История развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ

На тему: История развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ.

Содержание

Введение

1. Ручной период докомпьютерной эпохи
2. Механический этап
3. Электромеханический этап
4. Поколения современных ЭВМ
1. I поколение
2. II поколение
3. III поколение
4. IV поколение
5. Какими должны быть компьютеры V поколения?

Введение

Вычислительные  машины состоят из большого количества элементарных электронных устройств, имеющих самые простые функции. За всю историю развития эти функции  почти не изменились, но их физическое содержание постоянно менялось.

Каждый  этап развития определялся тем материалом, из которого они изготавливались, элементной базой. И на каждом этапе более  современные модели ЭВМ быстро вытесняли  старые. При этом область применения компьютеров постоянно расширялось. Поэтому принято говорить о поколениях ЭВМ.

Ручной период докомпьютерной эпохи

Ручной период начался на заре человеческой цивилизации. Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами: пальцевый счет, нанесение засечек, счетные палочки, узелки и т.д. Наконец, появление приборов, использующих вычисление по разрядам, как бы предполагали наличие некоторой позиционной системы счисления, десятичной, пятеричной, троичной и т.д. К таким приборам относятся абак, русские, японские, китайские счеты.

Историю цифровых устройств начать следует со счетов. Подобный инструмент был известен у всех народов. Древнегреческий абак представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходили бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камушек в следующем разряде. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, пеcка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками.

Китайские счеты суан – пан состояли из деревянной рамки, разделенной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки – с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка.

Суан - пан разделены на две части: в нижней части на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в верхней части – по 2. Таким образом, для того, чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, а затем добавляли одну косточку в разряд единиц.

У японцев это же устройство для  счета носило название серобян.

В девятом веке индийские ученые сделали одно из величайших открытий в математике. Они изобрели позиционную систему счисления, которой теперь пользуется весь мир. При записи числа, в котором отсутствует какой- либо разряд (например, 110 или 16004), индийцы вместо названия цифры говорили слово «пусто». При записи на месте «пустого» разряда ставили точку, а позднее рисовали кружок. Современное слово «нуль» происходит от латинского.

В конце 15 – начале 16 века Леонардо да Винчи создал 13- разрядное суммирующее устройство с десятизубными кольцами. Основу машины по описанию составляли стержни, на которые крепились два зубчатых колеса, большее с одной стороны стержня, а меньшее – с другой. Эти стержни должны были располагаться таким образом, чтобы меньшее колесо на одном стержне входило в зацепление с большим колесом на другом стержне. При этом меньшее колесо второго стержня сцеплялось с большим колесом третьего и т.д. Десять оборотов первого колеса, по замыслу автора, должны были приводить к одному полному обороту второго, а десять оборотов второго - к полному обороту третьего и т.д. Вся система, состоящая из 13 стержней с зубчатыми колесами должна была, приводиться в движение набором грузов.

Механический этап

Развитие механики в 17 веке стало  предпосылкой вычислительных устройств  и приборов, использующих механический принцип вычислений, обеспечивающий перенос старшего разряда. Использование  таких машин способствовало «автоматизации умственного труда».

Увеличение во второй половине 19 века вычислительных работ в целом  ряде областей человеческой деятельности выдвинуло настоятельную потребность в вычислительной технике и повышение требований к ней.

В этот период английский математик  Чарльз Бэббидж выдвинул идею создания программно-управляемой счетной  машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати.

Первая спроектированная Беббиджем  машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе. Работающая модель была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы.

Главным достижением этой эпохи  можно считать изобретение арифмометра ученым, по имени Однер. Главная особенность детища Однера заключается в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов вместо ступенчатых валиков. Оно проще валика конструктивно и имеет меньшие размеры.

Первоначально появление в этот период ЭВМ не очень повлияло на выпуск арифмометров, прежде всего  из-за различия в назначении, а также  в стоимости и распространенности. Однако с 60-х годов в массовое использование все активнее проникают электронные клавишные вычислительные машины, выпускаемые вначале на лампах, а с 1964 г. на транзисторах. Лидерство в этом направлении сразу же захватила Япония, которая отличалась миниатюризацией электронной техники, включая вычислительную.

Электромеханический этап

Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает около 60 лет – от первого табулятора Г. Холлерита до первой ЭВМ ENIAK (1945). Предпосылками создания проектов этого типа явились как необходимость проведения массовых расчетов, так и развитие прикладной электротехники.

Классическим типом средств  электромеханического этапа был  счетно-аналитический комплекс, предназначенный  для обработки информации на перфокарточных носителях.

Значение работ Холлерита для  развития вычислительной техники определяется двумя факторами. Во-первых, он стал основоположником нового направления в вычислительной технике – счетно-перфорационного с соответствующим им оборудованием для широкого круга экономических и научно-технических расчетов. Это направление привело к созданию машиносчетных станций, послуживших прообразом современных вычислительных центров. Во-вторых, даже в наше время использование большого числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использование перфокарточной технологии.

Заключительный период электромеханического этапа развития вычислительной техники  характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической  универсальностью и способных выполнять  сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электропроводом. Эти  аппараты можно рассматривать в  качестве прямых предшественников универсальных  ЭВМ.

Поколения современных ЭВМ

Историю развития современных ЭВМ  разделяют на 4 поколения. Но деление  компьютерной техники на поколения  — весьма условная, нестрогая классификация  по степени развития аппаратных и  программных средств, а также  способов общения с компьютером.

Идея делить машины на поколения  вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала  большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения  её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера  использования. Этот прогресс показан  в данной таблице: 

I поколение (до 1958 г.)

Все ЭВМ I-го поколения были сделаны  на основе электронных ламп, что  делало их ненадежными - лампы приходилось  часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком  дорогими машинами, которые могли  приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и  выделяли много тепла.

Притом для каждой машины использовался  свой язык программирования. Набор  команд был небольшой, схема арифметико-логического  устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение  практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные  ленты и печатающие устройства, оперативные  запоминающие устройства были реализованы  на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

Эти неудобства начали преодолевать путем интенсивной разработки средств  автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих  эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта  эксплуатации компьютеров.

II поколение (1958-1964)

В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работал с большей скоростью.

Во II-ом поколении компьютеров в качестве носителей информации использовались магнитные ленты и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

В качестве программного обеспечения  стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные  трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано  некоторое перекрытие команд: последующая  команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию  крупных информационных систем. Поэтому  в середине 60-х годов наметился  переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных  на микроэлектронной технологической  базе.

III поколение (1964-1972)

В 1960 г. появились первые интегральные системы (ИС), которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. ИС - это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм². 1 ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. 1 кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.

Машины третьего поколения —  это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них  используются интегральные схемы, которые  также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют  развитые операционные системы. Они  обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала  брать на себя операционная система  или же непосредственно сама машина.

IV поколение (с 1972 г. по настоящее время)

Четвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное  после 1970 года.

Впервые стали применяться большие  интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости  производства компьютеров.

В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью менее одного кв.см. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

Распространение персональных компьютеров  к концу 70-х годов привело к  некоторому снижению спроса на большие  ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом  серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры- IBM PC.

Персональный компьютер

Персональный компьютер - компьютер, специально созданный для работы в однопользовательском режиме. Появление персонального компьютера прямо связано с рождением микрокомпьютера. Очень часто термины «персональный компьютер» и «микрокомпьютер» используются как синонимы.

ПК - настольный или портативный  компьютер, который использует микропроцессор в качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Эти компьютеры относят к вычислительным машинам  четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят и карманные компьютеры. Основными признаками ПК являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей.

Какими должны быть компьютеры V поколения

Сейчас ведутся интенсивные  разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений компьютеров  производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних  ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ  с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения  является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком  и компьютером. Компьютеры будут  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 позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.