ЭВМ, история становления и развития

 

1952-1953г. БЭСМ-2

 

Вводится в эксплуатацию БЭСМ-2 (большая электронная счетная  машина) с быстродействием около 10 тыс. операций в секунду над 39-разрядными двоичными числами. Оперативная  память на электронно-акустических линиях задержки - 1024 слова, затем на электронно-лучевых  трубках и позже на ферритовых сердечниках. ВЗУ состояло из двух магнитных  барабанов и магнитной ленты  емкостью свыше 100 тыс. слов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ЭВМ 2-го поколения (1958-1964)

 

Создание в США 1 июля 1948 г. первого транзистора не предвещало нового этапа в развитии ВТ и ассоциировалось, прежде всего, с радиотехникой. На первых порах это был скорее опытный  образец нового электронного прибора, требующий серьезного исследования и доработки. И уже в 1951 г. Уильям Шокли продемонстрировал первый надежный транзистор. Однако стоимость  их была достаточно велика (до 8 долларов за штуку), и только после разработки кремниевой технологии цена их резко  снизилась, способствовав ускорению  процесса миниатюризации в электронике, захватившего и ВТ.

Общепринято, что второе поколение начинается с ЭВМ RCA-501, появившейся в 1959 г. в США и  созданной на полупроводниковой  элементной базе. Между тем, еще в 1955 г. была создана бортовая транзисторная  ЭВМ для межконтинентальной баллистической ракеты ATLAS. Новая элементная технология позволила резко повысить надежность ВТ, снизить ее габариты и потребляемую мощность, а также значительно  повысить производительность. Это позволило  создавать ЭВМ¹² с большими логическими возможностями и производительностью, что способствовало распространению сферы применения ЭВМ на решение задач планово-экономических, управления производственными процессами и др. В рамках второго поколения все более четко проявляется дифференциация ЭВМ на малые, средние и большие. Конец 50-х годов характеризуется началом этапа автоматизации программирования, приведшим к появлению языков программирования Fortran (1957 г.), Algol-60 и другого.

 

 

 

 

 

Рис.7 ЭВМ ENIAK

3. ЭВМ 3-го поколения (1964-1972)

 

Третье поколение связывается  с появлением ЭВМ¹³ с элементной базой на интегральных схемах (ИС). В январе 1959 г. Джеком Килби была создана первая ИС, представляющая собой тонкую германиевую пластинку длиной в 1 см. Для демонстрации возможностей интегральной технологии фирма Texas Instruments создала для ВВС США бортовой компьютер, содержащий 587 ИС, и объемом (40см3) в 150 раз меньшим, чем у аналогичной ЭВМ старого образца. Но у ИС Килби был ряд существенных недостатков, которые были устранены с появлением в том же году планарных ИС Роберт Нойса. С этого момента ИС-технология начала свое триумфальное шествие, захватывая все новые разделы современной электроники и, в первую очередь, вычислительную технику.

Значительно более мощным становится программное обеспечение, обеспечивающее функционирование ЭВМ  в различных режимах эксплуатации. Появляются развитые системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования  проектных работ (САПР); большое внимание уделяется созданию пакетов прикладных программ (ППП) различного назначения. По-прежнему появляются новые и развиваются  существующие языки и системы  программирования.

 

Рис. 8 Миникомпьютер на интегральных схемах

4. ЭВМ 4-го поколения (с 1972 г. по настоящее время)

 

Конструктивно-технологической  основой ВТ 4-го поколения становятся большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы, созданные соответственно в 70—80-х гг. Такие ИС содержат уже  десятки, сотни тысяч и миллионы транзисторов на одном кристалле (чипе). При этом БИС - технология частично использовалась уже и в проектах предыдущего поколения (IВМ/360, ЕС ЭВМ ряд-2 и др.). Наиболее важный в концептуальном плане критерий, по которому ЭВМ 4-го поколения можно отделить от ЭВМ 3-го поколения, состоит в том, что первые проектировались уже в расчете на эффективное использование современных ЯВУ 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 IВМ/370, которая в отличие от не менее известной серии IВМ/360 3-го 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.

Феномен персонального компьютера (ПК) восходит к созданию в 1965 г, первой мини-ЭВМ PDP-8, которая появилась в  результате универсализации специализированного  микропроцессора для управления ядерным реактором. Машина быстро завоевала  популярность и стала первым массовым компьютером этого класса; в начале 70-х годов число машин превысило 100 тысяч шт. Дальнейшим важным шагом  был переход от мини- к микро-ЭВМ; этот новый структурный уровень  ВТ начал формироваться на рубеже 70-х годов, когда появление БИС  дало возможность создать универсальный  процессор на одном кристалле. Первый микропроцессор Intel-4004 был создан в 1971 г. и содержал 2250 элементов, а первый универсальный микропроцессор Intel-8080, явившийся стандартом микрокомпьютерной  технологии и созданный в 1974 г., содержал уже 4500 элементов и послужил основой  для создания первых ПК. В 1979 г. выпускается один из самых мощных и универсальных 16-битный микропроцессор Motorolla-68000 с 70 000 элементами, а в 1981 г. — первый 32-битный микропроцессор Hewlett Packard с 450 тыс. элементами.

Рис. 9 ПЭВМ Altair-8800

 

Первым ПК можно считать Altair-8800¹⁴, созданный на базе микропроцессора Intel-8080 в 1974 г. Эдвардом Робертсом. Компьютер рассылался по почте, стоил всего 397 долларов и имел возможности для расширения периферийными устройствами (всего 256 байт ОЗУ!!!). Для Altair-8800 Пол Аллен и Бил Гейтс создали транслятор с популярного языка Basic, существенно увеличив интеллектуальность первого ПК (впоследствии они основали знаменитую теперь компанию Microsoft Inc). Комплектация ПК цветным монитором привела к созданию конкурирующей модели ПК Z-2; через год после появления первого ПК Altair-8800 их в производство ПК включилось более 20 различных компаний и фирм; начала формироваться ПК-индустрия (собственно производство ПК, их сбыт, периодические и непериодические издания, выставки, конференции и т.д.). А уже в 1977 г. были запущены в серийное производство три модели ПК Apple-2 (фирма Apple Computers), TRS-80 (фирма Tandy Radio Shark) и PET (фирма Commodore), из которых в конкурентной борьбе сначала отстающая фирма Apple становится вскоре лидером производства ПК (ее модель Apple-2 имела огромный успех). К 1980 г. корпорация Apple выходит на Уолл-стрит с самым большим акционерным капиталом и годовым доходом в 117 миллионов долларов.

Но уже в 1981 годы фирма IBM, во избежание потери массового рынка. Начинает выпуск своих ныне широко известных серий ПК IBM PC/XT/AT и PS/2, открывших новую эпоху персональной ВТ. Выход на арену ПК-индустрии гиганта IBM ставит производство ПК на промышленную основу. Что позволяет решить целый ряд важных для пользователя вопросов (стандартизация, унификация, развитое программное обеспечение и другого), которым фирма уделяла большое внимание уже в рамках производства серий IBM/360 и IBM/370. Можно с полным основанием полагать, что за короткий период времени, прошедший с дебюта Altair-8800 до IBM PC, к ВТ приобщилось больше людей, чем за весь долгий период — от аналитической машины Бэбиджа до изобретения первых ИС.

Первой ЭВМ, открывающей  собственно класс супер-ЭВМ, можно  считать модель Amdahl 470V16, созданную  в 1975 г. и совместимую с IBM-серией. Машина использовала эффективный принцип  распараллеливания на основе конвейерной  обработки команд, а элементная база использовала БИС-технологию. В настоящее  время к классу супер-ЭВМ относят  модели, имеющие среднее быстродействие не менее 20 мегафлопсов (1 мегафлопс = 1 млн операций в с плавающей  точкой в секунду). Первой моделью  с такой производительностью  явилась во многом уникальная ЭВМ ILLIAC-IV, созданная в 1975 г. в США и имеющая  максимальное быстродействие порядка 50 мегафлопсов. Данная модель оказала  огромное влияние на последующее  развитие супер-ЭВМ с матричной  архитектурой. Яркая страница в истории  супер-ЭВМ связана с Cray-серией С. Крея, первая модель Cray-1 которой была создана в 1976 г. и имела пиковое  быстродействие в 130 мегафлопсов. Архитектура  модели базировалась на конвейерном  принципе векторной и скалярной  обработки данных с элементной базой  на СБИС. Именно данная модель положила начало классу современных супер-ЭВМ. Следует отметить, что не смотря на ряд интересных архитектурных  решений, успех модели был достигнут, в основном, за счет удачных технологических  решений. Последующие модели Cray-2, Cray Х-МР, Cray-3, Cray-4 довели производительность серии до порядка 10 тыс. мегафлопсов, а модель Cray МР, использующая новую архитектуру на 64 процессорах и элементную базу на новых кремниевых микросхемах, обладала пиковой производительностью порядка 50 гигафлопсов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.5 ЭВМ 5-го поколения. 1990-настоящее время

 

С 90-х годов в истории развития вычислительной техники наступила пора пятого поколения. Высокая скорость выполнения арифметических вычислений дополняется высокими скоростями логического вывода.

Сверхбольшие интегральные схемы повышенной степени интеграции, использование оптоэлектронных  принципов (лазеры, голография).

Способны воспринимать информацию с рукописного или печатного  текста, с бланков, с человеческого  голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка  на другой. Используются модели и средства, разработанные в области искусственного интеллекта. Архитектура содержит несколько  блоков: блок общения – обеспечивает интерфейс между пользователем и ЭВМ на естественном языке; база знаний – хранятся знания, накопленные человечеством в различных предметных областях; решатель - организует подготовку программы решения задачи на основании знаний, получаемых из базы знаний и исходных данных, полученных из блока общения. Ядро вычислительной системы составляет ЭВМ высокой производительности.

В связи с появлением новой  базовой структуры ЭВМ в машинах  пятого поколения широко используются модели и средства, разработанные  в области искусственного интеллекта.

Классификация ЭВМ

Существует достаточно много  систем классификации по различным  признакам.

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Классификация по назначению

 

1. СуперЭВМ предназначены для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных. Это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).

2. Большие ЭВМ - для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров. Мэйнфреймы, предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 — 300 рабочих мест.

3. Средние ЭВМ - широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов.

4. Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.

5. Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

 

 

 

 

 

 

7. Классификация ПК по типоразмерам

 

1. Настольные (desktop) - используются для оборудования рабочих мест, отличаются простотой изменения конфигурации. Наиболее распространены.
2. Портативные – удобны для транспортировки, можно работать при отсутствии рабочего места.

Основные разновидности портативных  компьютеров:

Laptop (наколенник, от lap> — колено и top — поверх). По размерам близок к обычному портфелю. По основным характеристикам (быстродействие, память) примерно соответствует настольным ПК. Сейчас компьютеры этого типа уступают место ещё меньшим.

Notebook (блокнот, записная книжка). По размерам он ближе к книге крупного формата. Имеет вес около 3 кг. Является переносным персональным компьютером. Он имеет компактные габариты и встроенные аккумуляторы, позволяющие работать без сетевого напряжения.

Palmtop (наладонник) — это самый маленький ПК. Он не имеет внешней памяти на магнитных дисках, она заменена на энергозависимую электронную память. Эта память может перезаписываться при помощи линии связи с настольным компьютером. Карманный компьютер можно использовать как словарь-переводчик или записную книжку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Классификация по условиям эксплуатации

 

По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два типа:

1. офисные (универсальные) – на их основе можно собирать вычислительные системы произвольного состава;
2. специализированные – предназначены для решения конкретного круга задач (например, бортовые компьютеры автомобилей, самолетов).

Основные принципы функционирования ПК

Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался  электронной вычислительной машиной  – ЭВМ. Общие принципы работы универсальных  вычислительных устройств были сформулированы известным американским математиком  Джоном фон Нейманом в 1946 году: