Методы классификации ЭВМ. Краткая характеристика основных классов.

Истоки зарождения вычислительной техники. Этапы развития ВТ. Поколения ЭВМ.

Поколения ЭВМ

Поколения компьютеров Поколения компьютеров. Ни одно техническое устройство не совершенствовалось так быстро, как компьютер. Каждые 10-12 лет происходил резкий прыжок в их конструкциях, способах производства. Новые модели быстро вытесняли стариков. Возможности и сферы их применения постоянно расширялись, а в отличие от других устройств, например, телевизоров или автомобилей, себестоимость и цена постоянно снижались.

Выделяют пять поколений компьютеров. Каждое поколение характеризуется элементной базой - видом элементов, из которых построена оперативная память и процессор, и развитием программного обеспечения.

Первое поколение (50 года). Элементной базой компьютеров первого поколения были вакуумные электронные лампы, которые сегодня еще можно увидеть в старых телевизорах и радиоприемниках. Тысячи ламп были в металлических шкафах, которые занимали много места. Весила такая машина десятки тонн. Для ее работы требовалась электростанция. Для охлаждения машины использовали мощные вентиляторы. Программирование выполняли в кодах машины, доступ к которой имели только специалисты-профессионалы.

Быстродействие составляло несколько тысяч операций за секунду. Эти машины имели небольшую оперативную память.

Второе поколение (60 года). Элементной базой компьютеров второго поколения были транзисторы, которые заменили электронные лампы. Транзисторы значительно меньше ламп и потребляют значительно меньше энергии. Поэтому размеры компьютера уменьшились. Возможности же увеличились, поскольку появились языка программирования высокого уровня и программное обеспечение. Программирование стало доступным и для не профессионалов в области компьютеров. В программном обеспечении были заранее разработанные программы решения наиболее типичных задач. Быстродействие машин достигла сотен тысяч операций за секунду. Значительно увеличилась оперативная память. Наиболее распространенными были такие марки машин: "Элиот" (Англия), "Сименс" (ФРГ), "Стретч", "CDC" (США), "Раздаи-2", серия "Минск", "Урал", "Найри", "Мир", "Бзсм-б" (в нашей стране).

Третье поколение (70 года). Элементная база компьютеров третьего поколения - интегрированные устройства (интегральные схемы, чипы). Интегрированное устройство - это небольшая пластинка из чистого кремния, на которой являются миниатюрные электронные элементы: транзисторы, резисторы и т.п..

Таких элементов на квадратном сантиметре сначала было несколько тысяч. Значительно увеличились быстродействие (до нескольких миллионов операций за секунду) и объем оперативной намятые. Развилось программное обеспечение. Удобство в пользовании открыло широкий доступ к компьютерам. Такая машина может одновременно решать несколько задач, выполняя несколько программ.

Пользователям нет потребности работать непосредственно с внутренностями компьютера не отходя ни на шаг, так- как есть пульт управления. Для работы им предоставлены терминалы (клавиатура, дисплей и устройства введения - выведения), которые могут быть отдалены от компьютера на немалые расстояния. Для сохранения информации используют магнитные ленты и магнитные диски. Магнитные носители информации стали вытеснять перфокарты и перфоленты. Начался переход к информатике. Машины третьего поколения - серия "ІВМ-360", "ІВМ-370" в США, серия ЭС в нашей стране - аналог серии "ІBM". Разработка проекта машины третьего поколения стоила фирме ІBM в 60-х годах 5 миллиардов долларов.

Четвертое поколение (80 года). Элементной базой компьютеров четвертого поколения являются крупномасштабные интегрированные устройства. Прогресс, в физике, полупроводников дал возможность разместить большое количество элементов на маленьком кристалле кремния (десятки тысяч на квадратном сантиметре). Кроме того, на одном кристалле кремния стало возможно разместить устройство, которое воссоздает работу процессора. Такие кристаллические процессоры называются микропроцессорами. Это обусловило появление микрокалькуляторов, персональных компьютеров, которые можно размещать на обычном рабочем столе, а также мощных много процессорных компьютеров. Увеличились быстродействие (к миллиарду операций за секунду), емкость оперативной памяти, удобство в пользовании. Массовое производство и сбыт обеспечили резкое снижение цен на компьютерную технику.

Пользователь снова сел за пульт управления, но уже персонального компьютера. Мощнейшие машины четвертого поколения: "Эльбрус" в нашей стране, американские машины серии "Крей" и прочие.

На уровне четвертого поколения состоялось деление машин на большие вычислительные машины и персональные компьютеры.

Сегодня уже есть несколько поколений персональных компьютеров.

Пятое поколение (90 года). Элементной базой компьютеров пятого поколения стали очень большие масштабные интегрированные устройства, которые содержат сотни тысяч элементов на квадратном сантиметре.

В 1980 г. японское правительство и некоторые фирмы объявили десятилетнюю программу создания компьютерной системы пятого поколения, которое должна была базироваться на использовании искусственного интеллекта, экспертных систем и естественного языка общения. Эту программу назвали "японским вызовом", поскольку авангардная роль в области компьютерной техники сегодня належит США.

Ну а сейчас, можно выделить, ещё пять поколений персонального PENTIUMа плюс новая оперативка, беспроводная связь, управление голосом, передача запаха, 200 гигабайт в кармане и 20 на одном диске, размер калькулятора…

Поколение первое.
Компьютеры на электронных лампах.

Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер, изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной цифры. Подробнее об электронной лампе здесь.

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.

 

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.

Поколение второе.
Транзисторные компьютеры.

1 июля 1948 года на одной из страниц "Нью-Йорк Таймс", посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма "Белл телефон лабораториз" разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором три металлических "усика" контактировали с бруском из поликристаллического германия. Подробнее о транзисторе здесь.

Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник (!!) и стоимостью всего 20 тыс. долларов (!!).

Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности.

И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х годов получило распространение хранение информации на дисках. Большие достижения в архитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций в секунду! Примерами транзисторных компьютеров могут послужить "Стретч" (Англия), "Атлас" (США). В то время СССР шел в ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня (например "БЭСМ-6").

Поколение третье.
Интегральные схемы.

Подобно тому, как появление транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения. Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм². Подробнее об интегральных схемах здесь. Первые и нтегральные с хемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала они использовались только в космической и военной технике. Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же качается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы!

Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.

 

Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

Поколение четвертое.
Большие интегральные схемы.

Вы уже знаете, что электромеханические детали счетных машин уступили место электронным лампам, которые в свою очередь уступили место транзисторам, а последние - интегральным схемам. Могло создастся впечатление, что технические возможности ЭВМ исчерпаны. В самом деле, что же можно еще придумать?

Чтобы получить ответ на этот вопрос, давайте вернемся к началу 70-х годов. Именно в это время была предпринята попытка выяснить, можно ли на одном кристалле разместить больше одной интегральной схемы. Оказалось, можно! Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном-единственном кристалле тысячи интегральных схем. Так, уже в 1980 году, центральный процессор небольшого компьютера оказался возможным разместить на кристалле, площадью всего в четверть квадратного дюйма (1,61 см²). Началась эпоха микрокомпьютеров.

 

Каково же быстродействие современной микроЭВМ? Оно в 10 раз превышает быстродействие ЭВМ третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз - быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 100000 раз - быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах.

Далее, почти 40 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили около 2,5 млн. долларов. Сегодня же ЭВМ со значительно большим быстродействием, более широкими возможностями, более высокой надежностью, существенно меньшими габаритами и более простая в эксплуатации стоит примерно 2000 долларов. Каждые 2 года стоимость ЭВМ снижается примерно в 2 раза.

Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне гигантские фирмы: Microsoft® и Intel®. Первая из них очень сильно повлияла на развитие программного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна благодаря выпускаемым ей лучшим микропроцессорам.

Пятое поколение ЭВМ"

Особого упоминания заслуживает так называемое пятое поколение, программа разработки которого была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров "пятого поколения" не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется.

 

Номенклатура видов компьютеров сегодня огромная: машины различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д. Поэтому классифицируют ЭВМ по разным признакам. Следует заметить, что любая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняшняя микроЭВМ не уступает по мощности миниЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьютеров к определенному классу довольно условно через нечеткость разделения групп, так и вследствии внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика. Рассмотрим распространенные критерии классификации компьютеров.

 

Методы классификации ЭВМ. Краткая характеристика основных классов.