Перше покоління ем коротко. Історія вт. Можна виділити загальні тенденції розвитку комп'ютерів

Після створення в 1949 р. в Англії моделі EDSAC було дано потужний імпульс розвитку універсальних ЕОМ, що стимулював появу у низці країн моделей ЕОМ, що склали перше покоління. Протягом понад 40 років розвитку обчислювальної техніки (ВТ) виникло, змінюючи одне одного, кілька поколінь ЕОМ.

ЕОМ першого покоління як елементну базу використовували електронні лампи та реле; оперативна пам'ять виконувалася на тригерах, пізніше на феритових сердечниках; швидкодія була, як правило, у межах 5-30 тис. арифметичних оп/с; вони відрізнялися невисокою надійністю, вимагали систем охолодження та мали значні габарити. Процес програмування вимагав значного мистецтва, гарного знання архітектури ЕОМ та її програмних можливостей. Спочатку даного етапу використовувалося програмування в кодах ЕОМ (машинний код), потім з'явилися автокоди і асемблери. Як правило, ЕОМ першого покоління використовувалися для науково-технічних розрахунків, а процес програмування більше нагадував мистецтво, яким займався дуже вузьке коло математиків, інженерів-електриків і фізиків.

ЕОМ EDSAC, 1949

ЕОМ 2-го покоління

Створення США 1 липня 1948 р. першого транзистора не віщувало нового етапу у розвитку ВТ і асоціювалося, передусім, з радіотехнікою. Спочатку це був швидше досвідчений зразок нового електронного приладу, що вимагає серйозного дослідження та доопрацювання. І вже 1951 р. Вільям Шоклі продемонстрував перший надійний транзистор. Однак вартість їх була досить велика (до 8 доларів за штуку), і тільки після розробки кремнієвої технології ціна їх різко знизилася, сприявши прискоренню процесу мініатюризації в електроніці, який захопив ВТ.

Загальноприйнято, що друге покоління починається з ЕОМ RCA-501, що у 1959 р. США і створеної на напівпровідникової елементної базі. Тим часом, ще 1955 р. було створено бортову транзисторну ЕОМ для міжконтинентальної балістичної ракети ATLAS. Нова елементна технологія дозволила різко підвищити надійність ВТ, знизити її габарити та споживану потужність, а також значно підвищити продуктивність. Це дозволило створювати ЕОМ з великими логічними можливостями та продуктивністю, що сприяло поширенню сфери застосування ЕОМ на вирішення завдань планово-економічних, управління виробничими процесами та ін. У рамках другого покоління дедалі чіткіше проявляється диференціація ЕОМ на малі, середні та великі. Кінець 50-х років характеризується початком етапу автоматизації програмування, що призвело до появи мов програмування Fortran (1957), Algol-60 та ін.

ЕОМ 3-го покоління

Третє покоління пов'язують із появою ЕОМ з елементної базою на інтегральних схемах (ІВ). У січні 1959 р. Джеком Кілбі була створена перша ІВ, що є тонкою германієвою платівкою довжиною в 1 см. Для демонстрації можливостей інтегральної технології фірма Texas Instruments створила для ВПС США бортовий комп'ютер, що містить 587 ІС, і об'ємом (40см3) в 150 разів. , ніж у аналогічної ЕОМ старого зразка Але в ІВ Кілбі була низка істотних недоліків, які були усунені з появою того ж року планарних ІВ Роберт Нойса. З цього моменту ІС-технологія розпочала свою тріумфальну ходу, захоплюючи нові розділи сучасної електроніки і, в першу чергу, обчислювальну техніку.

Значно потужнішим стає програмне забезпечення, що забезпечує функціонування ЕОМ у різних режимах експлуатації. З'являються розвинуті системи управління базами даних (СУБД), системи автоматизації проектних робіт (САПР); велика увага приділяється створенню пакетів прикладних програм (ППП) різного призначення. Як і раніше з'являються нові та розвиваються існуючі мови та системи програмування.

ЕОМ 4-го покоління

Конструктивно-технологічною основою ВТ 4-го покоління стають великі (ВІС) та надвеликі (НВІС) інтегральні схеми, створені відповідно в 70-80-х рр. Такі ІС містять вже десятки, сотні тисяч та мільйони транзисторів на одному кристалі (чіпі). У цьому БІС-технологія частково використовувалася вже у проектах попереднього покоління (IВМ/360, ЄС ЕОМ ряд-2 та інших.). Найважливіший у концептуальному плані критерій, яким ЕОМ 4-го покоління можна відокремити від ЕОМ 3-го покоління, у тому, що перші проектувалися вже у розрахунку ефективне використання сучасних ЯВУ і спрощення процесу програмування для проблемного програміста. В апаратному відношенні для них характерне широке використання ІС-технології та швидкодіючих пристроїв. Найбільш відомою серією ЕОМ четвертого покоління можна вважати IВМ/370, яка на відміну від не менш відомої серії IВМ/360 3-го покоління, має в своєму розпорядженні більш розвинену систему команд і ширше використання мікропрограмування. У старших моделях 370 серії був реалізований апарат віртуальної пам'яті, що дозволяє створювати для користувача видимість необмежених ресурсів оперативної пам'яті.

Феномен персонального комп'ютера (ПК) походить від створення в 1965 р, першої міні-ЕОМ PDP-8, яка з'явилася в результаті універсалізації спеціалізованого мікропроцесора для управління ядерним реактором. Машина швидко здобула популярність і стала першим масовим комп'ютером цього класу; на початку 70-х років кількість машин перевищила 100 тисяч прим. Подальшим важливим кроком був перехід від міні-до мікро-ЕОМ; цей новий структурний рівень ВТ почав формуватися межі 70-х, коли поява ВІС дала можливість створити універсальний процесор однією кристалі. Перший мікропроцесор Intel-4004 був створений у 1971 р. і містив 2250 елементів, а перший універсальний мікропроцесор Intel-8080, що з'явився стандартом мікрокомп'ютерної технології та створений у 1974 р., містив уже 4500 елементів та послужив основою для створення перших ПК. У 1979 р. випускається один із найпотужніших і універсальних 16-бітний мікропроцесор Motorolla-68000 з 70 000 елементами, а 1981 р. - перший 32-бітний мікропроцесор Hewlett Packard з 450 тис. елементами.

ПЕОМ Altair-8800

Першим ПК вважатимуться Altair-8800, створений з урахуванням мікропроцесора Intel-8080 1974 р. Едвардом Робертсом. Комп'ютер розсилався поштою, коштував лише 397 доларів і мав змогу розширення периферійними пристроями (всього 256 байт ОЗУ!!!). Для Altair-8800 Пол Аллен та Біл Гейтс створили транслятор із популярної мови Basic, істотно збільшивши інтелектуальність першого ПК (згодом вони заснували знамениту тепер компанію Microsoft Inc). Комплектація ПК кольоровим монітором призвела до створення конкуруючої моделі ПК Z-2; через рік після появи першого ПК Altair-8800 їх у виробництво ПК включилося понад 20 різних компаній та фірм; почала формуватися ПК-індустрія (власне виробництво ПК, їх збут, періодичні та неперіодичні видання, виставки, конференції тощо). А вже в 1977 р. було запущено в серійне виробництво три моделі ПК Apple-2 (фірма Apple Computers), TRS-80 (фірма Tandy Radio Shark) та PET (фірма Commodore), з яких у конкурентній боротьбі спочатку відстає фірма Apple стає незабаром лідером виробництва ПК (її модель Apple-2 мала величезний успіх). До 1980 р. корпорація Apple виходить на Уолл-стріт з найбільшим акціонерним капіталом і річним доходом 117 млн ​​доларів.

Але вже в 1981 р. фірма IBM, щоб уникнути втрати масового ринку, починає випуск своїх широко відомих серій ПК IBM PC/XT/AT і PS/2, що відкрили нову епоху персональної ВТ. Вихід на арену ПК-індустрії гіганта IBM ставить виробництво ПК на промислову основу, що дозволяє вирішити низку важливих для користувача питань (стандартизація, уніфікація, розвинене програмне забезпечення та ін.), яким фірма приділяла велику увагу вже в рамках виробництва серій IBM/360 та IBM/370. Можна з повною підставою вважати, що за короткий період часу, що пройшов з дебюту Altair-8800 до IBM PC, до ВТ долучилося більше людей, ніж за довгий період - від аналітичної машини Бебіджа до винаходу перших ІС.

Першою ЕОМ, що відкриває клас супер-ЕОМ, можна вважати модель Amdahl 470V16, створену в 1975 р. і сумісну з IBM-серією. Машина використовувала ефективний принцип розпаралелювання на основі конвеєрної обробки команд, а елементна база використовувала БІС-технологію. В даний час до класу супер-ЕОМ відносять моделі, що мають середню швидкодію не менше 20 мегафлопсів (1 мегафлопс = 1 млн операцій з плаваючою точкою в секунду). Першою моделлю з такою продуктивністю стала багато в чому унікальна ЕОМ ILLIAC-IV, створена в 1975 р. в США і має максимальну швидкодію близько 50 мегафлопс. Ця модель вплинула на подальший розвиток супер-ЕОМ з матричною архітектурою. Яскрава сторінка в історії супер-ЕОМ пов'язана з Cray-серією С. Крея, перша модель Cray-1 якої була створена в 1976 і мала пікову швидкодію в 130 мегафлопсів. Архітектура моделі базувалася на конвеєрному принципі векторної та скалярної обробки даних з елементною базою на НВІС. Саме ця модель започаткувала клас сучасних супер-ЕОМ. Слід зазначити, що незважаючи на низку цікавих архітектурних рішень, успіх моделі було досягнуто в основному за рахунок вдалих технологічних рішень. Наступні моделі Cray-2, Cray Х-МР, Cray-3, Cray-4 довели продуктивність серії до 10 тис. мегафлопсів, а модель Cray МР, яка використовує нову архітектуру на 64 процесорах і елементну базу на нових кремнієвих мікросхемах, мала пікову продуктивність. близько 50 гігафлопсів.

Завершуючи екскурс в історію сучасної ВТ із тією чи іншою деталізацією окремих її етапів, слід зробити кілька суттєвих зауважень. Насамперед, має місце дедалі гладкіший перехід одного покоління ЕОМ до іншого, коли ідеї нового покоління тією чи іншою мірою дозрівають і навіть реалізуються в попередньому поколінні. Особливо це помітно під час переходу на ІС-технологію виробництва ВТ, коли визначальний акцент поколінь дедалі більше зміщується з елементної бази інші показники: логічна архітектура, програмне забезпечення, інтерфейс з користувачем, сфери додатків та інших. З'являється найрізноманітніша ВТ, характеристики якої вкладаються у традиційні класифікаційні рамки; складається враження, що ми знаходимося на початку свого роду універсалізації ВТ, коли всі її класи прагнуть нівелювання своїх обчислювальних можливостей. Багато елементів п'ятого покоління у тому мірою характерні й у наші дні.

Розробка в 60-х роках інтегральних схем - цілих пристроїв та вузлів із десятків і сотень транзисторів, виконаних на одному кристалі напівпровідника (те, що зараз називають мікросхемами) призвело до створення ЕОМ 3-го покоління. У цей же час з'являється напівпровідникова пам'ять, яка й досі використовується в персональних комп'ютерах як оперативна.

Застосування інтегральних схем набагато збільшило можливості ЕОМ. Тепер центральний процесор отримав можливість паралельно працювати та керувати численними периферійними пристроями. ЕОМ могли одночасно обробляти кілька програм (принцип мультипрограмування). В результаті реалізації принципу мультипрограмування з'явилася можливість роботи в режимі розподілу часу в діалоговому режимі. У ці роки виробництво комп'ютерів набуває промислового розмаху. Фірма IBM, що пробилася в лідери, першою реалізувала сімейство ЕОМ - серію повністю сумісних один з одним комп'ютерів від найменших, розміром з невелику шафу (менше тоді ще не робили), до найпотужніших і дорогих моделей. Найбільш поширеним у роки було сімейство System/360. Починаючи з ЕОМ 3-го покоління, традиційним стала розробка серійних ЕОМ. До ЕОМ цього покоління також відноситься "ІВМ-370", "Електроніка - 100/25", "Електроніка - 79", "СМ-3", "СМ-4" та ін. Невисока якість електронних комплектуючих була слабким місцем радянських ЕОМ третього покоління. Звідси постійне відставання від західних розробок за швидкодією, вагою та габаритами, але, як наполягають розробники СМ, ​​не за функціональними можливостями. Щоб компенсувати це відставання, розроблялися спецпроцесори, що дозволяють будувати високопродуктивні системи для приватних завдань. Ще на початку 60-х з'являються перші мінікомп'ютери - невеликі малопотужні комп'ютери, які доступні за ціною невеликим фірмам або лабораторіям. Мінікомп'ютери були першим кроком на шляху до персональних комп'ютерів, пробні зразки яких були випущені лише в середині 70-х років. Відоме сімейство мінікомп'ютерів PDP фірми Digital Equipment послужило прототипом для радянської серії машин РМ.

Тим часом кількість елементів і з'єднань між ними, що уміщаються в одній мікросхемі, постійно зростала, і в 70-ті роки інтегральні схеми містили тисячі транзисторів. Це дозволило об'єднати в єдиній маленькій детальці більшість компонентів комп'ютера - що і зробила в 1971 р. фірма Intel, випустивши перший мікропроцесор, який призначався для щойно з'явилися настільних калькуляторів. Цьому винаходу судилося зробити в наступному десятилітті справжню революцію - адже мікропроцесор є серцем і душею сучасного персонального комп'ютера.

Але це ще не все - воістину, рубіж 60-х і 70-х років був доленосним часом. У 1969 р. зародилася перша глобальна комп'ютерна мережу - що ми називаємо Інтернетом. І в тому ж 1969 році одночасно з'явилися операційна система Unix і мова програмування С ("Сі"), які вплинули на програмний світ.

Стало можливим комунальне використання потужності різних машин (з'єднання машин у єдиний обчислювальний вузол та робота з розподілом часу).

З 1985 року, коли з'явилися супервеликі інтегральні схеми (СВІС. У кристалі такої схеми може розміщуватися до 10 млн. елементів), слід відраховувати роки життя власне четвертого покоління.

Перший напрямок - створення суперЕОМ - комплексів багатопроцесорних машин. Швидкодія таких машин сягає кількох мільярдів операцій на секунду. Вони здатні обробляти величезні масиви інформації. Сюди входять комплекси ILLIAS-4, CRAY, CYBER, "Ельбрус-1", "Ельбрус-2" та ін. всього, в оборонній галузі. Обчислювальні комплекси Ельбрус-2 експлуатувалися в Центрі управління космічними польотами, в ядерних дослідницьких центрах. Нарешті, саме комплекси "Ельбрус-2" з 1991 року використовувалися у системі протиракетної оборони та інших військових об'єктах.

Друге напрям - розвиток на основі БІС і НВІС мікро-ЕОМ і персональних ЕОМ (ПЕОМ). Першими представниками цих машин є Apple, IBM - PC (XT, AT, PS/2), "Іскра", "Електроніка", "Мазовія", "Агат", "ЄС-1840", "ЄС-1841" та ін.

Починаючи з покоління ЕОМ стали називати комп'ютерами.

Завдяки появі та розвитку персональних комп'ютерів (ПК), обчислювальна техніка стає по-справжньому масовою та загальнодоступною. Складається парадоксальна ситуація: незважаючи на те, що персональні та мінікомп'ютери, як і раніше, у всіх відносинах відстають від великих машин, левова частка нововведень - графічний інтерфейс користувача, нові периферійні пристрої, глобальні мережі - зобов'язані своєю появою та розвитком саме цієї "несерйозної" техніки. Великі комп'ютери та суперкомп'ютери, звичайно, не вимерли і продовжують розвиватися.

ЕОМ п'ятого покоління - це ЕОМ майбутнього. Програма розробки, так званого, п'ятого покоління ЕОМ була прийнята в Японії в 1982 р. Передбачалося, що до 1991 р. будуть створені нові комп'ютери, орієнтовані рішення завдань штучного інтелекту. За допомогою мови Пролог та нововведень у конструкції комп'ютерів планувалося впритул підійти до вирішення одного з основних завдань цієї гілки комп'ютерної науки – завдання зберігання та обробки знань. Передбачається, що їх елементною базою служитимуть не НВІС, а створені на їх основі пристрої з елементами штучного інтелекту. На ЕОМ п'ятого покоління ставляться зовсім інші завдання, ніж розробки всіх колишніх ЕОМ. Якщо перед розробниками ЕОМ з I по IV поколінь стояли такі завдання, як збільшення продуктивності області числових розрахунків, досягнення великої ємності пам'яті, то основним завданням розробників ЕОМ V покоління є створення штучного інтелекту машини (можливість робити логічні висновки з представлених фактів), розвиток " інтелектуалізації "комп'ютерів" - усунення бар'єру між людиною та комп'ютером.

На жаль, японський проект ЕОМ п'ятого покоління повторив трагічну долю ранніх досліджень у галузі штучного інтелекту. Понад 50 мільярдів єн інвестицій було витрачено марно, проект припинено, а розроблені пристрої за продуктивністю виявилися не вищими за масові системи того часу. Однак, проведені в ході проекту дослідження та накопичений досвід за методами представлення знань та паралельного логічного висновку сильно допомогли прогресу в галузі систем штучного інтелекту загалом.

Вже зараз комп'ютери здатні сприймати інформацію з рукописного чи друкованого тексту, з бланків, з людського голосу, впізнавати користувача за голосом, здійснювати переклад із однієї на іншу. Це дозволяє спілкуватися з комп'ютерами всім користувачам, навіть тим, хто не має спеціальних знань у цій галузі.

Сучасні персональні комп'ютери (ПК) відповідно до прийнятої класифікації треба віднести до ЕОМ четвертого покоління. Персональні комп'ютери виникли межі 60 - 70-х. Американська фірма Intel розробила перший 4-розрядний процесор (МП) 4004 для калькулятора. Він містив близько тисячі транзисторів і міг виконувати 8000 операцій на секунду. Незабаром була випущена 8-бітна версія даного МП, що отримала назву 8008. Обидва МП всерйоз не сприйняли, оскільки розраховувалися для конкретних застосувань. Вони належать до МП першого покоління.

В кінці 1973 Intel розробила однокристальний 8-розрядний МП 8080, розрахований для багатоцільових застосувань. Він був відразу помічений комп'ютерною промисловістю та швидко став "стандартним". За вартістю він був доступний навіть любителям. Одні фірми почали випускати МП 8080 за ліцензіями, інші запропонували його покращені варіанти. Так, група інженерів фірми Intel, утворивши власну фірму Zilog, у 1976 р. випустила МП Z80, що зберігає базову архітектуру 8080. Фірма Motorola розробила власний 8-розрядний МП М6800, який згодом знайшов широке застосування.

Фірма IBM звернула увагу на персональні комп'ютери, коли ринок "виріс із пелюшок". До 1980 року тільки в США вже було продано більше мільйона ПК, і маркетологи передбачали вибухове зростання попиту. Свої моделі презентували десятки компаній. Комп'ютери при всій зовнішній схожості відрізнялися великою різноманітністю і несумісні один з одним. Кожен виробник розробляв свою архітектуру ПК. Вважалося, що найперспективнішою архітектурою має комп'ютер PDP-11, розроблений компанією DEC. Технічні рішення цієї компанії стали основою перших вітчизняних комп'ютерів.

Однак наприкінці 1980 року рада директорів IBM прийняла рішення створити "машину, яка потрібна людям". Стратегічним партнером як постачальник процесорів була обрана Intel. Команда розробників IBM PC уклала союз і з студентом Гарвардського університету Біллом Гейтсом. На існуючі ПК ставилася популярна операційна система CP/M, створена компанією Digital Research, або система UCSD компанії Softech. Однак ці операційні системи коштували $450 і $550 відповідно, а Гейтс за свою PC-DOS брав лише $40. IBM зробила вибір на користь дешевизни.

IBM пішла на несподіваний крок. Вирішивши затвердити свою архітектуру як стандарт, вона відкрила технічну документацію. Тепер кожен виробник ПК міг придбати ліцензію у IBM та збирати подібні комп'ютери, а виробники мікропроцесорів – виготовляти елементи для них. IBM розраховувала "перетягнути ковдру" на себе, знищивши стандарти конкурентів. Так і сталося. Зберегти власну архітектуру змогла лише Apple: вона знайшла свою нішу у сферах графічного дизайну та освіти. Решта виробники або розорилися, або прийняли стандарт IBM.

Навесні 1983 р. IBM випускає модель PC XT з жорстким диском, а також оголошує про створення нового покоління мікропроцесорів - 80286. Новий комп'ютер IBM PC AT (Advanced Technologies), побудований на основі МП 80286, швидко завоював весь світ.

Перші 32-розрядні мікропроцесори з'явилися на світовому ринку в 1983-1984 рр., але їх широке використання у високопродуктивних ПК почалося з 1985 після випуску фірмами Intel і Motorola мікропроцесорів 80386 і М68020 відповідно. У 1989 р. було розпочато випуск потужнішого МП 80486 з швидкодією понад 50 млн. операцій на секунду. У березні 1993 р. фірма Intel продовжує ряд 80х86 випуском мікропроцесора Р5 "Pentium" із 64-розрядною архітектурою. Потім були "Pentium 2", "Pentium 3". Сьогодні найпопулярнішим МП є "Pentium 4" з технологією НТ, що дозволяє обробляти інформацію з 2-х паралельних потоків. Тобто. отримувати як би два процесори.

Тактові частоти сучасних ПК перевищують 3 ГГц, об'єми ОЗП до 4 ГБ. Місткість накопичувачів на жорстких дисках зросла до 500 ГБ. Сучасні технології дозволяють на ПК прослуховувати та записувати високоякісні ауді-файли. Широкого поширення набули сьогодні переносні ПК – nootbook, кишенькові ПК (КПК) та мобільні ПК – смартфони, що поєднують функції ПК та телефону.

Механічні обчислювальні машини На зорі обчислювальних машин вважалося, що основне їх призначення - обчислення. Спроби створення обчислювальних машин робилися ще в давнину. Так, наприклад, великий учений Леонардо да Вінчі (1452-1519 рр.) склав ескізи підсумовуючої машини на зубчастих колесах. Фахівці з фірми IBM створили за ескізами таку машину та переконалися у її працездатності.
У 1641-1642 pp. дев'ятнадцятирічний Блез Паскаль (1623-1662), тоді ще мало кому відомий французький учений, створює обчислювальну машину, що діє. Машина могла складати та віднімати десяткові числа.
У 1673 році інший великий європеєць, німецький вчений В. Г. Лейбніц (1646-1716), створює лічильну машину для складання та множення дванадцятирозрядних десяткових чисел. До зубчастих колес він додав ступінчастий валик, що дозволяє здійснювати множення та розподіл.

Перше покоління ЕОМ Поява електронно-вакуумної лампи дозволило втілити в життя ідею створення обчислювальної машини. Вона з'явилася в 1946 році в США для вирішення завдань і отримала назву ЕНІАК (ENIAK – Electronic Numerical Integrator and Calculator, у перекладі "електронний чисельний інтегратор та калькулятор"). Від неї почався відлік шляху, яким пішов розвиток ЕОМ. В ЕОМ ЕНІАК було 20 тисяч електронних ламп, з яких щомісяця замінювалося 2000. За одну секунду машина виконувала 300 операцій множення або 5000 додавань багаторозрядних чисел.
Перша вітчизняна ЕОМ була створена в 1951 під керівництвом академіка С. А. Лебедєва, і називалася вона МЕСМ (мала електронна рахункова машина). Потім в експлуатацію вводяться БЕСМ-1 та БЕСМ-2 (велика електронна лічильна машина). Найпотужнішою ЕОМ 50-х років у Європі стала радянська ЕОМ М-20 із швидкодією 20 тис. оп/с, обсяг оперативної пам'яті – 4000 машинних слів. ЕОМ першого покоління успішно використовувалися на вирішення науково-технічних завдань, зокрема, у сфері космічних досліджень.


Електронна обчислювальна машина БЕСМ-1

Друге покоління ЕОМ У 60-ті роки 20 століття винайшли транзистор, який прийшов на зміну електронним лампам. Це дозволило змінити електронну базу ЕОМ на напівпровідникові елементи (транзистори, діоди), і навіть резистори і конденсатори досконалішої конструкції. Один транзистор заміняв 40 електронних ламп, працював з більшою швидкістю, був дешевшим і надійнішим. Середній термін його служби у 1000 разів перевищував тривалість роботи електронних ламп. Змінилася технологія з'єднання елементної бази. З'явилися перші друковані плати-пластини з ізоляційного матеріалу, наприклад, гетинаксу, на які спеціальна технологія фотомонтажу дозволяла наносити струмопровідний матеріал. Для закріплення елементної бази ними були спеціальні гнізда. Така формальна заміна одного типу елементів на інший суттєво вплинула на всі характеристики ЕОМ: габарити, надійність, продуктивність, умови експлуатації, стиль програмування та роботи на машині та ін. Змінився технологічний процес виготовлення ЕОМ. До другого покоління належать ЕОМ Мінськ-22, Мінськ-32, БЕСМ-6, CDC6600. Продуктивність: до 1 млн операцій на секунду.


Електронна обчислювальна машина БЕСМ-6

Третє покоління ЕОМ У роки 20 століття виникли інтегральні мікросхеми. Такі схеми можуть містити десятки, сотні та тисячі транзисторів та інших елементів, які фізично нероздільні. Першою ЕОМ, виконаною на інтегральних схемах, була IBM-360 фірми IBM (International Busines Machine). Вона започаткувала велику серію моделей, назва яких починалася з IBM, а далі слідував номер. Аналогічні ЕОМ стали випускатися й у країнах РЕВ (Ради економічної взаємодопомоги) Випускалися два сімейства ЕОМ:

великі – ЄС ЕОМ (єдина система), наприклад ЄС – 1022, ЄС – 1035, ЄС – 1065;

малі – СМ ЕОМ (система малих), наприклад СМ – 2, СМ – 3, СМ – 4. Продуктивність: сотні тисяч – мільйони операцій на секунду. Збільшився обсяг пам'яті. Магнітний барабан поступово витісняється магнітними дисками, виконаними як автономних пакетів. З'явилися дисплеї, графобудівники.


Електронна обчислювальна машина IBM-360

Четверте покоління ЕОМ Цей період характеризується всілякими новаціями, що призводять до суттєвих змін. Однак кардинальних, революційних змін, що дозволяють говорити про зміну поколінь ЕОМ, поки що не сталося. Слід особливо відзначити одну з найважливіших ідей: для обробки інформації використовується одночасно кілька процесорів (мультипроцесорна обробка). Нові технології створення інтегральних схем дозволили розробити наприкінці 70-х - початку 80-х років ЕОМ четвертого покоління великих інтегральних схемах (ВІС), ступінь інтеграції яких становить десятки і сотні тисяч елементів одному кристалі. Найбільшим зрушенням в електронно-обчислювальній техніці, пов'язаним із застосуванням БІС, стало створення мікропроцесорів. Перший мікропроцесор був створений фірмою Intel у 1971 році. На одному кристалі вдалося сформувати мінімальний за складом апаратури процесор, що містить 2250 транзисторів. З появою мікропроцесора пов'язана одна з найважливіших подій в історії обчислювальної техніки - створення та застосування персональних ЕОМ, що навіть вплинуло на термінологію. Назва ЕОМ тепер замінилося усім звичне слово - комп'ютер. У 1977 році фірма "Епл комп'ютер" (Apple Computer) налагодила випуск персональних комп'ютерів "Apple" (від англ. "яблуко"). Програмне забезпечення однією з основних вимог стало забезпечення зручної роботи користувача. ЕОМ повернулася обличчям до людини. Подальше її вдосконалення відбувалося з урахуванням зручності роботи користувача.


Персональний комп'ютер Apple
Якщо раніше під час експлуатації ЕОМ було реалізовано принцип централізованої обробки інформації, коли користувачі концентрувалися навколо однієї ЕОМ, то з появою персональних комп'ютерів стався зворотний рух - децентралізація, коли один користувач може працювати з кількома комп'ютерами. У 1984 році фірмою IBM розроблено персональний комп'ютер на базі мікропроцесора 80286 фірми Intel з шиною архітектури промислового стандарту - ISA (Industry Standart Architecture). З цього часу розпочалася жорстка конкуренція кількох корпорацій із виробництва персональних комп'ютерів. Гонка у пошуку все більш і більш досконалих технічних характеристик всіх пристроїв комп'ютера продовжується і до сьогодні. Щороку потрібна докорінна модифікація існуючої моделі. Загальна властивість сімейства IBM PC - сумісність програмного забезпечення знизу нагору і принцип відкритої архітектури, що передбачає можливість доповнення наявних апаратних засобів без зміни старих або їх модифікацію без заміни всього комп'ютера. Сучасні ЕОМ перевершують комп'ютери попередніх поколінь компактністю, величезними можливостями та доступністю для різних категорій користувачів. Комп'ютери четвертого покоління розвиваються у двох напрямках. Перший напрямок - створення багатопроцесорних обчислювальних систем. Друге - створення дешевих персональних комп'ютерів, як настільних, і переносних, але в їх основі - комп'ютерних мереж.

Відповідно до загальноприйнятої методики оцінки розвитку обчислювальної техніки першим поколінням вважалися лампові комп'ютери, другим транзисторні, третім - комп'ютери на інтегральних схемах, а четвертим - з використанням мікропроцесорів.

Перше покоління ЕОМ (1948-1958)створювалося на основі вакуумних електроламп, машина управлялася з пульта та перфокарт з використанням машинних кодів. Ці ЕОМ розміщувалися у кількох великих металевих шафах, які займали цілі зали.

Елементною базою машин цього покоління були електронні лампи – діоди та тріоди. Машини призначалися на вирішення порівняно нескладних науково-технічних завдань. До цього покоління ЕОМ можна віднести: МЕСМ, БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, "Стріла", Мінськ-1, Урал-1, Урал-2, Урал-3, М-20, " Сетунь», БЕСМ-2, «Роздан» (рис. 2.1).

ЕОМ першого покоління були значних розмірів, споживали велику потужність, мали невисоку надійність роботи та слабке програмне забезпечення. Швидкодія їх не перевищувала 2–3 тисячі операцій на секунду, ємність оперативної пам'яті – 2 кб або 2048 машинних слів (1 кб = 1024) завдовжки 48 двійкових знаків.

Друге покоління ЕОМ (1959-1967)виникло 60-ті гг. ХХ ст. Елементи ЕОМ виконували з урахуванням напівпровідникових транзисторів (рис. 2.2, 2.3). Ці машини обробляли інформацію під управлінням програм мовою Асемблер. Введення даних та програм здійснювалося з перфокарт та перфострічок.

Елементною базою машин цього покоління були напівпровідникові прилади. Машини призначалися на вирішення різних трудомістких науково-технічних завдань, і навіть управління технологічними процесами у виробництві. Поява напівпровідникових елементів в електронних схемах суттєво збільшила ємність оперативної пам'яті, надійність та швидкодію ЕОМ. Зменшилися розміри, маса та споживана потужність. З появою машин другого покоління значно розширилася сфера використання електронної обчислювальної техніки, головним чином розвитку ПЗ.

Третє покоління ЕОМ (1968-1973).Елементна база ЕОМ - малі інтегральні схеми (МІС), що містили на одній платівці сотні або тисячі транзисторів. Управління роботою цих машин походило з алфавітно-цифрових терміналів. Для управління використовувалися мови високого рівня та Асемблер. Дані та програми вводилися як з терміналу, так і з перфокарт та перфострічок. Машини призначалися для широкого використання у різних галузях науки і техніки (проведення розрахунків, управління виробництвом, рухомими об'єктами та ін.). Завдяки інтегральним схемам вдалося суттєво покращити техніко-експлуатаційні характеристики ЕОМ та різко знизити ціни на апаратне забезпечення. Наприклад, машини третього покоління, порівняно з машинами другого покоління, мають більший обсяг оперативної пам'яті, збільшену швидкодію, підвищену надійність, а споживана потужність, займана площа та маса зменшилися.

Четверте покоління ЕОМ (1974-1982).Елементна база ЕОМ - великі інтегральні схеми (ВІС). Найяскравіші представники четвертого покоління ЕОМ – персональні комп'ютери (ПК). Зв'язок із користувачем здійснювався за допомогою кольорового графічного дисплея із застосуванням мов високого рівня.

Машини призначалися для різкого підвищення продуктивність праці в науці, виробництві, управлінні, охороні здоров'я, обслуговуванні та побуті. Високий ступінь інтеграції сприяв збільшенню щільності компонування електронної апаратури, підвищенню її надійності, що призвело до збільшення швидкодії ЕОМ та зниження її вартості. Усе це істотно впливає на логічну структуру (архітектуру) ЕОМ та її ПЗ. Тіснішим стає зв'язок структури машини та її програмного забезпечення, особливо операційної системи (ОС) (або монітора) – набору програм, які організують безперервну роботу машини без втручання людини

П'яте покоління ЕОМ (1990 – час)створено на основі надвеликих інтегральних схем (НВІС), які відрізняються колосальною щільністю розміщення логічних елементів на кристалі.

6. Організація комп'ютерних систем

Процесори

На рис. 2.1 показано структуру звичайного комп'ютера з шинною організацією. Центральний процесор – це мозок комп'ютера. Його завдання – виконувати програми, що знаходяться в основній пам'яті. Він викликає команди з пам'яті, визначає їх тип, а потім виконує одну за одною. Компоненти з'єднані шиною, що представляє собою набір паралельно зв'язаних проводів, якими передаються адреси, дані і сигнали управління. Шини можуть бути зовнішніми (що зв'язують процесор з пам'яттю та пристроями введення-виведення) та внутрішніми.

Мал. 2.1. Схема комп'ютера з одним центральним процесором та двома пристроями вводу-виводу

Процесор складається з кількох частин. Блок управління відповідає за виклик команд із пам'яті та визначення їх типу. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні операції (наприклад, додавання) та логічні операції (наприклад, логічне І).

Всередині центрального процесора є пам'ять для зберігання проміжних результатів і деяких команд управління. Ця пам'ять складається з кількох регістрів, кожен із яких виконує певну функцію. Зазвичай розмір всіх регістрів однаковий. Кожен регістр містить одне число, яке обмежується розміром регістру. Регістри зчитуються та записуються дуже швидко, оскільки вони знаходяться усередині центрального процесора.

Найважливіший регістр – лічильник команд, який вказує, яку команду потрібно виконувати наступною. Назва «лічильник команд» відповідає дійсності, оскільки він нічого не вважає, але цей термін вживається повсюдно1. Ще є регістр команд, в якому знаходиться команда, що виконується в даний момент. Більшість комп'ютерів є й інші регістри, одні їх багатофункціональні, інші виконують лише якісь специфічні функції.

7. Програмне забезпечення. Основна пам'ять.

Вся сукупність програм, що зберігаються на всіх пристроях довгострокової пам'яті комп'ютера, складає його програмне забезпечення(ПЗ).

Програмне забезпечення комп'ютера поділяється на:

Системне ПЗ;
- Прикладне ПЗ;
- Інструментальне ПЗ.

Вступ

1. Перше покоління ЕОМ 1950-1960-ті роки

2. Друге покоління ЕОМ: 1960-1970-ті роки

3. Третє покоління ЕОМ: 1970-1980-ті роки

4. Четверте покоління ЕОМ: 1980-1990-ті роки

5. П'яте покоління ЕОМ: 1990-теперішній час

Висновок

Вступ

Починаючи з 1950 року, кожні 7-10 років кардинально оновлювалися конструктивно-технологічні та програмно-алгоритмічні принципи побудови та використання ЕОМ. У зв'язку з цим правомірно говорити про покоління обчислювальних машин. Умовно кожному поколінню можна відвести десять років.

ЕОМ пройшли великий еволюційний шлях у сенсі елементної бази (від ламп до мікропроцесорів) а також у сенсі появи нових можливостей, розширення сфери застосування та характеру їх використання.

Розподіл ЕОМ на покоління - дуже умовна, нестрога класифікація обчислювальних систем за рівнем розвитку апаратних та програмних засобів, і навіть методів спілкування з ЕОМ.

До першого покоління ЕОМ ставляться машини, створені межі 50-х: у схемах використовувалися електронні лампи. Команд було мало, управління – простим, а показники обсягу оперативної пам'яті та швидкодії – низькими. Швидкодія близько 10-20 тисяч операцій на секунду. Для введення та виведення використовувалися друкувальні пристрої, магнітні стрічки, перфокарти та перфострічки.

До другого покоління ЕОМ належать машини, які були сконструйовані в 1955-65 гг. Вони використовувалися як електронні лампи, і транзистори. Оперативна пам'ять була побудована на магнітних осердях. У цей час з'явилися магнітні барабани та перші магнітні диски. З'явилися так звані мови високого рівня, засоби яких допускають опис всієї послідовності обчислень у наочному вигляді, що легко сприймається. З'явився великий набір бібліотечних програм на вирішення різних математичних завдань. Машинам другого покоління була властива програмна несумісність, яка ускладнювала організацію великих інформаційних систем, у середині 60-х років намітився перехід до створення ЕОМ, програмно сумісних і побудованих мікроелектронної технологічної базі.

Третє покоління ЕОМ. Це машини, створювані після 1960-х років, які мають єдиної архітектурою, тобто. програмно сумісних. З'явилися можливості мультипрограмування, тобто. одночасного виконання кількох програм. У ЕОМ третього покоління застосовувалися інтегральні схеми.

Четверте покоління ЕОМ. Це нинішнє покоління ЕОМ, розроблених після 1970 р. Машини 4го покоління проектувалися у розрахунку ефективне використання сучасних високорівневих мов і спрощення процесу програмування кінцевого пользователя.

В апаратурному відношенні для них характерне використання великих інтегральних схем як елементної бази та наявність швидкодіючих пристроїв з довільною вибіркою, об'ємом кілька Мбайт.

Машини 4-го покоління- багатопроцесорні, багатомашинні комплекси, що працюють на зовніш. пам'ять та загальне поле зовніш. пристроїв. Швидкодія досягає десятків мільйонів операцій на сік, пам'ять - кількох млн. слів.

Перехід до п'ятого покоління ЕОМ уже розпочався. Він полягає у якісному переході від обробки даних до обробки знань та у підвищенні основних параметрів ЕОМ. Основний акцент буде зроблено на «інтелектуальність».

На сьогоднішній день реальний «інтелект», що демонструється найскладнішими нейронними мережами, знаходиться нижче рівня дощового черв'яка, проте, як би не були обмежені можливості нейронних мереж сьогодні, безліч революційних відкриттів можуть бути не за горами.

1. Перше покоління ЕОМ 1950-1960-ті роки

Логічні схеми створювалися на дискретних радіодеталях та електронних вакуумних лампах з ниткою розжарення. В оперативних пристроїв використовувалися магнітні барабани, акустичні ультразвукові ртутні та електромагнітні лінії затримки, електронно-променеві трубки (ЕЛТ). В якості зовнішніх пристроїв застосовувалися накопичувачі на магнітних стрічках, перфокартах, перфострічках і штекерні комутатори.

Програмування роботи ЕОМ цього покоління виконувалося в двійковій системі числення машинною мовою, тобто програми були жорстко орієнтовані на конкретну модель машини і «вмирали» разом з цими моделями.

У середині 1950-х років з'явилися машинно-орієнтовані мови типу мов символічного кодування (ЯСК), що дозволяли замість двійкового запису команд та адрес використати їх скорочений словесний (літерний) запис та десяткові числа. У 1956 році була створена перша мова програмування високого рівня для математичних завдань – мова Фортран, а у 1958 році – універсальна мова програмування Алгол.

ЕОМ, починаючи від UNIVAC і закінчуючи БЭСМ-2 та першими моделями ЕОМ «Мінськ» та «Урал», відносяться до першого покоління обчислювальних машин.

2. Друге покоління ЕОМ: 1960-1970-ті роки

Логічні схеми будувалися на дискретних напівпровідникових та магнітних елементах (діоди, біполярні транзистори, тороїдальні феритові мікротрансформатори). Як конструктивно-технологічну основу використовувалися схеми з друкованим монтажем (плати з фольгованого гетинаксу). Широко став використовуватися блоковий принцип конструювання машин, який дозволяє підключати до основних пристроїв велику кількість різноманітних зовнішніх пристроїв, що забезпечує більшу гнучкість використання комп'ютерів. Тактові частоти роботи електронних схем підвищилися до сотень кілогерців.

Стали застосовуватися зовнішні накопичувачі на жорстких магнітних дисках1 і флоппи-дисках - проміжний рівень пам'яті між накопичувачами на магнітних стрічках і оперативної пам'яттю.

У 1964 році з'явився перший монітор для комп'ютерів - IBM 2250. Це був монохромний дисплей з екраном 12 х 12 дюймів та роздільною здатністю 1024 х 1024 пікселів. Він мав частоту кадрової розгортки 40 Гц.

Створювані з урахуванням комп'ютерів системи управління зажадали від ЕОМ вищої продуктивності, а головне - надійності. У комп'ютерах стали широко використовуватися коди з виявленням та виправленням помилок, вбудовані схеми контролю.

У машинах другого покоління було вперше реалізовано режими пакетної обробки та телеобробки інформації.

Першою ЕОМ, у якій частково використовувалися напівпровідникові прилади замість електронних ламп, була машина SEAC (Standarts Eastern Automatic Computer), створена 1951 року.

На початку 60-х напівпровідникові машини стали вироблятися й у СРСР.

3. Третє покоління ЕОМ: 1970-1980-ті роки

В 1958 Роберт Нойс винайшов малу кремнієву інтегральну схему, в якій на невеликій площі можна було розміщувати десятки транзисторів. Ці схеми пізніше стали називатися схемами з мінімальним ступенем інтеграції (Small Scale Integrated circuits - SSI). А вже наприкінці 60-х інтегральні схеми стали застосовуватися в комп'ютерах.

Логічні схеми ЕОМ 3-го покоління повністю будувалися на малих інтегральних схемах. Тактові частоти роботи електронних схем збільшилися до одиниць мегагерц. Знизилася напруга живлення (одиниці вольт) і споживана машиною потужність. Істотно підвищилися надійність та швидкодія ЕОМ.

В оперативних запам'ятовуючих пристроях використовувалися мініатюрніші феритові сердечники, феритові пластини та магнітні плівки з прямокутною петлею гістерезису. В якості зовнішніх пристроїв широко стали використовуватися дискові накопичувачі.

З'явилися ще два рівні запам'ятовуючих пристроїв: надоперативні пристрої на тригерних регістрах, що мають величезну швидкодію, але невелику ємність (десятки чисел), і швидкодіюча кеш-пам'ять.

Починаючи з широкого використання інтегральних схем у комп'ютерах, технологічний прогрес у обчислювальних машинах можна спостерігати, використовуючи широко відомий закон Мура. Один із засновників компанії Intel Гордон Мур у 1965 році відкрив закон, згідно з яким кількість транзисторів в одній мікросхемі подвоюється через кожні 1,5 роки.

Зважаючи на суттєве ускладнення як апаратної, так і логічної структури ЕОМ 3-го покоління часто стали називати системами.

Так, першими ЕОМ цього покоління стали моделі систем IBM (ряд моделей IBM 360) та PDP (PDP 1). У Радянському Союзі у співдружності з країнами Ради Економічної Взаємодопомоги (Польща, Угорщина, Болгарія, НДР та ін.) стали випускатися моделі єдиної системи (ЄС) та системи малих (СМ) ЕОМ.

У обчислювальних машинах третього покоління значну увагу приділяється зменшенню трудомісткості програмування, ефективності виконання програм у машинах та покращенню спілкування оператора з машиною. Це забезпечується потужними операційними системами, розвиненою системою автоматизації програмування, ефективними системами переривання програм, режимами роботи з поділом машинного часу, режимами роботи у реальному часі, мультипрограмними режимами роботи та новими інтерактивними режимами спілкування. З'явився і ефективний відеотермінальний пристрій для спілкування оператора з машиною - відеомонітор, або дисплей.

Велику увагу приділено підвищенню надійності та достовірності функціонування ЕОМ та полегшенню їх технічного обслуговування. Достовірність та надійність забезпечуються повсюдним використанням кодів з автоматичним виявленням та виправленням помилок (корегуючі коди Хеммін-га та циклічні коди).

Модульна організація обчислювальних машин та модульна побудова їх операційних систем створили широкі можливості для зміни конфігурації обчислювальних систем. У зв'язку з цим виникло нове поняття «архітектура» обчислювальної системи, що визначає логічну організацію цієї системи з погляду користувача та програміста.

4. Четверте покоління ЕОМ: 1980-1990-ті роки

Революційною подією у розвитку комп'ютерних технологій третього покоління машин було створення великих і надвеликих інтегральних схем (Large Scale Integration – LSI та Very Large Scale Integration – VLSI), мікропроцесора (1969 р.) та персонального комп'ютера. Починаючи з 1980 року майже всі ЕОМ почали створюватися з урахуванням мікропроцесорів. Найпопулярнішим комп'ютером став персональний.

Логічні інтегральні схеми в комп'ютерах стали створюватися на основі уніполярних польових CMOS-транзисторів з безпосередніми зв'язками, що працюють з меншими амплітудами електричних напруг (одиниці вольт), що споживають менше потужності, ніж біполярні, і тим самим дозволяють реалізувати більш прогрес одиниць мікрон).

Перший персональний комп'ютер створили в квітні 1976 два друга, Стів Джобе (1955 р. н.) - співробітник фірми Atari, і Стефан Возняк (1950 р. н.), який працював на фірмі Hewlett-Packard. На базі інтегрального 8-бітного контролера жорстко запаяної схеми популярної електронної гри, працюючи вечорами в автомобільному гаражі, вони зробили простенький програмований мовою Бейсік ігровий комп'ютер Apple, що мав шалений успіх. На початку 1977 року було зареєстровано Apple Сотр., і розпочалося виробництво першого у світі персонального комп'ютера Apple.

5. П'яте покоління ЕОМ: 1990-теперішній час

Особливості архітектури сучасного покоління комп'ютерів докладно у цьому курсі.

Коротко основну концепцію ЕОМ п'ятого покоління можна сформулювати так:

1. Комп'ютери на надскладних мікропроцесорах з паралельно-векторною структурою, які одночасно виконують десятки послідовних інструкцій програми.

2. Комп'ютери з багатьма сотнями паралельно працюючих процесорів, дозволяють будувати системи обробки даних та знань, ефективні мережеві комп'ютерні системи.

Шосте та наступні покоління ЕОМ

Електронні та оптоелектронні комп'ютери з масовим паралелізмом, нейронною структурою, з розподіленою мережею великої кількості (десятки тисяч) мікропроцесорів, що моделюють архітектуру нейронних біологічних систем.

Висновок

Усі етапи розвитку ЕОМ прийнято умовно ділити покоління.

Перше покоління створювалося на основі вакуумних електроламп, машина управлялася з пульта та перфокарт з використанням машинних кодів. Ці ЕОМ розміщувалися у кількох великих металевих шафах, які займали цілі зали.

Втричі покоління з'явилося у 60-ті роки 20 століття. Елементи ЕОМ виконували з урахуванням напівпровідникових транзисторів. Ці машини обробляли інформацію під управлінням програм мовою Асемблер. Введення даних та програм здійснювалося з перфокарт та перфострічок.

Третє покоління виконувалося на мікросхемах, що містили на одній платівці сотні чи тисячі транзисторів. Приклад машини третього покоління – ЄС ЕОМ. Управління роботою цих машин походило з алфавітно-цифрових терміналів. Для управління використовувалися мови високого рівня та Асемблер. Дані та програми вводилися як з терміналу, так і з перфокарт та перфострічок.

Четверте покоління було створено з урахуванням великих інтегральних схем (ВІС). Найбільш яскраві представники четвертого покоління ЕОМ – персональні комп'ютери (ПК). Персональною називається універсальна однокористувацька мікроЕОМ. Зв'язок з користувачем здійснювався за допомогою кольорового графічного дисплея з мов високого рівня.

П'яте покоління створено на основі надвеликих інтегральних схем (НВІС), які відрізняються колосальною щільністю розміщення логічних елементів на кристалі.

Передбачається, що в майбутньому широко пошириться введення інформації в ЕОМ з голосу, спілкування з машиною природною мовою, машинний зір, машинний дотик, створення інтелектуальних роботів та робототехнічних пристроїв.