Поколения и виды ЭВМ. История развития и перспективы

Северо-Западный государственный университет

им. И.И.Мечникова

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по медицинской информатике на тему:

«Поколения  и виды ЭВМ.

История развития и перспективы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент 232 группы

Лечебного факультета

Аникиев А. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

Оглавление

 

 

Вступление

 

    Компьютеры появились давным-давно в нашем мире, но только в последнее время их начали так усиленно использовать во многих отраслях человеческой жизни. Ещё десять лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. А теперь? Теперь в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошёл в жизнь самих обитателей дома.

Сама идея создания искусственного интеллекта появилась очень давно, но только в 20 столетии её начали приводить в исполнение. Сначала появились огромные компьютеры, которые были зачастую размером с огромный дом. Использование таких махин было не очень удобно. Но что поделаешь? Но мир не стоял на одном месте эволюционного развития — менялись люди, менялась их Среда обитания, и вместе с ней менялись и сами технологии, всё больше совершенствуясь. И компьютеры становились всё меньше и меньше по своим размерам, пока не достигли сегодняшних размеров. Современные вычисли тельные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ.

Постепенно изучение компьютерной техники пытаются вводить  в программы школьного обучения как обязательный предмет, чтобы  ребёнок смог уже  с довольно раннего  возраста знать строение и возможности  компьютеров. А в самих школах (в основном на западе и в Америке) уже многие годы компьютеры применялись для ведения учебной документации, а теперь они используются при изучении многих учебных дисциплин, не имеющих прямого отношения к вычислительной технике.

 

 

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КОМПЬЮТЕРА.

 

      Рассматривая  историю общественного развития, марксисты утверждают, что   ’’история есть не что иное, как последовательная смена отдельных поколений ’’. Очевидно, это справедливо и для истории компьютеров.

Вот некоторые определения термина ’’ поколение компьютеров ’’, взятые из 2-х источников. ’’ Поколения вычислительных машин - это сложившееся в последнее время разбиение вычислительных машин на классы, определяемые элементной базой и производительностью ’’.¹ ″Поколения компьютеров - нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и в последнее время - программных  средств ″.²

Утверждение понятия  принадлежности компьютеров к тому или иному поколению и появление  самого термина  ’’ поколение ’’ относится к 1964 г., когда фирма IBM выпустила серию компьютеров IBM / 360 на гибридных микросхемах (монолитные интегральные схемы в то время ещё не выпускались в достаточном количестве), назвав эту серию компьютерами третьего поколения. Соответственно предыдущие компьютеры - на транзисторах и электронных лампах - компьютерами второго и третьего поколений. В дальнейшем эта классификация, вошедшая в употребление, была расширена и появились компьютеры четвёртого и пятого поколений.

Для понимания истории  компьютерной техники введённая классификация имела, по крайней мере, два аспекта: первый - вся деятельность, связанная с компьютерами, до создания компьютеров ENIAC рассматривалась как предыстория; второй - развитие компьютерной техники определялось непосредственно в терминах технологии аппаратуры и схем.

Второй аспект подтверждает и главный конструктор фирмы DEC и один из изобретателей мини-компьютеров Г.Белл, говоря, что ’’ история компьютерной индустрии почти всегда двигалась технологией’’.

Переходя к оценке и рассмотрению различных поколений, необходимо прежде всего заметить, что поскольку процесс создания компьютеров происходил и происходит непрерывно ( в нём участвуют многие разработчики из многих стран, имеющие дело с решением различных проблем ), затруднительно, а в некоторых случаях и бесполезно, пытается точно установить, когда то или иное поколение начиналось или заканчивалось.

В 1883 г. Томас Альва  Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью, ввёл в её вакуумный баллон платиновый электрод и положи тельное напряжение, то в вакууме между электродом и нитью протекает ток.

Не найдя никакого объяснения столь необычному явлению, Эдисон ограничивается тем, что подробно описал его, на всякий случай взял  патент и отправил лампу на Филадельфийскую выставку. О ней в декабре 1884 г. в журнале ’’Инженеринг’’  была заметка ’’ Явление в лампочке Эдисона’’.

 Американский изобретатель  не распознал открытия исключительной  важности (по сути это было  его единственное фундаментальное открытие - термоэлектронная эмиссия).Он не понял, что его лампа накаливания с платиновым электродом по существу была первой в мире  электронной лампой.

    Первым, кому  пришла в голову мысль о  практическом использовании ’’  эффекта Эдисона ’’ был английский  физик  Дж. А. Флеминг (1849 - 1945 ). Работая с 1882 г. консультантом эдисоновской  компании в Лондоне, он узнал о ’’ явлении ’’ из первых уст - от самого Эдисона. Свой диод - двухэлектродную  лампу Флейминг создал в 1904 г.

В октябре 1906 г. американский инженер Ли де Форест изобрёл электронную лампу - усилитель, или аудион, как он её тогда назвал, имевший третий электрод - сетку. Им был введён принцип, на основе  которого строились все дальнейшие электронные лампы, - управление током, протекающим между анодом и катодом, с помощью других вспомогательных элементов.

В 1910 г. немецкий инженеры  Либен, Рейнс и Штраус сконструировали  триод, сетка в котором выполнялась  в форме перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, а чтобы увеличить эмиссионный ток, они предложили покрыть нить накала слоем окиси бария или кальция.

В 1911 г. американский физик  Ч. Д. Кулидж  предложил  применить  в качестве покрытия вольфрамовой нити накала окись тория - оксидный катод - и получил вольфрамовую проволоку, которая произвела переворот в ламповой промышленности.   

В 1915 г. американский физик  Ирвинг Ленгмюр сконструировал двух электронную  лампу - кенотрон, применяемую  в качестве выпрямительной лампы  в источниках питания. В 1916 г. ламповая промышленность стала выпускать особый тип конструкции ламп - генераторные лампы с водяным охлаждением.

Идея лампы с двумя  сотками - тетрода была высказана в 1919 г. немецким физиком Вальтером  Шоттки и независимо от него в 1923 г. - американцем  Э. У. Халлом, а реализована эта идея англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х г.г. В 1929 г. голландские учёные Г. Хольст  и Б. Теллеген создали электронную лампу с 3-мя сетками - пентод. В 1932 г. был создан гептод, в 1933 - гексод и пентагрид, в 1935  появились лампы в металлических корпусах.. Дальнейшее  развитие электронных ламп шло по пути улучшения их функциональных характеристик, по пути многофункционального использования.

    Проекты и реализация  машин ’’ Марк - 1 ’’, EDSAC и EDVAC в Англии и США , МЭСМ в СССР заложили основу для развёртывания работ по созданию ЭВМ вакуумноламповой технологии - серийных ЭВМ первого поколения.

Разработка первой электронной  серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 г. Эккертом и Маучли, основавшими в декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец машины ( UNIVAC-1 ) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство в ёмкостью 1000 12 -разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки. Вскоре после ввода в эксплуатацию машины UNVIAC - 1 её разработчики выдвинули идею автоматического программирования. Она сводилась к тому, чтобы машина сама могла подготавливать такую последовательность команд, которая нужна для решения данной задачи.

Пятидесятые годы - годы расцвета компьютерной техники, годы значительных достижений и нововведений как в архитектурном, так и в научно - техническом отношении. Отличительные особенности в архитектуре современной ЭВМ по сравнению с неймановской архитектурой впервые появились в ЭВМ первого поколения.

Сильным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 50 -х  г.г. было отсутствие быстродействующей памяти. По словам одного из пионеров вычислительной техники - Д. Эккерта, ’’ архитектура машины определяется памятью ’’. Исследователи сосредоточили свои усилия на запоминающих свойствах ферритовых колец, нанизанных на проволочные матрицы.

    В 1951 г. в 22 - м томе ’’ Journal of  Applid Phisics ’’ Дж. Форрестер опуб ликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации. В машине ’’ Whirlwind - 1 ’’ впервые была применена память на магнит. Она представляла собой 2 куба с 32 32 17 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16 - разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на чётность. В разработку электронных компьютеров включилась фирма IBM. В 1952 г. она выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM 701, который представлял собой синхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12000 германиевых диодов. Усовершенствованный вариант машины IBM 704 отличалась высокой скоростью работы, в ней использовались индексные регистры и данные представлялись в форме с плавающей запятой.

После ЭВМ IBM 704 была выпущена машина IBM 709, которая в архитектурном плане приближалась к машинам второго и третьего поколений. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода - вывода.

В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать новый тип памяти - дисковые ЗУ, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах  IBM 305 и RAMAC-

Последняя имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12000 об / мин. На поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10000 знаков каждая.

Вслед за первым серийным компьютером  UNIVAC - 1 фирма Remington - Rand в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC - 1103, которая работала в 50 раз быстрее. Позже в компьютере  UNIVAC - 1103 впервые  были применены программные прерывания. Сотрудники фирмы Remington - Rand использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием ’’ Short Cocle ’’ ( первый интерпретатор, созданный в 1949 г. Джоном Маучли ). Кроме того, необходимо отметить офицера ВМФ США и руководителя группы программистов, в то время капитана ( в дальнейшем единственная женщина в ВМФ- адмирала ) Грейс Хоппер, которая разработала первую программу- компилятор А- О. (Кстати, термин " компилятор " впервые ввела Г. Хоппер в 1951 г. ). Эта компилирующая программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме. Фирма IBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 г. для машины IBM 701 " Систему быстрого кодирования ". В нашей стране А. А. Ляпунов предложил один из первых языков программирования. В 1957 г. группа под руководством Д. Бэкуса завершила работу над ставшим в последствии популярным первым языком программирования высокого уровня, получившим название ФОРТРАН. Язык, реализованный впервые на ЭВМ IBM 704, способствовал расширению сферы применения компьютеров.

В Великобритании в июле 1951 г. на конференции  в Манчестерском университете М. Уилкс представил доклад " Наилучший метод конструирования автоматической машины", который стал пионерской работой по основам микропрограммирования. Предложенный им метод проектирования устройств управления нашел широкое применение. Свою идею микропрограммирования М. Уилкс реализовал в 1957 г. при создании машины EDSAC-2. М. Уилкс совместно с Д. Уиллером и С. Гиллом в 1951 г. написали первый учебник по программированию " Составление программ для электронных счетных машин " (русский перевод- 1953 г.).

В 1951 г. фирмой Ferranti начат серийный выпуск машины " Марк-1". А через 5 лет фирма Ferranti выпустила ЭВМ ’’ Pegasus ’’, в которой впервые нашла  воплощение концепция регистров общего назначения ( РОН ). С появлением РОН устранено различие между индексными регистрами и аккумуляторами, и в распоряжении программиста оказался не один, а несколько регистров - аккумуляторов.

В нашей стране в 1948 г. проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей. Развернулись работы по созданию серийных ЭВМ первого поколения.

В 1950 г. в Институте точной механики и вычислительной техники ( ИТМ и  ВТ ) организован отдел цифровых ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. В 1951 г. здесь была спроектирована машина БЭСМ ( Большая Электронная Счётная Машина ), а в 1952 г. началась её опытная эксплуатация.

В проекте вначале предполагалось применить память на трубках Вильямса, но до 1955 г. в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линии задержки.  По тем временам  БЭСМ  была весьма производительной машиной - 800 оп / с. Она имела трёхадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию, пакетам прикладных программ. Серийно машина стала выпускаться в 1956 г. под названием БЭСМ - 2. В этот же период в КБ, руководимом М. А. Лесечко, началось проектирование другой ЭВМ, получившей название ’’ Стрела ’’. Осваивать серийное производство этой машины было поручено московскому заводу САМ. Главным конструктором стал Ю. А. Базилевский, а  одним из его помощников - Б. И. Рамеев, в дальнейшем конструктор серии ’’ Урал ’’. Проблемы серийного производства предопределили некоторые особенности ’’ Стрелы ’’ : невысокое по сравнению с БЭСМ быстродействие, просторный монтаж и т. д. В машине в качестве внешней памяти применялись 45 - дорожечные  магнитные ленты, а оперативная память - на трубках Вильямса. ’’ Стрела ’’ имела большую разрядность и удобную систему команд. Первая ЭВМ ’’ Стрела ’’ была установлена в отделении прикладной математики  Математического института АН ( МИАН ), а в конце 1953 г. началось серийное её производство.