строилась путем соединения проводниками отдельных блоков машины на коммутационной доске. Эта сложная и утомительная процедура подготовки машины к работе делала ее неудобной в эксплуатации.

Основные идеи, по которым долгие годы развивалась вычислительная техника, были разработаны крупнейшим американским математиком Джоном фон Нейманом.

В 1946 году в журнале «Nature» вышла статья Дж. фон Неймана, Г. Голдстайна и А. Беркса «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства». В этой статье были изложены принципы устройства и работы ЭВМ. Главный из них - принцип хранимой в памяти программы , согласно которому данные и программа помещаются в общую память машины.

Принципиальное описание устройства и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Идеи, изложенные в упомянутой выше статье, получили название «архитектура ЭВМ Дж. фон Неймана».

В 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой Неймана - английская машина ЕDSAС. Годом позже появилась американская ЭВМ ЕDVAС. Названные машины существовали в единственных экземплярах. Серийное производство ЭВМ началось в развитых странах мира в 50-х годах XX века.

В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ - малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев

Велика роль академика С. А. Лебедева в создании отечественных компьютеров. Под его руководством в 50-х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 (быстродействующая электронная счетная машина), БЭСМ-2, М-20. В то время эти машины были одними из лучших в мире.

В 60-х годах XX века С. А. Лебедев руководил разработкой полупроводниковых ЭВМ БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4, М-220, М-222. Выдающимся достижением того периода была машина БЭСМ-6. Это первая отечественная и одна из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в секунду.

Последующие идеи и разработки С. А. Лебедева способствовали созданию более совершенных машин следующих поколений.

Первое поколение ЭВМ

Первое поколение ЭВМ - ламповые машины 50-х годов. Скорость счета самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тысяч операций в секунду. Для ввода программ и данных использовались перфоленты и перфокарты. Поскольку внутренняя память этих машин была невелика (могла вместить в себя несколько тысяч чисел и команд программы), то они, главным образом, использовались для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. Это были довольно громоздкие сооружения, содержавшие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт. Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд, поэтому программирование в те времена было доступно немногим. Принято считать, что первое поколение ЭВМ появилось в ходе Второй мировой войны после 1943 Конрада Цузе, продемонстрированную друзьям и Гг родственникам в 1938 реле) машина, капризная в обращении и ненадёжная в вычислениях. В мае 1941 года в Берлине

Принято считать, что первое поколение ЭВМ появилось в ходе Второй мировой войны после 1943 года, хотя первым работающим представителем следовало бы считать машину V-1 (Z1) Конрада Цузе , продемонстрированную друзьям и Гг родственникам в 1938 году. Это была первая электронная (построенная на самодельных аналогах реле ) машина, капризная в обращении и ненадёжная в вычислениях. В мае 1941 года в Берлине , Цузе представил машину Z3, вызвавшую восторг у специалистов. Несмотря на ряд недостатков, это был первый компьютер, который, при других обстоятельствах, мог бы иметь коммерческий успех.

Однако первыми ЭВМ считаются английский Colossus (1943 г.) и американский ENIAC (1945 г.). ENIAC был первым компьютером на вакуумных лампах.

ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовали электронные лампы и реле; оперативная память выполнялась на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках. Элементная база первых вычислительных машин – электронные лампы – определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте. Очень трудоемким и малоэффективным был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи. Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ.

ЭВМ первого поколения отличались невысокой надежностью, требовали системы охлаждения и имели значительные габариты. Процесс программирования требовал значительного искусства, хорошего знания архитектуры ЭВМ и ее программных возможностей. Сначала использовалось программирование в кодах ЭВМ (машинный код) , затем появились автокоды и ассемблеры, в определенной мере автоматизирующие процесс программирования задач. ЭВМ первого поколения использовались для научно-технических расчетов. Процесс программирования больше напоминал искусство, которым занимался весьма узкий круг математиков, электроников и физиков.

Все ЭВМ I-го поколения функционировали на основе электронных ламп, что делало их ненадежными - лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

Эти неудобства начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

Второе поколение ЭВМ

В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения . Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч операций в секунду. Объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные, поисковые системы (это связано с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации). Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них были ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.

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

Компьютеры второго поколения обычно состояли из большого количества печатных плат, каждая из которых содержала от одного до четырёх логических вентилей или триггеров. В частности, IBM Standard Modular System определяла стандарт на такие платы и разъёмы подключения для них. В 1959 году на основе транзисторов IBM выпустила мейнфрейм IBM 7090 и машину среднего класса IBM 1401. Последняя использовала перфокарточный ввод и стала самым популярным компьютером общего назначения того времени: в период 1960-1964 гг. было выпущено более 100 тыс. экземпляров этой машины. В ней использовалась память на 4000 символов (позже увеличенная до 16 000 символов). Многие аспекты этого проекта были основаны на желании заменить перфокарточные машины, которые широко использовались начиная с 1920-х до самого начала 1970-х гг. В 1960 году IBM выпустила транзисторную IBM 1620, изначально только перфоленточную, но вскоре обновлённую до перфокарт. Модель стала популярна в качестве научного компьютера, было выпущено около 2000 экземпляров. В машине использовалась память на магнитных сердечниках объёмом до 60 000 десятичных цифр.

В том же 1960 году DEC выпустила свою первую модель - PDP-1, предназначенную для использования техническим персоналом в лабораториях и для исследований.

В 1961 году Burroughs Corporation выпустила B5000, первый двухпроцессорный компьютер с виртуальной памятью. Другими уникальными особенностями были стековая архитектура, адресация на основе дескрипторов, и отсутствие программирования напрямую на языке ассемблера.

Компьютер второго поколения IBM 1401, выпускавшийся в начале 1960-х, занял около трети мирового рынка компьютеров, было продано более 10 000 таких машин.

Применение полупроводников позволило улучшить не только центральный процессор, но и периферийные устройства. Второе поколения устройств хранения данных позволяло сохранять уже десятки миллионов символов и цифр. Появилось разделение на жёстко закреплённые (fixed ) устройства хранения, связанные с процессором высокоскоростным каналом передачи данных, и сменные (removable ) устройства. Замена кассеты дисков в сменном устройстве требовала лишь несколько секунд. Хотя ёмкость сменных носителей была обычно ниже, но их заменяемость давала возможность сохранения практически неограниченного объёма данных. Магнитная лента обычно применялось для архивирования данных, поскольку предоставляла больший объём при меньшей стоимости.

Во многих машинах второго поколения функции общения с периферийными устройствами делегировались специализированным сопроцессорам. Например, в то время как периферийный процессор выполняет чтение или пробивку перфокарт, основной процессор выполняет вычисления или ветвления по программе. Одна шина данных переносит данные между памятью и процессором в ходе цикла выборки и исполнения инструкций, и обычно другие шины данных обслуживают периферийные устройства. На PDP-1 цикл обращения к памяти занимал 5 микросекунд; большинство инструкций требовали 10 микросекунд: 5 на выборку инструкции и ещё 5 на выборку операнда.

«Сетунь» была первым компьютером на основе троичной логики, разработана в 1958 году в Советском Союзе. Первыми советскими серийными полупроводниковыми ЭВМ стали «Весна» и «Снег», выпускаемые с 1964 по 1972 год. Пиковая производительность ЭВМ «Снег» составила 300 000 операций в секунду. Машины изготавливались на базе транзисторов с тактовой частотой 5 МГц. Всего было выпущено 39 ЭВМ.

Лучшей отечественной ЭВМ 2-го поколения считается БЭСМ-6, созданная в 1966 году.

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

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

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

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

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

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

Третье поколение ЭВМ

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе - интегральных схемах : на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см 2 монтировались сложные электронные схемы. Их назвали интегральными схемами (ИС). Первые ИС содержали в себе десятки, затем - сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилась к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами - БИС; затем появились сверхбольшие интегральные схемы - СБИС. ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM -360. В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ). Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры ЭВМ. Появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств - магнитные диски. Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители. В этот период существенно расширились области применения ЭВМ. Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ). В 70-е годы получила мощное развитие линия малых (мини) ЭВМ.

Элементная база ЭВМ – малые интегральные схемы (МИС), содержавшие на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ и резко снизить цены на аппаратное обеспечение. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличенное быстродействие, повышенную надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.

Интегральная схема, чип - "микроэлектронное изделие, имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и рассматриваемое как единое конструктивное целое". (Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины. М.: Русский язык, 1993). До изобретения интегральной микросхемы (в 1958 г.) каждый компонент электронной схемы изготавливался отдельно, а затем компоненты соединялись посредством пайки. Появление интегральных микросхем изменило всю технологию. При этом электронная аппаратура стала более дешевой. Микросхема представляет собой многослойное хитросплетение сотен схем, настолько крошечных, что их невозможно разглядеть невооруженным глазом. В этих схемах есть и пассивные компоненты - резисторы, создающие сопротивление электрическому току, и конденсаторы, способные накапливать заряд. Однако самыми важными компонентами интегральных микросхем являются транзисторы - приборы, способные как усиливать напряжение, так и включать и выключать его, "разговаривая" на двоичном языке. Третье поколение связывается с появлением ЭВМ с элементной базой на интегральных схемах (ИС). В январе 1959 г. Д. Килби была создана первая интегральная схема, представляющая собой тонкую германиевую пластинку длиной в 1 см. Для демонстрации возможностей интегральной технологии фирма Texas Instruments создала для ВВС США бортовой компьютер, содержащий 587 интегральных схем и объемом в 150 раз меньшим, чем у аналогичной ЭВМ старого образца. Но у интегральной схемы Килби был ряд существенных недостатков, которые были устранены с появлением в том же году планарных интегральных схем Р. Нойса. С этого момента ИС-технология начала свое триумфальное шествие, захватывая все новые разделы современной электроники и, в первую очередь, вычислительную технику.
Первые специальные бортовые ЭВМ по ИС-технологии проектируются и строятся по заказам военного ведомства США. Новая технология обеспечивала большие надежность, технологичность и быстродействие вычислительной техники при существенном уменьшении ее габаритов. На одном квадратном миллиметре интегральной схемы оказалось возможным размещать тысячи логических элементов. Однако не только ИС-технология определила появление нового поколения ЭВМ - ЭВМ третьего поколения, как правило, образуют серии моделей, программно совместимых снизу вверх и обладающих возрастающими от модели к модели возможностями. Вместе с тем, данная технология позволяла реализовывать намного более сложные логические архитектуры ЭВМ и их периферийного оборудования, что существенно расширяло функциональные и вычислительные возможности ЭВМ.

Наиболее важным критерием различия ЭВМ второго и третьего поколений является существенное развитие архитектуры ЭВМ, удовлетворяющей требованиям как решаемых задач, так и работающих на них программистов. С разработкой экспериментальных ЭВМ Stretch фирмы IBM и Atlas Манчестерского университета подобная концепция архитектуры ЭВМ стала реальностью; воплотила ее уже на коммерческой основе фирма IBM созданием широко известной серии IBM/360. Частью ЭВМ становятся операционные системы, появились возможности мультипрограммирования; многие задачи управления памятью, устройствами ввода/вывода и другими ресурсами стали брать на себя операционные системы или же непосредственно аппаратная часть ЭВМ.

Первой такой серией, с которой принято вести отсчет третьего поколения, является широко известная серия моделей IBM Series/360 (или кратко IBM/360), серийный выпуск которой был начат в США в 1964 г; а уже к 1970 г. серия включала 11 моделей. Данная серия оказала большое влияние на дальнейшее развитие ЭВМ общего назначения во всех странах в качестве эталона и стандарта для многих проектных решений в области вычислительной техники. Среди других ЭВМ третьего поколения можно отметить такие модели как PDP-8, PDP-11, B3500 и целый ряд других. В СССР и других странах СЭВ с 1972 г. было начато производство Единой серии ЭВМ (ЕС ЭВМ), копирующей (насколько это было технологически возможно) серию IBM/360. Наряду с серией ЕС ЭВМ в странах СЭВ и СССР с 1970 г. было начато производство серии малых ЭВМ (СМ ЭВМ), совместимой с известной PDP-серией.

Если модели серии IBM/360 не полностью использовали ИС-технологию (применялись и методы миниатюризации дискретных транзисторных элементов), то новая серия IBM/370 была реализована уже по 100%-й ИС-технологии, сохраняла преемственность с 360-й серией, но ее модели имели значительно более лучшие технические характеристики, более развитую систему команд и ряд важных архитектурных новшеств.

Значительно более мощным становится программное обеспечение, обеспечивающее функционирование ЭВМ в различных режимах эксплуатации. Появляются развитые системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР) различного назначения, совершенствуются АСУ, АСУТП и др. Большое внимание уделяется созданию пакетов прикладных программ (ППП) различного назначения. По-прежнему появляются новые и развиваются существующие языки и системы программирования, количество которых достигает уже порядка 3000. Наиболее широкое применение ЭВМ третьего поколения нашли в качестве технической основы создания больших и сверхбольших информационных систем. Важную роль в решении данной проблемы сыграло создание программного обеспечения (СУБД), обеспечивающего создание и ведение баз и банков данных различного назначения. Разнообразие вычислительных и программных средств, а также периферийного оборудования поставило на повестку дня вопросы эффективного выбора комплексов программно-вычислительных средств для тех или иных приложений.

О развитии ВТ третьего поколения в СССР следует сказать особо. Для выработки единой технической политики в области вычислительной техники в 1969 г. по инициативе Союза была создана Межправительственная комиссия с Координационным центром, а затем и Советом главных конструкторов. Было принято решение о создании аналога серии IBM/360 в качестве основы вычислительной техники стран СЭВ. Для этого были сконцентрированы усилия больших научно-исследовательских и проектно-конструкторских коллективов, привлечено более 20 тыс. ученых и высококвалифицированных специалистов, создан крупный научно-исследовательский центр вычислительной техники (НИЦЭВТ), что позволило в начале 70-х годов наладить серийное производство первых моделей ЕС ЭВМ. Сразу же следует отметить, что модели ЕС ЭВМ (особенно первые) являлись далеко не лучшими копиями соответствующих оригиналов серии IBM/360.

Конец 60-х годов в СССР характеризуется большим разнообразием несовместимых средств вычислительной техники, серьезно уступающим по основным показателям лучшим зарубежным моделям, что потребовало выработки более разумной технической политики в данном стратегически важном вопросе. Принимая во внимание весьма серьезное отставание в этом вопросе от развитых в компьютерном отношении стран (и в первую очередь, от извечного конкурента - США) и было принято вышеуказанное решение, выглядевшее весьма заманчиво - использовать отработанную и апробированную в течение 5 лет и уже хорошо зарекомендовавшую себя IBM-серию с целью быстрого и дешевого внедрения ее в народное хозяйство, открывая широкий доступ к весьма богатому программному обеспечению, созданному к тому времени за рубежом. Но все это являлось лишь тактическим выигрышем, стратегии же развития отечественной вычислительной техники был нанесен мощный нокаутирующий удар.

Четвертое поколение ЭВМ

Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессор - это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера - процессора. Первоначально микропроцессоры стали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микроЭВМ. МикроЭВМ относятся к машинам четвертого поколения . Существенным отличием микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже. Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются персональные компьютеры (ПК). Первый ПК появился на свет в 1976 году в США. С 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM . Ее конструкторам удалось создать такую архитектуру, которая стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC ( Personal Computer ). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых уже становится невозможным обойтись в большинстве областей человеческой деятельности. Другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения, это - суперкомпьютер . Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Суперкомпьютер – это многопроцессорный вычислительный комплекс.

Элементная база ЭВМ – большие интегральные схемы (БИС). Наиболее яркие представители четвертого поколения ЭВМ – персональные компьютеры (ПК). Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с применением языков высокого уровня.

Четвёртое поколение - это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров.

В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см 2 .). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош ”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры- IBM PC .

Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что привело к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее ПО. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (ОС) (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека.

Сравнительные характеристики поколений ЭВМ

Характеристики

Поколения ЭВМ

III

Годы применения

1948 - 1958 гг.

1959 - 1967 гг.

1968 - 1973 гг.

1974 - наст. время.

Элементная база

Электронные лампы – диоды и триоды.

Полупроводниковые приборы.

Малые интегральные схемы (МИС), содержавшие на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов.

Большие интегральные схемы (БИС).

Размеры

ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы.

ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек . Также ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, но во II поколении уменьшились размеры и масса.

ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.

Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что привело к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Компактные ЭВМ - персональные компьютеры.

Количество ЭВМ в мире

Десятки.

Тысячи.

Десятки тысяч.

Миллионы.

Быстродействие

10 - 20 тыс. операций в секунду.

100 - 1000 тыс. операций в секунду.

1 - 10 млн. операций в секунду.

10 - 100 млн. операций в секунду.

Объем оперативной памяти

1:2 кбайта.

2 - 32 кбайта.

64 кбайта.

2 - 5 мбайт.

Типичные модели

МЭСМ, БЭСМ-2.

БЭСМ-6, Минск-2.

IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ.

IBM-PC, Apple.

Носитель информации

Перфокарта, перфолента.

Магнитная лента.

Диск.

Гибкий и лазерный диски.

Заключение

Разработки в области вычислительной техники продолжаются. ЭВМ пятого поколения - это машины недалекого будущего. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание».

Машины пятого поколения - это реализованный искусственный интеллект.

В соответствии с общепринятой методикой оценки развития вычислительной техники первым поколением считались , а четвёртым - с использованием . В то время как предыдущие поколения совершенствовались за счёт увеличения количества элементов на единицу площади (миниатюризации), компьютеры пятого поколения должны были стать следующим шагом, и для достижения сверхпроизводительности,- осуществлять взаимодействие неограниченного набора микропроцессоров.

ПК - настольный или портативный компьютер, который использует микропроцессор в качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Эти компьютеры относят к вычислительным машинам четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят и карманные компьютеры - палмтопы. Основными признаками ПК являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей.

С развитием полупроводниковой техники персональный компьютер, получив компактные электронные компоненты, увеличил свои способности вычислять и запоминать. А усовершенствование программного обеспечения облегчило работу с ЭВМ для лиц с весьма слабым представлением о компьютерной технике. Основные компоненты: плата памяти и дополнительное запоминающее устройство с произвольной выборкой (РАМ); главная панель с микропроцессором (центральным процессором) и местом для РАМ; интерфейс печатной платы; интерфейс платы дисковода; устройство дисковода (со шнуром), позволяющее считывать и записывать данные на магнитных дисках; съемные магнитные или гибкие диски для хранения информации вне компьютера; панель для ввода текста и данных.

Сейчас ведутся интенсивные разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях. .

Изучив эту тему, вы узнаете:

Как развивались счетно-решающие средства до создания ЭВМ;
- что такое элементная база и как ее изменение влияло на создание новых типов ЭВМ;
- как развивалась компьютерная техника от поколения к поколению.

Счетно-решающие средства до появления ЭВМ

История вычислений уходит своими корнями в глубь веков так же, как и история развития человечества. Накопление запасов, дележ добычи, обмен - все эти действия связаны с вычислениями. Для подсчетов люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки, узелки и пр.

Потребность в поиске решений все более и более сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений поставила человека перед необходимостью искать способы, изобретать приспособления, которые смогли бы ему в этом помочь. Исторически сложилось так, что в разных странах появились свои денежные единицы, меры веса, длины, объема, расстояния и т. д. Для перевода из одной системы мёр в другую требовались вычисления, которые обычно могли производить лишь специально обученные люди, досконально знавшие всю последовательность действий. Их нередко приглашали даже из других стран. И совершенно естественно возникла потребность в изобретении устройств, помогающих счету. Так постепенно стали появляться механические помощники. До наших дней дошли свидетельства о многих таких изобретениях, навсегда вошедших в историю техники.

Одним из первых устройств (V-IV века до н. э.), облегчавших вычисления, можно считать специальное приспособление, названное впоследствии абаком (рисунок 24.1). Первоначально это была доска, посыпанная тонким слоем мелкого песка или порошка из голубой глины. На ней заостренной палочкой можно было писать буквы, цифры. Впоследствии абак был усовершенствован и вычисления на нем уже проводились путем перемещения костей и камешков в продольных углублениях, а сами доски начали изготавливать из бронзы, камня, слоновой кости и пр. Со временем эти доски стали расчерчиваться на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал еще в V веке до н. э., у японцев этот прибор назывался «серобян», у китайцев - «суан-пан».

Рис. 24.1. Абак

В Древней Руси при счете применялось устройство, похожее на абак, и называлось оно «русский щот». В XVII веке этот прибор уже имел вид привычных русских счетов, которые можно встретить и в наши днй.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, все острее ощущалась необходимость в изобретении счетной машины. К этому времени относится создание молодым французским математиком и физиком Блезом Паскалем первой счетной машины (рисунок 24.2, а), названной Пас- калиной, которая выполняла сложение и вычитание.

Рис. 24.2. Счетные машины XVII века: а) Паскалина, б) машина Лейбница

В 1670-1680 годах немецкий математик Готфрид Лейбниц сконструировал счетную машину (рисунок 24.2, б), которая выполняла все четыре арифметических действия.

В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено еще несколько подобных счетных устройств, которые из-за ряда недостатков не получили широкого распространения.

Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышев сконструировал счетную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Наиболее широкое распространение в то время получил арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году. Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнить все четыре арифметических действия.

В 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр - «Феликс» (рисунок 24.3). Эти счетные устройства применялись несколько десятилетий и были основным техническим средством, облегчающим труд людей, связанных с обработкой больших объемов числовой информации.

Рис. 24.3. Арифмометр «Феликс»

Важным событием XIX века было изобретение английского математика Чарлза Беббиджа, который вошел в историю как изобретатель первой вычислительной машины - прообраза современных компьютеров. В 1812 году он начал работать над так называемой «разностной» машиной. Предшествующие вычислительные машины Паскаля и Леибница выполняли только арифметические действия. Беббидж же стремился сконструировать машину, которая выполняла бы определенную программу, проводила бы расчет числового значения заданной функции. В качестве основного элемента разностной машины Беббидж использовал зубчатое колесо для запоминания одного разряда десятичного числа. В результате он смог оперировать 18-разрядными числами. К 1822 году он построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов. 

Совершенствуя разностную машину, Беббидж приступил в 1833 году к разработке аналитической машины (рисунок 24.4). Она должна была отличаться от разностной машины большей скоростью и более простой конструкцией. Согласно проекту, новую машину предполагалось приводить в действие силой пара.

Аналитическая машина была задумана как чисто механический аппарат с тремя основными блоками. Первый блок - устройство для хранения чисел на регистрах из зубчатых колес и система, которая передает эти числа от одного узла к другому (в современной терминологии - это память). Второй блок - устройство, позволяющее выполнять арифметические операции. Беббидж назвал его «мельницей». Третий блок предназначался для управления последовательностью действий машины. В конструкцию аналитической машины входило также устройство для ввода исходных данных и печати полученных результатов.

Предполагалось, что машина будет действовать по программе, которая задавала бы последовательность выполнения операций и передачи чисел из памяти в мельницу и обратно. Программы, в свою очередь, должны были кодироваться и переноситься на перфокарты. В то время подобные карты уже использовались для автоматического управления ткацкими станками. Тогда же математик леди Ада Лавлейс - дочь английского поэта лорда Байрона - разрабатывает первые программы для машины Беббиджа. Она заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, которые используются и по сей день.

Рис. 24.4. Аналитическая машина Беббиджа

К сожалению, из-за недостаточного развития технологии проект Беббиджа не был реализован. Тем не менее его работы имели важное значение; многие последующие изобретатели воспользовались идеями, заложенными в основу придуманных им устройств. 

Необходимость автоматизировать вычисления при переписи населения в США подтолкнула Генриха Холлерита к созданию в 1888 году устройства, названного табулятором (рисунок 24.5), в котором информация, нанесенная на перфокарты, расшифровывалась с помощью электрического тока. Это устройство позволило обработать данные переписи населения всего за 3 года вместо затрачиваемых ранее восьми лет. В 1924 году Холлерит основал фирму IBM для серийного выпуска табуляторов.

Рис. 24.5. Табулятор

Огромное влияние на развитие вычислительной техники оказали теоретические разработки математиков: англичанина А. Тьюринга и работавшего независимо от него американца Э. Поста. «Машина Тьюринга (Поста)» - прообраз программируемого компьютера. Эти ученые показали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии, что ее можно представить в виде алгоритма, ориентированного на выполняемые машиной операции.

С момента возникновения идеи Беббиджа о создании аналитической машины до ее реального внедрения в жизнь прошло более полутора столетий. Почему же столь большим оказался разрыв во времени между рождением идеи и ее техническим воплощением? Это обусловлено тем, что при создании любого устройства, в том числе и компьютера, очень важным фактором является выбор элементной базы, то есть тех деталей, из которых собирается вся система.

Первое поколение ЭВМ

Появление электронно-вакуумной лампы позволило ученым претворить в жизнь идею создания вычислительной машины. Она появилась в 1946 году в США и получила название ЭНИАК (ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator, «электронный численный интегратор и калькулятор» - рисунок 24.6). Это событие ознаменовало начало пути, по которому пошло развитие электронно-вычислительных машин (ЭВМ). 

Рис 24.6. Первая ЭВМ ЭНИАК

Дальнейшее совершенствование ЭВМ определялось развитием электроники, появлением новых элементов и принципов действий, то есть улучшением и расширением элементной базы. В настоящее время насчитывается уже несколько поколений ЭВМ. Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели электронно-вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах. Смена поколений обусловливалась появлением новых элементов, изготовленных с применением принципиально иных технологий.

Первое поколение (1946 - середина 50-х годов). Элементной базой служили электронно-вакуумные лампы, устанавливаемые на специальных шасси, а также резисторы и конденсаторы. Элементы соединяли проводами навесным монтажом. В ЭВМ ЭНИАК было 20 тыс. электронных ламп, из которых ежемесячно заменялось 2000. За одну секунду машина выполняла 300 операций умножения или же 5000 сложений многоразрядных чисел.

Выдающийся математик Джон фон Нейман и его коллеги изложили в своем отчете основные принципы логической структуры ЭВМ нового типа, которые позже были реализованы в проекте ЭДВАК (1950 г.). В отчете утверждалось, что ЭВМ должна создаваться на электронной основе и работать в двоичной системе счисления. В ее состав должны входить следующие устройства: арифметическое, центральное управляющее, запоминающее, для ввода данных и вывода результатов. Ученые также сформулировали два принципа работы: принцип программного управления с последовательным выполнением команд и принцип хранимой программы. Конструкция большинства ЭВМ последующих поколений, где были реализованы эти принципы, получила название «фон-неймановской архитектуры». 

Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика С. А. Лебедева, и называлась она МЭСМ (малая электронная счетная машина). Затем в эксплуатацию ввели БЭСМ-2 (большую электронную счетную машину). Самой мощной ЭВМ 50-х годов в Европе была советская электронно- вычислительная машина М-20 с быстродействием 20 тыс. оп/с и объемом оперативной памяти 4000 машинных слов.

МЭСМ (малая электронная счетная машина)

С этого времени начался бурный расцвет отечественной вычислительной техники, и к концу 60-х годов в нашей стране успешно функционировала лучшая по производительности (1 млн оп/с) ЭВМ того времени - БЭСМ-6, в которой были реализованы многие принципы работы последующих поколений компьютеров.

БЭСМ-6 (большая электронная счетная машина)

С появлением новых моделей ЭВМ произошли изменения и в названии этой сферы деятельности. Ранее любую технику, используемую для вычислений, обобщенно называли «счетно-ре- шающими приборами и устройствами». Теперь же все, что имеет отношение к ЭВМ, именуют вычислительной техникой.

Перечислим характерные черты ЭВМ первого поколения.

♦ Элементная база: электронно-вакуумные лампы, резисторы, конденсаторы. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.
♦ Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов и занимает специальный машинный зал.
♦ Быстродействие: 10-20 тыс. оп/с.
♦ Эксплуатация слишком сложна из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп. Существует опасность перегрева ЭВМ.
♦ Программирование: трудоемкий процесс в машинных кодах. При этом необходимо знать все команды машины, их двоичное представление, архитектуру ЭВМ. Этим в основном были заняты математики-программисты, которые непосредственно и работали за ее пультом управления. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма. 

Второе поколение ЭВМ

Второе поколение приходится на период от конца 50-х до конца 60-х годов .

К этому времени был изобретен транзистор, который пришел на смену электронным лампам. Это позволило заменить элементную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), а также резисторы и конденсаторы более совершенной конструкции (рисунок 24.7). Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал с большей скоростью, был дешевле и надежнее. Средний срок его службы в 1000 раз превосходил продолжительность работы электронных ламп.

Изменилась и технология соединения элементов. Появились первые печатные платы (см. рис. 24.7) - пластины из изоляционного материала, например гетинакса, на которые по специальной технологии фотомонтажа наносился токо- проводящий материал. Для крепления элементной базы на печатной плате имелись специальные гнезда.

Рис. 24.7. Транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и печатные платы

Такая формальная замена одного типа элементов на другой существенно повлияла на все характеристики ЭВМ: габариты, надежность, производительность, условия эксплуатации, стиль программирования и работы на машине. Изменился технологический процесс изготовления ЭВМ.

Рис. 24.8. ЭВМ второго поколения

Перечислим характерные черты ЭВМ второго поколения (рисунок 24.8).
- Элементная база : полупроводниковые элементы. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж.
- Габариты : ЭВМ выполнены в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста. Для их размещения требуется специально оборудованный машинный зал, в котором под полом прокладываются кабели, соединяющие между собой многочисленные автономные устройства.
- Производительность : от сотен тысяч до 1 млн оп/с.
- Эксплуатация : упростилась. Появились вычислительные центры с большим штатом обслуживающего персонала, где устанавливалось обычно несколько ЭВМ. Так возникло понятие централизованной обработки информации на компьютерах. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена целиком всей платы, а не каждого элемента в отдельности, как в ЭВМ предыдущего поколения.
- Программирование : существенно изменилось, так как стало выполняться преимущественно на алгоритмических языках. Программисты уже не работали в зале, а отдавали свои программы на перфокартах или магнитных лентах специально обученным операторам. Решение задач производилось в пакетном (мультипрограммном) режиме, то есть все программы вводились в ЭВМ подряд друг за другом, и их обработка велась по мере освобождения соответствующих устройств. Результаты решения распечатывались на специальной перфорированной по краям бумаге.
- Произошли изменения как в структуре ЭВМ, так и в принципе ее организации . Жесткий принцип управления заменился микропрограммным. Для реализации принципа программируемости необходимо наличие в компьютере постоянной памяти, в ячейках которой всегда присутствуют коды, соответствующие различным комбинациям управляющих сигналов. Каждая такая комбинация позволяет выполнить элементарную операцию, то есть подключить определенные электрические схемы. 
- Введен принцип разделения времени , который обеспечил совмещение во времени работы разных устройств, например одновременно с процессором работает устройство ввода-вывода с магнитной ленты.

Третье поколение ЭВМ

Этот период продолжается с конца 60-х до конца 70-х годов. Подобно тому как изобретение транзисторов привело к созданию компьютеров второго поколения, появление интегральных схем ознаменовало новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения.

В 1958 году Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему. Такие схемы могут содержать десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов, которые физически неразделимы. Интегральная схема (рисунок 24.9) выполняет те же функции, что и аналогичная ей схема на элементной базе ЭВМ второго поколения, но при этом она имеет существенно меньшие размеры и более высокую степень надежности.

Рис. 24.9. Интегральные схемы Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах, была IBM-360 фирмы IBM. Она положила начало большой серии моделей, название которых начиналось с IBM, а далее следовал номер, который увеличивался по мере совершенствования моделей этой серии. То есть чем больше был номер, тем большие возможности предоставлялись пользователю.

Аналогичные ЭВМ стали выпускать и в странах СЭВ (Совета экономической взаимопомощи): СССР, Болгарии, Венгрии, Чехословакии, ГДР, Польше. Это были совместные разработки, причем каждая страна специализировалась на определенных устройствах. Выпускались два семейства ЭВМ:
- большие - ЕС ЭВМ (единая система), например ЕС-1022, ЕС-1035, ЕС-1065; 
- малые - СМ ЭВМ (система малых), например СМ-2, СМ-3, СМ-4.

ЕС ЭВМ (единая система) ЕС-1035

СМ ЭВМ (система малых) СМ-3

В то время любой вычислительный центр оснащался одной-двумя моделями ЕС ЭВМ (рисунок 24.10). Представителей емейства СМ ЭВМ, составляющих класс мини-ЭВМ, можно было довольно часто встретить в лабораториях, на производстве, нa технологических линиях, на испытательных стендах. Особенюсть этого класса ЭВМ состояла в том, что все они могли работать в реальном масштабе времени, то есть ориентируясь на консретную задачу.

Рис. 24.10. ЭВМ третьего поколения

Приведем характерные черты ЭВМ третьего поколения.
- Элементная база : интегральные схемы, которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате.
- Габариты : внешнее оформление ЕС ЭВМ схоже с ЭВМ второго поколения. Для их размещения также требуется машинный зал. А малые ЭВМ - это в основном две стойки приблизительно в полтора человеческих роста и дисплей. Они не нуждались, как ЕС ЭВМ, в специально оборудованном помещении.
- Производительность : от сотен тысяч до миллионов операций в секунду.
- Эксплуатация : несколько изменилась. Более оперативно производится ремонт обычных неисправностей, но из-за большой сложности системной организации требуется штат высококвалифицированных специалистов. Большую роль играет системный программист.
- Технология программирования и решения задач : такая же, как на предыдущем этапе, хотя несколько изменился характер взаимодействия с ЭВМ. Во многих вычислительных центрах появились дисплейные залы, где каждый программист в определенное время мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени. Как и прежде, основным оставался режим пакетной обработки задач.
- Произошли изменения в структуре ЭВМ . Наряду с микропрограммным способом управления используются принципы модульности и магистральности. Принцип модульности проявляется в построении компьютера на основе набора модулей - конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Под магист- ральностью понимается способ связи между модулями компьютера, то есть все входные и выходные устройства соединены одними и теми же проводами (шинами). Это прообраз современной системной шины.
- Увеличились объемы памяти . Магнитный барабан постепенно вытесняется магнитными дисками, выполненными в виде автономных пакетов. Появились дисплеи, графопостроители.

Четвертое поколение ЭВМ

Этот период оказался самым длительным - от конца 70-х годов по настоящее время. Он характеризуется всевозможными новациями, приводящими к существенным изменениям. Однако кардинальных, революционных перемен, позволяющих говорить о смене этого поколения ЭВМ, пока не произошло. Хотя, если сравнивать ЭВМ, например, начала 80-х годов и сегодняшние, то очевидно существенное различие.

Следует особо отметить одну из самых значительных идей, воплощенных в компьютере на данном этапе: использование для вычислений одновременно нескольких процессоров (мультипроцессорная обработка). Также претерпела изменение и структура компьютера.

Новые технологии создания интегральных схем позволили разработать в конце 70-х - начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения на больших интегральйых схемах (БИС), степень интеграции которых составляет десятки и сотни тысяч элементов на одном кристалле. Наиболее крупным сдвигом в электронно-вычислительной технике, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров. Сейчас этот период расценивается как революция в электронной промышленности. Первый микропроцессор был создан фирмой Intel в 1971 году. На одном кристалле удалось сформировать минимальный по составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов.

С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники - создание и применение персональных ЭВМ (рисунок 24.11), что даже повлияло на терминологию. Постепенно прочно укоренившийся термин «ЭВМ» был вытеснен ставшим уже привычным словом «компьютер», а вычислительная техника стала называться компьютерной.

Рис. 24.11. Персональный компьютер

Начало широкой продажи персональных ЭВМ связано с именами С. Джобса и В. Возняка, основателей фирмы «Эпл компьютер» (Apple Computer), которая с 1977 года наладила выпуск персональных компьютеров Apple. В компьютерах этого типа за основу был взят принцип создания «дружественной» обстановки работы человека на ЭВМ, когда при создании программного обеспечения одним из основных требований стало обеспечение удобной работы пользователя. ЭВМ повернулась лицом к человеку. Дальнейшее ее совершенствование шло с учетом удобства работы пользователя. Если раньше при эксплуатации ЭВМ был реализован принцип централизованной обработки информации, когда пользователи концентрировались вокруг одной ЭВМ, то с появлением персональных компьютеров произошло обратное движение - децентрализация, когда один пользователь может компьютерами. работать с несколькими

С 1982 года фирма IBM приступила к выпуску модели персонального компьютера, ставшего эталоном на долгие времена. IBM выпустила документацию по аппаратуре и программные спецификации, что позволило другим фирмам разрабатывать как аппаратное, так и программное обеспечение. Таким образом, появились семейства (клоны) «двойников» персональных компьютеров IBM. 

В 1984 году фирмой IBM был разработан персональный компьютер на базе микропроцессора 80286 фирмы Intel с шиной архитектуры промышленного стандарта - ISA (Industry Standart Architecture). С этого времени началась жесткая конкуренция между несколькими корпорациями, производящими персональные компьютеры. Один тип процессора сменял другой, что зачастую требовало дополнительной существенной модернизации, а подчас и полной замены компьютеров. Гонка в поиске все более и более совершенных технических характеристик всех устройств компьютера продолжается и по сей день. Каждый год требуется проводить коренную модернизацию существующего компьютера.

Общее свойство семейства IBM PC - совместимость программного обеспечения снизу вверх и принцип открытой архитектуры, предусматривающий возможность дополнения имеющихся аппаратных средств без изъятия старых или их модификацию без замены всего компьютера.

Современные ЭВМ превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью, огромными возможностями и доступностью для разных категорий пользователей.

Компьютеры четвертого поколения развиваются в двух направлениях, о которых будет рассказано в последующих темах этого раздела. Первое направление - создание многопроцессорных вычислительных систем. Второе - изготовление дешевых персональных компьютеров как в настольном, так и в переносном исполнении, а на их основе - компьютерных сетей.

Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите об истории развития счетно-решающих устройств до появления ЭВМ.

2. Что такое поколение ЭВМ и чем вызывается смена поколений?

3. Расскажите о первом поколении ЭВМ.

4. Расскажите о втором поколении ЭВМ.

5. Расскажите о третьем поколении ЭВМ.

6. Расскажите о четвертом поколении ЭВМ.

7. Когда и почему название «ЭВМ» стало постепенно заменяться термином «компьютер»?

8. Чем прославился математик Джон фон Нейман? 

Перспективы развития компьютерных систем

Изучив эту тему, вы узнаете:

Каковы основные тенденции развития компьютеров;
- каковы причины, обусловливающие эти тенденции.

Зная функциональные возможности компьютеров, можно поразмышлять над перспективами их развития. Это не слишком благодарное занятие, особенно в отношении компьютерной техники, так как ни в какой другой области не происходит таких существенных изменений в столь короткие отрезки времени. Тем не менее суть развития компьютерной техники состоит в следующем: сначала перед людьми открывается некая сравнительно новая область использования компьютеров, но для реализации этих идей нужны некоторые новые, технологически обеспеченные возможности компьютеров. Как только необходимые технологии разработаны и внедрены, сразу становятся очевидными иные перспективные области применения компьютеров и т. д.

Например, компания Fujitsu разработала универсального робота-носильщика. В фойе отеля робот приветствует гостей хриплым баритоном. Уточнив номер комнаты, робот берет тяжелые чемоданы в обе «руки» или выкатывает тележку и начинает движение в сторону лифта, затем нажимает кнопку вызова лифта, поднимается на этаж и провожает гостей в номер. Электронная карта отеля, восемь камер и ультразвуковые сенсоры позволяют роботу преодолевать любые препятствия. Правое и левое колеса вращаются независимо, поэтому движение по наклонным и неровным поверхностям дается легко. Используя систему обработки трехмерных изображений, робот может брать предметы и протягивать их гостям. Робот чутко воспринимает голосовые инструкции, подключен к Интернету. Справки об отеле можно получить на его цветном сенсорном экране. Ночью робот патрулирует коридоры отеля.

Так, например, в Массачусетсском технологическом институте (США) демонстрировались модели одежды со встроенными в них компьютерами и электронными устройствами. Сегодня новое поветрие названо «кибер- модой». Кибер-брошь, украшающая платье на этой иллюстрации, не просто аксессуар - это электронное устройство, вспыхивающее в такт сердцебиению его обладателя.

Можно предполагать, что в будущем появятся сотни активных компьютерных устройств, отслеживающих наше состояние и местоположение, легко воспринимающих нашу информацию и управляющих бытовыми приборами. Они не будут находиться в одной общей «оболочке». Они будут повсюду. Перспективы развития в отношении подобных компьютерных устройств: они станут намного более миниатюрными и будут иметь низкую стоимость.

Рассмотрим перспективы и тенденции развития компьютерной техники, обеспечивающей информационное обслуживание и управление. Каждый компьютер не только умеет безошибочно и быстро считать, но и представляет собой вместительное хранилище информации. В настоящее время все шире используется наиболее специфическая функция компьютеров - информационная, и именно это является одной из причин наступающей «всеобщей информатизации». Обычно информацию подготавливают на компьютере, затем печатают и уже в таком виде распространяют.

Однако уже в начале XXI века ожидается смена основной информационной среды - большую часть информации люди станут получать не по традиционным каналам связи - радио, телевидение, печать, а через компьютерные сети.

Изменение цели использования компьютеров наблюдается уже сегодня. Прежде компьютеры служили исключительно для выполнения различных научно-технических и экономических расчетов, и работали на них пользователи с общей компьютерной подготовкой и программисты.

Благодаря появлению телекоммуникаций кардинально изменяется область применения компьютеров пользователями. Потребность в компьютерных теле- коммуникациях постоянно расширяется. Все больше людей обращается к Интернету, чтобы узнать расписание движения поездов или последние новости из Думы, познакомиться с научной статьей коллеги, сделать выбор, где провести свободный вечер, и т. п. Информация подобного рода нужна каждому в любой момент и в любом месте.

В настоящее время разрабатывается новая концепция развития сети Интернет - это создание семантической паутины (англ. Semantic web). Она является надстройкой над существующей Всемирной паутиной и призвана сделать размещенную в сети информацию более понятной для компьютеров. С 1999 года проект семантической паутины развивается под эгидой Консорциума Всемирной паутины.

В настоящее время компьютеры принимают довольно ограниченное участие в формировании и обработке информации в Интернете. Функции компьютеров в основном сводятся к хранению, отображению и поиску информации. Это обусловлено тем, что большая часть информации в Интернете находится в текстовой форме, а компьютеры не могут воспринять и осмыслить смысловую информацию. Создание информации, ее оценку, классификацию и актуализацию - все это по-прежнему выполняет человек.

Встает вопрос - как же заставить компьютеры понимать смысл размещенной в сети информации и научить компьютеры пользоваться ею? Если компьютер пока нельзя научить понимать человеческий язык, то нужно создать язык, который был бы понятен компьютеру. В идеальном варианте вся информация в Интернете должна размещаться на двух языках: на языке, понятном человеку, и на языке, понятном компьютеру. Для создания понятного компьютеру описания сетевого ресурса в семантической паутине создан формат RDF (англ. Resource Description Framework). Он предназначен для хранения метаданных (метаданные - это данные о данных) и не предназначен для прочтения и использования человеком. Описания в формате RDF должны прикрепляться к каждому сетевому ресурсу и обрабатываться компьютером автоматически.

Семантическая паутина открывает доступ к четко структурированной информации для любых приложений, независимо от платформы и языков программирования. Программы смогут сами находить нужные ресурсы, обрабатывать информацию, обобщать данные, выявлять логические связи, делать выводы и даже принимать решения на основе этих выводов. При широком распространении и грамотном внедрении семантическая паутина может вызвать революцию в Интернете.

Семантическая паутина - это концепция сети, в которой каждый информационный ресурс на человеческом языке должен быть снабжен описанием, понятным компьютеру.

Компьютер должен быть полностью мобильным и снабжен радиомодемом для входа в компьютерную сеть. В перспективе портативные компьютеры должны стать более миниатюрными при быстродействии, сравнимом с производительностью современных суперЭВМ. Они должны иметь плоский дисплей с хорошей разрешающей способностью. Их внешние запоминающие устройства - магнитные диски - при небольших размерах будут иметь емкость более 100 Гбайт. Чтобы с компьютером можно было общаться на естественном языке, он будет широко оснащен средствами мультимедиа, в первую очередь, аудио- и видеосредствами.

Для обеспечения качественного и повсеместного обмена информацией между компьютерами будут использоваться принципиально новые способы связи:

♦ инфракрасные каналы в пределах прямой видимости;
♦ телевизионные каналы;
♦ беспроводная технология высокоскоростной цифровой связи.

Это позволит строить системы сверхскоростных информационных магистралей, связывающих воедино все существующие системы. 

Сферы применения ЭВМ все расширяются, и каждая из них обусловливает новую тенденцию развития компьютерной техники. В перспективе все вычислительные комплексы и системы от суперЭВМ до персонального компьютера станут составляющими единой компьютерной сети. А при такой сложной распределенной структуре должна быть обеспечена практически неограниченная пропускная способность и скорость передачи информации.

Современные полупроводниковые компьютеры скоро исчерпают свой потенциал, и даже при условии перехода к трехмерной архитектуре микросхем их быстродействие будет ограничено значением 1015 операций в секунду. Поиски новых путей совершенствования компьютеров ведутся во многих направлениях. Существует несколько возможных альтернатив замены современных компьютеров - квантовые компьютеры, нейрокомпьютеры и оптические компьютеры. При разработке «компьютеров будущего» используется широкий спектр научных дисциплин: молекулярная электроника, молекулярная биология, робототехника, квантовая механика, органическая химия и др. Рассмотрим основные особенности этих компьютеров.

Оптический компьютер. В оптических компьютерах носителем информации является световой поток. Применение оптического излучения в качестве носителя информации имеет ряд преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:

♦ скорость распространения светового сигнала выше скорости электрического;
♦ световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;
♦ световые потоки могут передаваться по свободному пространству;
♦ возможность создания параллельных архитектур.

Создание большего количества параллельных архитектур, по сравнению с традиционными электронными компьютерами, является основным достоинством оптических компьютеров, оно позволяет преодолеть ограничения по быстродействию и параллельной обработке информации.  Оптические технологии важны не только для создания оптических компьютеров, но также и для оптических коммуникаций и сети Интернет.

Нейрокомпьютер . Для решения некоторых задач требуется создание эффективной системы искусственного интеллекта, которая могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая много вычислительных ресурсов. И прекрасным аналогом для решения такой проблемы может стать мозг и нервная система живых организмов, которые позволяют эффективно обрабатывать сенсорную информацию. Мозг человека состоит из 10 миллиардов нервных клеток - нейронов. Аналогично должен быть построен и нейрокомпьютер, который моделирует функции нейронов.

Появление нейрокомпьютеров, часто называемых биокомпьютерами, во многом связывают с развитием нанотехнологий, которыми активно занимаются ученые многих стран. Нейрокомпьютеры предполагается строить на базе нейрочипов (искусственных нейронах) и нейроноподобных связях, которые функционально ориентированы на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи. Поэтому для решения задач разного типа требуется нейронная сеть разной топологии (разновидностей соединения нейрочипов). Один искусственный нейрон может использоваться в работе нескольких алгоритмов обработки информации в сети, и каждый алгоритм реализуется при помощи некоторого количества искусственных нейронов. Нейронная сеть (перцептрон) может обучаться распознаванию образов.

Перспективность создания нейрокомпьютеров состоит в том, что искусственные структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, имеют ряд важных особенностей: параллельность обработки информации, способность к обучению, способность к автоматической классификации, высокая надежность, ассоциативность.

Квантовый компьютер . В основе работы квантового компьютера лежат законы квантовой механики. Квантовая механика позволяет установить способ описания и законы движения микрочастиц (атомов, молекул, атомных ядер) и их систем. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволили выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, понять строение атомных ядер, изучать свойства элементарных частиц.

Физический принцип действия квантового компьютера основан на изменении энергии атома. Она имеет дискретный ряд значений EQ, EI,... Еп, называемый энергетическим спектром атома. Излучение и поглощение атомом электромагнитной энергии происходит отдельными порциями - квантами, или фотонами. При поглощении фотона энергия атома увеличивается и осуществляется переход с нижнего на верхний уровень, при излучении фотона совершается обратный переход вниз.

Поэтому в качестве основной единицы квантового компьютера введено понятие «кубит» (qubit, Quantum Bit) по аналогии с традиционным компьютером, где используется понятие «бит». Известно, что бит имеет лишь два состояния - 0 и 1, тогда как состояний кубита значительно больше. Поэтому для описания состояния квантовой системы было введено понятие волновой функции в виде вектора с большим числом значений.

Для квантовых компьютеров так же, как и для классических, введены элементарные квантовые логические операции: дизъюнкция, конъюнкция и отрицание, с помощью которых будет организована вся логика квантового компьютера. При создании квантового компьютера основное внимание уделяется вопросам управления кубитами при помощи вынужденного излучения и недопущении спонтанного излучения, которое нарушит работу всей квантовой системы.

Можно предположить, что объединение квантовых, оптических и нейронных компьютеров даст миру мощную гибридную вычислительную систему. Такую систему от обычной будут отличать огромная производительность (ориентировочно 1051), за счет параллелизма выполнения операций, а также возможности эффективной обработки и управления сенсорной информацией. Для производства «компьютеров будущего» будут необходимы значительные экономические затраты, в несколько десятки раз превышающие затраты на производство современных полупроводниковых компьютеров. 

В таблице 28.1 представлены общие тенденции изменения характеристик компьютерной техники с учетом основных областей использования как современных компьютеров, так и перспективных.

Таблица 28.1. Тенденции изменения характеристик компьютеров

Контрольные вопросы и задания

1. Какова зависимость между целью использования ЭВМ и развитием компьютерной техники?

2. Приведите примеры перспективного использования компьютеров.

3. На что ориентированы перспективные компьютерные системы?

4. Как вы представляете будущее компьютерной техники?

5. На какие значения технических параметров компьютеров можно ориентироваться в недалеком будущем?

6. Каково назначение семантической паутины?

7. Почему ведутся разработки компьютеров на различных принципах действий?

8. В чем состоит основная идея создания оптического компьютера?

9. В чем состоит основная идея создания нейрокомпьютера?

10. В чем состоит основная идея создания квантового компьютера?