Поколения ЭВМ. 5
Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Курский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
(ГБОУ ВПО КГМУ Минздрава России)
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ИНФОРМАТИКА»
«Эра ЭВМ»
Выполнила:
Студентка 1 курса 2 группы
Педиатрического Факультета
Аверьянова Виталина Романовна
Проверил:
К.п.н., ст.пр. кафедры физики информатики и математики
Горюшкин Е.И.
Курск - 2014
Содержание
- Введение
- Поколение ЭВМ
- Классификация современных компьютеров по функциональным возможностям
- Основные виды ЭВМ
- Заключение
Введение
История компьютера тесным
образом связана с попытками облегчить
и автоматизировать большие объемы вычислений.
Даже простые арифметические операции
с большими числами затруднительны для
человеческого мозга. Поэтому уже в древности
появилось простейшее счетное устройство
- абак. В семнадцатом веке была изобретена
логарифмическая линейка, облегчающая
сложные математические расчеты. В 1642
году Блез Паскаль сконструировал восьмиразрядный
суммирующий механизм. Два столетия спустя
в 1820 году француз Шарль де Кольмар создал
арифмометр, способный производить умножение
и деление. Этот прибор прочно занял свое
место на бухгалтерских столах.
Все основные идеи, которые лежат в основе
работы компьютеров, были изложены еще
в 1833 году английским математиком Чарльзом
Бэббиджем. Он разработал проект машины
для выполнения научных и технических
расчетов, где предугадал основные устройства
современного компьютера, а также его
задачи. Управление такой машиной должно
было осуществляться программным путем.
Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал
использовать перфокарты - листы из плотной
бумаги с информацией, наносимой с помощью
отверстий. В то время перфокарты уже использовались
в текстильной промышленности. Отверстия
в них пробивались с помощью специальных
устройств - перфораторов. Идеи Бэббиджа
стали реально воплощаться в жизнь в конце
19 века.
В 1888 году американский инженер Герман
Холлерит сконструировал первую электромеханическую
счетную машину. Эта машина, названная
табулятором, могла считывать и сортировать
статистические записи, закодированные
на перфокартах. В 1890 году изобретение
Холлерита было впервые использовано
в 11-й американской переписи населения.
Работа, которую пятьсот сотрудников выполняли
в течение семи лет, Холлерит сделал с
43 помощниками на 43 табуляторах за один
месяц.
В 1896 году Герман Холлерит основал фирму
Computing Tabulating Recording Company, которая стала основой
для будущей Интернэшнл Бизнес Мэшинс
(International Business Machines Corporation, IBM) - компании,
внесшей гигантский вклад в развитие мировой
компьютерной техники.
Дальнейшие развития науки и техники
позволили в 1940-х годах построить первые
вычислительные машины. Создателем первого
действующего компьютера Z1 с программным
управлением считают немецкого инженера
Конрада Цузе.
В феврале 1944 года на одном из предприятий
Ай-Би-Эм (IBM) в сотрудничестве с учеными
Гарвардского университета по заказу
ВМС США была создана машина "Mark 1".
Это был монстр весом около 35 тонн. В "Mark
1" использовались механические элементы
для представления чисел и электромеханические
- для управления работой машины. Числа
хранились в регистрах, состоящих из десятизубных
счетных колес. Каждый регистр содержал
24 колеса, причем 23 из них использовались
для представления числа (т.е. "Mark 1"
мог "перемалывать" числа длинной
до 23 разрядов), а одно - для представления
его знака. Регистр имел механизм передачи
десятков и поэтому использовался не только
для хранения чисел; находящееся в одном
регистре, число могло быть передано в
другой регистр и добавлено к находящемуся
там числу(или вычтено из него). Всего в
"Mark 1" было 72 регистра и, кроме того,
дополнительная память из 60 регистров,
образованных механическими переключателями.
В эту дополнительную память вручную вводились
константы - числа, которые не изменялись
в процессе вычислений.
Умножение и деление производилось в
отдельном устройстве. Кроме того, машина
имела встроенные блоки, для вычисления
sin x, 10x и log x.
Скорость выполнения арифметических
операций в среднем составляла: сложение
и вычитание - 0,3 секунды, умножение - 5,7
секунды, деление - 15,3 секунды. Таким образом
"Mark 1" был "эквивалентен" примерно
20 операторам, работающим с ручными счетными
машинами.
Наконец, в 1946 в США была создана первая
электронная вычислительная машина (ЭВМ)
- ENIAC (Electronic Numerical integrator and Computer - Электронный
числовой интегратор и компьютер). Разработчики:
Джон Мочи (John Маuchу) и Дж. Преспер Эккерт
(J. Prosper Eckert).
Он был произведен на свет в Школе электрической
техники Moore (при университете в Пенсильвании).
Время сложения - 200 мкс, умножения - 2800
мкс и деления - 24000 мкс.
Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп
шестнадцати типов, 7200 кристаллических
диодов и 4100 магнитных элементов.
Общая стоимость базовой машины - 750000
долларов. Стоимость включала дополнительное
оборудование, магнитные модули памяти
(по цене 29706,5 доллара) и аренду у IBM (по
82,5 доллара в месяц) устройства считывания
перфокарт ( 125 карт в минуту). Она также
включала и арендную плату (по 77 долларов
в месяц) за IBM-перфоратор (100 карт в минуту).
Потребляемая мощность ENIAC - 174 кВт. Занимаемое
пространство - около 300 кв. м.
В Советском Союзе первая электронная
цифровая вычислительная машина была
разработана в 1950 году под руководством
академика С. А. Лебедева в Академии наук
Украинской ССР. Она называлась «МЭСМ»
(малая электронная счётная машина).
Основоположниками компьютерной науки
по праву считаются Клод Шеннон - создатель
теории информации, Алан Тьюринг - математик,
разработавший теорию программ и алгоритмов,
и Джон фон Нейман - автор конструкции
вычислительных устройств, которая до
сих пор лежит в основе большинства компьютеров.
В те же годы возникла еще одна новая наука,
связанная с информатикой, - кибернетика,
наука об управлении как одном из основных
информационных процессов. Основателем
кибернетики является американский математик
Норберт Винер. Одно время слово "кибернетика"
использовалось для обозначения вообще
всей компьютерной науки, а в особенности
тех ее направлений, которые в 60-е годы
считались самыми перспективными: искусственного
интеллекта и робототехники. Вот почему
в научно-фантастических произведениях
роботов нередко называют "киберами".
А в 90-е годы это слово опять всплыло для
обозначения новых понятий, связанных
с глобальными компьютерными сетями -
появились такие неологизмы, как "киберпространство",
"кибермагазины" и даже "киберсекс".
Первое поколение ЭВМ
Развитие ЭВМ делится на несколько периодов.
Поколения ЭВМ каждого периода отличаются
друг от друга элементной базой и математическим
обеспечением. Первое поколение (1945-1954)
- ЭВМ на электронных лампах (вроде тех,
что были в старых телевизорах). Это доисторические
времена, эпоха становления вычислительной
техники. Большинство машин первого поколения
были экспериментальными устройствами
и строились с целью проверки тех или иных
теоретических положений. Вес и размеры
этих компьютерных динозавров, которые
нередко требовали для себя отдельных
зданий, давно стали легендой. Ввод чисел
в первые машины производился с помощью
перфокарт, а программное управление последовательностью
выполнения операций осуществлялось,
например в ENIAC, как в счетно-аналитических
машинах, с помощью штеккеров и наборных
полей. Хотя такой способ программирования
и требовал много времени для подготовки
машины, то есть для соединения на наборном
поле (коммутационной доске) отдельных
блоков машины, он позволял реализовывать
счетные "способности" ENIAC'а и тем
выгодно отличался от способа программной
перфоленты, характерного для релейных
машин. Солдаты, приписанные к этой огромной
машине, постоянно носились вогруг нее,
скрипя тележками, доверху набитыми электронными
лампами. Стоило перегореть хотя бы одной
лампе, как ENIAC тут же вставал, и начиналась
суматоха: все спешно искали сгоревшую
лампу. Одной из причин - возможно, и не
слишком достоверной - столь частой замены
ламп считалась такая: их тепло и свечение
привлекали мотыльков, которые залетали
внутрь машины и вызывали короткое замыкание.
Если это правда, то термин "жучки"
(bugs), под которым подразумевают ошибки
в программных и аппаратных средствах
компьютеров, приобретает новый смысл.
Когда все лампы работали, инженерный
персонал мог настроить ENIAC на какую-нибудь
задачу, вручную изменив подключение 6
000 проводов. Все эти провода приходилось
вновь переключать, когда вставала другая
задача.
Первой серийно выпускавшейся ЭВМ 1-го
поколения стал компьютер UNIVAC (Универсальный
автоматический компьютер). Разработчики:
Джон Мочли (John Mauchly) и Дж. Преспер Эккерт
(J. Prosper Eckert). Он был первым электронным
цифровым компьютером общего назначения.
UNIVAC, работа по созданию которого началась
в 1946 году и завершилась в 1951-м, имел время
сложения 120 мкс, умножения -1800 мкс и деления
- 3600 мкс. UNIVAC мог сохранять 1000 слов, 12000
цифр со временем доступа до 400 мкс максимально.
Магнитная лента несла 120000 слов и 1440000
цифр. Ввод/вывод осуществлялся с магнитной
ленты, перфокарт и перфоратора. Его первый
экземпляр был передан в Бюро переписи
населения США.
Программное обеспечение компьютеров
1-го поколения состояло в основном из
стандартных подпрограмм.
Машины этого поколения: « ENIAC », «МЭСМ»,
«БЭСМ», «IBM -701», «Стрела», «М-2», «М-3», «Урал»,
«Урал-2», «Минск-1», «Минск-12», «М-20» и др.
<br > Эти машины занимали большую площадь,
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
2—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.
</br >
Основные технические характеристики
ЭВМ "УРАЛ-1"
Структура команд одноадресная.
Система счисления двоичная.
Способ представления чисел - с фиксированной
запятой и с плавающей запятой по стандартным
программам.
Разрядность-35 двоичных разрядов (10,5 десятичных)
и один разряд для знака числа.
Диапазон представляемых чисел: от 1 до
10-10.5.
Время выполнения отдельных операций:
а) деления - 20 мксек;
б) нормализации - 20 мсек;
в) остальных операций-10 мсек.
Количество команд-29.
Характеристики ЗУ:
емкость ОЗУ на магнитном барабане - 1024
тридцатишестиразрядных числа или команды;
емкость НМЛ - до 40 000 тридцатишестиразрядных
чисел или 8000 команд.
Устройство ввода - на перфорированной
киноленте шириной 35 мм.
Вывод - печатающее устройство. Скорость
печати - 100±10 чисел в минуту.
Машина построена на одноламповых типовых
ячейках.
Питание машины от сети трехфазного переменного
тока напряжением 220В ±10%, частотой 50Гц.
Потребляемая мощность 7,5 кВт.
Занимаемая площадь 50 кв. м.
Второе поколение ЭВМ
ЭВМ 2-го поколения были разработаны в
1950—60 гг. В качестве основного элемента
были использованы уже не электронные
лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы,
а в качестве устройств памяти стали применяться
магнитные сердечники и магнитные барабаны
- далекие предки современных жестких
дисков. Второе отличие этих машин — это
то, что появилась возможность программирования
на алгоритмических языках. Были разработаны
первые языки высокого уровня - Фортран,
Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования
позволили значительно упростить и ускорить
написание программ для компьютеров. Программирование,
оставаясь наукой, приобретает черты ремесла.
Все это позволило резко уменьшить габариты
и стоимость компьютеров, которые тогда
впервые стали строиться на продажу.
Машины этого поколения: «РАЗДАН-2», «IВМ-7090»,
«Минск-22,-32», «Урал- 14,-16», «БЭСМ-3,-4,-6», «М-220,
-222» и др.
Применение полупроводников в электронных
схемах ЭВМ привели к увеличению достоверности,
производительности до 30 тыс. операций
в секунду, и оперативной памяти до 32 Кб.
Уменьшились габаритные размеры машин
и потребление электроэнергии. Но главные
достижения этой эпохи принадлежат к области
программ. На втором поколении компьютеров
впервые появилось то, что сегодня называется
операционной системой. Соответственно
расширялась и сфера применения компьютеров.
Теперь уже не только ученые могли рассчитывать
на доступ к вычислительной технике; компьютеры
нашли применение в планировании и управлении,
а некоторые крупные фирмы даже компьютеризовали
свою бухгалтерию, предвосхищая моду на
двадцать лет.
Основные технические характеристики
ЭВМ "Урал-16":
Структура команд двухадресная.
Система счисления двоичная,
Способ представления чисел: с плавающей
запятой.
Разрядность: 36 двоичных разрядов (мантисса
числа — 29 разрядов, знак мантиссы -- 1 разряд,
порядок — 5 разрядов, знак порядка — 1
разряд).
Быстродействие 5000 операций/с.
Количество команд (основных) 17. Каждая
операция имеет 8 модификаций.
Характеристики запоминающих устройств.
Емкость ОЗУ на ферритах 2 К слов; время
обращения к ОЗУ 24 мкс,
Емкость внешнего НМЛ 120000 чисел; скорость
считывания с НМЛ 2000 чисел/с.
Устройства ввода — вывода обеспечивают
ввод информации в машину с фотосчитывающего
устройства на кинолепте со скоростью
35 чисел/с и вывод результатов вычислений
на печатающее устройство со скоростью
20 чисел/с.
Питание машины от сети переменного тока
напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц.
Потребляемая мощность около 3 кВт.
Занимаемая площадь 20 кв. м.
Третье поколение ЭВМ
Разработка в 60-х годах интегральных схем
- целых устройств и узлов из десятков
и сотен транзисторов, выполненных на
одном кристалле полупроводника (то, что
сейчас называют микросхемами) привело
к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же
время появляется полупроводниковая память,
которая и по сей день используется в персональных
компьютерах в качестве оперативной. Применение
интегральных схем намного увеличило
возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор
получил возможность параллельно работать
и управлять многочисленными периферийными
устройствами. ЭВМ могли одновременно
обрабатывать несколько программ (принцип
мультипрограммирования). В результате
реализации принципа мультипрограммирования
появилась возможность работы в режиме
разделения времени в диалоговом режиме.
Удаленные от ЭВМ пользователи получили
возможность, независимо друг от друга,
оперативно взаимодействовать с машиной.
В эти годы производство компьютеров
приобретает промышленный размах. Пробившаяся
в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство
ЭВМ - серию полностью совместимых друг
с другом компьютеров от самых маленьких,
размером с небольшой шкаф (меньше тогда
еще не делали), до самых мощных и дорогих
моделей. Наиболее распространенным в
те годы было семейство System/360 фирмы IBM.
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 информационно, программно и
аппаратно совместимы. Например, странами
СЭВ были выпущены ЭВМ единой серии («ЕС
ЭВМ») «ЕС-1022», «ЕС-1030», «ЕС-1033», «ЕС-1046»,
«ЕС-1061», «ЕС-1066» и др. Производительность
этих машин достигала от 500 тыс. до 2 млн.
операций в секунду, объём оперативной
памяти достигал от 8 Мб до 192 Мб.
К ЭВМ этого поколения также относится
«IВМ-370», «Электроника — 100/25», «Электроника
— 79», «СМ-3», «СМ-4» и др.
Для серий ЭВМ было сильно расширено программное
обеспечение (операционные системы, языки
программирования высокого уровня, прикладные
программы и т.д.).
Невысокое качество электронных комплектующих
было слабым местом советских ЭВМ третьего
поколения. Отсюда постоянное отставание
от западных разработок по быстродействию,
весу и габаритам, но, как настаивают разработчики
СМ, не по функциональным возможностям.
Для того, чтобы компенсировать это отставание,
в разрабатывались спецпроцессоры, позволяющие
строить высокопроизводительные системы
для частных задач. Оснащенная спецпроцессором
Фурье-преобразований СМ-4, например, использовалась
для радиолокационного картографирования
Венеры.
Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры
- небольшие маломощные компьютеры, доступные
по цене небольшим фирмам или лабораториям.
Миникомпьютеры представляли собой первый
шаг на пути к персональным компьютерам,
пробные образцы которых были выпущены
только в середине 70-х годов. Известное
семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital
Equipment послужило прототипом для советской
серии машин СМ.
Между тем количество элементов и соединений
между ними, умещающихся в одной микросхеме,
постоянно росло, и в 70-е годы интегральные
схемы содержали уже тысячи транзисторов.
Это позволило объединить в единственной
маленькой детальке большинство компонентов
компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма
Intel, выпустив первый микропроцессор, который
предназначался для только-только появившихся
настольных калькуляторов. Этому изобретению
суждено было произвести в следующем десятилетии
настоящую революцию - ведь микропроцессор
является сердцем и душой современного
персонального компьютера.
Но и это еще не все - поистине, рубеж 60-х
и 70-х годов был судьбоносным временем.
В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная
сеть - зародыш того, что мы сейчас называем
Интернетом. И в том же 1969 году одновременно
появились операционная система Unix и язык
программирования С ("Си"), оказавшие
огромное влияние на программный мир и
до сих пор сохраняющие свое передовое
положение.
Четвертое поколение ЭВМ
К сожалению, начиная с середины 1970-х годов
стройная картина смены поколений нарушается.
Все меньше становится принципиальных
новаций в компьютерной науке. Прогресс
идет в основном по пути развития того,
что уже изобретено и придумано, - прежде
всего за счет повышения мощности и миниатюризации
элементной базы и самих компьютеров.
Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит
компьютерам четвертого поколения. Их
элементной базой стали большие интегральные
схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно
до 100 тысяч элементов). Быстродействие
этих машин составляло десятки млн. операций
в секунду, а оперативная память достигла
сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971
г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные
ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование
мощности разных машин (соединение машин
в единый вычислительный узел и работа
с разделением времени).
Однако, есть и другое мнение - многие полагают,
что достижения периода 1975-1985 г.г. не настолько
велики, чтобы считать его равноправным
поколением. Сторонники такой точки зрения
называют это десятилетие принадлежащим
"третьему-с половиной" поколению
компьютеров. И только с 1985г., когда появились
супербольшие интегральные схемы (СБИС.
В кристалле такой схемы может размещаться
до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать
годы жизни собственно четвертого поколения,
здравствующего и по сей день.
Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2
направлениям:
1-ое направление — 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. Многопроцессорные
вычислительные комплексы (МВК) "Эльбрус-2"
активно использовались в Советском Союзе
в областях, требующих большого объема
вычислений, прежде всего, в оборонной
отрасли. Вычислительные комплексы "Эльбрус-2"
эксплуатировались в Центре управления
космическими полетами, в ядерных исследовательских
центрах. Наконец, именно комплексы "Эльбрус-2"
с 1991 года использовались в системе противоракетной
обороны и на других военных объектах.
2-ое направление — дальнейшее развитие
на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных
ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих
машин являются Apple, IBM - PC ( XT , AT , PS /2), «Искра»,
«Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840»,
«ЕС-1841» и др.
Начиная с этого поколения ЭВМ стали называть
компьютерами.
Благодаря появлению и развитию персональных
компьютеров (ПК), вычислительная техника
становится по-настоящему массовой и общедоступной.
Складывается парадоксальная ситуация:
несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры
по-прежнему во всех отношениях отстают
от больших машин, львиная доля новшеств
- графический пользовательский интерфейс,
новые периферийные устройства, глобальные
сети - обязаны своим появлением и развитием
именно этой "несерьезной" техники.
Большие компьютеры и суперкомпьютеры,
конечно же, не вымерли и продолжают развиваться.
Но теперь они уже не доминируют на компьютерной
арене, как было раньше.
Пятое поколение ЭВМ
ЭВМ пятого поколения —
это ЭВМ будущего. Программа разработки,
так называемого, пятого поколения
ЭВМ 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.
Предполагается, что их элементной базой
будут служить не СБИС, а созданные на
их базе устройства с элементами искусственного
интеллекта. Для увеличения памяти и быстродействия
будут использоваться достижения оптоэлектроники
и биопроцессоры.
На ЭВМ пятого поколения 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.
К сожалению, японский проект ЭВМ пятого
поколения повторил трагическую судьбу
ранних исследований в области искусственного
интеллекта. Более 50-ти 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
искусственного интеллекта 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 искусственный
интеллект, используют в промышленности
и деловом мире. Экспертные системы и нейронные
сети эффективно используются для задач
классификации (фильтрация СПАМа, категоризация
текста и т.д.). Добросовестно служат человеку
генетические алгоритмы (используются,
например, для оптимизации портфелей в
инвестиционной деятельности), робототехника
(промышленность, производство, быт - везде
она приложила свою кибернетическую руку),
а также многоагентные системы. Не дремлют
и другие направления искусственного
интеллекта, например распределенное
представление знаний и решение задач
в интернете: благодаря им в ближайшие
несколько лет можно ждать революции в
целом ряде областей человеческой деятельности.
Современные персональные компьютеры
Современные персональные
Персональные компьютеры появились на
рубеже 60 – 70-х годов. Американская фирма
Intel разработала первый 4-разрядный микропроцессор
(МП) 4004 для калькулятора. Он содержал около
тысячи транзисторов и мог выполнять 8000
операций в секунду. Вскоре была выпущена
8-битная версия данного МП, получившая
название 8008. Оба МП всерьез восприняты
не были, поскольку рассчитывались для
конкретных применений. Они относятся
к МП первого поколения.
В конце 1973 г. Intel разработала однокристальный
8-разрядный МП 8080, рассчитанный для многоцелевых
применений. Он был сразу замечен компьютерной
промышленностью и быстро стал "стандартным".
По стоимости он был доступен даже для
любителей. Одни фирмы начали выпускать
МП 8080 по лицензиям, другие - предложили
его улучшенные варианты. Так, группа инженеров
фирмы Intel, образовав собственную фирму
Zilog, в 1976 г. выпустила МП Z80, сохраняющий
базовую архитектуру 8080. Фирма Motorola разработала
собственный 8-разрядный МП М6800, нашедший
впоследствии широкое применение.
Стив Возняк (будущий «отец» компьютеров
Apple) собрал свой первый компьютер в 1972
году из деталей, забракованных местным
производителем полупроводников в городе
Беркли, штат Калифорния. Стив назвал свое
изобретение Cream Soda Computer, поскольку пил
именно этот напиток во время сборки аппарата.
В начале 1976 года Стив Возняк, работая
в Hewlett-Packard, предложил свой компьютер Apple
руководству HP, но не нашел поддержки.
В Hewlett-Packard победил другой проект – HP-85,
основанный на идее совмещения компьютера
и калькулятора. Тогда 1 апреля 1976 года
два Стива – Возняк и Джобс – полушутя-полусерьезно
зарегистрировали Apple Computer Company. И уже в
июле предложили магазинам компьютер
Apple-1 по цене $666,66.
Apple-1 стал пользоваться спросом. Его успех
был вызван простотой операционной системы.
Прежде ПК управлялись через "командную
строку", и пользователь, для того чтобы
ставить задачи компьютеру, должен был
быть хоть немного программистом. Создание
же "мышки" и графически удобного
интерфейса сделало ПК доступным для "чайников"
и во многом определило успех Apple-1.
Фирма IBM обратила внимание на персональные
компьютеры, когда рынок "вырос из пеленок".
К 1980 году только в США уже было продано
более миллиона ПК, и маркетологи предсказывали
взрывообразный рост спроса. Свои модели
представили десятки компаний. Компьютеры
при всей внешней схожести отличались
большим разнообразием и были несовместимы
друг с другом. Каждый производитель разрабатывал
собственную архитектуру ПК. Считалось,
что наиболее перспективной архитектурой
обладает компьютер PDP-11, разработанный
компанией DEC. Технические решения этой
компании легли в основу первых отечественных
компьютеров «Электроника».
Однако, в конце 1980 года совет директоров
IBM принял решение создать "машину, которая
нужна людям". Стратегическим партнером
в качестве поставщика процессоров была
выбрана Intel. Команда разработчиков IBM
PC заключила союз и с недоучившимся студентом
Гарвардского университета Биллом Гейтсом.
На существовавшие тогда ПК ставилась
популярная операционная система CP/M, созданная
компанией Digital Research, или система UCSD компании
Softech. Однако эти операционные системы
стоили $450 и $550 соответственно, а Гейтс
за свою PC-DOS брал всего лишь $40. IBM сделала
выбор в пользу дешевизны.
12 августа 1981 года IBM представила свой
ПК, который был спроектирован не хуже,
чем изделия тогдашних лидеров рынка –
Commodore PET, Atari, Radio Shack и Apple.
IBM пошла на неожиданный шаг. Решив утвердить
свою архитектуру в качестве стандарта,
она открыла техническую документацию.
Теперь каждый производитель ПК мог приобрести
лицензию у IBM и собирать подобные компьютеры,
а производители микропроцессоров – изготавливать
элементы для них. IBM рассчитывала «перетянуть
одеяло» на себя, уничтожив стандарты
конкурентов. Так и произошло. Сохранить
собственную архитектуру смогла только
Apple: она нашла свою нишу в сферах графического
дизайна и образования. Все остальные
производители либо разорились, либо приняли
стандарт IBM.
Весной 1983 г. фирма IBM выпускает модель
PC XT с жестким диском, а также объявляет
о создании нового поколения микропроцессоров
- 80286. Новый компьютер IBM PC AT (Advanced Technologies),
построенный на основе МП 80286, быстро завоевал
весь мир и несколько лет оставался наиболее
популярным.
Первые 32-разрядные микропроцессоры появились
на мировом рынке в 1983-1984 гг., но их широкое
использование в высокопроизводительных
ПК началось с 1985 г. после выпуска фирмами
Intel и Motorola микропроцессоров 80386 и М68020
соответственно. Эти БИС открыли новое
микропроцессорное поколение, реализующее
обработку данных на уровне "больших"
ЭВМ.
В 1989 г. был начат выпуск более мощного
МП 80486 с быстродействием более 50 млн. операций
в секунду. В марте 1993 г. фирма Intel продолжает
ряд 80х86 выпуском микропроцессора Р5 "Pentium"
с 64-разрядной архитектурой. Потом были
"Pentium 2", "Pentium 3". Сегодня самым
популярным МП является "Pentium 4" с
технологией НТ, позволяющей обрабатывать
информацию по 2-м параллельным потокам.
Т.е. получать как бы два процессора.
Тактовые частоты современных ПК превышают
3 ГГц, объмы ОЗУ до 4 ГБ. Емкость накопителей
на жестких дисках выросла до 500 ГБ. Современные
технологии позволяют на ПК прослушивать
и записывать высокачественные ауди-файлы.
Применение DVD приводов обеспечивает просмотр
современных фильмов.
Широкое распространение получили сегодня
переносные ПК - nootbook, карманные ПК (КПК)
и мобильные ПК - смартфоны, объединяющие
функции ПК и телефона.
В состав современного ПК входят:
- Системный блок
- материнская плата с адаптерами HDD, FDD, CD/DVD-ROM, шины, порты, микросхема BIOS, таймер
- центральный процессор
- линейки ОЗУ
- видео карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
- аудиo карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
- сетевая карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
- Накопители на жестких и гибких магнитных дисках
- Приводы CD- и DVD-ROM
- Блок питания
- Корпус
- Монитор
- Клавиатура
- Манипулятор "мышь"
- Звуковые колонки
- Принтер
- Сканер
- Модем или адаптер ADSL
Ну, и конечно же, компьютер нельзя представить без программного обеспечения. Как архитектура IBM PC стала стандартом для аппаратной части ПК, так и продукция фирмы MicroSoft (Билл Гейтс) стала эталоном для программ. Особенно популярны ее операционные системы Windows и офисные приложения MS-Office.
Классификация современных компьютеров по функциональным возможностям
Искусственный интеллект - это направление научных исследований,
в которых на основе изучения процессов
мышления разрабатывают технические системы
и программы, способные имитировать умственную
деятельность человека.
Экспертные системы - это программы для компьютера, которые
дают возможность накоплять и классифицировать
знание, сравнивать и строить заключения,
то есть имитировать поведение эксперта
или консультанта в конкретных сферах
деятельности человека. Здесь используют
специальные базы данных - базы знаний.
Решается задача естественного, с точки
зрения человека, общения пользователя
и компьютера. С этой целью уже созданы
автоматы, которые читают и воспринимают
информацию на слух. их функционирования
грунтуется на распознавании образов.
И хотя пора машин, которые разговаривают,
понимают устный язык и думают, еще не
настала, тем не менее она не промедлит.
Эра выше упомянутых, очень умных, систем
поставит жирную точку и начнет новое
поколение и классификацию, да и интеллект
будет не тот. Ну а пока вернемся в ХХ век.
Характерной особенностью 90-х лет было
бушующее развитие электроники, массовый
выпуск и использования мощных персональных
компьютеров и периферийной техники.
Давайте почтим те 80-90 гг. когда компьютеры
только начали классифицироваться.
Классификация компьютеров.
В зависимости от возможностей компьютеры
разделяют на:
1) суперкомпьютеры;
2) большие компьютеры;
3) маленькие компьютеры;
4) микрокомпьютеры;
5) специализированные компьютеры.
Суперкомпьютеры ("Эльбрус", модели серии "Крей")
- эти много процессорные системы, которые
выполняют миллиарды операций за секунду.
Цена такой машины - несколько миллионов
долларов. Их используют в космических
исследованиях, для перспективного прогнозирования
погоды на планете, обработка геодезической
информации во время поиска полезных ископаемых,
а также в воинских исследованиях. У СИТА
создан компьютер, способный выполнять
больше триллиона операций за секунду.
В нем использовано 9200 процессоров "Pentіum
Pro", которые работают параллельно, что
дало возможность достичь рекордной на
то время скорости вычислений. Это достижение
сравнивают с преодолением звукового
барьера самолетами.
Большие компьютеры (например, модели "ЕС-1060", "ЕС-1061",
"ЕС-1065" и прочей, а также машины серии
"ІВМ-370") эксплуатировали в 70-х -80-х
годах для решения научных и производственных
задач: планирования производства, учета
материалов, начисления зарплаты рабочим
и служащим и т.п. Быстродействие больших
компьютеров - несколько миллионов операций
за секунду. Их обслуживали специалисты,
которые работали в вычислительных центрах
предприятий и организаций. Для размещения
таких компьютеров нужны были специально
оборудованные просторные помещения.
Малые компьютеры (например, модели "CM-С", "СМ-4"
в нашей стране и машины серии "PDP"
фирмы DEC в США) использовали на небольших
предприятиях, в научно-исследовательских
институтах для решения специфических
задач, а также для обучение студентов
в вузах. Быстродействие этих машин - 100-500
тысяч операций за секунду. Маленький
компьютер помещался в небольшой комнате.
Микрокомпьютеры (а это - персональные компьютеры, портативные
компьютеры, специализированные рабочие
станции) в 90-х годах заменили большие
и маленькие компьютеры. Сегодня персональные
компьютеры используют на предприятиях,
в научных организациях, учебных заведениях,
а также в быте. За пультом персонального
компьютера работает один человек. Ни
быстродействием, ни объемом памяти персональный
компьютер не уступает большому или маленькому.
Поэтому он стал наиболее распространенным
типом.
Специализированные компьютеры (например, компьютер в часах, в фотоаппарате,
в автомобиле, в станках с числовым программным
управлением) есть составными разных механизмов.
В отличие от универсальных компьютеров,
их используют для решения отдельных задач.
Их функционирование не требует постоянного
вмешательства человека, то есть определенный
период времени, они работают автоматически,
выполняя одну и ту же функцию. Для выполнения
другой работы их надо перепрограммировать.
Упомянутые большие и маленькие компьютеры
уже не выпускают. На предприятиях и в
учреждениях их заменили персональные
компьютеры и серверы, предназначенные
для обслуживания широкого круга пользователей.
Сервер - это мощный компьютер или дорогая многопроцессорная
система большой производительности,
которая предоставляет многим пользователям
доступ к оперативной памяти с большим
объемом мегабайт и к дисковой памяти
емкостью сотни гигабайт. Пользователи,
имея в своем распоряжении рабочие станции
(дисплей, клавиатуру и т.п.), которые могут
быть на значительном расстояния от сервера,
подсоединяются и работают. Взаимодействие
с сервером происходит по помощи сети
и специального программного обеспечения.
Основные виды ЭВМ
В современной ВТ основой представления информации являются электрические сигналы, допускающие в случае использования напряжений постоянного тока две формы представления - аналоговую и дискретную.
В первом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной, например, подача на вход напряжения в 1.942 в эквивалентна вводу числа 19.42 (при масштабе 0.1). Во втором случае - в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной. При аналоговом представлении информации значения измеряемых величин могут принимать любые допустимые значения из заданного диапазона, плавно без разрывов переходя от одного значения к другому. Теоретически, представляется весь бесконечный спектр значений измеряемой величины на заданном отрезке. Таким образом, аналоговые ВМ - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
При дискретном представлении информации значения измеряемых величин носят дискретный (конечный) характер в измеряемом диапазоне.
Цифровые ВМ - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. Наиболее широкое применение получили цифровые ВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.
Достоинства аналоговой формы представления информации:
при создании ВТ аналогового типа требуется меньшее число компонент (ибо одна измеряемая величина представляется одним сигналом);
аналоговая ВТ более интеллектуальна и производительна за счет возможности легко интегрировать сигнал, выполнять над ним любое функциональное преобразование и т.д.;
за счет ряда особенностей она позволяет решать ряд классов задач во много раз быстрее, чем дискретная ВТ.
Недостатки аналоговой формы представления информации:
так как при создании ВТ аналогового типа требуется меньшее число компонент, то сложность ее быстро возрастает за счет необходимости различать значительно большее число (вплоть до бесконечности) состояний сигнала;
сложность реализации устройств для ее логической обработки, длительного хранения и высокой точности измерения
Аналоговые вычислительные машины (АВМ) предназначены, в первую очередь, для решения задач, описываемых системами дифференциальных уравнений: управление непрерывными процессами; моделирование в гидро- и аэродинамике; исследование динамики сложных объектов, электромагнитных полей; параметрическая оптимизация и оптимальное управление, и др. Но АВМ не могут решать задач, связанных с хранением и обработкой больших объемов информации различного характера; задач с высокой степенью точности и др., с которыми легко справляются электронные вычислительные машины (ЭВМ), использующие дискретную форму представления информации.
Положительные черты обоих типов совмещают гибридные ВМ - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
В свете сказанного, по принципу действия классификация современных ЭВМ, может быть представлена следующим образом.
----------------- |
---------------- | ||||||||
Аналоговые ВМ (АВМ) |
Гибридные ВМ (ГВМ) |
Цифровые ВМ (ЦВМ) |
|||||||
По назначению классификация современных ЭВМ, может быть представлена следующим образом:
Специальные - ориентированы на решение отдельных задач или одного класса задач. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.
Общего назначения - служат для решения широкого класса задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных.
Проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам.
По целому ряду причин и, в первую очередь, своим возможностям именно дискретное представление информации определяет на сегодня лицо всей ВТ, основу которой составляют ЭВМ различных классов и типов. С определенной степенью адекватности ЭВМ можно классифицировать как:
