Сравнительный анализ поколений ЭВМ

Введение

Человек всегда стремился  облегчить свой труд. Он придумывал различные приспособления, механизмы  и машины, усиливающие различные  физические возможности человека. Но лишь очень немногие механизмы помогали человеку лучше выполнять умственную работу. С этим можно было мириться на протяжении сотен лет, пока большинство  людей занималось в основном физическим трудом. Однако за последние несколько  десятилетий все изменилось. Нынче  почти половина всех работающих в  развитых странах занимается исключительно  умственной деятельностью. Ясно, что  теперь без машин, способных резко  усилить умственные возможности  человека, просто не обойтись.

Понятно что Электронная  Вычислительная Машина (далее ЭВМ) в  том виде в котором мы привыкли ее видеть появилась не сразу, а развивалась и совершенствовалась подобно тому как развивался и совершенствовался человек, но с небольшой разницей: человек развивался самостоятельно, а ЭВМ развивалось при помощи человека.

Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения. Смена поколений чаще всего были связаны со сменой электронной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту  вычислительной мощности ЭВМ. То есть быстродействие и объема памяти. Но это не единственное следствие смены  поколений. При таких переходах, как правило, происходили существенные изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся руг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между  пользователем и компьютером.

С историей развития человечества примерно такая же картина. История  развития человечества условно делится  на «века» (каменный, бронзовый, железный, век информационных технологий).

В вычислительной технике  существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или  иному поколению в зависимости  от типа основных используемых в ней  элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов; для отдельной же машины вопрос о ее принадлежности к тому или иному поколению решается достаточно просто.

Появление ЭВМ или компьютеров  – одна из существенных примет современной  научно-технической революции. Широкое  распространение компьютеров привело  к тому, что все большее число  людей стало знакомиться с  основами вычислительной техники, а  программирование постепенно превратилось в элемент культуры.

Сравнительный анализ поколений ЭВМ

В истории вычислительной техники  существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально  был положен физико-технологический  принцип: машину относят к тому или  иному поколению в зависимости  от используемых в ней физических элементов или технологии их изготовления. Границы поколений во времени  размыты, так как в одно и то же время выпускались машины совершенно разного уровня. Когда приводят даты, относящиеся к поколениям, то скорее всего имеют в виду период промышленного производства; проектирование велось существенно раньше, а встретить в эксплуатации весьма экзотические устройства можно и сегодня.

В настоящее время физико-технологический  принцип не является единственным при  определении принадлежности той  или иной ЭВМ к поколению. Следует  считаться и с уровнем программного обеспечения, с быстродействием, другими  факторами. Следует понимать, что разделение ЭВМ по поколениям весьма относительно. Первые ЭВМ, выпускавшиеся до начала 50-х годов, были “штучными” изделиями, на которых отрабатывались основные принципы; нет особых оснований относить их к какому-либо поколению. Нет единодушия и при определении признаков пятого поколения. В середине 80-х годов считалось, что основной признак этого (будущего) поколения – полновесная реализация принципов искусственного интеллекта. Эта задача оказалась значительно сложнее, чем виделось в то время, и ряд специалистов снижают планку требований к этому этапу (и даже утверждают, что он уже состоялся). В истории науки есть аналоги этого явления: так, после успешного запуска первых атомных электростанций в середине 50-х годов ученые объявили, что запуск многократно более мощных, дающих дешевую энергию, экологически безопасных термоядерных станций, вот-вот произойдет; однако, они недооценили гигантские трудности на этом пути, так как термоядерных электростанций нет и по сей день. Чем младше поколение, тем отчетливее классификационные признаки. ЭВМ первого, второго и третьего поколений сегодня, в конце 90-х годов – в лучшем случае музейные экспонаты.

Идея использования программного управления для построения устройств, автоматически выполняющих арифметические вычисления, была впервые высказана английским математиком Ч. Бэббиджем  в 1833 г. Однако его попытки построить механическое вычислительное устройство с программным управлением не увенчались успехом. Фактически эта идея была реализована  спустя более чем 100 лет, когда в 1942 г. К. Цюзе в Германии и в 1944 г. Г. Айкен в США построили на электромагнитных реле вычислительные машины с управлением от перфоленты, на которую записывалась программа вычислений. Идея программного управления вычислительным процессом была существенно развита американским математиком Дж. фон Нейманом, который в 1945 г. сформулировал принцип хранимой в памяти программы. Первые ЭВМ с программным управлением и с хранимой в памяти программой появились практически одновременно в Англии, США и СССР. На протяжении более шести десятилетий электронная вычислительная техника бурно развивается. Появились, сменяя друг друга, несколько поколений ЭВМ. Появление новых поколений ЭВМ вызывалось расширением областей и развитием методов их применения, требовавших более производительных, более дешевых и более надежных машин. Поколение ЭВМ определяется совокупностью взаимосвязанных и взаимообусловленных существенных особенностей и характеристик, используемых при построении машин, конструктивно-технологической (в первую очередь элементной) базы и реализуемой в машине архитектуры. Первое поколение образовали ламповые ЭВМ, промышленный выпуск которых начался в начале 50-х гг. Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году.

Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер, изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной цифры.

Официально за точку отсчета эры ЭВМ обычно принимают 15 февраля 1946 года, когда ученые Пенсильванского университета США ввели в строй первый в мире электронный компьютер ЭНИАК. В нем использовалось 18 тысяч электронных ламп. Машина занимала площадь 135 м3, весила 30 тонн и потребляла 150 кВт электроэнергии. Она использовалась для решения задач, связанных с созданием атомной бомбы. И хотя механические и электромеханические машины появились значительно раньше, все дальнейшие успехи ЭВМ связаны именно с электронными компьютерами. В СССР в 1952 году академиком С.А. Лебедевым была создана самая быстродействующая в Европе ЭВМ БЭСМ. Быстродействие первых машин было несколько тысяч операций в секунду.

Использование электронной  лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось  очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.

Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны  были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штеккера с нужным гнездом.

Примерами машин I-го поколения  могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), - первая машина с хранимой программой. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.

Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных  с переработкой больших объемов  данных.

 Скорость счета самых быстрых машин первого поколения доходили до 20000 операций в секунду (ЭВМ М-20). Для ввода программ и данных использовались перфоленты и перфокарты. Поскольку внутренняя память этих машин была невелика (могла вместить в себя несколько тысяч чисел и команд программы), то они, главным образом, использовались для инженерных и научных расчетов, несвязанных с переработкой больших объемов данных. Машина первого поколения – десятки стоек, каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами, лентопротяжными устройствами, громоздкие печатающие агрегаты, и все это на площади сотни квадратных метров, со специальными системами охлаждения, источниками питания, постоянно гудящее и вибрирующее (почти как в цехе машиностроительного завода). Обслуживание – ежечасное. Часто выходящие из строя узлы, перегорающие лампы, и вместе с тем невиданные, волшебные возможности для тех, кто, например, занят математическим моделированием. Быстродействие до 1000 операций/с и память на 1000 чисел делало доступным решение задач, к которым раньше нельзя было и подступиться. Это были довольно громоздкие сооружения, содержащие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт.

Программы для таких машин  составлялись на языках машинных команд. Это довольно трудоемкая работа. Поэтому  программирование в те времена было доступно не многим.

Сходство между первыми  этапами развития человечества и  ЭВМ это некачественные материалы, у людей для создания орудий труда (камень), у ЭВМ для создания элементной базы (лампы). Соответственно низкая производительность, У людей в сфере сбора урожая, в ЭВМ в сфере быстродействия и количества выполняемых операций.

Следующим витком в развитии ЭВМ было открытие способности некоторых  химических элементов, непроводящих электричество  при воздействии на них определенных факторов становиться проводниками эти элементы были названы полупроводниками. В США в 1949 году был создан первый полупроводниковый прибор заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. Транзисторы быстро внедрялись в радиотехнику. В 60х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Полупроводниковый прибор - транзистор был изобретен в США в 1948 году Шокли и Бардиным. Компьютеры на транзисторах резко уменьшили габариты, массу, потребляемую мощность, повысили быстродействие и надежность. Типичная отечественная машина (серий "Минск", "Урал") содержала около 25 тысяч транзисторов. Лучшая наша ЭВМ БЭСМ-6 имела быстродействие 1 млн. оп/с.

1 июля 1948 года на одной  из страниц "Нью-Йорк Таймс", посвященной радио и телевидению,  было помещено скромное сообщение  о том, что фирма "Белл  телефон лабораториз" разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором три металлических "усика" контактировали с бруском из поликристаллического германия.

Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов  были созданы более компактные внешние  устройства, что позволило фирме  Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник (!!) и стоимостью всего 20 тыс. долларов (!!) .

Созданию транзистора  предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал  физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности.

И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться  за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных  ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ  Юнивак, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х годов получило распространение хранение информации на дисках. Большие достижения в архитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций в секунду! Примерами транзисторных компьютеров могут послужить "Стретч" (Англия), "Атлас" (США). В то время СССР шел в ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня (например "БЭСМ-6").

В этот период стали  развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало  зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч операций в секунду объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению ЭВМ первого поколения. Благодаря этому появилась возможность создать на ЭВМ информационно справочные поисковые системы. Такие системы связаны с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации. Составление программы перестало зависеть от модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.. Также возрастает и скорость развития ЭВМ и человека для перехода на третий этап развития ЭВМ уже не надо открывать новых свойств материала, а только модернизировать (уменьшить) существующие элементы и поместить несколько элементов на один кристалл и получить интегральную схему.

Подобно тому, как появление  транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения. Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2.

Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала  они использовались только в космической  и военной технике. Сейчас же их можно  обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же качается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы!

Появление ИС означало подлинную  революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в  свою очередь уже заменил 40 электронных  ламп. Другими словами, один крошечный  кристалл обладает такими же вычислительными  возможностями, как и 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.

Ко всем достоинствам ЭВМ  третьего поколения добавилось еще  и то, что их производство оказалось  дешевле, чем производство машин  второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту  спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные  для решения самых различных  задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными  машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

ЭВМ третьего поколения  начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы  машин IBM-360. Немного позднее появились  машины серии IBM-370.В Советском Союзе  в 70-х годах начался выпуск машин  серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже  нескольких миллионов операций в  секунду. На машинах третьего поколения  появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике. Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти,  получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2. Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. Каково же быстродействие современной микроЭВМ? Оно в 10 раз превышает быстродействие ЭВМ третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз - быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 100000 раз - быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах.Далее, почти 40 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили около 2,5 млн. долларов. Сегодня же ЭВМ со значительно большим быстродействием, более широкими возможностями, более высокой надежностью, существенно меньшими габаритами и более простая в эксплуатации стоит примерно 2000 долларов. Каждые 2 года стоимость ЭВМ снижается примерно в 2 раза. Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне гигантские фирмы: Microsoft® и Intel®. Первая из них очень сильно повлияла на развитие программного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна благодаря выпускаемым ей лучшим микропроцессорам С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика.

ЭВМ пятого поколения будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ:1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.

• 2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.
• 3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).
• 4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).

Пятое поколение  ЭВМ строится по принципу человеческого  мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально  новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным  интеллектом, но успеха они пока не добились.Для многих из нас в памяти из старых фантастических фильмов отложилось впечатление, что компьютеры пятого поколения – это наше самое светлое будущее. А сейчас даже многие на мой вопрос о компьютерах пятого поколения отвечают что-то типа «Да нет, у меня дома четверочка стоит». Зачастую люди действительно путают очередной пентиум с поколением в компьютерной индустрии. На самом деле ситуация в мире другая: компьютеры пятого поколения есть и причем довольно давно. 
В 1982 году, в Японии началась разработка супер-эпохального компьютера – Компьютера пятого поколения. Целью проекта – было создание компьютера, который мог решать сверхсложные задачи за самые короткие промежутки времени, управлять большими системами и обладать высокоразвитым искусственным интеллектом (вплоть до того, что компьютер должен был писать программы сам для себя). 
В самом начале работы проекта Япония еще не обладала современной технологической мощью, которой обладает сейчас и основные компьютерные разработки основывались на компьютерах заокеанских производителей. 
По мнению Японских ученых компьютеры пятого поколения должны обладать не микро-составляющей (ведь основное стремление последних 20 лет – миниатюризация компьютерных систем), компьютеры нового поколения должны строиться по принципу совмещения огромного количества процессоров. 
Сама конечная цель ученым представлялась так:  
Первичный компьютер под воздействием анализа исполняемых им задач будет сам себя совершенствовать. Причем конечный результат и принципы, которые будут заложены в этот компьютер заранее неизвестны. Принципы планировалось вырабатывать в процессе первичной работы начальной работы первичных компьютеров. Кроме того, исследователи и разработчики имели свои планы по поводу развития искусственного интеллекта суперкомпьютера: 
1. Ограничить ввод текста. Компьютер должен набирать символы под диктовку. Эта проблема особенно остро стояла в Японии, где существовала определенная сложность с набором иероглифов. 
2. Перевод с любого языка на любой другой, что способствовало бы устранению языкового барьера на международной арене. И, конечно же, все это должно осуществляться под диктовку. 
3. Поиск смысла в статьях, категоризация и автоматическое реферирование. 
4. Также планировалось внедрение многих криптографических, анализаторских, распознавательных и дешифровальных функций. 
Все это Японские ученые планировали осуществить за 10 лет. Им удалось получить поддержку от правительства и в 1982 году руководство страны основало Институт Компьютерной Технологии Нового Поколения (ICOT), объединив большинство компьютерных компаний Японии. 
Ожидалось, что за первые три года будут окончены первоначальные исследования и разработки, последующие четыре года для разработки универсальных подсистем и последние четыре года для создания прототипа. 
В 1992 году стало очевидно – проект Компьютер Пятого Поколения – обречен на провал. В финансовом плане правительство потратило больше чем 50 миллиардов Йен, а цель, поставленная в начале, так и не была достигнута. Рабочие станции компьютера пятого поколения так и не увидели свет в связи с тем, что однопроцессорные компьютеры других фирм обгоняли их по параметрам производительности. К тому же появление общественных сетей (Интернет) рушило всю концепцию первоначального проекта. Основными причинами считается целый ряд факторов. Основные из них – ошибочная оценка тенденций развития компьютеров, отсутствие опыта в разработках подобных технологий, ошибочный выбор языков программирования (изначально был выбран язык Пролог, которые не поддерживал параллельное программирование, что в корне не соответствовало поставленным изначально задачам).  Но все-таки для решения поставленной задачи предлагались следующие направления: 
1.Разработка простого интерфейса, позволяющего конечному пользователю вести диалог с компьютером для решения своих задач. Подобный интерфейс может быть организован двумя способами: естественно-языковым и графическим. Поддержка естественно-языкового диалога – очень сложная и не решенная пока задача. Реальным является создание графического интерфейса, что и сделано в ряде программных продуктов, например, в ОС Windows’XP. Этот интерфейс обладает наглядностью, не требует специальных знаний. Однако разработка доступных интерфейсов решает проблему только наполовину – позволяет конечному пользователю обращаться к заранее спроектированному программному обеспечению, не принимая участие в его разработке;  
2.привлечение конечного пользователя к проектированию программных продуктов. Это направление позволило бы включить заказчика непосредственно в процесс создания программ, что в конечном итоге сократило бы время разработки программных продуктов и, возможно, повысило бы их качество. Подобная технология связана с автоформализацией профессиональных знаний конечного пользователя и предполагает два этапа проектирования программных продуктов:  
•программистом создается «пустая» универсальная программная оболочка, способная наполняться конкретными знаниями и с их использованием решать практические задачи. Например, эту оболочку можно было бы заполнить правилами составления квартальных и иных балансов предприятий, и тогда она могла бы решать задачи бухгалтерского учета. Либо можно было внести туда правила зачисления абитуриентов, которые изложены ранее и использованы в примерах;  
•конечный пользователь заполняет созданную программистом программную оболочку, вводя в нее знания, носителем которых (в некоторой предметной области) он является. Здесь может использоваться понятный интерфейс. После этого программный продукт готов к эксплуатации.Таким образом, предлагаемая в проекте ЭВМ пятого поколения технология подготовки прикладных задач к решению на компьютере включает два этапа:

1) программист создает пустую  программную оболочку

2) заказчик (конечный пользователь) наполняет оболочку знаниями

Наполненная знаниями конечного  пользователя программная оболочка готова к решению тех прикладных задач, правила решения которых внес в нее конечный пользователь. Таким образом, начинается эксплуатация программного продукта. Предлагаемая технология имеет много серьезных проблем, связанных с представлением и манипулированием знаниями. Тем не менее, с ней связывают прорыв в области проектирования прикладных программных продуктов.

Основные требования к компьютерам V поколения

1. Создание развитого человеко-машинного  интерфейса (распознавание речи, образов); 
2. Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

3. Создание новых технологий  в производстве вычислительной  техники;  
4. 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. 

Заключение 

Приход полупроводниковой техники (первый транзистор был создан в 1948 г., а первая ЭВМ с их использованием – в 1956 г.) резко изменил вид  машинного зала - более нормальный температурный режим, меньший гул (лишь от внешних устройств) и, самое  главное, возросшие возможности  для пользователя. Впрочем, непосредственного  пользователя к машинам первых трех поколений почти никогда не подпускали – около них колдовали инженеры, системные программисты и операторы, а пользователь чаще всего передавал  в узкое окошечко или клал на стеллаж в соседнем помещении рулон перфоленты или колоду перфокарт, на которых была его программа и входные данные задачи. Доминировал для машин первого и второго поколении монопольный режим пользования машиной и/или режим пакетной обработки; в третьем поколении добавился более выгодный экономически и более удобный для пользователей удаленный доступ – работа через выносные терминалы в режиме разделения времени. Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей. Так, небольшие отечественные машины второго поколения (“Наири”, “Раздан”, “Мир” и др.) с производительностью порядка 10⁴ оп/с были в конце 60-х годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на 2 – 3 порядка выше. В начале 70-х годов, с появлением интегральных технологий в электронике, были созданы микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков транзисторов и резисторов на одной небольшой (площадью порядка 1 см² ) кремниевой подложке. Без пайки и других привычных тогда в радиотехнике действий на них “выращивались” электронные схемы, выполняющие функции основных логических узлов ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и т.д.). Это позволило перейти к третьему поколению ЭВМ, техническая база которого – интегральные схемы. При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе, а потом забывают. Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач. Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всею семейство IBM 360/370. В СССР 70-е и 80-е годы были временем создания унифицированных серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и “Электроника” (серия микро-ЭВМ). В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительностью. Их выпуск был практически прекращен в начале 90-х годов, но многие из них еще используются в самых разных сферах деятельности, включая образование (например, компьютеры ДВК, БК, а также УКНЦ – аналоги мини-ЭВМ типа PDP-11 фирмы DEC). С созданием новой элементной базы – интегральных схем появилось третье поколение ЭВМ. С помощью очень сложной технологии специалисты научились монтировать на меленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее одного квадратного сантиметра, достаточно сложные электронные схемы. Их называли интегральными схемами (ИС). Первые ИС содержали в себе десятки, затем – сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилось к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами –БИС; затем появились сверх большие интегральные схемы-СБИС.

ЭВМ третьего поколения начали производится во второй половине 60х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM –360. это были машины на ИС. Немного позднее стали выпускаться машины IBM-370 , построенные на БИС. В советском союзе в 70х годах начали выпуск машин серии ЕС ЭВМ (единая система ЭВМ ) по образцу IBM-360/370.Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры ЭВМ. Появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом.Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигло нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски. Как и на магнитных лентах, на дисках можно хранить неограниченное количество информации. Но накопители на магнитных дисках (НМД) работают гораздо быстрее, чем НМЛ. Широко используются новые типы устройств ввода – вывода: дисплеи, графопостроители. В этот период существенно расширились области применения ЭВМ. Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ).В 70 годы получила мощное развитие линия малых (мини) ЭВМ. Своеобразным эталоном здесь стали машины американской фирмы DEC серии PDP-11. В нашей стране по этому образцу создавалась серия машин СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ). Они меньше , дешевле, надежнее больших машин. Машины этого типа хорошо приспособлены для целей управления различными техническими объектами: производственными установками лабораторным оборудованием, транспортными средствами. По этой причине их называют управляющими машинами. Во второй половине 70х годов производство мини ЭВМ превысило производство больших машин.  Очередное революционное событие в электронике произошло в1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессор – сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера – процессора. Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память. Первоначально микропроцессор начали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты. Такие микропроцессоры осуществляют автоматическое управление работы этой техники. Соединив микропроцессор с устройствами ввода вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро ЭВМ. Микро ЭВМ относятся к машинам четвертого поколения. Существенным отличием микро ЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже. Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются персональные компьютеры. Появление феномена персональных компьютеров связано с именами американских специалистов: Стива Джобса с Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году Apple-2.  Сущность того, что такое персональный компьютер, кратко можно сформулировать так: ПК – это микро ЭВМ с «дружественным» к пользователю аппаратным и программным обеспечением. В аппаратном комплекте ПК используется цветной графический дисплей, манипуляторы типа «мышь», «джойстик», удобная клавиатура, удобные для пользователя компактные диски (магнитные и оптические). Программное обеспечение позволяет человеку легко общаться с машиной, быстро усваивать приемы работы с ней, получать пользу от компьютера не прибегая к программированию. Общение человека и ПК может принимать форму игры с красочными картинками на экране, звуковым сопровождением. Неудивительно, что машины с такими свойствами быстро приобрели популярность, причем не только среди специалистов. ПК становится такой же привычной бытовой техникой, как радиоприемник или телевизор. Их выпускают огромными тиражами, продают в магазинах.

С 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее конструкторам удалось  создать такую архитектуру, которая  стала фактически международным  стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBMPC (Personal Computer). В конце 80-х – начале 90х годов большую популярность приобрели машины фирмы Apple Corporation марки Macintosh. В США они широко используются в системе образования. Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых становится невозможным обойтись в большинстве областей деятельности человека. Есть и другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения. Это – суперЭВМ. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Первой суперЭВМ четвертого поколения была американская машина ILLIAC-4, за ней появились CRAY, CYBER и др. из отечественных машин этой серии относится многопроцессорный вычислительный комплекс ЭЛЬБРУС. В развитии человечества на смену «железного» века пришел век «научных открытий» с 16 в по конец 20в. В этот период возрастает количество научных открытий: таких как изобретение телескопа, книгопечатания, микроскопа. В 1895 русский физик и электротехник смонтировал первый в мире радиоприемник, с помощью которого беспроволочная радиосвязь была осуществлена на расстояние 600 м, а в 1897 — уже на 5 км. На Западе изобретателем радио считается итальянский радиотехник Г. Маркони (1874-1937), который в 1898 организовал связь между сушей (селение близ Дувра) и небольшим судном, стоявшим на якоре на расстоянии 19 км от берега. В 1901 его радиосигналы, посланные через Атлантический океан, достигли берегов Северной Америки. Позже 12 апреля 1961 первый человек побывал в космосе.

Собственно именно в этот период и были разработаны первые ЭВМ которые постоянно совершенствовались как бы повторяя историю развития человечества. И это неудивительно ведь создавал и совершенствовал ЭВМ сам человек. С созданием ЭВМ наука и техника на земле стали развиваться быстрее именно в ходе развития ЭВМ в 1961 году Defence Advanced Research Agensy (DARPA) по заданию министерства обороны США приступило к проекту по созданию экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET, предназначалась первоначально для изучения методов обеспечения надежной связи между компьютерами различных типов. Многие методы передачи данных через модемы были разработаны в ARPANET. Именно ARPANET и стал прародителем сегодняшнего INTERNET, который объединил миллионы компьютеров и локальных сетей в разных уголках мира в единую компьютерную сеть. С созданием INTERNET во много раз облегчился поиск информации. Теперь фирма, имеющая филиалы в разных точках земного шара может следить за работой своих филиалов, а если понадобится, то и помочь им в некоторых вопросах за считанные секунды. С появлением INTERNET пошел следующий век в эволюции человечества век «информационных технологий» собственно это век развития компьютеров и компьютерных сетей, время, когда вовремя доставленная информация стала цениться как никогда раньше. В настоящее время ЭВМ задействована практически во всех отраслях производства, науки и обороне стран. Человек стремится максимально облегчить себе работу во всем, хочет, чтобы ЭВМ делало за него практически всю работу, а для этого пытается разработать более совершенные машины. ЭВМ пятого поколения – это машины недалекого будущего. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. Машины пятого поколения – это реализованный искусственный интеллект. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание». Многое уже практически сделано в этом направлении. Пройдет не так уж и много лет, и человек, незнакомый с ЭВМ, не привыкший обращаться к ее помощи в повседневной практике, окажется совершенно неприспособленным к жизни. Управление сложнейшими автоматизированными процессами, быстрая переработка необозримых объектов научно-технической, политической, экономической и другой разнообразной информации станут уделом не сотен и не тысяч, а миллиардов людей практически каждого. В настоящее время программное управление используется там, где еще недавно и вообразить не могли использование: в стиральных машинах, токарных и фрезерных станках, телефонах и т.д. И неумение обращаться с обычными бытовыми приборами сделает человека беспомощным.