Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Развитие ЭВМ

Содержание

Введение

1. Четыре поколения развития ЭВМ

1.1 Первое поколение ЭВМ

1.2 Второе поколение ЭВМ

1.3 Третье поколение ЭВМ

1.4 Четвертое поколение ЭВМ

2.Особенности ЭВМ пятого поколения

Заключение

Введение

Сегодня уже невозможно представить свою жизнь без персонального компьютера. Обычный системный блок, к которому мы все так давно привыкли, стал абсолютно обыденной вещью. Мы уже не обращаем на него внимания как на чудо техники и на гений человеческого прогресса. Сегодня каждый, сколько бы ему ни было лет, может зайти домой и свободно воспользоваться стандартным пакетом услуг, которые установлены на любом компьютере. Но мало кто помнит о том громадном пути, который проделали ЭВМ для того, чтобы стать сегодняшним компьютером. Мы пользуемся сегодняшними плодами прогресса как совершенно обыденными вещами: как водой или электричеством. В памяти многих из нас не сохранились картинки тех лет, когда компьютер представлялся чем-то особенным и таинственным. Когда профессия "программист" вызывала массу непонятных восклицаний и завистливых взглядов. Мало кто помнит про перфокарты, но, что самое удивительное, люди уже начали забывать про обычные дискеты, которые до недавнего времени были незаменимы в использовании персонального компьютера. Цель и задача данной курсовой работы: проанализировать развитие электронно-вычислительных машин на всех пяти этапах, попытаться понять и представить себе, насколько сильно наука прыгнула вперед за такой короткий промежуток времени.

1. Четыре поколения развития ЭВМ

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появилась первая электронная вычислительная машина. За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений вычислительных машин, а первые ЭВМ сегодня являются музейной редкостью. Сама история развития вычислительной техники представляет немалый интерес, показывая тесную взаимосвязь математики с физикой (прежде всего с физикой твердого тела, полупроводников, электроникой) и современной технологией, уровнем развития которой во многом определяется прогресс в производстве средств вычислительной техники.

Электронно-вычислительные машины у нас в стране принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всего быстрота смены поколений - за ее короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению? Это прежде всего их элементная база (из каких в основном элементов они построены), и такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Конечно же, деление ЭВМ на поколения в определенной мере условно. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим - к другому поколению. И все же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники.

1.1 Первое поколение ЭВМ

Созданию первого реле предшествовало изобретение в 1824 г. англичанином Стардженом электромагнита - устройства, преобразующего входной электрический ток проволочной катушки, намотанной на железный сердечник, в магнитное поле, образующееся внутри и вне этого сердечника. Магнитное поле фиксировалось (обнаруживалось) своим воздействием на ферромагнитный материал, расположенный вблизи сердечника. Этот материал притягивался к сердечнику электромагнита.

Впоследствии эффект преобразования энергии электрического тока в механическую энергию осмысленного перемещения внешнего ферромагнитного материала (якоря) лег в основу различных электромеханических устройств электросвязи (телеграфии и телефонии), электротехники, электроэнергетики. Одним из первых таких устройств было электромагнитное реле, изобретенное американцем Дж. Генри в 1831 г.

Следует отметить, что первое релейное устройство представляло собой не коммутационное реле.

Электрический сигнал от внешнего источника после преобразования электромагнитом этого реле в магнитное поле приводил в движение якорь, который, перемещаясь, ударял по корпусу металлического колокола, вызывая звуковой сигнал. Очевидно, что электромагнит с внешним якорем лег в основу конструкции и первого коммутационного реле, использованного в телеграфном аппарате, построенном в 1837 г. американским художником и изобретателем С. Бризом (Морзе), создавшим позднее к нему и код – азбуку Морзе.

ЭВМ первого поколения отличались невысокой надежностью, требовали системы охлаждения и имели значительные габариты. Процесс программирования требовал значительного искусства, хорошего знания архитектуры ЭВМ и ее программных возможностей. Сначала использовалось программирование в кодах ЭВМ (машинный код), затем появились автокоды и ассемблеры, в определенной мере автоматизирующие процесс программирования задач. ЭВМ первого поколения использовались для научно-технических расчетов. Процесс программирования больше напоминал искусство, которым занимался весьма узкий круг математиков, электроников и физиков.

Отечественная ЭВМ БЭСМ явилась первой и одной из самых быстродействующих в континентальной Европе. Наиболее важными экспериментальными проектами ЭВМ данного поколения являются: Manchester Mark 1, EDSAC, EDVAC, SEAC, WhirlWind, IAS, ENIAC.

Самыми первыми серийными ЭВМ стали: Ferranti Mark 1, UNIVAC 1, LEO 1.

1.2 Второе поколение ЭВМ

Второе поколение характеризуется рядом прогрессивных архитектурных решений и дальнейшим развитием технологии программирования.

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 вычислительной техники, снизить ее габариты и потребляемую мощность, а также значительно повысить производительность. Это позволило создавать ЭВМ 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, позволившая существенно расширить сферу применения ВТ, приступить к созданию автоматизированных систем управления предприятиями (АСУ), целыми отраслями (ОАСУ) и технологическими процессами (АСУТП). Однако данный прогресс обеспечивался не только собственно развитием ЭВМ, большую роль здесь играло и развитие сопутствующего оборудования (средства ввода/вывода, внешняя память и др

В качестве устройств хранения и обработки информации на смену вакуумным лампам пришли транзисторы. Работа транзисторов была более стабильна, чем у вакуумных ламп. Транзисторы выделяли меньше тепла и потребляли меньше энергии.

В ЭВМ ATLAS, являющейся, пожалуй, последним большим проектом второго поколения, был использован ряд новшеств, в дальнейшем нашедших свое развитие в моделях следующего поколения: концепция виртуальной памяти и аппаратная система прерываний (экстракодов) и др. Обе концепции были взяты на вооружение многими последующими разработчиками ЭВМ, а вызовы супервизора (SVC) операционной системы OS/360 широко известной серии IBM System/360 являются прямым следствием этой концепции.

В СССР второе поколение начинается с ЭВМ РАЗДАН (1960 г.) Наилучшей отечественной ЭВМ 2-го поколения по праву считается модель БЭСМ-6, созданная в 1966г. Она имела основную и промежуточную (на магнитных барабанах) память объемами соответственно 128К и 512К. Быстродействие порядка 1 млн. операций/сек и довольно обширную периферию (магнитные ленты и диски, графопостроители, разнообразные устройства ввода/вывода). Наиболее же массовыми советскими ЭВМ второго поколения были модели МИНСК-22 и МИНСК-32,хорошо себя зарекомендовавшие в эксплуатации при решении широкого круга задач.

1.3 Третье поколение ЭВМ

Третье поколение связывается с появлением ЭВМ с элементной базой на интегральных схемах (ИС). В январе 1959 г. Д. Килби была создана первая интегральная схема, 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 интегральных схем и объемом в 150 раз меньшим, чем у аналогичной ЭВМ старого образца. Но у интегральной схемы Килби был ряд существенных недостатков, которые были устранены с появлением в том же году планарных интегральных схем Р. Нойса. С этого момента ИС-технология начала свое триумфальное шествие, захватывая все новые разделы современной электроники и, в первую очередь, вычислительную технику.

Первые специальные бортовые ЭВМ по ИС-технологии проектируются и строятся по заказам военного ведомства США. Новая технология обеспечивала большие надежность, технологичность и быстродействие вычислительной техники при существенном уменьшении ее габаритов. На одном квадратном миллиметре интегральной схемы оказалось возможным размещать тысячи логических элементов. Однако не только ИС-технология определила появление нового поколения ЭВМ - ЭВМ третьего поколения, как правило, образуют серии моделей, программно совместимых снизу вверх и обладающих возрастающими от модели к модели возможностями. Вместе с тем, данная технология позволяла реализовывать намного более сложные логические архитектуры ЭВМ и их периферийного оборудования, что существенно расширяло функциональные и вычислительные возможности ЭВМ.

Наиболее важным критерием различия ЭВМ второго и третьего поколений является существенное развитие архитектуры ЭВМ, удовлетворяющей требованиям как решаемых задач, так и работающих на них программистов.

Первой серией, с которой принято вести отсчет третьего поколения, является широко известная серия моделей IBM Series/360 (или кратко IBM/360), серийный выпуск которой был начат в США в 1964 г; а уже к 1970 г. серия включала 11 моделей. Данная серия оказала большое влияние на дальнейшее развитие ЭВМ общего назначения во всех странах в качестве эталона и стандарта для многих проектных решений в области вычислительной техники. Среди других ЭВМ третьего поколения можно отметить такие модели как PDP-8, PDP-11, B3500 и целый ряд других. В СССР и других странах СЭВ с 1972 г. было начато производство Единой серии ЭВМ (ЕС ЭВМ), копирующей (насколько это было технологически возможно) серию IBM/360. Наряду с серией ЕС ЭВМ в странах СЭВ и СССР с 1970 г. было начато производство серии малых ЭВМ (СМ ЭВМ), совместимой с известной PDP-серией.

Конец 60-х годов в СССР характеризуется большим разнообразием несовместимых средств вычислительной техники, серьезно уступающим по основным показателям лучшим зарубежным моделям, что потребовало выработки более разумной технической политики в данном стратегически важном вопросе. Принимая во внимание весьма серьезное отставание в этом вопросе от развитых в компьютерном отношении стран (и в первую очередь, от извечного конкурента - США) и было принято вышеуказанное решение, выглядевшее весьма заманчиво - использовать отработанную и апробированную в течение 5 лет и уже хорошо зарекомендовавшую себя IBM-серию с целью быстрого и дешевого внедрения ее в народное хозяйство, открывая широкий доступ к весьма богатому программному обеспечению, созданному к тому времени за рубежом.

1.4 Четвертое поколение ЭВМ

Конструктивно-технологической основой вычислительной техники четвертого поколения становятся большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы, созданные в 70-80-х годах. С помощью БИС на одном кристалле можно создать устройства, содержащие тысячи и десятки тысяч транзисторов. Компактность узлов при использовании БИС позволяет строить ЭВМ с большим числом вычислительных устройств - процессоров (так называемые многопроцессорные вычислительные системы). При этом, БИС - технология частично использовалась уже и в проектах предыдущего поколения (IBM/360, ЕС ЭВМ ряд-2 и др.).

Наиболее важный в концептуальном плане критерий, по которому ЭВМ четвертого поколения можно отделить от ЭВМ третьего поколения, состоит в том, что первые проектировались уже в расчете на эффективное использование современных языков программирования 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 IBM/370, которая в отличие от не менее известной серии IBM/360 третьего 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.

В отличие от вычислительной техники первых трех поколений ЭВМ четвертого поколения правильнее было бы характеризовать тремя основными показателями:

элементной базой (СБИС),

персональным характером использования (ПК),

нетрадиционной архитектурой (супер-ЭВМ).

Первым ПК можно считать Altair-8800, созданный на базе микропроцессора Intel-8080 в 1974 г. Э. Робертсом. Компьютер рассылался по почте, стоил всего 397 $ и имел возможности для расширения периферийными устройствами. Для Altair-8800 П. Аллен и У. Гейтс создали транслятор с популярного языка Basic, существенно увеличив интеллектуальность первого ПК (впоследствии они основали теперь знаменитую компанию MicroSoft Inc). Доработка ПК цветным монитором привела к созданию конкурирующей модели ПК Z-2. Через год после появления первого Altair-8800 в производство ПК включилось более 20 различных компаний и фирм. Начала формироваться ПК-индустрия 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 млн. $.

Но уже в 1981 г. 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 др.), которым фирма уделяла большое внимание уже в рамках производства серий IBM/360 и IBM/370.

2. Особенности ЭВМ Пятого поколения.

Переход к компьютерам пятого поколения предполагал переход к новым архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта.

Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них - собственно компьютер, в котором связь с пользователем осуществляет блок, называемый "интеллектуальным интерфейсом". Задача интерфейса - понять текст, написанный на естественном языке или речь, и изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу.

Основные требования к компьютерам 5-го поколения: Создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов); Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; Создание новых технологий в производстве вычислительной техники; Создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз данных и работу с ними, были созданы специальные объектно ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.

К классу суперкомпьютеров относят компьютеры, которые имеют максимальную на время их выпуска производительность, или так называемые компьтеры 5-го поколения.

Первые суперкомпьютеры появились уже среди компьютеров второго поколения (1955 - 1964, см. компьютеры второго поколения), они были предназначены для решения сложных задач, требовавших высокой скорости вычислений. Это LARC фирмы UNIVAC, Stretch фирмы IBM и "CDC-6600" (семейство CYBER) фирмы Control Data Corporation, в них были применены методы параллельной обработки (увеличивающие число операций, выполняемых в единицу времени), конвейеризация команд (когда во время выполнения одной команды вторая считывается из памяти и готовится к выполнению) и параллельная обработка при помощи процессора сложной структуры, состоящего из матрицы процессоров обработки данных и специального управляющего процессора, который распределяет задачи и управляет потоком данных в системе. Компьютеры, выполняющие параллельно несколько программ при помощи нескольких микропроцессоров, получили название мультипроцессорных систем.

Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами - векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном - выдаёт сразу векторые команды

Компьютеры фирмы Cray Research стали классикой в области векторно-конвейерных суперкомпьютеров. Существует легенда, что первый суперкомпьютер Cray был собран в гараже, однако этот гараж был размером 20 х 20 метров, а платы для нового компьютера заказывались на лучших заводах США.

Компьютер Cray-1, работа над которым была закончена в 1976 году относится к классу первых сверхвысокопроизводительных векторных компьютеров. К этому классу относятся также машины Иллиак-IV, STAR-100, ASC. Производительность Cray-1 составляла 166 Мфлоп/сек. Компьютер был собран на интегральных схемах. Выполнял 128 инструкций. В состав структуры компьютера Cray-1 входили:

1. Основная память, объемом до 1048576 слов, разделенная на 16 независимых блоков, емкостью 64К слов каждый;

2. Регистровая память, состоящая из пяти групп быстрых регистров, предназначенных для хранения и преобразования адресов, для хранения и обработки векторных величин;

3. Функциональные модули, в состав которых входят 12 параллельно работающих устройств, служащих для выполнения арифметических и логических операций над адресами, скалярными и векторными величинами.

Двенадцать функциональных устройств машины Cray-1, играющие роль арифметико-логических преобразователей, не имеют непосредственной связи с основной памятью. Так же как и в машинах семейства CDC-6000, они имеют доступ только к быстрым операционным регистрам, из которых выбираются операнды и в которые записываются результаты выполнения операций;

4. Устройство, выполняющее функции управления параллельной работой модулей, блоков и устройств центрального процессора;

5. 24 канала ввода-вывода, организованные в 6 групп с максимальной пропускной способностью 500000 слов в секунду (2 млн. байт в сек.);

6. Три группы операционных регистров, непосредственно связанных с арифметико-логическими устройствами, называются основными. К ним относятся восемь А-регистров, состоящих из 24 разрядов каждый. А-регистры связаны с двумя функциональными модулями, выполняющими сложение (вычитание) и умножение целых чисел. Эти операции используются главным образом для преобразования адресов, их базирования и индексирования. Они также используются для организации счетчиков циклов. В ряде случаев А-регистры используются для выполнения арифметических операций над целыми числами.

До середины 80-х годов в списке крупнейших производителей суперкомпьютеров в мире были фирмы Sperry Univac и Burroughs. Первая известна, в частности, своими мэйнфреймами UNIVAC-1108 и UNIVAC-1110, которые широко использовались в университетах и государственных организациях.

После слияния Sperry Univac и Burroughs объединенная фирма UNISYS продолжала поддерживать обе линии мэйнфреймов с сохранением совместимости снизу вверх в каждой. Это является ярким свидетельством непреложного правила, поддерживавшего развитие мэйнфреймов - сохранение работоспособности ранее разработанного программного обеспечения.

В мире суперкомпьютеров известна и компания Intel. Многопроцессорные компьютеры Paragon фирмы Intel в семействе многопроцессорных структур с распределенной памятью стали такой же классикой, как компьютеры фирмы Cray Research в области векторно-конвейерных суперкомпьютеров.

Заключение

Проделав свое исследование на основе полученных из интернета статей об истории развития ЭВМ, я могу заключить, что ЭВМ развивалось достаточно быстро. Цель, которую я ставил перед собой в начале моего исследования (проанализировать все основные этапы развития ЭВМ) считаю достигнутой.

На начальном этапе появление ЕС ЭВМ привело к унификации компьютерных систем, позволило установить начальные стандарты программирования и организовывать широкомасштабные проекты, связанные с внедрением программ. До этого программы, как правило, эксплуатировались исключительно организацией-разработчиком, а внедрение было затруднительным из-за разнородности компьютерной техники по стране. Без подобного рода унификации постановка глобальных задач типа АСУ была бы просто невозможна.

В целом, внедрение ЕС ЭВМ позволило сократить отставание отечественной компьютерной отрасли от США по ряду позиций (проектирование архитектуры аппаратно-программных комплексов, разработка программного обеспечения, системотехника, применение ЭВМ для управления данными), а по отдельным направлениям даже выйти на лидирующие позиции (разработка матричных процессоров, разработка эффективных методов интеграции нескольких ОС на одной ЭВМ).

Ценой этого было повсеместное свёртывание собственных оригинальных разработок и попадание в зависимость от идей и концепций фирмы IBM.

В 1980-е годы повсеместное внедрение ЕС ЭВМ превратилось в серьёзный тормоз для развития отрасли. После дорогостоящих и заранее спланированных закупок руководители предприятий были вынуждены эксплуатировать морально устаревшие компьютерные системы. Параллельно развивались системы на малых машинах и на персональных компьютерах, которые становились всё более и более популярны. В то время мало кто имел взвешенную оценку достоинств и недостатков различных архитектур, и точки зрения, как правило, сводились к двум полярным мнениям: "персоналки — это несерьёзно, солидные задачи надо решать на солидных машинах" и "большие ЭВМ — это каменный век, мы сейчас быстренько всё перепишем на персональном компьютере". К сожалению, у части специалистов такая однобокость во взглядах не преодолена до сих пор.

На позднейшем этапе, в 1990-е годы, наступил переломный момент. Отечественная промышленность, вступившая в глубокий экономический и структурный кризис, не смогла создать ни аналогов, ни заменителей ЕС ЭВМ на новой элементной базе. В итоге произошёл полный переход на импортные компьютеры и окончательное свёртывание программы по разработке отечественных компьютеров, возникли проблемы переноса технологий на современные компьютеры, модернизации технологий, трудоустройства и переквалификации сотен тысяч специалистов.

За достаточно короткий промежуток времени Электронно-вычислительная техника сделала большой скачок вперед. Я уже не застал (равно как и все мое поколение) тех огромных компьютеров, которые занимали целые залы и аудитории, а иногда даже этажи. Те компьютеры работали медленно и создавались исключительно в научных целях. Они упрощали подсчеты человека и брали часть его функций (на момент появления первой ЭФМ лишь малую часть) на себя. Компьютеры изначально разрабатывались как помощники человека. Сегодня я могу с уверенностью переделать известную фразу "Собака – друг человека" в "Компьютер – друг человека". Если совсем недавно техника была подчиненным человека и выступала с позиции крестьянина рядом со своим помещиком, то теперь этот "крестьянин" стал выпрямляться и не далек тот день, когда "крепостное право" будет отменено. За те 50 лет, которые ЭВТ развивалась, компьютеры стали незаменимым подспорьем в жизни человека: ракеты запускаются в космос по показаниям компьютеров, погода на завтра определяется мощнейшим компьютером, скорость обработки данных которого запредельно высока даже для понимания продвинутого юзера, фабрики, заводы, даже больницы – везде важен процесс автоматизации. Сегодня многие операции проводятся специально созданными машинными роботами, которые появились на свет благодаря последним компьютерным разработкам. Да и невозможно человеку современному представить свою жизнь без ПК. Человечество не стоит на месте, и прогресс неумолимо бежит вперед. За последние сто лет мы так далеко ушли вперед, что тяжело даже осознать, что на это потребовалось всего лишь 100 лет.