Современные логические машины – четвертый этап развития вычислительной техники и информационных технологий

Четвёртый этап развития логических машин характерен применением ЭВМ IV поколения.

Переход к машинам четвертого поколения – ЭВМ на больших интегральных схемах (БИС) – происходил во второй половине 70-х годов и завершился приблизительно к 1980 г. Теперь на одном кристалле размером 1 кв.см стали размещаться сотни тысяч электронных элементов. Скорость и объем памяти возросли в десятки тысяч раз по сравнению с машинами первого поколения и составили примерно оп/сек и слов соответственно.

Характерными особенностями машин четвертого поколения являются тесная связь аппаратурной и программной реализации в структуре машины, отход от принципа минимизации аппаратуры и поручение ей функции программы, что стало возможным благодаря относительно низкой стоимости БИС.

Развитие архитектуры ЭВМ в период машин четвертого поколения привело к появлению структур, в которых вычислительный процесс может протекать по нескольким ветвям параллельно. Что приводит к увеличению производительности вычислительных машин. Идея параллелизма была технически реализована в многопроцессорных системах, состоящих из двух или более взаимосвязанных процессоров, работающих с общей памятью и управляемых общей операционной системой.

В результате возросшего быстродействия ЭВМ стало возможным расширить оперативную память за счёт введения виртуальной памяти, основанной на страничном обмене информацией между внешней и основной памятью.

Наиболее крупным достижением, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров, а затем на из основе микро-ЭВМ. Если прежние поколения ЭВМ требовали для своего расположения специальных помещений, системы вентиляции, специального оборудования для электропитания, то требования, предъявляемые к эксплуатации микро-ЭВМ ничем не отличаются от условий эксплуатации бытовых электроприборов. При этом они имеют достаточно высокую производительность, экономичны в эксплуатации и дешевы. Микро-ЭВМ используются в измерительных комплексах, системах числового программного управления, в управляющих системах различного назначения.

Дальнейшее развитие микро-ЭВМ привело к созданию персональных компьютеров (ПК), широкое распространение которых началось с 1981 г., когда фирма IBM выпустила свой первый персональный компьютер IBM PC. Сейчас такие компьютеры (совместимые с IBM PC) составляют около 90% всех производимых в мире ПК.

В ПЭВМ реализован принцип открытой архитектуры, который означает, что по мере улучшения характеристик основных блоков ПК возможна лёгкая замена устаревших частей, а модернизированный блок будет совместим с ранее использованным оборудованием. Другими преимуществами ПК являются развитые средства диалога, высокая надежность, удобство эксплуатации, наличие программного обеспечения, охватывающего практически все сферы человеческой деятельности.

В некоторых моделях ПЭВМ, при наличии свободных гнёзд, дополнительные устройства вставляются непосредственно в системный блок, например, модем для обмена информацией с другими ПЭВМ через телефонную связь или стример для хранения больших массивов информации на машинных носителях (МН).

ПЭВМ, как правило, имеет модульную структуру (рис. 2.2). Все модули связаны системной магистралью (шиной).

Рис.2.2. Структурная схема ПЭВМ с перифирийными устройствами:

АЛУ – арифметико-логическое устройство, УУ – устройство управления, ПП – постоянная память, ОП – оперативная память: ВУ – внешнее устройство; НГМД – накопитель на гибких магнитных дисках; НЖМД – накопитель на жестких магнитных дисках; НМЛ – накопитель на магнитной ленте; ПУ – печатающее устройство.

Обычно ПЭВМ включает три основных устройства: системный блок, клавиатуру и дисплей (монитор).Однако для расширения функциональных возможностей ПЭВМ можно подключить различные периферийные устройства, в частности: печатающие устройства (принтеры), накопители на магнитной ленте (стримеры), различные манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, световое перо), устройство оптического считывания изображений (сканеры), графопостроители и др.

Эти устройства подсоединяются к системному блоку с помощью кабеля через специальные гнёзда (разъёмы), которые размещаются на задней стенке системного блока.

В период машин четвертого поколения стали также серийно производиться и супер-ЭВМ. Рост степени интеграции БИС стал технологической основой производительности ЭВМ. В нескольких серийных моделях была достигнута производительность свыше 1 млрд. операций в секунду. К числу наиболее значительных разработок машин четвертого поколения относится ЭВМ «Крей-3», спроектированная на основе принципиально новой технологии - замены кремниевого кристалла арсенидом галлия, имеющая производительность до 16 млрд. операций в секунду.

Примером отечественной супер-ЭВМ является многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус» с быстродействием до операций в секунду, а также ЭВМ типа ПС-1000 (2000,3000). За рубежом в этот период появились мощные супер-ЭВМ типа «Vax», «Cray».

ЭВМ четвертого поколения применяются для АСУТП (АСУ технологическими процессами), САПР (систем автоматизированного проектирования), АСУП, ОАСУ (отраслевых АСУ), общегосударственных АСУ; плановых расчётов, статистики, материально – технического снабжения, науки и техники, финансовых расчётов и др. В 80-е годы четко обозначилась тенденция к децентрализации обраблотки данных, решению задач в многопользовательском режиме, переход к безбумажной эксплуатации вычислительной техники.

Тип АИТ четвертого этапа – это специализация технологических решений на базе мини-ЭВМ, ПЭВМ и удаленного доступа к массивам данных с одновременной универсализацией способов обработки информации на базе мощных супер-ЭВМ [31].