Классификация компьютеров. Особенности и технические характеристики классов

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет УПИ»

Факультет Экономики и Управления

Кафедра «Систем управления энергетикой и промышленными предприятиями»

Реферат по дисциплине

Информатика

Тема

«Классификация компьютеров. Особенности и технические характеристики классов»

Екатеринбург 2009

Введение

С ранних времен человек всячески пытается облегчить свой труд. С того момента, как первобытный человек взял в руки палку, орудия в его руках начали преобразовываться и стремительно развиваться. В человеческих руках стали появляться копья, топоры, плуг, меч…и так до первой ракеты.

Появление, собственно, компьютеров и вычислительных машин позволило науке сделать огромный рывок в развитии. Стало возможным проводить всевозможные операции, которые человеческому мозгу не подвластны.

Компьютер - это устройство или средство, предназначенное для обработки информации. Однако компьютер может обрабатывать только ту информацию, которая представлена в числовой форме. Информацию в иной форме представления для ввода в компьютер необходимо преобразовать в числовую форму.

Так как человек не обходится одной сферой деятельности, он создает различные орудия для данной деятельности. Компьютеры этому не исключения. Каждый компьютер имеет свое назначение. Каждая отрасль производства стремится к тому, чтобы максимально улучшить коэффициент полезного действия, увеличить производительность, а так же сделать данный процесс наиболее дешевым. В этом то и состоит главная задача вычислительных машин -- упрощать и ускорять работу!

Существуют различные классификации компьютерной техники:

· по этапам развития (по поколениям);

· по архитектуре;

· по производительности;

· по условиям эксплуатации;

· по количеству процессоров;

· по потребительским свойствам и т.д.

Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.

Поколения компьютеров. Технические характеристики и особенности классов

Деление компьютерной техники на поколения -- весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.

Характеристика Поколения Первое Второе Третье Четвертое Годы применения 1946-1960 1950-1964 1964-1970 1970-1990-e Основной элемент Электронная лампа Транзистор Интегральная схема Большая интегральная схема Количество ЭВМ в мире, шт Сотни Тысячи Сотни тысяч Десятки миллионов Размеры Очень большие (ENIAC, UNIVAC, EDSAC) Значительно меньшие Миникомпьютеры Микрокомпьютеры Быстротдействие 1 (условно) 10 1 000 100 000 Носитель информации Перфорированная лента Магнитный диск, м. лента Диск Гибкий диск Объем ОП 64 Кб 512 Кб 16 Мб Более 16 Мб

Краткая историческая справка(Нулевое поколение)

История счётных устройств насчитывает много веков. Ниже в хронологическом порядке приводятся некоторые наиболее значимые события этой истории, их даты и имена участников.

«Нулевое» -- примерно до 1940 года. Вычислительный элемент -- механический. Простые арифметические операции. Арифмометры, механические счетные машины.

Около 500 г. н.э. Изобретение счётов (абака) -- устройства, состоящего из набора костяшек, нанизанных на стержни.

1614 г. Шотландец Джон Непер изобрёл логарифмы. Вскоре после этого Р. Биссакар создал логарифмическую линейку.

1642г. Французский ученый Блез Паскаль приступил к созданию арифметической машины -- механического устройства с шестернями, колёсами, зубчатыми рейками и т.п. Она умела "запоминать" числа и выполнять элементарные арифметические операции.

1670-1680 гг Готфилд Дейбниц сконструировал счетную машину, которая выполняла все четыре арифметические действия.

1804г. Французский инженер Жаккар изобрёл перфокарты для управления автоматическим ткацким станком, способным воспроизводить сложнейшие узоры. Работа станка программировалась колодой перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока.

1834г. Английский ученый Чарльз Бэббидж составил проект "аналитической" машины, в которую входили: устройства ввода и вывода информации, запоминающее устройство для хранения чисел, устройство, способное выполнять арифметические операции, и устройство, управляющее последовательностью действий машины. Команды вводились с помощью перфокарт. Проект не был реализован.

1876 г. Английский инженер Александер Белл изобрёл телефон.

1878 г. Русский ученый П. Чебышев сконструировал счетную машину, выполняющую сложение и вычитание многознычных чисел.

1890г. Американский инженер Герман Холлерит создал статистический табулятор, в котором информация, нанесённая на перфокарты, расшифровывалась электрическим током. Табулятор использовался для обработки результатов переписи населения в США.

1892 г. Американский инженер У. Барроуз выпустил первый коммерческий сумматор.

1897 г. Английский физик Дж. Томсон сконструировал электронно лучевую трубку.

1901 г. Итальянский физик Гульельмо Маркони установил радиосвязь между Европой и Америкой.

1904 -- 1906 гг. Сконструированы электронные диод и триод.

1930 г. Профессор Массачусетского технологического института (МТИ) Ванневар Буш построил дифференциальный анализатор, с появлением которого связывают начало современной компьютерной эры.

Это была первая машина, способная решать сложные дифференциальные уравнения, которые позволяли предсказывать поведение таких движущихся объектов, как самолет, или действие силовых полей, например, гравитационного поля.

1936 г. Английский математик Алан Тьюринг и независимо от него Э. Пост выдвинули и разработали концепцию абстрактной вычислительной машины. Они доказали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации.

1938г. Немецкий инженер Конрад Цузер построил первый чисто механический компьютер.

1938г. Американский математик и инженер Клод Шеннон показал возможность применения аппарата математической логики для синтеза и анализа релейно-контактных переключательных схем.

1939г. Американец болгарского происхождения профессор физики Джон Атанасофф создал прототип вычислительной машины на базе двоичных элементов.

1941 г. Конрад Цузе сконструировал первый универсальный компьютер на электромеханических элементах. Он работал с двоичными числами и использовал представление чисел с плавающей запятой.

1944 г. Под руководством американского математика Говарда Айкена создана автоматическая вычислительная машина "Марк--1" с программным управлением. Она была построена на электромеханических реле, а программа обработки данных вводилась с перфоленты.

Начиная с этого события, можно уже говорить о зарождении первого поколения вычислительных машин.

1945 г. Джон фон Нейман в отчёте "Предварительный доклад о машине Эдвак" сформулировал основные принципы работы и компоненты современных компьютеров

1946 г. Американцы Дж. Эккерт и Дж. Моучли сконструировали первый электронный цифровой компьютер "Эниак" (Electronic Numerical Integrator and Computer). Машина имела 20 тысяч электронных ламп и 1,5 тысячи реле. Она работала в тысячу раз быстрее, чем "Марк--1", выполняя за одну секунду 300 умножений или 5000 сложений.

1948 г. В американской фирме Bell Laboratories физики Уильям Шокли,Уолтер Браттейн и Джон Бардин создали транзистор. За это достижение им была присуждена Нобелевская премия.

1948 г. Норберт Винер (Norbert Wiener) опубликовал книгу "Кибернетика", оказавшую влияние на все последующие исследования в области искусственного интелекта.

1949 г. В Англии под руководством Мориса Уилкса построен первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой EDSAC.

1951 г. В Киеве построен первый в континентальной Европе компьютер МЭСМ (малая электронная счетная машина), имеющий 600 электронных ламп. Создатель С.А. Лебедев.

1951 -- 1955 гг. Благодаря деятельности российских ученых С.А. Лебедева, М.В. Келдыша, М.А. Лаврентьева, И.С. Брука, М.А. Карцева, Б.И. Рамеева, В.С. Антонова, А.Н. Невского, Б.И. Буркова и руководимых ими коллективов Советский Союз вырвался в число лидеров вычислительной техники, что позволило в короткие сроки решить важные научно-технические задачи овладения ядерной энергией и исследования Космоса.

1952 г. Под руководством С.А. Лебедева в Москве построен компьютер БЭСМ--1 (большая электронная счетная машина) -- на то время самая производительная машина в Европе и одна из лучших в мире.

1953 г. Джей Форрестер реализовал оперативную память на магнитных сердечниках (сore memory), которая существенно удешевила компьютеры и увеличила их быстродействие. Память на магнитных сердечниках широко использовалась до начала 70-х годов. На смену ей пришла память на полупроводниковых элементах.

1955--1959 гг. Российские ученые А.А. Ляпунов, С.С. Камынин, Э.З. Любимский, А.П. Ершов, Л.Н. Королев, В.М. Курочкин, М.Р. Шура-Бура и др. создали "программирующие программы" -- прообразы трансляторов. В.В. Мартынюк создал систему символьного кодирования -- средство ускорения разработки и отладки программ.

1955--1959 гг. Заложен фундамент теории программирования (А.А. Ляпунов, Ю.И. Янов, А.А. Марков, Л.А. Калужин) и численных методов (В.М. Глушков, А.А. Самарский, А.Н. Тихонов). Моделируются схемы механизма мышления и процессов генетики, алгоритмы диагностики медицинских заболеваний (А.А. Ляпунов, Б.В. Гнеденко, Н.М. Амосов, А.Г. Ивахненко, В.А. Ковалевский и др.).

1958 г. Джек Килби из фирмы Texas Instruments создал первую интегральную схему.

1957 г. Первое сообщение о языке Фортран (Джон Бэкус).

1957 г. Американской фирмой NCR создан первый компьютер на транзисторах.

1959 г. Под руководством С.А. Лебедева создана машина БЭСМ--2производительностью 10 тыс. опер./с. С ее применением связаны расчеты запусков космических ракет и первых в мире искусственных спутников Земли.

1959 г. Создана машина М--20, главный конструктор С.А. Лебедев. Для своего времени одна из самых быстродействующих в мире (20 тыс. опер./с.). На этой машине было решено большинство теоретических и прикладных задач, связанных с развитием самых передовых областей науки и техники того времени. На основе М--20 была создана уникальная многопроцессорная М--40 -- самая быстродействующая ЭВМ того времени в мире (40 тыс. опер. с.). На смену М--20 пришли полупроводниковые БЭСМ -- 4 и М--220 (200 тыс. опер./с).

1959 г. Первое сообщение о языке Алгол, который надолго стал стандартом в области языков программирования.

1961 г. Фирма IBM Deutschland реализовала подключение компьютера к телефонной линии с помощью модема.

1964 г. Начат выпуск семейства машин третьего поколения -- IBM/360.

1965 г. Дж. Кемени и Т. Курц в Дортмундском колледже (США) разработали язык программирования Бейсик.

1965 г. Сеймур Пейперт (Seymour Papert) разработал язык LOGO -- компьютерный язык для детей.

1967 г. Под руководством С.А. Лебедева организован крупно-серийный выпуск шедевра отечественной вычислительной техники -- миллионника БЭСМ--6, -- самой быстродействующей машины в мире. За ним последовал "Эльбрус" -- ЭВМ нового типа, производительностью 10 млн. опер./с.

1968 г. Основана фирма Intel, впоследствии ставшая признанным лидером в области производства микропроцессоров и других компьютерных интегральных схем.

1970 г. Швейцарец Никлаус Вирт разработал язык Паскаль.

1971 г. Эдвард Хофф разработал микропроцессор Intel--4004, состоящий из 2250 транзисторов, размещённых в кристалле размером не больше шляпки гвоздя. Этот микропроцессор стал поистине революционным изобретением, открывшем путь к созданию искусственных интеллектуальных систем вообще и персонального компьютера в частности.

1971 г. Французский учёный Алан Колмари разработал язык логического программирования Пролог(PROgramming in LOGic).

1972 г. Деннис Ритчи из Bell Laboratories разработал язык Си.

1973 г. Кен Томпсон и Деннис Ритчи создали операционную систему UNIX.

1973 г. Фирма IBM (International Business Machines Corporation) сконструировала первый жёсткий диск типа "винчестер".

1974 г. Фирма Intel разработала первый универсальный восьмиразрядный микропроцессор 8080 с 4500 транзисторами.

1974 г. Эдвард Робертс, молодой офицер ВВС США, инженер электронщик, построил на базе процессора 8080 микрокомпьютер Альтаир, имевший огромный коммерческий успех, продававшийся по почте и широко использовавшийся для домашнего применения. Компьютер назван по именем звезды, к которой был запущен межпланетный корабль "Энтерпрайз" из телесериала "Космическая одиссея".

1975 г. Молодой программист Пол Аллен и студент Гарвардского университета Билл Гейтс реализовали для Альтаира язык Бейсик. Впоследствии они основали фирму Майкрософт (Microsoft), являющуюся сегодня крупнейшим производителем программного обеспечения. 

1975 г. Фирма IBM начала продажу лазерных принтеров. 

1976 г. Студенты Стив Возняк и Стив Джобс, устроив мастерскую в гараже, реализовали компьютерApple--1, положив начало корпорации Apple.

1978 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 8086.

1979 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 8088. Корпорация IBM приобрела крупную партию этих процессоров для вновь образованного подразделения по разработке и производству персональных компьютеров.

1979 г. Фирма SoftWare Arts разработала первый пакет деловых программ VisiCalc (Visible Calculator) для персональных компьютеров.

1980 г. Корпорация Control Data выпустила суперкомпьютер Cyber (Сайбер) 205.

1980 г. Японские компании Sharp, Sanyo, Panasonic, Casio и американская фирма Tandy вынесли на рынок первый карманный компьютер, обладающий всеми основными свойствами больших компьютеров.

1981 г. Фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе микропроцессора 8088.

1982 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 80286, содержащий 134 000 транзисторов и способный выполнять любые программы, написанные для его предшественников. С тех пор такая программная совместимость остается отличительным признаком семейства микропроцессоров Intel.

1982 г. Митч Капор (Mitch Kapor) представил систему Lotus 1--2--3, которая победила в конкурентной борьбе Visicalc.

1983 г. Корпорация Apple Computers построила персональный компьютер Lisa -- первый офисный компьютер, управляемый манипулятором мышь.

1983 г. Гибкие диски получили распространение в качестве стандартных носителей информации.

1983 г. Фирмой Borland выпущен в продажу компилятор Turbo Pascal, разработанный Андерсом Хейльсбергом (Anders Hejlsberg).

1984 г. Создан первый компьютер типа Laptop (наколенный), в котором системный блок объединен с дисплеем и клавиатурой в единый блок.

1984 г. Фирмы Sony и Phillips разработали стандарт записи компакт-дисков CD-ROM.

1984 г. Корпорация Apple Computer выпустила компьютер Macintosh на 32-разрядном процессоре Motorola 68000 -- первую модель знаменитого впоследствии семейства Macintosh c удобной для пользователя операционной системой, развитыми графическими возможностями, намного превосходящими в то время те, которыми обладали стандартные IBM-совместимые ПК с MS-DOS. Эти компьютеры быстро приобрели миллионы поклонников и стали вычислительной платформой для целых отраслей, таких например, как издательское дело и образование.

1984 г. Появилась некоммерческая компьютерная сеть FIDO. Ее создатели Том Дженнингс и Джон Мэдил.В 1995 году в мире насчитывалось около 20 тысяч узлов этой сети, объединяющих 3 млн. человек.

1985 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 80386,, насчитывающий уже 275000 транзисторов. Этот 32-разрядный "многозадачный" процессор обеспечивал возможность одновременного выполнения нескольких программ.

1985 г. Бьярн Страуструп из Bell Laboratories опубликовал описание созданного им объектно-ориентированного языка С++.

1989 г. Американская фирма Poquet Computers Corporation представила новый компьютер класса Subnotebook -- Pocket PC.

1989 г. Тим Бернерс-Ли предложил язык гипертекстовой разметки HTML (HyperText Markup Language) в качестве одного из компонентов технологии разработки распределенной гипертекстовой системы World Wide Web.

1989г. Фирма Intel выпустила микропроцессор Intel 486 DX. Поколение процессоров i486 ознаменовало переход от работы на компьютере через командную строку к режиму "укажи и щелкни". Intel 486 стал первым микропроцессором со встроенным математическим сопроцессором, который существенно ускорил обработку данных, выполняя сложные математические действия вместо центрального процессора. Количество транзисторов -- 1,2 млн.

Корпорация Microsoft выпустила графическую оболочку MS Windows 3.0.

1990 г. Выпуск и ввод в эксплуатацию векторно-конвейерной суперЭВМ Эльбрус 3.1". Разработчики -- Г.Г. Рябов, А.А. Соколов, А.Ю. Бяков. Производительность в однопроцессорном варианте -- 400 мегафлопов.

1991 г. Финский студент Линус Торвальдс (Linus Torvalds) распространил среди пользователей Интернет первый прототип своей операционной системы Linux. Заинтересованные в этой работе программисты стали поддерживать Linux, добавляя драйверы устройств, разрабатывая разные продвинутые приложения и др. Атмосфера работы энтузиастов над полезным проектом, а также свободное распространение и использование исходных текстов стали основой феномена Linux. В настоящее время Linux -- очень мощная система, к тому же -- бесплатная.

1992 г. В этом году начался бурный рост популярности Internet и World Wide Web в связи с появлением web-браузера Mosaic, разработанного в Национальном центре по приложениям для суперкомпьютеров в Университете штата Иллинойс. Разработчики Эрик Бина и Марк Андриссен.

1993 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium, который научил компьютеры работать с атрибутами "реального мира" -- такими, как звук, голосовая и письменная речь, фотоизображения.

1994 г. Начало выпуска фирмой Power Mac серии фирмы Apple Computers -- Power PC.

1994 г. Компания Netscape Communication выпустила браузер Netscape Navigator.

1995 г. Фирма Microsoft выпустила в свет операционную систему Windows 95.

1995 г. Фирма Microsoftвыпустила браузер Internet Explorer. Началась война браузеров, в которой пока побеждает Internet Explorer.

1995 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium Pro, насчитывающий 5,5 миллионов транзисторов. Процессор разрабатывался как мощное средство наращивания быстродействия 32-разрядных приложений для серверов и рабочих станций, систем автоматизированного проектирования, программных пакетов, используемых в машиностроении и научной работе. Все процессоры Pentium Pro оснащены второй микросхемой кэш-памяти, еще больше увеличивающей быстродействие.

1997 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium II, насчитывающий 7,5 миллионов транзисторов. Процессор Pentium II использует технологию Intel MMX, обеспечивающую эффективную обработку аудио, визуальных и графических данных. Кристалл и микросхема высокоскоростной кэш-памяти помещены в корпус с односторонним контактом, который устанавливается на системной плате с помощью одностороннего разъема -- в отличие от прежних процессоров, имевших множество контактов. Процессор дает пользователям возможность вводить в компьютер и обрабатывать цифровые фотоизображения, создавать и редактировать тексты, музыкальные произведения, сценки для домашнего кино, передавать видеоизображения по обычным телефонным линиям.

1997 г. Компания Sun Microsystems приняла стандарт объектно-ориентированного языка программирования Java (произносится "джава"), созданного для реализации принципа "Написано однажды -- работает везде". В применении к интернету Java -- технология создания "апплетов" -- небольших программ, которые загружаются на компьютер пользователя вместе со страницей сайта и позволяют "оживлять" эту страницу. Апплеты могут обеспечивать странице дополнительную функциональность, например, реализовывать мультипликационные иллюстрации.

1998 г. Выпуск в свет операционной системы Windows 98.

1999 г. Появление 64-разрядного микропроцессора Mersed.

2000 г. Появление 64-разрядных микропроцессоров Itanium и MD.

2000 г. Выпуск в свет операционной системы Windows 2000.

Первое поколение ЭВМ

Первая рабочая ЭВМ была сконструирована в США и получила название ЭНИАК(15 февраля 1946 г). Этим событием принято обозначать зарождение первого поколения компьютеров. По поводу первой ЭВМ нет однозначного ответа. Например немцы считают, что первая ЭВМ создана ими для расчета артиллерийских выстрелов. Это своеобразный «эффект Попова», который заключается в том, что народ считает изобретение великой вещи принадлежит им. Это можно понять, так как в разных концах света в 40е годы стали практически одновременно строиться электронные машины для вычисления.

На самом деле первая ЭВМ появилась в 1941 году в Германии -- это была Z3 молодого инженера Конрада Цузе. Но удивить мир было суждено не гражданину поверженного во Второй мировой Рейха, а американцам из Пенсильванского университета, которые 15 февраля 1946 года запустили 30 тонную ЭВМ ENIAC. Это было не только военное поражение Германии.

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы и реле. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду.

· Но это только техническая сторона ENIAC был размером с целый дом и весил 30 т.

· На его создание потратили 0,5 млн. долларов.

· Он потреблял 200 кВт энергии.

· Лампа выходила из строя каждые 7-8 минут.

Он мог сложить два числа за 3 мск.

Очень важна и другая -- способы использования компьютеров, стиль программирования, особенности математического обеспечения.

Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был наиболее длительным по времени.

ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовали электронные лампы и реле; оперативная память выполнялась на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках.

Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.

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

Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штеккера с нужным гнездом. 

Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), - первая машина с хранимой программой. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.

Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволили выполнить сложнейшие расчёты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.

Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета.

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

Первые отечественные ламповые вычислительные машины МЭСМ и БЭСМ были созданы под руководством академика С. А. Лебедева. МЭСМ (малая электронная счетная машина), созданная в 1951 г., сыграла важную роль в подготовке первых в стране программистов, инженеров и конструкторов ЭВМ, интенсифицировала разработку электронных элементов специально для применения в ЭВМ. БЭСМ (большая электронная счетная машина), являясь в то время самой быстродействующей ЭВМ в мире (8000 опер/с), открыла серию машин, получивших широкое распространение в СССР. В первой половине 50-х гг. у нас в стране появились ЭВМ серий «Стрела» и «Урал», а в 60-х гг.-- «Проминь», «Мир», «Минск», «Раздан». Эти машины могли справиться с широким кругом математических и логических задач, встречающихся при решении научных и сложных инженерных проблем.

Второе поколение

Второе поколение (период от конца 50-х до конца 60-х годов). В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. Транзисторы быстро внедрялись в радиотехнику. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж проводов. Габариты значительно уменьшились. Производительность от сотен тысяч до 1 млн. операций в секунду. Быстродействие -- до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти -- до нескольких десятков тысяч слов. Упростилась эксплуатация. Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.

Компьютеры второго поколения имели до 32 Кбайт оперативной памяти, а скорость вычислений их была от 200000 до 300000 операций в секунду.

Развитие программного обеспечения характеризуется созданием развитых макроассемблеров, повышающих уровень общения с ЭВМ, но являющихся в основе своей машинно-ориентированными языками низкого уровня. В ассемблерах впервые появляются средства раздельной компиляции и перемещаемости программ, которая явилась первым шагом к виртуализации ресурсов и появлению специальных промежуточных языков, а также новых системных программ - загрузчиков и компоновщиков. Конец 50-х годов характеризуется началом этапа автоматизации программирования, приведшим к появлению языков программирования B0,Commercial Translator,FACT, MathMatic и, наконец, появлением целого ряда проблемно ориентированных языков программирования высокого уровня (ЯВУ): Fortran (1957 г.), явившийся первым языком такого класса, Algol-60, АКИ-400 и др. Дальнейшим развитием программной составляющей вычислительной техники было создание развитых библиотек стандартных программ на различных языках программирования и различного назначения, мониторов и диспетчеров для управления режимом работы ЭВМ и планированием ее ресурсов, заложивших прочные основы последующей концепции операционных систем следующего поколения.

Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Первыми из них были ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ, Составление программы перестало зависеть от модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.

Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные, поисковые системы. Такие системы связаны с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации.

В рамках второго поколения все более четко проявляется дифференциация ЭВМ на малые, средние и большие, позволившая существенно расширить сферу применения ВТ, приступить к созданию автоматизированных систем управления предприятиями (АСУ), целыми отраслями (ОАСУ) и технологическими процессами (АСУТП). Однако данный прогресс обеспечивался не только собственно развитием ЭВМ, большую роль здесь играло и развитие сопутствующего оборудования (средства ввода/вывода, внешняя память и др.). При этом, от поколения к поколению данная компонента компьютерной информатики играет все большую роль, во многом определяя уровень интерфейса пользователя с ЭВМ и их возможности по обработке информации.

Третье поколение

Третье поколение (период от конца 60-х до конца 70-х годов). Элементная база: интегральные схемы (ИС), которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате. Увеличилась производительность от сотен тысяч до миллионов операций в секунду. Более оперативно производится ремонт обычных неисправностей. Увеличились объемы памяти. Первые интегральные схемы содержали в себе десятки, затем - сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилось к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами - БИС; затем появились сверхбольшие интегральные схемы - СБИС.

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Это были машины на ИС. Немного позднее стали выпускаться машины серии IBM-370, построенные на БИС. В нашей стране в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370.

Наиболее важным критерием различия ЭВМ второго и третьего поколений является существенное развитие архитектуры ЭВМ, удовлетворяющей требованиям как решаемых задач, так и работающих на них программистов

Машины третьего поколения -- это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

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

Примеры машин третьего поколения -- семейства IBM--360, IBM--370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств - магнитные диски. Накопители на магнитных дисках (НМД) работают гораздо быстрее, чем накопители на магнитных лентах (НМЛ). Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители.

В этот период существенно расширились области применения ЭВМ. Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ).

В 70-е годы получило мощное развитие линия малых (мини) ЭВМ. Своеобразным эталоном здесь стали машины американской фирмы DEC серии PDP. В нашей стране по этому образцу создавалась серия машин СМ ЭВМ (Система малых ЭВМ). Они меньше, дешевле, надежнее больших машин. Машины этого типа хорошо приспособлены для целей управления различными техническими объектами: производственными установками, лабораторным оборудованием, транспортными средствами. По этой причине их называют управляющими машинами. Во второй половине 70-х годов производство мини-ЭВМ превысило производство больших машин.

Четвертое поколение

Четвертое поколение (от конца 70-х годов по настоящее время). Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Первоначально микропроцессоры стали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты. Такие микропроцессоры осуществляют автоматическое управление работой этой техники.

Парк всех машин четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов:

· микро-ЭВМ,

· персональные компьютеры (ПК),

· мини-ЭВМ, специальные ЭВМ,

· ЭВМ общего назначения,

· супер-ЭВМ.

С появлением микропроцессоров связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники - создание и применение микроЭВМ. Существенное отличие микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже. Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются персональные компьютеры. Начало широкой продажи персональных ЭВМ связано с именами С. Джобса и В. Возняка, основателей фирмы "Эппл компьютер" (Apple Computer), которая с 1977 года наладила выпуск персональных компьютеров "Apple". С 1982 года фирма IBM приступила к выпуску модели персонального компьютера, ставшего эталоном на долгие времена - IBM PC (Personal Computer). Фирма придерживалась принципа открытой архитектуры и магистрально-модульного построения компьютера (любой изготовитель может установить свои комплектующие к компьютеру).

Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти порядка 1 -- 64 Мбайт.

Наиболее важный в концептуальном плане критерий, по которому ЭВМ четвертого поколения можно отделить от ЭВМ третьего поколения, состоит в том, что первые проектировались уже в расчете на эффективное использование современных языков программирования и упрощения процесса программирования для проблемного программиста. В аппаратном отношении для них характерно широкое использование ИС- технологии и быстродействующих запоминающих устройств. Наиболее известной серией ЭВМ четвертого поколения можно считать IBM/370, которая в отличие от не менее известной серии IBM/360 третьего поколения, располагает более развитой системой команд и более широким использованием микропрограммирования. В старших моделях 370-й серии был реализован аппарат виртуальной памяти, позволяющий создавать для пользователя видимость неограниченных ресурсов оперативной памяти.

Есть и другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения. Это суперЭВМ. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Первой суперЭВМ четвертого поколения была американская машина ILLIAK-4, за ней появились CRAY, CYBER и др. Из отечественных машин к этой серии относится многопроцессорный вычислительный комплекс ЭЛЬБРУС. Развитие таких вычислительных систем происходит по пути увеличения числа процессоров и их быстродействия. Современные многопроцессорные вычислительные комплексы включают в себя десятки тысяч процессоров. Их быстродействие исчисляется сотнями миллиардов операций в секунду.

Современные ЭВМ превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью, огромными возможностями и доступностью для разных категорий пользователей. Основные технические характеристики современного персонального компьютера: процессор (быстродействие - тактовая частота, разрядность), оперативная и внешняя память (объем памяти, скорость доступа к памяти и др.), видеопамять, средства ввода-вывода, средства коммуникации и др.

Очень важно правильно выбрать конфигурацию компьютера:

· тип основного микропроцессора и материнской платы;

· объем основной и внешней памяти;

· номенклатуру устройств внешней памяти;

· виды системного и локального интерфейсов;

· тип видеоадаптера и видеомонитора;

· типы клавиатуры, принтера, манипулятора, модема и др.

Важнейшей характеристикой является производительность компьютера. Основными факторами повышения производительности ПК являются:

· увеличение тактовой частоты;

· увеличение разрядности микропроцессора;

· увеличение внутренней частоты микропроцессора;

· конвейеризация выполнения операций в микропроцессоре и наличие кэш-памяти команд;

· увеличение количества регистров микропроцессорной памяти;

· наличие и объем кэш-памяти;

· возможность организации виртуальной памяти;

· наличие математического сопроцессора;

· наличие процессора OverDrive;

· пропускная способность системной шины и локальной шины;

· объем ОЗУ и его быстродействие;

· быстродействие накопителя жестких магнитных дисков;

· пропускная способность локального дискового интерфейса;

· организация кэширования дисковой памяти;

· объем памяти видеоадаптера и его пропускная способность;

· пропускная способность мультикарты, содержащей адаптеры дисковых интерфейсов и поддерживающей последовательные и параллельный порты для подключения принтера, мыши и др.

ЭВМ пятого поколения 

ЭВМ пятого поколения - это программа в Японии по развитию вычислительной техники и искусственного интеллекта. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. Машины пятого поколения - это реализованный искусственный интеллект. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное "зрение", машинное "осязание". Многое уже практически сделано в этом направлении.

ЭВМ пятого поколения должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:

1. Обеспечивать простоту применения ЭВМ путем эффективных систем ввода-вывода информации, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, возможности обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов (интеллектуализация ЭВМ);

2. Упростить процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований на естественных языках; усовершенствовать инструментальные средства разработчиков;

3. Улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества ЭВМ, обеспечить их разнообразие и высокую адаптируемость к приложениям.

Пятое поколение компьютеров это название «плана действий» по развитию IT-индустрии. И не смотря на то, что пятое поколение базируется на микропроцессорах как и четвертое т.е. у них общая элементная база. А именно по этому критерию разделяют компьютеры на поколения. Тем не менее сегодняшние компьютеры относят к пятому поколению.

Япония начала свою широкомасштабную программу в начале 80-х. Их цель не изменять элементную базу компьютеров. А изменить и усовершенствовать, технические подходы, методы программирования и развивать научное направление в области искусственного интеллекта. На начало своего проекта Япония вложила пол миллиарда долларов США. На тот момент она не была настолько технически развита как США, Европа. Министерство международной торговли и промышленности Японии поставило четкую цель - пробиться в лидеры. Именно в то время зародился термин «пятое поколение компьютеров». ЭВМ пятого поколения должны достигнуть сверхпроводимости и в них должно быть интегрировано огромное количество процессоров на одной подложке.

Японский центр по развитию и обработки информации поставил перед собой цели. Главной из них это развитие технологий по логической обработке знаний, одно из ведущих направлений искусственного интеллекта. Создание рабочих станций с высокой производительностью и распределенными функциями. Создание суперкомпьютеров пятого поколения для научных вычислений которые будут оперировать огромными базами данных и базами знаний.

Уже тогда существовала потребность в ЭВМ с процессорами работающими параллельно и извлекающими данные из структурно построенных баз данных, использую интерфейс логических языков высокого уровня. Производительность таких машин должна достигать одного миллиарда логических заключений в секунду. Необходимо создать такую вычислительную среду, которая внутри себя будет создавать собственную виртуальную среду в зависимости от задачи.

Одним из способов повышения производительности ЭВМ пятого поколения это реализация программных решений на аппаратном уровне. Научные достижения в области искусственного интеллекта. Необходимо переводить на практическую базу. Это машинный набор текста под диктовку с распознаванием речи. И программный переводчик с языка на язык. Программно определить смысл текста для принятия решения о том в какую рубрику необходимо его поместить. Супер ЭВМ должны решать задачи массового применения

Данный проект Япония планировала завершить за 10 лет. И к началу 90-х выйти на новый уровень технического развития. На тот момент Япония прочно завоевала рынок бытовой электроники и автомобильной промышленности, что очень сильно беспокоило США. В ответ американца начали развивать собственные программы в области параллельных вычислений. Наиболее крупными проектами занималась американская корпорация по Микроэлектроники и Компьютерной Технологии (MCC). Европа уверенна в будущем параллельных вычислений. Начинает планы в этой отрасли Британская компания Alvey.

В советском союзе предприняли попытку не отстать от западных коллег. Было желание создать свой прототип ЭВМ пятого поколения. Для будущего мультипроцессорного компьютера, придумали яркое название «МАРС». Но уже тогда отставание от японцев, в области микроэлектроники, было на 10-15 лет. Весь проект базировался на старых инженерно-технических решениях. И морально устаревших языках программирования типа Модула-2. Удалось создать многопроцессорный компьютер «МАРС». Это было его единственное отличие от остальных ЭВМ. И данная машина не соответствовала определению: «компьютер пятого поколения».

Однако реализация проекта «компьютер пятого поколения» оказалось сложнее чем предполагалась изначально и не осуществима за десять лет.

В качестве базового языка для ЭВМ пятого поколения, был выбран функциональный язык программирования «Пролог». Но он не поддерживал параллельные вычисления. Его работа в мультипроцессорной среде оказалась не эффективна. Не смотря на все попытки модернизировать его. Было принято решение по созданию новых типов языков программирования. Данная задача оказалась весьма сложной. Корпорациями занимающееся разработкой программного обеспечения были предложены новые языки. Но каждый из них обладал существенными недостатками. Что не позволяло в полной степени использовать параллельные вычисления.

Возникли и аппаратные трудности для создания ЭВМ пятого поколения. Техническое развитие быстро преодолело те трудности, которые перед началом проекта считались не выполнимыми. Параллельная работа нескольких процессоров, не давала той высокой производительности, на которую изначально рассчитывали. Разработанные в лаборатории машины. Быстро устаревали. Появлялись коммерческие компьютеры, которые по скорости уже превосходили их. Проект под названием «ЭВМ пятого поколения» оказался не удачным. Т.к. развитие информационных технологий пошло по другому пути.

Появился графический интерфейс пользователя. Который изначально не был предусмотрен в компьютерах пятого поколения. Появился Интернет, который изменил представления о структуре хранения и обработки информации. Развивались поисковые машины, которые использовали новые методы обработки данных

В начале проекта «пятое поколение ЭВМ» планировали полный переход на логические языки программирования. Типа Пролог. Но они себя не оправдали. Главная идея была в том, чтобы система самообучалась. Система доходила до своего пика, а затем падала. И все обучение нужно было повторять.

Планы замены программных средств их аппаратными аналогами, был неудачен. Такое виденье у инженеров было в предыдущем поколении компьютеров. Но на сегодняшний день. Ситуация изменилась в корне. Процесс развития информационных технологий пошел по обратному пути. Аппаратное обеспечение упрощалось. Предоставляя универсальность. А все задачи перекладывались на программное обеспечение.

Идеи Японских ученых были не удачными. Изначально был не верно выбран вектор развития компьютеров. Перспектива развития аппаратных средств была недооценена. Возможности в развитии искусственного интеллекта были переоценены. Даная область оказалась сложнее чем рассчитывали. Многие теоретические разработки в данной области так и не нашли своего практического применения. Искусственный интеллект так и не вышел за рамки академических задач. Многие методы так и остались забавой ученных.

Классификация компьютеров по архитектуре. Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно - математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.

Положения фон Неймана:

ь Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)

ь Арифметико-логическое устройство - выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти

ь Управляющее устройство - обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)

ь Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме

ь Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве

ь Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода

ь Один из важнейших принципов - принцип хранимой программы требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.

ь Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.

ь Процессор - функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

ь Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.

ь Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.

ь Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.

ь ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.

ь В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода - дисплей, принтер и т.д.

В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством - счетчиком команд в устройстве управления.