История развития ЭВМ. XX век

Министерство  образования и науки

ФГБОУ ВПО

«Дагестанский Государственный  Технический Университет»

 

Факультет ИиУ

Кафедра ПОВТиАС

 

 

 

 

Реферат

на тему:

“История развития ЭВМ. XX век”

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель: Шихнабиева Т.Ш.

Выполнил: студент  ФИиУ,

ПОВТиАС, У-941,

Адаев Б.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Махачкала 2013 

Начало XX века

 

1918 Русский ученый Бонч-Бруевич, Михаил Александрович и английские ученые Икклз Уильям и Джордан Фрэнк Уилфред (1919) независимо друг от друга создали электронное реле, названное англичанами триггером, которое сыграло большую роль в развитии компьютерной техники.

В 1930 Виннивер Буш (1890-1974) конструирует дифференциальный анализатор. По сути, это первая успешная попытка создать компьютер, способный выполнять громоздкие научные вычисления. Чаще всего его имя всплывает в связи с пророческой статьей "As we may think" (1945), в которой он описывает концепцию гипертекста.

В 1937 гарвардский математик Говард Эйкен предложил проект создания большой счетной машины. Спонсировал работу президент компании IBM Томас Уотсон, который вложил в нее 500 тыс.$. Проектирование Mark-1 началось в 1939 году, строило этот компьютер нью-йоркское предприятие IBM. Компьютер содержал около 750 тыс. деталей, 3304 реле и более 800 км проводов.

В 1946 Джон фон Нейман предложил ряд новых идей организации ЭВМ, в том числе концепцию хранения программы в запоминающем устройстве. В результате реализации идей фон Неймана была создана архитектура ЭВМ, во многих чертах сохранившаяся до настоящего времени.

В 1947 появилась счётная машина Mark-2, которая представляла собой первую многозадачную машину – наличие нескольких шин позволяло одновременно передавать из одной части компьютера в другую несколько чисел.

23 декабря 1947 сотрудники Bell Telephone Laboratories Джон Бардин и Уолтер Бремен впервые продемонстрировали свое изобретение, получившее название транзистор. Это устройство спустя десять лет открыло совершенно новые возможности.

В 1948 академик Лебедев, Сергей Алексеевич и Рамеев, Башир Искандарович предложили первый проект отечественной цифровой ЭВМ: сначала МЭСМ – малая электронная счетная машина (1951г, Киев), затем БЭСМ – быстродействующая электронная счетная машина (1952г., Москва). Параллельно с ними создавались Стрела, Урал, Минск, Раздан, Наири.

В 1952 началась опытная эксплуатация отечественного компьютера БЭСМ-1.

В СССР в 1952-1953 Ляпунов, Алексей Андреевич разработал операторный метод программирования (операторное программирование), а в 1953-1954 Канторович, Леонид Витальевич – концепцию крупноблочного программирования.

В 1955 увидел свет первый алгоритмический язык FORTRAN (FORmule TRANslator – переводчик формул). Он использовался для решения научно-технических и инженерных задач и разработан сотрудниками фирмы IBM под руководством Джон Бэкуса.

В 1958 Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга изобретают интегральную схему.

В 1959 под руководством Лебедева, Сергея Алексеевича создана машина БЭСМ-2 производительностью 10 тыс. опер./с. С ее применением связаны расчеты запусков космических ракет и первых в мире искусственных спутников Земли, а затем машина М-20 – для своего времени одна из самых быстродействующих в мире (20 тыс. опер./с.).

В 1960 году появился ALGOL (Algoritmic Language – алгоритмический язык), ориентированный на научное применение. В него введено множество новых понятий, например, блочная структура.

1963 – начало выпуска ЭВМ "Минск-32" с внешней памятью на сменных магнитных дисках. Появились машины второго поколения, построенные на неполупроводниковой элементной базе – на магнитных элементах. Так, в МГУ им. Ломоносова, Михаила Васильевича коллективом под руководством Брусенцова, Николая Петровича была создана машина Сетунь. Она является малогабаритной машиной, выполненной на магнитных элементах. Это одноадресная машина с фиксированной запятой. В качестве системы счисления в ней используется троичная система с цифрами 0, 1, -1.

В 1964 сотрудник Стэнфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши-манипулятора. Фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360, ставших первыми компьютерами третьего поколения. Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью.

В 1967 под руководством Лебедева, Сергея Алексеевича и Мельникова Владимира Михайловича в ИТМ и ВТ создана быстродействующая вычислительная машина БЭСМ-6. За ним последовал "Эльбрус" – ЭВМ нового типа, производительностью 10 млн. опер./с.

1968 в США фирма "Барроуз" выпустила первую быстродействующую ЭВМ на БИСах (больших интегральных схемах) – В2500 и В3500.

В 1968-1970 профессор Никлаус Вирт создал в Цюрихском политехническом университете язык PASCAL, названный в честь Блеза Паскаля – первого конструктора устройства, которое теперь относится к классу цифровых вычислительных машин. PASCAL создавался как язык, который, с одной стороны, был бы хорошо приспособлен для обучения программированию, а с другой – давал бы возможность эффективно решать самые разнообразные задачи на современных ЭВМ.

 

Вторая половина XX века

 

29 октября 1969 принято считать днем рождения Сети. В этот день была предпринята самая первая, правда, не вполне удавшаяся, попытка дистанционного подключения к компьютеру, находившемуся в исследовательском центре Стэнфордского университета, с другого компьютера, который стоял в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Удаленные друг от друга на расстояние 500 километров.

В 1971 фирмой Intel создан первый микропроцессор – программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС. В свет выходит первый карманный калькулятор Poketronic.

Деннис Ритчи разработал язык программирования C. Предыдущая версия называлась B.

1974 фирма Intel разработала первый универсальный восьмиразрядный микропроцессор 8080 с 4500 транзисторами.

В 1975 Джин Амдал разработал компьютер четвертого поколения на БИС – AMDAL-470 V/6. Гарри Килдалл разработал ОС CP/M. Молодой программист Пол Аллен и студент Гарвардского университета Билл Гейтс реализовали язык Бейсик. Впоследствии они основали фирму Microsoft.

В 1976 молодые американцы Стив Джобс и Стив Возняк организовали предприятие по изготовлению ПК Apple, предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей.

В 1980 году появился язык ADA. Он был создан во Франции по заказу американского министерства обороны как универсальный ЯП. В него включены такие возможности как системное программирование, параллельность.

1981 фирма IBM выпустила первый ПК IBM PC на базе микропроцессора 8088. 1982 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 80286.

В 1982 было положено начало серии х86.

В 1982 Питер Нортон случайно стер нужный файл с жесткого диска своего ПК. Восстановление файла оказалось сложным и кропотливым делом. Однако сложившаяся ситуация привела к тому, что Нортон создал программу, являющуюся прообразом сегодняшних утилит.

1984 корпорация Apple Computer выпустила компьютер Macintosh – первую модель знаменитого впоследствии семейства Macintosh c удобной для пользователя ОС, развитыми графическими возможностями, намного превосходящими в то время те, которыми обладали стандартные IBM-совместимые ПК с MS-DOS.

Sony и Philips разрабатывают стандарт CD-ROM-стандарт записи компакт-дисков. Также разработан стандарт DNS.

1985 фирма Intel выпустила 32-битный микропроцессор 80386, состоящий из 250 тыс. транзисторов. Фирма Microsoft выпустила первую версию графической операционной среды Windows. В тот же год произошло появление нового языка программирования C++ (1983).

Конец 80-х – конец эпохи советского компьютеростроения.

В 1989 Intel выпускает очередной чип – 80486. Это первый процессор с количеством транзисторов, превышающим 1 млн. Microsoft выпустила текстовый процессор WORD. Разработан формат графических файлов GIF.

В марте 1989 Тим Бернерс-Ли предложил концепцию новой распределенной информационной системы, которую назвал World Wide Web. Гипертекстовая технология должна была позволить легко "перепрыгивать": из одного документа в другой. В 1990 эти предложения были приняты, и проект стартовал. Тим Бернерс-Ли разработал язык HTML и прототип Всемирной паутины.

В 1991 фирма Microsoft выпустила ОС Windows 3.1. Разработан графический формат JPEG.

В 1992 появилась первая бесплатная ОС с большими возможностями – Linux. Финский студент Линус Торвальдс решил поэкспериментировать с командами процессора Intel 386 и то, что получилось, выложил в Internet. Сотни программистов из разных стран мира стали дописывать и переделывать программу. Она превратилась в полнофункциональную работающую ОС.

 

Последний этап

 

В 1993 фирма Intel выпустила 64-разрядный микропроцессор Pentium, который состоял из 3,1 млн. транзисторов и мог выполнять 112 млн. операций в секунду. Появился формат сжатия видео MPEG.

В 1996 фирма Microsoft выпустила Internet Explorer 3.0 – достаточно серьезного конкурента Netscape Navigator.

В 1998 браузер Internet Explorer становится частью ОС Windows 98. Представители Microsoft утверждают, что удалить браузер из ОС невозможно.

17 февраля 2000 выпущена окончательная версия Windows 2000 (также называемая Win2k, W2k или Windows NT 5.0) – это ОС семейства Windows NT компании Microsoft, предназначенная для работы на компьютерах с 32-битными процессорами.

Июнь 2000 – Компания IBM создала новый суперкомпьютер ASCI White – первый компьютер, производительность которого превышает 10 TFLOPS. Пиковая производительность суперкомпьютера – 12,3 TFLOPS; компьютер способен постоянно работать на скорости 3 TFLOPS.

 

Поколения ЭВМ

 

Первое поколение ЭВМ 

Первое  поколение (1945-1958) ЭВМ было построено на электронных лампах. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Применение вакуумно-ламповой технологии, делало их работу весьма ненадёжной. Такие ЭВМ имели большой вес и занимали большие территории, иногда целые здания. Для ввода-вывода данных использовались перфокарты и магнитные ленты.

Программное обеспечение компьютеров 1-го поколения  состояло в основном из стандартных  подпрограмм, быстродействие они имели от 10 до 20 тыс. оп./сек.

Машины  этого поколения: ENIAC(США), МЭСМ(СССР), БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, "Стрела", "Минск-1", "Урал-1", "Урал-2", "Урал-3", M-20, "Сетунь", БЭСМ-2, "Раздан", IBM -701, использовали много электроэнергии и состояли из очень большого числа электронных ламп. Например, машина "Стрела" состояла из 6400 электронных ламп и 60 тыс. штук полупроводниковых диодов. Их быстродействие не превышало 3 тыс. операций в секунду, оперативная память не превышала 2 Кб. Только у машины "М-2" (1958) оперативная память была 4 Кб, а быстродействие 20 тыс. операций в секунду.

 

Второе поколение ЭВМ

1959-1967. В качестве основного элемента были использованы полупроводниковые диоды и транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны. Компьютеры стали более надежными, быстродействие повысилось, потребление энергии уменьшилось, уменьшились габариты.

С появлением памяти на магнитных сердечниках  цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Появились высокопроизводительные устройства памяти на магнитных дисках.

Кроме этого, появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны  первые ЯП высокого уровня – Фортран, Алгол. Быстродействие – 100-5000т. оп./с.

Примеры машин второго поколения: БЭСМ-6, Минск-22 – предназначены для решения  научно-технических и планово-экономических  задач; Минск-32 – для систем противоракетной  обороны; Урал-16 – ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических задач.

 

Третье поколение ЭВМ

1968-1973. Разработка интегральных схем – целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и сейчас используется в ПК в качестве оперативной. Применение интегральных схем увеличило возможности ЭВМ.

Центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ. Удаленные от ЭВМ пользователи получили возможность, независимо друг от друга, оперативно взаимодействовать с машиной.

Компьютеры  проектировались на основе интегральных схем малой (10-100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (10-1000). Была реализована идея проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом ПО. В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый МП. Быстродействие компьютеров 3-го поколения достигло порядка 1 млн. оп./с.

В эти  годы производство компьютеров приобретает  промышленный размах. Начиная с ЭВМ 3-го поколения, традиционным стала разработка серийных ЭВМ. Хотя машины одной серии сильно отличались друг от друга по возможностям и производительности, они были совместимы. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM. Были выпущены: ЕС-1022, ЕС-1030, ЕС-1033 и др.

Для серий  ЭВМ было сильно расширено ПО (ОС, ЯП высокого уровня, прикладные программы). В 1969 одновременно появились ОС Unix и язык программирования C.

 

Четвертое поколение ЭВМ

1974-. использование БИС (1т-100т компонентов на кристалл) и СБИС (100т-10млн), увеличило их быстродействие до сотен млн. оп./сек.

Началом данного поколения считают 1975 год  – фирма Amdahl Corp. выпустила шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6, в которых были применены БИС в качестве элементной базы. Стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью в несколько мегабайт. В случае выключения машины данные сохраняются путем автоматического переноса на диск. При включении машины запуск системы осуществляется при помощи, хранимой в ПЗУ программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку ОС и резидентного ПО.

Развитие  ЭВМ 4-го поколения пошло по 2 направлениям:

1ое – создание суперЭВМ – комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы ILLIAS-4, CRAY, CYBER, Эльбрус-1, Эльбрус-2 и др. Эльбрус-2 активно использовался в СССР в оборонной отрасли.

2-ое – дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ. Первыми представителями этих машин являются компьютеры фирмы Apple, IBM, отечественные Искра и др. Начиная с этого поколения ЭВМ стали называть компьютерами. ПО дополняется базами данных.

 

Пятое поколение ЭВМ

ЭВМ пятого поколения – это ЭВМ будущего. Программа разработки пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982. Предполагалось, что к 1991 будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач ИИ. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется.

Предполагается, что их элементной базой будут  служить не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами ИИ. Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники и биопроцессоры.

Для ЭВМ  пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработке всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с 1 по 4 поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ 5 поколения является создание ИИ машины, т.е. устранения барьера между человеком и компьютером.

К сожалению, японский проект ЭВМ 5 поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области ИИ. Более 50 миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем ИИ в целом.

Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного  текста, с бланков, с человеческого  голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка  на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.

Многие  успехи, которых достиг ИИ, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для фильтрации СПАМа.

 

На современном этапе

Потребность в более быстрых, дешевых и  универсальных процессорах вынуждает  производителей постоянно наращивать число транзисторов в них. Однако этот процесс не бесконечен. Поддерживать экспоненциальный рост этого числа, предсказанный Гордоном Муром в 1973, становится все труднее. Специалисты утверждают, что этот закон перестанет действовать, как только затворы транзисторов, регулирующие потоки информации в чипе, станут соизмеримыми с длиной волны электрона (в кремнии, на котором сейчас строится производство, это порядка 10нм). И произойдет это до 2020. По мере приближения к физическому пределу архитектура компьютеров становится все более изощренной, возрастает стоимость проектирования, изготовления и тестирования чипов. Таким образом, этап эволюционного развития рано или поздно сменится революционными изменениями.

В результате гонки наращивания производительности возникает множество проблем. Наиболее острая из них – перегрев в сверхплотной упаковке, вызванный существенно  меньшей площадью теплоотдачи. Концентрация энергии в современных микропроцессорах чрезвычайно высока. Нынешние стратегии  рассеяния образующегося тепла, такие как снижение питающего  напряжения или избирательная активация  только нужных частей в микроцепях малоэффективны, если не применять активного охлаждения.

С уменьшением  размеров транзисторов стали тоньше и изолирующие слои, а значит, снизилась и их надежность, поскольку  электроны могут проникать через  тонкие изоляторы. Данную проблему можно  решить снижением управляющего напряжения, но лишь до определенных пределов.

На сегодняшний  день основное условие повышения  производительности процессоров –  методы параллелизма. МП обрабатывает последовательность команд, составляющих ту или иную программу. Если организовать параллельное выполнение инструкций, общая производительность существенно вырастет.

Многоядерная архитектура. Эта архитектура подразумевает интегрирование нескольких простых микропроцессорных ядер на одном чипе. Каждое ядро выполняет свой поток инструкций. Каждое микропроцессорное ядро значительно проще, чем ядро многопотокового процессора, что упрощает проектирование и тестирование чипа. Но между тем усугубляется проблема доступа к памяти, необходима замена компиляторов.

Многопотоковый процессор. Данные процессоры по архитектуре напоминают трассирующие: весь чип делится на процессорные элементы. В отличие от трассирующего процессора, здесь каждый элемент обрабатывает инструкции различных потоков в течение одного такта, чем достигается параллелизм на уровне потоков. Разумеется, каждый поток имеет свой программный счетчик и набор регистров.

"Плиточная" архитектура. Сторонники считают, что ПО должно компилироваться прямо в железе, так как это даст максимальный параллелизм. Такой подход требует достаточно сложных компиляторов. Процессор в данном случае состоит из множества "плиток", каждая из которых имеет собственное ОЗУ и связана с другими "плитками" в своеобразную решетку, узлы которой можно включать и отключать. Очередность выполнения инструкций задается ПО.

Многоэтажная архитектура. Здесь речь идет не о логической, а о физической структуре. Идея состоит в том, что чипы должны содержать вертикальные "штабеля" микроцепей, изготовленных по технологии тонкопленочных транзисторов, заимствованной из производства TFT-дисплеев. При этом относительно длинные горизонтальные межсоединения превращаются в короткие вертикальные, что снижает задержку сигнала и увеличивает производительность процессора. Идея "трехмерных" чипов уже реализована в виде работающих образцов восьмиэтажных микросхем памяти. Вполне возможно, что она приемлема и для микропроцессоров, и в недалеком будущем все микрочипы будут наращиваться не только горизонтально, но и вертикально.