2. Истоки зарождения вычислительной техники. Этапы развития вт. Поколения эвм.

История зарождения и развития вычислительной техники довольно коротка. Ее принято исчислять с 1833 г., когда английский математик Чарльз Беббидж впервые проникся идеей создания механического «вычислительного помощника», используя принцип программного управления. Потребовалось более 100 лет, чтобы эта идея, обогащенная американским математиком Дж. Фон Нейманом в 1945–47 гг. и базирующаяся на появившихся к тому времени электронных лампах, положила начало эры ЭВМ. С момента создания в 1947 г. первой программно-управляемой цифровой ЭВМ начался бурный прогресс вычислительной техники. Совершенствование элементной базы привело к существенному уменьшению размеров, стоимости и энергопотребления, а также к повышению быстродействия и надежности ЭВМ.

Первая персональная машина была сконструирована американской фирмой MITS в 1975 г. и названа Altair 8800. Следующая ПЭВМ была создана двумя молодыми американцами С. Возняком и С. Джобсом в 1976 г. Она получила название Apple-I. Весной 1977 г. ими же был изготовлен относительно дешевый и вместе с тем вполне законченный персональный компьютер Apple-II.

Первые персональные компьютеры были 8-разрядными. В начале 1980-х гг. в число производителей ПЭВМ влились компьютерные гиганты International Business Machine Corp. (IBM), DEC и Hewlett-Packard (HP). Это не могло не привести к структурным изменениям на рынке персональных компьютеров. Так, в 1981 г. IBM выпустила свою первую удачную 16-разрядную модель PC (Personal Computer) и с этого момента стала флагманом в производстве не только больших, но и персональных ЭВМ. В 1983 г. и 1984 г. появились новые модели машин этой же фирмы, а именно: PC XT (extended Technology) и PC AT (Advanced Technology) соответственно. Они стали неписаными стандартами в области ПЭВМ. Многие фирмы-производители освоили выпуск двойников этих изделий, улучшая некоторые из их характеристик или снижая стоимость.

В 1987 г. на рынке ПЭВМ произошло новое потрясение – фирма IBM объявила о выпуске следующего семейства ПЭВМ – PS/2 (Personal System/2), в которое включены не только 16-ти, но и 32-разрядные модели машин. Подавляющее большинство выпускаемых до этого ПЭВМ были 16-разрядными, а наиболее простые и устаревающие – 8-разрядными.

В 1989 г. произошло еще одно важное событие – британская компания Apricot приступила к производству 32 разрядной ПЭВМ на базе нового МП фирмы Intel–80486. Она получила название Apricot VX FT Server.

Таким образом, всего лишь полтора десятка лет понадобилось для того, чтобы ПЭВМ прошли путь от 8-разрядных «игрушек» до 32 и 64-разрядных ЭВМ, обладающих высокими техническими характеристиками и находящих все новые и новые области применения.

Основные этапы:

- зарождение (1948-1952 г)

- расцвет (1950- 1960 г)

-подражание (1970-1980)

- крах и надежды на возрождение (1990 г)

Первое поколение ЭВМ. Компьютеры на электронных лампах

В 1942 году Джей Пр. Экерт и Джон Маучли вместе со своими сотрудниками-единомышленниками в школе электрических разработок университета штата Пенсильвания задумывают постройку быстродействующей электронно-вычислительной машины. Эта машина предназначалась для проведения математических расчетов в военном деле и получила название "ЭНИАК" Выполнял он 300 операций умножения за одну секунду! Такой производительности удалось достичь за счет хранения в памяти машины готовых результатов таблиц умножения (вспомогательных таблиц умножения).

Размещалась эта машина на площади 167,3 кв. м и имела мощность более 180 кВт. В качестве электронных переключателей вместо "медленных" реле "ЭНИАК" использовал 18 тысяч вакуумных ламп.

Как и у многих современных вычислительных машин, вычислитель "ЭНИАК" состоял из нескольких блоков-устройств. Один блок умножал, другой мог извлекать квадратный корень и делить. Кроме того, имелось еще 20 десятичных регистров-счетчиков, которые использовались для сложения и для временного результатов. Для чтения чисел из регистров и записи в них требовалось 0,0002 секунды.Изменение программы вычислений, производимых машиной, требовало немалых (в том числе и физических) усилий.

Еще до окончания постройки "ЭНИАК" машиной заинтересовался выдающийся американский математик Джон фон Нейман (1903−1957) и принял участие в работе группы Маучли-Экерта. Он существенно усовершенствовал машину, предложив создать блок со стандартным набором кабельных соединений всех команд и всех функций. Управлять процессом вычислений стала программа, хранящаяся в выделенной области памяти. Программа представляла собой набор двоичных чисел.

Внушительный перечень решенных проблем и широкие возможности применения "ЭНИАК" позволили говорить о появлении первого поколения компьютеров. Однако позже, в 1971 году, право называть "ЭНИАК" первой цифровой вычислительной машиной было оспорено.Тем не менее "ЭНИАК" можно назвать первой успешно функционирующей быстродействующей (с 1946-го до 1955 года) электронной цифровой машиной.

После второй мировой войны Джон фон Нейман приступил к разработке собственного компьютера, основанного на современных ему идеях. Компьютер получил название IAS (Institute for Advanced Studies – компьютер Института перспективных исследований). Впервые машина была представлена в 1952 году в Принстоне (США).

В компьютере IAS нашли применение следующие основные принципы, которые были реализованы во всех последующих цифровых машинах:

наличие арифметического устройства для выполнения арифметических действий; расположение программы и данных в общей памяти; цикл выполнения программы; последовательное расположение программы в памяти; наличие регистров (маленькой, быстрой и большой, медленной памяти) и т.д.

Компьютер IAS работал вполне эффективно, он производил умножение за 100 микросекунд, а доступ к памяти (чтение из памяти и запись в память) осуществлялся за 50 микросекунд. Для того времени эти результаты были весьма впечатляющими.

В 1954 году фон Нейман предложил основы алгоритмического языка Фортран, который потом был детально разработан и остается популярным до сих пор. Его компьютер IAS может быть назван основным представителем ЭВМ первого поколения.

Второе поколение (период от конца 50-х до конца 60-х годов). Транзисторные компьютеры

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. Упростилась эксплуатация. Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. 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.

Третье поколение (период от конца 60-х до конца 70-х годов). Интегральные схемы.

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.

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 (от конца 70-х годов по настоящее время). Большие интегральные схемы.

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. 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).

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.

ЭВМ пятого поколения – это машины недалекого будущего. 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: 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);

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

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