|
Реферат: История вычислительной техники: четвертое поколение (Программирование)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Татарский Институт Содействия Бизнесу
Реферат по информатики на тему:
История вычислительной техники: четвертое поколение.
Выполнил: Группа И-017 Шайдуллин Айрат
Преподаватель: Козин Александр Николаевич
Казань 2001
Первые приспособления. О том, когда человечество научилось считать мы можем
строить лишь догадки. Но можно с уверенностью сказать, что для простого
подсчета наши предки использовали пальцы рук, способ который мы с успехом
используем до сих пор. А как поступить в том случае если вы хотите
запомнить результаты вычислений или подсчитать то чего больше чем пальцев
рук. В этом случае можно сделать насечки на дереве или на кости. Скоре
всего так и поступали первые люди, о чем и свидетельствуют археологические
раскопки. Пожалуй самым древним из найденных таких инструментов считается
кость с зарубками найденная в древнем поселении Дольни Вестоници на юго-
востоке Чехии в Моравии. Этот предмет получивший название «вестоницкая
кость» предположительно использовался за 30 тыс. лет до н. э. Несмотря на
то, что на заре человеческих цивилизаций, были изобретены уже довольно
сложные системы исчисления использование засечек для счета продолжалось еще
довольно таки долго. Так, к примеру за 2 тыс. лет до н.э. на коленях статуи
шумерского царя Гудеа была высечена линейка, поделенная на шестнадцать
равных частей. Одна из этих частей была в свою очередь поделена на две,
вторая на три, третья на четыре, четвертая на пять, а пятая на шесть равных
частей. При этом в пятой части длина каждого деления составляла 1 мм.
От первого до четвертого поколения.
| |Первое поколение | |Второе поколение |
| |ЭВМ | |ЭВМ |
| |(1948 — 1958 гг.) | |(1959 — 1967 гг.)|
|Третье |[pic] |Четвертое |[pic] |
|поколение ЭВМ | |поколение ЭВM | |
|(1968 — 1973 | |(1974 — 1982 | |
|гг.) | |гг.) | |
[pic]
Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появилась первая электронная
вычислительная машина. За этот короткий для развития общества период
сменилось несколько поколений вычислительных машин, а первые ЭВМ сегодня
являются музейной редкостью. Сама история развития вычислительной техники
представляет немалый интерес, показывая тесную взаимосвязь математики с
физикой (прежде всего с физикой твердого тела, полупроводников,
электроникой) и современной технологией, уровнем развития которой во многом
определяется прогресс в производстве средств вычислительной техники.
Электронно-вычислительные машины у нас в стране принято делить на
поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всего быстрота смены
поколений - за ее короткую историю развития уже успели смениться четыре
поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Что же
является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному
поколению? Это прежде всего их элементная база (из каких в основном
элементов они построены), и такие важные характеристики, как
быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки
информации. Конечно же, деление ЭВМ на поколения в определенной мере
условно. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к
одному, а по другим - к другому поколению. И все же, несмотря на эту
условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии
электронно-вычислительной техники.
[pic]
[pic] Первое поколение ЭВМ (1948 — 1958 гг.)
Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы – диоды и
триоды. Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-
технических задач. К этому поколению ЭВМ можно отнести: МЭСМ, БЭCМ-1, М-1,
М-2, М-З, “Стрела”, “Минск-1”, “Урал-1”, “Урал-2”, “Урал-3”, M-20,
"Сетунь", БЭСМ-2, "Раздан". Они были значительных размеров, потребляли
большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное
обеспечение. Быстродействие их не превышало 2—3 тысяч операций в секунду,
емкость оперативной памяти—2К или 2048 машинных слов (1K=1024) длиной 48
двоичных знаков. В 1958 г. появилась машина M-20 с памятью 4К и
быстродействием около 20 тысяч операций в секунду. В машинах первого
поколения были реализованы основные логические принципы построения
электронно-вычислительных машин и концепции Джона фон Неймана, касающиеся
работы ЭВМ по вводимой в память программе и исходным данным (числам).
Этот период явился началом коммерческого применения электронных
вычислительных машин для обработки данных. В вычислительных машинах этого
времени использовались электровакуумные лампы и внешняя память на магнитном
барабане. Они были опутаны проводами и имели время доступа 1х10-3 с.
Производственные системы и компиляторы пока не появились. В конце этого
периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках.
Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой.
[pic]
[pic] Второе поколение ЭВМ (1959 — 1967 гг.)
Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы.
Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических
задач, а также для управления технологическими процессами в производстве.
Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно
увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ.
Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин
второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной
вычислительной техники, главным образом за счет развития программного
обеспечения. Появились также специализированные машины, например ЭВМ для
решения экономических задач, для управления производственными процессами,
системами передачи информации и т.д. К ЭВМ второго поколения относятся:
. ЭВМ М-40, -50 для систем противоракетной обороны;
. Урал -11, -14, -16 - ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение
инженерно-технических и планово-экономических задач;
. Минск -2, -12, -14 для решения инженерных, научных и конструкторских
задач математического и логического характера;
. Минск-22 предназначена для решения научно-технических и планово-
экономических задач;
. БЭСМ-3 -4, -6 машин общего назначения, ориентированных на решение
сложных задач науки и техники;
. М-20, -220, -222 машина общего назначения, ориентированная на решение
сложных математических задач;
. МИР-1 малая электронная цифровая вычислительная машина,
предназначенная для решения широкого круга инженерно-конструкторских
математических задач,
. "Наири" машина общего назначения, предназначенная для решения широкого
круга инженерных, научно-технических, а также некоторых типов планово-
экономических и учетно-статистических задач;
. Рута-110 мини ЭВМ общего назначения;
и ряд других ЭВМ.
ЭВМ БЭСМ-4, М-220, М-222 имели быстродействие порядка 20—30 тысяч операций
в секунду и оперативную память—соответственно 8К, 16К и 32К. Среди машин
второго поколения особо выделяется БЭСМ-6, обладающая быстродействием около
миллиона операций в секунду и оперативной памятью от 32К до 128К (в
большинстве машин используется два сегмента памяти по 32К каждый).
Данный период характеризуется широким применением транзисторов и
усовершенствованных схем памяти на сердечниках. Большое внимание начали
уделять созданию системного программного обеспечения, компиляторов и
средств ввода-вывода. В конце указанного периода появились универсальные и
достаточно эффективные компиляторы для Кобола, Фортрана и других языков.
Была достигнута уже величина времени доступа 1х10-6 с, хотя большая часть
элементов вычислительной машины еще была связана проводами.
Вычислительные машины этого периода успешно применялись в областях,
связанных с обработкой множеств данных и решением задач, обычно требующих
выполнения рутинных операций на заводах, в учреждениях и банках. Эти
вычислительные машины работали по принципу пакетной обработки данных. По
существу, при этом копировались ручные методы обработки данных. Новые
возможности, предоставляемые вычислительными машинами, практически не
использовались.
Именно в этот период возникла профессия специалиста по информатике, и
многие университеты стали предоставлять возможность получения образования в
этой области.
[pic]
[pic] Третье поколение ЭВМ (1968 — 1973 гг.)
Элементная база ЭВМ - малые интегральные схемы (МИС). 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. Например, машины
третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший
объем оперативной памяти, увеличилось быстродействие, повысилась
надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса
уменьшились.
В СССР в 70-е годы получают дальнейшее развитие АСУ. Закладываются основы
государственной и межгосударственной, охватывающей страны - члены СЭВ
(Совет Экономической Взаимопомощи) системы обработки данных.
Разрабатываются универсальные ЭВМ третьего поколения ЕС, совместимые как
между собой (машины средней и высокой производительности ЕС ЭВМ), так и с
зарубежными ЭВМ третьего поколения (IBM-360 и др. - США). В разработке
машин ЕС ЭВМ принимают участие специалисты СССР, Народной Республики
Болгария (НРБ), Венгерской Народной Республики (ВНР), Польской Народной
Республики (ПНР), Чехословацкой Советской Социалистической Республики
(ЧССР) и Германской Демократической Республики (ГДР). В то же время в СССР
создаются многопроцессорные и квазианалоговые ЭВМ, выпускаются мини-ЭВМ
"Мир-31", "Мир-32", "Наири-34". Для управления технологическими процессами
создаются ЭВМ серии АСВТ М-6000 и М-7000 (разработчики В.П. Рязанов и др.).
Разрабатываются и выпускаются настольные мини-ЭВМ на интегральных
микросхемах М-180, "Электроника -79, -100, -125, -200", "Электроника ДЗ-
28", "Электроника НЦ-60" и др.
К машинам третьего поколения относились "Днепр-2", ЭВМ Единой Системы (ЕС-
1010, ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060 и несколько их
промежуточных модификаций - ЕС-1021 и др.), МИР-2, "Наири-2" и ряд других.
Этот период связан с бурным развитием вычислительных машин реального
времени. Появилась тенденция, в соответствии с которой в задачах управления
наряду с большими вычислительными машинами находится место и для
использования малых машин. Так, оказалось, что миниЭВМ исключительно хорошо
справляется с функциями управления сложными промышленными установками, где
большая вычислительная машина часто отказывает. Сложные системы управления
разбиваются при этом на подсистемы, в каждой из которых используется своя
миниЭВМ. На большую вычислительную машину реального времени возлагаются
задачи планирования (наблюдения) в иерархической системе с целью
координации управления подсистемами и обработки центральных данных об
объекте.
МиниЭВМ начали применяться и для решения инженерных задач, связанных с
проектированием. Проведены первые эксперименты, показавшие эффективность
использования вычислительных машин в качестве средств проектирования.
Применение распределенных вычислительных систем явилось базой для
децентрализации решения задач, связанных с обработкой данных на заводах, в
банках и других учреждениях. Вместе с тем для данного периода характерным
является хронический дефицит кадров, подготовленных в области электронных
вычислительных машин. Это особенно касается задач, связанных с
проектированием распределенных вычислительных систем и систем реального
времени.
[pic]
[pic] Четвертое поколение ЭВМ (1974 — 1982 гг.)
Элементная база ЭВМ - большие интегральные схемы (БИС). Машины
предназначались для резкого повышения производительности труда в науке,
производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая
степень интеграции способствует увеличению плотности компоновки электронной
аппаратуры, повышению ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия
ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на
логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее программное обеспечение.
Более тесной становится связь структуры машины и ее программного
обеспечения, особенно операционной системы (или монитора) — набора
программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства
человека.
Характерной чертой данного периода явилось резкое снижение цен на
аппаратное обеспечение. Этого удалось добиться главным образом за счет
использования интегральных схем. Обычные электрические соединения с помощью
проводов при этом встраивались в микросхему. Это позволило получить
значение времени доступа до 2х10 -9 с. В этот период на рынке появились
удобные для пользователя рабочие станции, которые за счет объединения в
сеть значительно упростили возможность получения малого времени доступа,
обычно присущего большим машинам. Дальнейший прогресс в развитии
вычислительной техники был связан с разработкой полупроводниковой памяти,
жидкокристаллических экранов и электронной памяти. В конце этого периода
произошел коммерческий прорыв в области микроэлектронной технологии.
Программное обеспечение для малых вычислительных машин вначале было совсем
элементарным, однако уже к 1968 г. появились первые коммерческие
операционные системы реального времени, специально разработанные для них
языки программирования высокого уровня и кросс системы. Все это обеспечило
доступность малых машин для широкого круга приложений. Сегодня едва ли
можно найти такую отрасль промышленности, в которой бы эти машины в той или
иной форме успешно не применялись. Их функции на производстве очень
многообразны; так, можно указать простые системы сбора данных,
автоматизированные испытательные стенды, системы управления процессами.
Следует подчеркнуть, что управляющая вычислительная машина теперь все чаще
вторгается в область коммерческой обработки данных, где применяется для
решения коммерческих задач.
Возросшая производительность вычислительных машин и только появившиеся
многомашинные системы дали принципиальную возможность реализации таких
новых задач, которые были достаточно сложны и часто приводили к
неразрешимым проблемам при их программной реализации. Начали говорить о
"кризисе программного обеспечения". Тогда появились эффективные методы
разработки программного обеспечения. Создание новых программных продуктов
теперь все чаще основывалось на методах планирования и специальных методах
программирования.
К этому поколению можно отнести ЭВМ ЕС: ЕС-1015, -1025, -1035, -1045,
-1055, -1065 (“Ряд 2”), -1036, -1046, -1066, СМ-1420, -1600, -1700, все
персональные ЭВМ (“Электроника МС 0501”, “Электроника-85”, “Искра-226”, ЕС-
1840, -1841, -1842 и др.), а также другие типы и модификации. К ЭВМ
четвертого поколения относится также многопроцессорный вычислительный
комплекс "Эльбрус". " Эльбрус -1КБ" имел быстродействие до 5,5 млн.
операций с плавающей точкой в секунду, а объем оперативной памяти до 64 Мб.
У "Эльбрус-2" производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость
оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мс лов ( слово 72 разряда),
максимальная пропускная способность каналов ввода -вывода - 120 Мб/с.
“ЭЛЬБРУС-1”
В состав семейства многопроцессорных вычислительных комплексов входит
система Эльбрус-1 с производительностью от 1,5 млн. операций в сек до 10
млн. операций в сек и высокопроизводительная система Эльбрус-2 с суммарным
быстродействием более 100 млн. операций в сек. Системы Эльбрус-1 и Эльбрус-
2 построены на одних и тех же структурных принципах, их модули
функционально идентичны, а их процессоры имеют одинаковую систему команд и
одинаковую по функциям единую операционную систему (ЕОС).
“ЭЛЬБРУС-2”
Симметричный Многопроцессорный (10 процессоров) вычислительный комплекс
"Эльбрус-2" на матричных ECL БИС, выпущен в 1985 г. (В.С. Бурцев).
Производительностью 125 млн. оп/сек (MIPS), емкость оперативной памяти до
144 Мб или 16 Мс лов (слово 72 разряда), максимальная пропускная
способность каналов ввода-вывода - 120 Мб/с. Применялся в Центре управления
космическими полетами, в области ядерных исследований (Арзамас-16,
Челябинск-70) и на объектах Министерства обороны.
ЕС-1045
1979 г. - начало выпуска в Ереване и Казане модели ЕС-1045. Главный
конструктор А.Т. Кучукян.
Область применения: вычислительные центры предприятий, объединений,
ведомств. Решение научно-технических планово-экономических и информационно-
логических задач.
Основные характеристики.
Элементная база: интегральные микросхемы малой и средней степени
интеграции. Производительность - 660 тыс. операций в секунду 800 тыс.
операций. Суммарная пропускная способность каналов - 5 Мб/с. Объем
буферного ЗУ, имеющего цикл 120 нс - 8 Кб. Объем оперативного ЗУ - 1-4 Мб.
Цикл ОЗУ - 1,2 мкс. Ширина выборки из ОЗУ - 144 разряда. Акселератор,
ускоряющий выполнение 25 "длинных" машинных операций. Возможность
подключения матричного процессора ЕС-2345. Средства прямого управления для
создания двухмашинных комплексов. Универсальный интерфейс для связи с
внешними устройствами. Пять совмещенных с процессором блок-мультиплексных
каналов с общей пропускной способностью 5 Мб/с. Два встроенных адаптера
канал - канал. Накопители на сменных магнитных дисках емкостью 29 и 100 Мб.
Накопители на магнитных лентах с плотностью записи 32 и 64 импульсов на 1
мм. Автоматическая система контроля и диагностики электропитания,
осуществляющая автоматическое измерение и программное изменение напряжений
вторичных источников питания. Занимаемая основным комплектом площадь - 120
кв. м. Рабочая температура окружающего воздуха - 5-40С. Мощность,
потребляемая ЭВМ, - 35 кВА.
ЕС-1035Б
Электронная вычислительная машина ЕС-1035Б, относящаяся к ЕС ЭВМ «Ряд-2»,
предназначена для решения широкого круга научно-технических, экономических
и других задач и может быть успешно применена в системах пакетной обработки
данных коллективного пользования, в развитых системах телеобработки данных,
в системах реального времени. ЕС-1035Б выпускается в НРБ. Программное
обеспечение ЕС-1035 может работать под управлением операционной системы
типа ДОС ЕС ил ОС ЕС. Последняя наиболее эффективно функционирует на
моделях ЕС ЭВМ с большим объемом основной памяти (256—512Кбайт). Эта
система обеспечивает работу в однопрограммном режиме и режимах
мультипрограммирования с фиксированным или переменным числом задач. ОС ЕС
планирует очередность выполнения задач соответственно заданным приоритетам
и реализует динамическое распределение ресурсов.
Однако серьезные машины работают не только с цифрами, но и с текстом. Для
того чтобы закодировать все цифры, буквы и специальные символы необходимо
было увеличить разрядность процессора. В результате в 1972 году появился
восьмиразрядный i8008, а в 1974 был разработан i8080. Этот восьмиразрядный
микропроцессор был выполнен по NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor)
технологии, а его тактовая частота не превышала 2 МГц. У него было более
широкое множество микрокоманд. Кроме того, это был первый микропроцессор,
который мог делить числа. Процессор i8080 оказал значительное влияние на
дальнейшее развитие вычислительной техники. Таким образом история развития
электроники подошла к созданию персональных компьютеров. Во второй половине
70-х гг. сложилась благоприятная ситуация для их появления на рынке.
Ощущалась потребность в недорогих ЭВМ, способных поддерживать одно рабочее
место. Многие персональные компьютеры того времени базировались на 8-
разрядных процессорах, таких как i8080 и его дальнейшей разработкой
компанией Zilog Corporation - Z80. Стандартом операционной системы для
персональных компьютеров стала разработанная компанией Digital Research
CP/M (Control Program for Microcomputers). Она была сделана по образу
операционных систем больших ЭВМ, но размеры были гораздо меньше, что давало
возможность работать на микропроцессоре.
Какими должны быть компьютеры пятого поколения?
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.
|В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный переход от |
|обработки данных к обработке знаний. |
Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных
блока. Один из них — это традиционный компьютер. Но теперь он лишён связи с
пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином
"интеллектуальный интерфейс". Его задача — понять текст, написанный на
естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в
работающую программу для компьютера. Будет также решаться проблема
децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших,
находящихся на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных
компьютеров, размещённых на одном кристалле полупроводника.
Литература:
http://www.pokolenia.ok.ru
http://www.bdxc.ru/konkurs/russian/generate.htm
-----------------------
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Реферат на тему: История компьютера
?S?????S???? ??S???? ?S?????
. Слово "компьютер" означает вычислитель, т.е. устройство для
вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе
вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета
использовались счетные палочки, камешки и т.д.
1 Абак
. Поистине революционным событием в истории счета было появление
приборов, объединяемых общим названием - абак. Абак мог иметь форму
деревянной доски, глиняной плитки или просто очерченного кусочка
земли. Важно, что на абаке отмечались места (колонки или строчки) для
отдельных разрядов чисел.
. Впервые об абаке упоминает историк древнего мира Геродот. Абак был
широко распространен в античном мире. Его вариантами пользовались в
Древнем Риме и Вавилоне, Китае, Японии и многих других странах.
Математическая задача считалась решенной в том случае, если ее решение
можно было воспроизвести на абаке.
. В Россию абак проник не позднее XVI века, но, скорее всего это
случилось намного раньше. Русскими вариантами абака были "счет
костьми" и "дощаный счет".
2 Палочки Непера
. Рис.1
. Палочки Непера
. Следующий толчок развитию счетного дела был дан шотландским
математиком Д.Непером, придумавшим специальные счетные палочки. С
палочками Непера было легко работать, но они имели один существенный
недостаток: накопленные единицы механически не переносились в высший
разряд. Все же этот незамысловатый прибор широко распространился в
Европе. У Непера оказалось много последователей, которые
совершенствовали его изобретение, создавая при этом немало остроумных
и удобных для работы конструкций. Осталось сделать последний шаг на
пути создания механических счетных устройств.
3 Шиккард
. Его сделал в 1623 году профессор восточных языков в Тюбингенском
университете В.Шиккард, который в 1631 году стал также профессором
математики и астрономии. Машина Шиккарда состояла из суммирующего и
множительного устройства, а также из механизма для записи
промежуточных результатов. Правильность выбора чисел и все
промежуточные результаты можно было проверить с помощью специальных
окошек, в которых появлялись цифры.
. До последнего десятилетия считалось, что первая счетная машина была
изобретена французом Блезом Паскалем в 1642 году. Дело в том, что
механизм Шиккарда в свое время был известен лишь узкому кругу людей.
При тщательном разборе архива, который принадлежал знаменитому
астроному Иоганну Кеплеру, нашли письма от Шиккарда, в них описывалась
схема счетной машины. В XVII веке еще не была налажена система научных
журналов, и основным каналом для распространения научной информации
служила личная переписка ученых.
4 Паскаль
. Тем не менее, это не умаляет заслуг Блеза Паскаля, который в 1642г.
изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел. В своей
машине (она могла только складывать и вычитать) придумал немало
остроумных инженерных решений. Предусмотрел он также более сдобный
способ фиксации результатов. Машина Паскаля имела размеры 36(13(8
сантиметров, этот небольшой латунный ящичек было удобно носить с
собой. Все построенные Паскалем варианты машин предназначались для
работы с 6-8 - разрядными числами. Инженерные идеи Паскаля оказали
огромное влияние на многие другие изобретения в области вычислительной
техники.
5 Лейбниц
. Следующего этапного результата добился выдающийся немецкий математик и
философ Готфрид Вильгельм Лейбниц, высказавший в 1672 году идею
механического умножения без последовательного сложения. Уже через год
он представил машину в Парижскую академию. Арифмометр позволял
механически выполнять четыре арифметических действия. Машина Лейбница
требовала для установки специального стола, так как имела внушительные
размеры: 100(30(20 сантиметров. К сожалению, до нас не дошло ни одного
достоверного описания машины.
6 Бэббидж
. В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так
называемой разностной машиной, которая должна была вычислять любые
функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять таблицы.
. Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году и
рассчитывал на ней таблицу квадратов, таблицу значений функции
y=x2+x+41 и ряд других таблиц. Однако из-за нехватки средств эта
машина не была закончена, и сдана в музей Королевского колледжа в
Лондоне, где хранится и по сей день.
. Однако эта неудача не остановила Бэббиджа и в 1834 году он
. приступил к новому проекту - созданию Аналитической машины, которая
должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она
должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт
(карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий,
они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь
"склад" для запоминания данных и промежуточных результатов (в
современной терминологии - память). С 1842 по 1848 год Бэббидж упорно
работал, расходуя собственные средства. В окончательном варианте
машина должна была включать три блока. Первый, хранящий информацию на
регистрах из цифровых колес, автор назвал "складом". В современных
компьютерах ему соответствует запоминающее устройство. Второй блок
должен осуществлять различные операции с числами, взятыми из склада;
Бэббидж назвал его "фабрикой". Соответствующий блок компьютера
называется процессором. Наконец, третий блок предназначался для
автоматического управления последовательностью операций во время
вычислений, своевременной доставкой со склада нужных чисел, выводом
результатов на печать. Бэббидж не дал этому блоку специального
названия, в компьютере ему соответствует устройство управления. К
сожалению, он не смог довести до конца работу по созданию
Аналитической машины - она оказалась слишком сложной для техники того
времени. Невозможно достигнуть Луны в деревянной ракете с двигателем
внутреннего сгорания, так же невозможно было сделать аналитическую
машину из механических элементов. Но заслуга Бэббиджа в том, что он
впервые предложил и частично реализовал, идею программно-управляемых
вычислений. Именно Аналитическая машина по своей сути явилась
прототипом современного компьютера. Эта идея и ее инженерная
детализация опередили время на 100 лет! Говард Эйкен, конструктор
одной из первых действующих электронно-вычислительных машин ENIAC
писал: "Живи Бэббидж на 75 лет позже, я остался бы безработным".
7 Арифмометры
. Естественно, что машины Паскаля, Лейбница и других изобретателей
строились в одном или нескольких экземплярах. Поэтому они не находили
сколько-нибудь заметного применения в счетном деле.
. Положение изменил весьма предприимчивый уроженец Эльзаса Карл Томас,
основатель и директор двух парижских страховых обществ. В 1818 году он
сконструировал счетную машину, уделив основное внимание
технологичности механизма, и назвал ее арифмометром. Уже через три
года в мастерских Томаса было изготовлено 16 арифмометров, а затем их
выпуск был доведен до сотни в год. Большая часть (60%) машин
вывозилась за пределы Франции.
. Таким образом, Томас положил начало счетному машиностроению. Его
арифмометры выпускали в течение ста лет, постоянно совершенствуя и
меняя время от времени названия.
. Начиная с XIXв. арифмометры получили очень широкое применение. На них
выполнялись даже очень сложные расчеты, например, расчеты
баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала даже
особая профессия - счетчик - человек, работающий с арифмометром,
быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций
(такую последовательность действий впоследствии стали называть
программой). Но многие расчеты производились очень медленно - даже
десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и месяцев.
Причина проста - при таких расчетах выбор выполняемых действий и
запись результатов производились человеком, а скорость его работы
весьма ограничена.
. Первые арифмометры были дороги, ненадежны, сложны в ремонте и
громоздки. Поэтому, скажем, в России стали приспосабливать к более
сложным вычислениям счеты. Например, в 1828 году генерал-майор
Ф.М.Свободской выставил на обозрение оригинальный прибор, состоящий из
множества счетов, соединенных в общей раме. Свободской не ограничился
механизацией четырех действий арифметики, прибор совершал и более
замысловатые операции. Так, извлечение кубического корня из 21-
значного числа занимало три минуты! Основным условием, позволявшим
быстро вычислять, было строгое соблюдение небольшого числа
единообразных правил. Все операции сводились к действиям сложения и
вычитания. Таким образом, прибор воплощал в себе идею алгоритмичности.
8 "Железный Феликс"
. Пожалуй, одно из последних принципиальных изобретений в механической
счетной технике было сделано жителем Петербурга Вильгодтом Однером.
Построенный Однером в 1890 году арифмометр фактически ничем не
отличается от современных подобных ему машин. Почти сразу Однер с
компаньоном наладил и выпуск своих арифмометров - по 500 штук в год. К
1914 году в одной только России насчитывалось более 22 тысяч
арифмометров Однера. В первой четверти XXв. эти арифмометры были
единственными математическими машинами, широко применявшимися в
различных областях деятельности человека. В России эти громко
лязгающие во время работы машинки получили прозвище "Железный Феликс".
Ими были оснащены практически все конторы.
?S?®?S ®???????S????S ????????®?
1 Электромагнитные реле
. В первые десятилетия XXв. конструкторы обратили внимание на
возможность применения в счетных устройствах новых элементов -
электромагнитных реле.
. В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе, построил вычислительное
устройство, работающее на таких реле.
2 Марк-1
. Почти одновременно, в 1943г., американец с помощью работ Бэббиджа на
основе техники XXв. - электромеханических реле - смог построить на
одном из предприятий фирмы IBM легендарный "Марк-1" (позднее "Марк-
2"). Он воплощал в себе предельные параметры, свойственные этой
элементной базе. "Марк-1" имел в длину 15 и в высоту 2,5 метра,
содержал 800 тысяч деталей, располагал 60 регистрами для констант, 72
запоминающими регистрами для сложения, центральным блоком умножения и
деления, мог вычислять элементарные трансцендентные функции. Машина
работала с 23-значными десятичными числами и выполняла операции
сложения за 0,3 секунды, а умножения - за 3 секунды.
. Роль Говарда Эйкена в создании компьютеров - разработку гарвардского
"Марк-1"(IBM ASSC), и его преемника "Марк-2" - частенько преуменьшают
по двум причинам. Первая - в том, что обе эти машины были скорее
электромеханическими, чем электронными; вторая - то, что Эйкен не
придерживался той концепции, что программы должны храниться в памяти
компьютера как и полученные данные, и это было его ошибкой.
. Но, в то же время, Эйкен был провидец, человек опередивший свое время.
Многие помнят его предсказание в конце 1940-ых, еще до того, как
вакуумная лампа была полностью заменена транзистором, что настанет
время, когда машина более мощная, чем гигантские машины тех дней,
сможет разместиться в блоке, размером с обувную коробку. За несколько
недель до своей смерти, Эйкен сделал и другое предсказание. Он указал,
что затраты на аппаратные средства не дают истинное представление о
цене компьютера. По мере того, как аппаратные средства будут дешеветь,
программные будут становиться все более дорогими. И в заключение он
сказал: "Придет время, когда изготовители станут отдавать аппаратные
средства даром, чтобы продать потом программное обеспечение ". Время
покажет, действительно ли он предвидел будущее.
. Примерно в то же время в Англии начала работать первая вычислительная
машина на реле, которая использовалась для расшифровки сообщений,
передававшихся немецким кодированным передатчиком.
. К середине XXв. потребность в автоматизации вычислений (в том числе
для военных нужд - баллистики, криптографии и т.д.) стала настолько
велика, что над созданием машин, подобных "Марк-1" и "Марк-2" работало
несколько групп исследователей в разных странах.
?S?®?S ?????S??S ???????S??®
(?? ??S???????? ??????)
. Работа по созданию первой электронно-вычислительной машины была
начата, по-видимому, в 1937 году в США профессором Джоном Атанасовым,
болгарином по происхождению. Эта машина была специализированной и
предназначалась для решения задач математической физики. В ходе
разработок Атанасов создал и запатентовал первые электронные
устройства, которые впоследствии применялись довольно широко в первых
компьютерах. Полностью проект Атанасова не был завершен, однако через
три десятка лет в результате судебного разбирательства профессора
признали родоначальником электронной вычислительной техники.
1 Электронные лампы
. В 1883 г. Томас Альва Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с
угольной нитью, ввёл в её вакуумный баллон платиновый электрод и
положительное напряжение, то в вакууме между электродом и нитью
протекает ток. Не найдя никакого объяснения столь необычному явлению,
Эдисон ограничивается тем, что подробно описал его, на всякий случай
взял патент и отправил лампу на Филадельфийскую выставку. О ней в
декабре 1884 г. в журнале ’’Инженеринг’’ была заметка ’’ Явление в
лампочке Эдисона’’. Американский изобретатель не распознал открытия
исключительной важности (по сути, это было его единственное
фундаментальное открытие - термоэлектронная эмиссия). Он не понял, что
его лампа накаливания с платиновым электродом по существу была первой
в мире электронной лампой.
. Первым, кому пришла в голову мысль о практическом использовании ’’
эффекта Эдисона ’’ был английский физик Дж.А.Флеминг (1849 - 1945).
Работая с 1882 г. консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он
узнал о ’’ явлении ’’ из первых уст - от самого Эдисона. Свой диод -
двухэлектродную лампу Флейминг создал в 1904 г.
. В октябре 1906 г. американский инженер Ли де Форест изобрёл
электронную лампу - усилитель, или аудион, как он её тогда назвал,
имевший третий электрод - сетку. Им был введён принцип, на основе
которого строились все дальнейшие электронные лампы, - управление
током, протекающим между анодом и катодом, с помощью других
вспомогательных элементов.
. В 1910 г. немецкий инженеры Либен, Рейнс и Штраус
сконструировали триод, сетка в котором выполнялась в форме
перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, а чтобы
увеличить эмиссионный ток, они предложили покрыть нить накала слоем
окиси бария или кальция.
. Дальнейшее развитие электронных ламп, улучшение их характеристик и
функциональных возможностей привело к созданию на их основе совершенно
новых электронных приборов.
2 ЭНИАК
. Начиная с 1943г. группа специалистов под руководством Г.Эйкен (Howard
H.Aiken), Д.Моучли и П.Эккерта (J.Mauchly and P.Eckert) в США начала
конструировать подобную машину на основе электронных ламп, а не реле.
Эта машина была названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And
Computer) и работала она в тысячу раз быстрее, чем "Марк-1". Он
содержал 18 тысяч вакуумных ламп, занимал площадь 9(15 метров, весил
30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт. ENIAC имел и существенный
недостаток - управление им осуществлялось с помощью коммутационной
панели, у него отсутствовала память, и для того чтобы задать программу
приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять
нужным образом провода. Кроме того, подлинным бичом была ужасающая
ненадежность компьютера, так как за день работы успевало выйти из
строя около десятка вакуумных ламп.
. Чтобы упростить процесс задания программ, Моучли и Эккерт стали
конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в
своей памяти. В 1945г. к работе был привлечен знаменитый математик
Джон фон Нейман (J. von Neumann), который подготовил доклад об этой
машине. В этом докладе фон Нейман ясно и просто сформулировал общие
принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е.
компьютеров. Это первая действующая машина, построенная на вакуумных
лампах, официально была введена в эксплуатацию 15 февраля 1946 года.
Эту машину пытались использовать для решения некоторых задач,
подготовленных фон Нейманом и связанных с проектом атомной бомбы.
Затем она была перевезена на Абердинский полигон, где работала до 1955
года.
. ENIAC стал первым представителем первого поколения компьютеров. Любая
классификация условна, но большинство специалистов согласилось с тем,
что различать поколения следует исходя из той элементной базы, на
основе которой строятся машины. Таким образом, первое поколение
представляется ламповыми машинами.
3 Нейман
. Необходимо отметить огромную роль американского математика фон Неймана
в становлении техники первого поколения. Нужно было осмыслить сильные
и слабые стороны ENIAC и дать рекомендации для последующих разработок.
В отчете фон Неймана и его коллег Г.Голдстайна и А.Беркса (июнь 1946
года) были четко сформулированы требования к структуре компьютеров.
Отметим важнейшие из них:
. машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в
двоичной системе счисления;
. программа, как и исходные данные, должна размещаться в памяти машины;
. программа, как и числа, должна записываться в двоичном коде;
. трудности физической реализации запоминающего устройства,
быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем,
требуют иерархической организации памяти (то есть выделения
оперативной, промежуточной и долговременной памяти);
. арифметическое устройство (процессор) конструируется на основе схем,
выполняющих операцию сложения; создание специальных устройств для
выполнения других арифметических и иных операций нецелесообразно;
. в машине используется параллельный принцип организации вычислительного
процесса (операции над числами производятся одновременно по всем
разрядам).
. На рис.2 показано, каковы должны быть связи между устройствами
компьютера согласно принципам фон Неймана (одинарные линии показывают
управляющие связи, пунктир - информационные).
.
.
.
.
. Практически все рекомендации фон Неймана впоследствии использовались в
машинах первых трех поколений, их совокупность получила название
"архитектура фон Неймана".
. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был
построен в 1949г. английским исследователем Морисом Уилксом. С той
поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее
большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые
изложил в своем докладе в 1945г. Джон фон Нейман.
. Новые машины первого поколения сменяли друг друга довольно быстро.
В1951 году заработала первая советская электронная вычислительная
машина МЭСМ. В 1952 году на свет появилась американская машина EDWAC.
Стоит также отметить построенный ранее, в 1949 году, английский
компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) -
первую машину с хранимой программой. В 1952 году советские
конструкторы ввели в эксплуатацию БЭСМ - самую быстродействующую
машину в Европе, а в следующем году в СССР начала работать "Стрела" -
первая в Европе серийная машина высокого класса. Среди создателей
отечественных машин в первую очередь следует назвать имена
С.А.Лебедева, Б.Я.Базилевского, И.С.Брука, Б.И.Рамеева,
В.А.Мельникова, М.А.Карцева, А.Н.Мямлина.
. Возможности машин первого поколения были достаточно скромны. Так,
быстродействие их по нынешним понятиям было малым: от 100 ("Урал-1")
до 20 000 операций в секунду (М-20 в 1959 году). Эти цифры
определялись в первую очередь инерционностью вакуумных ламп и
несовершенством запоминающих устройств. Объем оперативной памяти был
крайне мал - в среднем 2 048 чисел (слов), этого не хватало даже для
размещения сложных программ, не говоря уже о данных. Промежуточная
память организовывалась на громоздких и тихоходных магнитных барабанах
сравнительно небольшой емкости (5 120 слов у БЭСМ-1). Медленно
работали и печатающие устройства, а также блоки ввода данных.
4 Создание МЭСМ
. Советские ученые и инженеры начали работы в области компьютерной
техники с опозданием в несколько лет. Тем не менее, этот временной
разрыв был быстро ликвидирован.
. В 1948 году на научном семинаре в Академии наук СССР присутствующих
ознакомили с содержанием американской публикации, в которой кратко и
отрывочно описывалась конструкция первой действующей электронной
вычислительной машины ЭНИАК. Более подробную информацию получить было
невозможно, так как в эти годы отношения между СССР и США были очень
напряженными. Это сказывалось и на состоянии научных связей. Однако
участники семинара понимали: создавать отечественный компьютер надо,
причем, в сжатые сроки.
. За создание первой отечественной ЭВМ взялся академик АН УССР
С.А.Лебедев. Работы развернули в полуразрушенной монастырской обители
Феофании, в пятнадцати километрах от Киева. В течение 1948 года были
закончены все подготовительные работы и создан рабочий проект машины.
Начерченная на ватмане блок-схема стала потом классической, и
повторялась в большинстве советских ЭВМ первого поколения. В нее вошли
арифметическое устройство (процессор), запоминающее устройство,
устройство управления и внешние устройства. Машина должна была
собираться из мелких и средних блоков. Сборка блоков велась на
бракованных дюралюминиевых шасси, которые удалось достать на одном из
киевских заводов. Несложные расчеты показали, что собранная машина
займет площадь около 50 квадратных метров.
. Остановимся на устройстве главных блоков МЭСМ. В машине было два вида
"памяти" - оперативное запоминающее устройство и долговременная
память. Оперативная память получилась внушительных размеров - четыре
панели высотой три метра и шириной один метр. Долговременная память
была воплощена в виде магнитного барабана - быстро вращающегося
цилиндра с магнитным покрытием. Опыта изготовления таких барабанов не
было, поэтому пришлось обратиться за помощью в Институт физики
Академии неук УССР. В результате, группа специалистов под руководством
члена-корреспондента АН УССР А.А.Харкевича, в течение года с небольшим
построила барабан. МЭСМ получила дополнительную память объемом 5 000
чисел. Всего в МЭСМ было 6000 электронных ламп, от которых требовалось
одно - работать в строго заданных идентичных режимах. Лампы в то время
были несовершенными и отличались довольно большим разбросом значений
своих параметров. Поэтому их приходилось предварительно проверять и
отбраковывать. После включения машины все равно надо было выжидать
полтора-два часа. Вскоре разработчики решили вообще не выключать
машину, и она стала работать круглосуточно. Но возникла новая
проблема, связанная с перегревом МЭСМ. Результатом был постоянный
выход из строя электронных схем. Ввод данных в машину производился с
помощью магнитной ленты, а для вывода результатов использовалось
цифропечатающее устройство, сопряженной с памятью.
. На что же была способна МЭСМ? Она могла выполнять 50 математических
операций в секунду, запоминать в оперативной памяти 31 число и 63
команды. Всего машина выполнила 12 различных команд. Из 6 000
электронных ламп 4 000 использовались в запоминающем устройстве. МЭСМ
потребляла мощность, равную 25 киловаттам.
. Осенью 1951 года на машине начали решать первые реальные пробные
задачи. Одной из них была задача из области баллистики, которая
особенно запомнилась разработчикам, так как машина впервые выделила и
локализовала ошибку проводивших расчеты математиков высокой
квалификации.
. 25 декабря 1951 года произошло знаменательное событие, открывшее
историю советской компьютерной техники. Именно в этот день МЭСМ была
принята в эксплуатацию весьма представительной комиссией Академии наук
СССР во главе с академиком М.В.Келдышем.
. Почти сразу же в Феофанию началось паломничество московских и киевских
математиков с задачами, которые нельзя было решить без помощи ЭВМ.
Одной из важнейших практических задач успешно решенной на МЭСМ, были
расчеты устойчивости параллельной работы агрегатов Куйбышевской ГЭС. В
результате были выработаны рекомендации, позволившие существенно
повысить величину передаваемых в Москву мощностей.
. Поскольку до 1953 года МЭСМ оставалась единственной в стране (кстати,
и в Европе) работающей электронной вычислительной машиной, она была
предельно загружена решением важных и особо важных задач. В то время
график распределения машинного времени утверждал президент Академии
наук СССР. МЭСМ просуществовала до 1956 года, после чего ее
демонтировали и передали в качестве учебного пособия в Киевский
политехнический институт. Фактически МЭСМ можно назвать действующим
макетом ЭВМ, поскольку все ее электронные схемы были развешены по
стенам и работавший на ней программист оказывался как бы внутри
машины. В то же время МЭСМ стала первой реально работающей
вычислительной машиной.
. МЭСМ передала эстафету построенной в 1952 году в Институте точной
механики и вычислительной техники Академии наук СССР машине БЭСМ.
Руководителем этой разработки снова был академик С.А.Лебедев. По своим
параметрам БЭСМ на порядок превосходила МЭСМ. Еще через год под
руководством доктора технических наук Ю.Я.Базилевского была создана
ЭВМ "Стрела" - первый компьютер, запущенный в серийное производство. В
50-х годах появились и другие ЭВМ: "Урал", М-2, М-3, БЭСМ-2, "Минск-
1", - которые воплощали в себе все более прогрессивные инженерные
решения.
. В 50-х годах машина М-20 (главный конструктор - академик С.А.Лебедев)
была одной из лучших в мире. На этой машине решалось большинство
теоретических и прикладных задач, связанных с развитием самых
передовых областей науки и техники. В частности, на комплексах из М-20
обрабатывались данные космических исследований. Начало действовать и
довольно широко применяться в народном хозяйстве первое поколение
отечественных компьютеров.
. По сравнению с США, СССР и Англией развитие электронной вычислительной
техники в Японии, ФРГ и Италии задержалось. Первая японская машина
"Фуджик" была введена в эксплуатацию в 1956 году, серийное
производство ЭВМ в ФРГ началось лишь в 1958 году.
. ЭВМ первого поколения, эти жесткие и тихоходные вычислители, были
пионерами компьютерной техники. Они довольно быстро сошли со сцены,
так как не нашли широкого коммерческого применения из-за ненадежности,
высокой стоимости, трудности программирования. Это были в основном
машины для громоздких расчетов.
?????S ?????S??S ???????S??®
1 Транзисторы
. Элементной базой второго поколения стали полупроводники. Без сомнения,
транзисторы можно считать одним из наиболее впечатляющих чудес XXв.
. Патент на открытие транзистора был выдан в 1948 году американцам
Д.Бардину и У.Браттейну, а через восемь лет они вместе с теоретиком
В.Шокли стали лауреатами Нобелевской премии. Скорости переключения уже
первых транзисторных элементов оказались в сотни раз выше, чем
ламповых, надежность и экономичность - тоже. Впервые стала широко
применяться память на ферритовых сердечниках и тонких магнитных
пленках, были опробованы индуктивные элементы - параметроны.
. Наиболее яркими представителями второго поколения были машины стретч
(сша, 1961), "Атлас" (Англия, 1962), БЭСМ-6 (СССР, 1966). Пожалуй,
построение таких систем, имевших в своем составе около 105
переключательных элементов, было бы просто невозможным на основе
ламповой техники. Второе поколение рождалось в недрах первого,
перенимая многие его черты.
2 "Атлас"
. Первая бортовая ЭВМ для установки на межконтинентальной ракете -
"Атлас" - была введена в эксплуатацию в США в 1955 году. В машине
использовалось 20 тысяч транзисторов и диодов, она потребляла 4
киловатта. В 1961 году наземные компьютеры фирмы "Бэрроуз" управляли
космическими полетами ракет "Атлас", а машины фирмы IBM контролировали
полет астронавта Гордона Купера. Под контролем ЭВМ проходили полеты
беспилотных кораблей типа "Рейнджер" к Луне в 1964 году, а также
корабля "Маринер" к Марсу. Аналогичные функции выполняли и советские
компьютеры.
3 Первые серийные машины
. Первые серийные универсальные ЭВМ на транзисторах были выпущены в 1958
году одновременно в США, ФРГ и Японии.
. В Советском Союзе первые безламповые машины "Сетунь", "Раздан" и
"Раздан-2" были созданы в 1959-1961 годах. В 60-х годах советские
конструкторы разработали около 30 моделей транзисторных компьютеров,
большинство которых стали выпускаться серийно. Наиболее мощный из них
- "Минск-32" выполнял 65 тысяч операций в секунду. Появились целые
семейства машин: "Урал", "Минск", БЭСМ.
4 БЭСМ-6
. Рекордсменом среди ЭВМ второго поколения стала БЭСМ-6, имевшая
быстродействие около 30 моделей транзисторных компьютеров, большинство
которых стали выпускаться серийно. Наиболее мощный из них - "Минск-32"
выполнял 65 тысяч операций в секунду. Появились целые семейства машин:
"Урал", "Минск", БЭСМ. Рекордсменом среди ЭВМ второго поколения стала
БЭСМ-6, имевшая быстродействие около миллиона операций в секунду, -
одна из самых производительных в мире. Архитектура и многие
технические решения в этом компьютере были настолько прогрессивными и
опережающими свое время, что он успешно использовался почти до нашего
времени.
5 МИР и МИР-2
. Специально для автоматизации инженерных расчетов в Институте
кибернетики Академии наук УССР под руководством академика В.М.Глушкова
были разработаны компьютеры МИР (1966) и МИР-2 (1969). Важной
особенностью второй машины явилось использование телевизионного экрана
для визуального контроля информации и светового пера, с помощью
которого можно было корректировать данные прямо на экране.
. К середине 60-х годов бум в области транзисторного производства достиг
максимума - произошло насыщение рынка. Дело в том, что сборка
электронного оборудования представляла собой весьма трудоемкий и
медленный процесс, который плохо поддавался механизации и
автоматизации.
. Таким образом, созрели условия для перехода к новой технологии,
которая позволила бы приспособиться к растущей сложности схем путем
исключения традиционных соединений между их элементами. Идея
интегральных схем носилась в воздухе.
®?S??S ?????S??S
1 Интегральные схемы
. Приоритет в изобретении интегральных схем, ставших элементной базой
ЭВМ третьего поколения, принадлежит американским ученым Д.Килби и
Р.Нойсу, сделавшим это открытие независимо друг от друга. Массовый
выпуск интегральных схем начался в 1962 году.
. Уже в 1964 году было объявлено о планах выпуска дешевого (!)
настольного калькулятора, в котором вместо 21 тысячи дискретных
элементов (как в обычных калькуляторах) предполагалось использовать 29
интегральных схем. Упоминавшийся выше ЭНИАК в 1971 году мог бы быть
собран на пластине в полтора квадратных сантиметра. Началось
перевоплощение электроники в микроэлектронику.
. Несмотря на успехи интегральной техники и появление мини-ЭВМ, в 60-х
годах продолжали доминировать большие машины. Таким образом, третье
поколение компьютеров, зарождаясь внутри второго, постепенно вырастало
из него.
. Первая массовая серия машин на интегральных элементах стала
выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта серия, известная под названием
IBM-360, оказала значительное влияние на развитие вычислительной
техники второй половины 60-х годов. Она объединила целое семейство ЭВМ
с широким диапазоном производительности, причем совместимых друг с
другом. Последнее означало, что машины стало возможно связывать в
комплексы, а также без всяких переделок переносить программы,
написанные для одной ЭВМ, на любую другую из этой серии. Таким
образом, впервые было выявлено коммерчески выгодное требование
стандартизации аппаратного и программного обеспечения ЭВМ.
. В СССР первой серийной ЭВМ на интегральных схемах была машина "Наири-
3" , появившаяся в 1970 году. Со второй половины 60-х годов Советский
Союз совместно со странами СЭВ приступил к разработке семейства
универсальных машин, аналогичного системе ibm-360. В 1972 году
началось серийное производство стартовой, наименее мощной модели
Единой системы - ЭВМ ЕС-1010, а еще через год - пяти других моделей.
Их быстродействие находилась в пределах от десяти тысяч (ЕС-1010) до
двух миллионов (ЕС-1060) операций в секунду.
. В рамках третьего поколения в США была построена уникальная машина
ИЛЛИАК-4, в составе которой в первоначальном варианте планировалось
использовать 256 устройств обработки данных, выполненных на монолитных
интегральных схемах. Позднее проект был изменен, из-за довольно
высокой стоимости (более 16 миллионов долларов). Число процессоров
пришлось сократить до 64, а также перейти к интегральным схемам с
малой степенью интеграции. Сокращенный вариант проекта был завершен в
1972 году, номинальное быстродействие ИЛЛИАК-4 составило 200 миллионов
операций в секунду. Почти год этот компьютер был рекордсменом в
скорости вычислений.
. Именно в период развития третьего поколения возникла чрезвычайно
мощная индустрия вычислительной техники, которая начала выпускать в
больших количествах ЭВМ для массового коммерческого применения.
Компьютеры все чаще стали включаться в информационные системы или
системы управления производствами. Они выступили в качестве очевидного
рычага современной промышленной революции.
?S?®S???S ?????S??S
1 СБИС (сверхбольшие интегральные схемы)
. Начало 70-х годов знаменует переход к компьютерам четвертого поколения
- на сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Другим признаком ЭВМ
нового поколения являются резкие изменения в архитектуре.
2 Микропроцессоры
. Техника четвертого поколения породила качественно новый вид ЭВМ -
микропроцессор. Обычно при работе машины процессор используется с
наименьшим коэффициентом занятости, так как при решении конкретной
задачи не пускает в ход все свои логические возможности. Поэтому в
1971 году пришли к идее ограничить возможности процессора, заложив в
него небольшой набор операций, микропрограммы которых должны быть
заранее введены в постоянную память. Оценки показали, что применение
постоянного запоминающего устройства в 16 килобит позволит исключить
100-200 интегральных схем логики. Так возникла идея микропроцессора,
который можно реализовать даже на одном кристалле, а программу в его
память записать навсегда. В рядовом микропроцессоре уровень интеграции
соответствует плотности, равной примерно 500 транзисторам на один
квадратный миллиметр, при этом достигается очень хорошая надежность.
3 Суперкомпьютеры
. К середине 70-х годов положение на компьютерном рынке резко и
непредвиденно стало изменяться. Четко выделились две концепции
развития ЭВМ. Воплощением первой концепции стали суперкомпьютеры, а
второй - персональные ЭВМ.
. Из больших компьютеров четвертого поколения на сверхбольших
интегральных схемах особенно выделяются американские машины "Крей-1" и
"Крей-2", а также советские модели "Эльбрус-1" и "Эльбрус-2". Первые
их образцы появились примерно в одно и то же время - в 1976 году. Все
они относятся к категории суперкомпьютеров, так как имеют предельно
достижимые для своего времени характеристики и очень высокую
стоимость.
. В машинах четвертого поколения сделан отход от архитектуры фон
Неймана, которая была ведущим признаком подавляющего большинства всех
предыдущих компьютеров. Один из генеральных принципов в
суперкомпьютере - функциональный параллелизм. Вместо одного процессора
его архитектура включает десятки, сотни и даже тысячи параллельно
работающих процессоров. Последние модели суперов снабжены, кроме того,
процессорами ввода/вывода.
. Многопроцессорные ЭВМ, в связи с громадным быстродействием и
особенностями архитектуры, используются для решения ряда уникальных
задач гидродинамики, аэродинамики, долгосрочного прогноза погоды и
т.п. Наряду с суперкомпьютерами в состав четвертого поколения входят
многие типы мини-ЭВМ, также опирающиеся на элементную базу из
сверхбольших интегральных схем.
. Персональный компьютер во многих отношениях является антиподом
суперкомпьютера.
. Это наглядно отражено в таблице:
|Показатели |Суперкомпьютер |Персональный компьютер |
|Цена |max |min |
|Распространение |min |max | |
