46. История развития эвм. Поколения эвм. Современный этап развития вычислительной техники и ее перспективы

История же собственно электронных вычислительных машин (рис. 1) начинается в двадцатом веке и связана с изобретением в 1906 году американским инженером Ли де Форестом вакуумного триода. На основе триодов были созданы ЭВМ так называемого первого поколения, начинающего свою историю в 40-е годы. Это поколение компьютеров-монстров, занимавших по своим размерам целые комнаты и потреблявших мощности, достаточные для работы небольшого завода. Однако, несмотря на такую громоздкость, производительность этих машин была весьма скромной.

Качественное изменение ЭВМ произошло после еще одного эпохального открытия физики — изобретения в 1947 году Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли полевого транзистора. Применение полупроводниковых транзисторов вместо вакуумных ламп (триодов) позволило существенно уменьшить размеры и энергопотребление машин второго поколения и повысить их быстродействие и надежность.

Дальнейшее развитие компьютеров связано с использованием интегральных схем, впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом. Интегральная схема — это множество, от десятков до миллионов, транзисторов, размещенных на одном кристалле полупроводника. Использование интегральных схем (компьютеры третьего поколения), больших и сверхбольших интегральных схем (четвертое поколение) привело к значительному упрощению процесса изготовления ЭВМ и увеличению их быстродействия. В 80-е годы началось изготовление персональных компьютеров, которые постепенно приобрели современный вид. Примерно тогда же появились первые мобильные компьютеры, или ноутбуки. Огромной производительности достигли многопроцессорные вычислительные комплексы — так называемые суперкомпьютеры.

Первая ЭВМ была создана в 1946 г. в Пенсильванском университете и называлась ENIAC (вес 30 т, 18 000 электронных ламп, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов и занимал площадь в 300 кв. метров). Ее создание положило начало развитию ЭВМ первого поколения. Основные черты этих ЭВМ: использование электронных ламп и реле, наличие параллельного арифметического устройства, применение перфолент и перфокарт в качестве носителей информации, среднее быстродействие – до десятка тысяч арифметических операций в секунду, невысокая надежность работы.

Первой отечественной ЭВМ была МЭСМ (малая электронная счетная машина), выпущенная в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева. Её номинальное быстродействие—50 операций в секунду.

Первый шаг к уменьшению размеров и цены компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов. Через 10 лет, в 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов, что послужило началом развития ЭВМ второго поколения. Основу их технической базы составили полупроводниковые приборы – диоды и транзисторы. Увеличилась надежность и быстродействие, уменьшилось количество потребляемой электроэнергии.

В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создать на одной пластинке и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. Они послужили базой для создания машин третьего поколения. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирмаIntelначала продавать интегральные схемы памяти.

В 1971 г. был сделан ещё один важный шаг на пути к персональному компьютеру—фирма Intel выпустила интегральную схему, аналогичную по своим функциям процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004. Уже через год был выпущен процессорIntel-8008, который работал в два раза быстрее своего предшественника.Altair. Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах. Первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Altair был сделан на базе процессора Intel-8080, выпущенного в 1974 г. Разработчик Altair—крохотная компания MIPS из Альбукерка (шт. Нью-Мексико)—продавала машину в виде комплекта деталей за 397 долл., а полностью собранной—за 498 долл. У компьютера была память объёмом 256 байт, клавиатура и дисплей отсутствовали. Можно было только щёлкать переключателями и смотреть, как мигают лампочки.

Вскоре у Altair появились и дисплей, и клавиатура, и добавочная оперативная память, и устройство долговременного хранения информации (сначала на бумажной ленте, а затем на гибких дисках).

Достоинства ЭВМ третьего поколения – быстродействие и надежность, уменьшение габаритов и потребляемой энергии, высокая технологичность производства.

Они построены по принципу независимой параллельной работы различных их устройств. Благодаря этому появилась возможность выполнения одновременно серии операций.

ЭВМ четвертого поколения создают на больших и сверхбольших интегральных схемах. В одной такой схеме размещается блок, который в ЭВМ первого поколения занял бы целый шкаф. Все это способствует еще большему снижению потребляемой энергии, стоимости, габаритов, повышению надежности и технологичности. Производительность достигает нескольких десятков миллионов операций в секунду.

ЭВМ четвертого поколения можно разделить на 5 основных классов: микро-ЭВМ и персональные компьютеры; мини-ЭВМ; специализированные ЭВМ; ЭВМ общего назначения; супер-ЭВМ.

ЭВМ пятого поколения проектируются в крупнейших фирмах Японии, США и Англии. Это не просто ЭВМ, а вычислительная система, ориентированная на обработку знаний, которая должна удовлетворять качественно новым функциональным требованиям: возможность обучаемости (автоматическое накопление знаний), возможность ассоциативных построений и логических выводов (ассоциативное мышление человека), высокая адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации; высокая производительность за счет параллельной обработки информации, системы ввода/вывода информации голосом, рукописными знаками, изображениями, диалоговая обработка информации с использованием естественных языков.

Современный этап развития вычислительной техники и ее перспективы

Так в 2002 году для Института наук о земле в городе Йокогама (Япония) корпорацией NEC был создан наимощнейший на сегодняшний день суперкомпьютер Earth Simulator.

Производительность новой машины, определенная при помощи стандартных тестов Linpack, составляет 35,6 TELOPS (триллионов операций с плавающей запятой в секунду).

Сотрудникам Белловских лабораторий удалось создать транзистор размером в 60 атомов! Они считают, что транзисторы ко дню своего шестидесятилетия (2007 год) по ряду параметров достигнут физических пределов.

Так, размер транзистора должен стать чуть меньше 0,01 мкм (уже достигнут размер 0,05 мкм). Это означает, что на чипе площадью 10 кв. см можно будет разместить 20 000 000 транзисторов.

Описывая бурно развивающуюся в настоящее время технологию производства пластиковых транзисторов, ученые приходят к достаточно логичному выводу, что сумма всех усовершенствований приведет к созданию “финального компьютера”, более мощного, чем современные рабочие станции. Компьютер этот будет иметь размер почтовой марки и, соответственно, цену, не превышающую цены почтовой марки.

В последнее время высказывались и мысли о том, что давно пора расстаться с электронами как основными действующими лицами на сценах микроэлектроники и обратиться к фотонам.

Использование фотонов якобы позволит изготовить процессор компьютера размером с атом. О том, что наступление эпохи таких компьютеров уже не за горами говорит тот факт, что американским ученым удалось на доли секунды остановить фотонный пучок (луч света).

Поколения эвм.

В СССР первая ламповая ЭВМ – МЭСМ (малая электронно-счетная машина), была создана коллективом под руководством Сергея Алексеевича Лебедева (основоположник отечественной вычислительной техники).

Электронные лампы грелись, потребляли много электроэнергии, были громоздки и часто выходили из строя.

1. Второе поколение – создавалось в период с 1956 по 1963 гг. После появления полупроводниковых элементов основной элементной базой компьютеров стали транзисторы. Память машин этого поколения создавалась на основе магнитных запоминающих устройств.

Отечественная ЭВМ БЭСМ-6 была лучшей в мире ЭВМ второго поколения.

1. Третье поколение – разрабатывалось с 1964 по 1971 гг. на новой элементной базе, представляющей собой интегральные схемы.

Интегральные схемы были изобретены, независимо друг от друга, Джеком Килби и Робертом Нойсом.

Уменьшились габариты и потребляемая мощность компьютеров, возросла надежность.

1. Четвертое поколение. Дальнейшая интеграция микросхем привела к созданию чипов (СБИС) (кремниевых кристаллов), что и стало элементной базой ЭВМ четвертого поколения – производительность возросла до сотен миллионов операций в секунду.

Появление микропроцессоров в компании Intel (изобретатель – Тэд Хофф) привело к разработке микрокомпьютеров, первые из которых появились в 1970-х гг.

К четвертому поколению относятся персональные компьютеры, разработчиком которых считается Стив Возняк, один из основателей Apple Computer.

1. Пятое поколение – системы искусственного интеллекта. Разработки по созданию ЭВМ на основе искусственного интеллекта (нейрокомпьютеров) начались в 80-х гг. XX в. и продолжаются по сей день. Нейрокомпьютеры имитирует человеческую нейронную сеть.

Классы вычислительных машин.

• Суперкомпьютеры
• Мейнфреймы
• Мини-компьютеры
• Микрокомпьютеры

Суперкомпьютеры обладают самым высоким быстродействием и имеют огромные вычислительные мощности.

Суперкомпьютеры используются для сложных расчетов в аэродинамике, метеорологии, космических и физических исследованиях, экономике и финансовом управлении.

Суперкомпьютеры

Производительность наиболее мощных систем достигает десятки Tflops (триллионов операций с плавающей точкой в секунду).

Первое место в редакции Тор50 2007 года заняла машина, установленная в Томском госуниверситете, – суперкомпьютер “СКИФ Cyberia” компании “Т-Платформы” с производительностью в 9 -12 TFlop/s.

В МГУ установлена машина СКИП, занимающая в рейтинге производительности 36 место – 60 Tflops триллионов операций/сек. Содержит 1250 4х-ядерных процессоров. Используется для климат прогнозов, астрофизических исследований и т.д.

Классы выч машин

Мейнфреймы – высокопроизводительные компьютеры со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенные для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.

Мейнфреймы способны поддерживать больше одновременно работающих программ, чем суперкомпьютеры, и одновременную работу сотен и тысяч пользователей.

Мейнфреймы выполняют задачи по интеграции больших неоднородных компьютерных комплексов, выглядящих с точки зрения пользователя единым компьютером .

Мини компьютеры используются при управлении предприятиями и организациями. К ним относятся серверы высокого уровня, являющиеся центральными компьютерами в сетях предприятия и управляющие локальными сетями.

Микро компьютеры – это самые массовые модели вычислительных машин. К ним относятся персональные компьютеры настольного и мобильного исполнения. Данный класс может использоваться в качестве рабочих станций, компьютеров для офиса или дома.

Поколения компьютеров – история развития вычислительной техники

В короткой истории компьютерной техники выделяют несколько периодов на основе того, какие основные элементы использовались для изготовления компьютера. Временное деление на периоды в определенной степени условно, т.к. когда еще выпускались компьютеры старого поколения, новое поколение начинало набирать обороты.

Можно выделить общие тенденции развития компьютеров:

1. Увеличение количества элементов на единицу площади.
2. Уменьшение размеров.
3. Увеличение скорости работы.
4. Снижение стоимости.
5. Развитие программных средств, с одной стороны, и упрощение, стандартизация аппаратных – с другой.

Нулевое поколение. Механические вычислители

Предпосылки к появлению компьютера формировались, наверное, с древних времен, однако нередко обзор начинают со счетной машины Блеза Паскаля, которую он сконструировал в 1642 г. Эта машина могла выполнять лишь операции сложения и вычитания. В 70-х годах того же века Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, умеющую выполнять операции не только сложения и вычитания, но и умножения и деления.

В XIX веке большой вклад в будущее развитие вычислительной техники сделал Чарльз Бэббидж. Его разностная машина, хотя и умела только складывать и вычитать, зато результаты вычислений выдавливались на медной пластине (аналог средств ввода-вывода информации). В дальнейшем описанная Бэббиджем аналитическая машина должна была выполнять все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода-вывода (прямо таки компьютер … только механический), а главное могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась в устройстве ввода). Программы для аналитической машины писала Ада Ловлейс (первый известный программист). На самом деле машина не была реализована в то время из-за технических и финансовых сложностей. Мир отставал от хода мыслей Бэббиджа.

В XX веке автоматические счетные машины конструировали Конрад Зус, Джорж Стибитс, Джон Атанасов. Машина последнего включала, можно сказать, прототип ОЗУ, а также использовала бинарную арифметику. Релейные компьютеры Говарда Айкена: «Марк I» и «Марк II» были схожи по архитектуре с аналитической машиной Бэббиджа.

Первое поколение. Компьютеры на электронных лампах (194х-1955)

Быстродействие: несколько десятков тысяч операций в секунду.

Особенности:

• Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тысячи, то машины имели огромные размеры.
• Поскольку ламп много и они имеют свойство перегорать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышедшей из строя лампы.
• Лампы выделяют большое количество тепла, следовательно, вычислительные машины требуют специальные мощные охладительные системы.

Примеры компьютеров:

Колоссус – секретная разработка британского правительства (в разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это первый в мире электронный компьютер, хотя и не оказавший влияние на развитие компьютерной техники (из-за своей секретности), но помог победить во Второй мировой войне.

Эниак. Создатели: Джон Моушли и Дж. Преспер Экерт. Вес машины 30 тонн. Минусы: использование десятичной системы счисления; множество переключателей и кабелей.

Эдсак. Достижение: первая машина с программой в памяти.

Whirlwind I. Слова малой длины, работа в реальном времени.

Компьютер 701 (и последующие модели) фирмы IBM. Первый компьютер, лидирующий на рынке в течение 10 лет.

Второе поколение. Компьютеры на транзисторах (1955-1965)

Быстродействие: сотни тысяч операций в секунду.

По сравнению с электронными лампами использование транзисторов позволило уменьшить размеры вычислительной техники, повысить надежность, увеличить скорость работы (до 1 млн. операций в секунду) и почти свести на нет теплоотдачу. Развиваются способы хранения информации: широко используется магнитная лента, позже появляются диски. В этот период была замечена первая компьютерная игра.

Первый компьютер на транзисторах TX стал прототипом для компьютеров ветки PDP фирмы DEC, которые можно считать родоначальниками компьютерной промышленности, т.к появилось явление массовой продажи машин. DEC выпускает первый миникомпьютер (размером со шкаф). Зафиксировано появление дисплея.

Фирма IBM также активно трудится, производя уже транзисторные версии своих компьютеров.

Компьютер 6600 фирмы CDC, который разработал Сеймур Крей, имел преимущество над другими компьютерами того времени – это его быстродействие, которое достигалось за счет параллельного выполнения команд.

Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах (1965-1980)

Быстродействие: миллионы операций в секунду.

Интегральная схема представляет собой электронную схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На такой схеме умещаются тысячи транзисторов. Следовательно, компьютеры этого поколения были вынуждены стать еще мельче, быстрее и дешевле.

Последнее свойство позволяло компьютерам проникать в различные сферы деятельности человека. Из-за этого они становились более специализированными (т.е. имелись различные вычислительные машины под различные задачи).

Появилась проблема совместимости выпускаемых моделей (программного обеспечения под них). Впервые большое внимание совместимости уделила компания IBM.

Было реализовано мультипрограммирование (это когда в памяти находится несколько выполняемых программ, что дает эффект экономии ресурсов процессора).

Дальнейшее развитие миникомпьютеров (PDP-11).

Четвертое поколение. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)

Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.

Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось развитие программного обеспечения, чтобы личность могла использовать компьютер в соответствие со своей фантазией.

В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.

Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.

Пятое поколение?

Сюда относят неудавшийся проект Японии (хорошо описан в Википедии). Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и др.) или карманные компьютеры.

Также существует мнение, что к пятому поколению следует относить компьютеры с двухядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение началось примерно с 2005 года.

При подготовке материала использовались источники:
https://studfile.net/preview/6864107/page:27/
https://studfile.net/preview/7665292/page:4/
https://inf1.info/computergeneration