Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

История развития средств вычислительной техники ( Периоды развития вычислительной техники )

Содержание:

Введение

Электронные вычислительные машины, пройдя долгий путь эволюционного развития, используются почти во всех сферах деятельности современного общества. Разнообразие технических характеристик и функциональных особенностей современных ЭВМ позволяет решать с их помощью широкий спектр задач — от бытового применения до управления войсками и оружием.

В настоящее время, в эпоху развития наукоемких производств и высоких технологий, экономическая и политическая успешность государства невозможна без создания сбалансированного парка ЭВМ.

Многообразие типов ЭВМ направлено на поддержание, развитие и распространение информационно-коммуникационных технологий. ЭВМ внедрены в контуры автоматизированного управления министерствами и ведомствами, предприятиями, образованием. Высоконадежные ЭВМ задействованы в управлении объектами повышенной опасности: атомными станциями, космическими аппаратами и т. д.

Целью работы является изучение истории развития средств вычислительной техники.

Для решения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

- изучить периоды развития вычислительной техники;

- рассмотреть основные характерные различных периодов развития вычислительной техники;

- рассмотреть поколения ЭВМ;

- выявить основные особенности поколений ЭВМ.

Объектом работы является история развития средств вычислительной техники.

Предметом работы являются особенности развития вычислительной техники.

При подготовке работы были использованы такие информационные источники как специализированная профессиональная литература, материалы из СМИ, данные Интернет-ресурсов. Применены такие методы и приемы исследования как анализ, синтез, сравнение.

1. Периоды развития вычислительной техники

В истории развития вычислительной техники можно выделить четыре периода: домеханический, механический, электромеханический и электронный.

Домеханический период называют периодом абака. Принято считать, что он начался в древнейшие времена и продолжался до начала XVII в. [9, с. 45].

Абак (от греч. abах — доска) — доска, разделенная на полосы, где арифметические расчеты велись посредством передвижения из одной колонки в другую камешков, костей (как в русских счетах) (рис. 1).

Рисунок 1 - Абак

Механический период вычислительной техники — это время с начала XVII до конца XIX в., когда было создано много разнообразных машин: счетные машины (рис. 2), арифмометры (рис. 3), логарифмическая линейка (рис. 4).

Рисунок 2 – Механическая счетная машина

Рисунок 3 - Арифмометр

Рисунок 4 - Логарифмическая линейка

Наконец, в первой половине XIX в. англичанин Чарльз Беббидж (1792-1871 гг.) разработал конструкцию машины, достойной называться первым компьютером. Но он ее так и не построил [1, с. 117].

Полностью разностная машина Ч. Беббиджа была достроена только в наше время, в 1991 г., двумя инженерами — P. Қриком и Б. Холловеем — к 200-летию со дня рождения ее автора. Сегодня это действующий экспонат Лондонского научного музея (рис. 5). Машина состоит из 4000 деталей — без печатающего механизма, который не был достроен; весит около 3 тонн; имеет размеры 2,1х3,4х0,5 м выполнена из бронзы, стали и железа. При помощи поворота рукоятки она может вычислять разности 7 порядка.

Рисунок 5 – Разностная машина

Разностные вычислительные машины конца XVIII — начала XIX в. не имели и не могли иметь программ, управляющих их работой. В них с помощью хитроумных механизмов реализовывался алгоритм вычислений для составления различных таблиц, широко использовавшихся в астрономии, землемерном, страховом и банковском деле, мореплавании, строительстве, кораблестроении и других сферах деятельности человека [6, с. 129].

Электромеханический период характеризуется появлением счетно-аналитических машин. Первая такая машина была построена Г. Холлеритом (рис. 6). В 1890 г. в США она была применена при обработке материалов переписи населения. В этой машине впервые управление работой осуществлялось с помощью перфокарт.

Рисунок 6 - Табулятор Холлерита

Достижения электроники повлекли за собой переход к электронной вычислительной технике. Электронный период развития вычислительной техники продолжается и в настоящее время, однако сегодня ЭВМ выглядят совсем иначе, чем в его начале, — достаточно сравнить хотя бы элементную базу машин разных поколений [6, с. 131].

Понадобилось более ста лет, прежде чем принцип Ч. Беббиджа был реализован. За время своего существования ЭВМ сделали грандиозный скачок как в своем совершенствовании, так и в расширении области применения.

2. Поколения ЭВМ

2.1. Первое поколение ЭВМ

В качестве элементной базы машин первого поколения (50-е годы) использовались электронные лампы. Машины были громоздкими, потребляли много электроэнергии.

Режим работы – монопрограммный однопользовательский. Программист присутствовал при отладке и счете своей задачи, контролировал ее ход по световой индикации на пульте управления ЭВМ и мог по ходу вычислений переключать работу в однотактный ручной режим для контроля или внесения в программу изменений. Этот режим был очень удобен для программиста, так как машина всегда оставалась в его распоряжении, однако имел чрезвычайно низкий коэффициент использования оборудования [10, с. 35].

Способ обработки информации – последовательный. Алгоритм управления вычислительным процессом – неизменный (закладывался в аппаратуру при конструировании машины и неизменный впоследствии). Структурная схема ЭВМ 1-го поколения представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Структурная схема ЭВМ 1-го поколения

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, разделенное на отдельные ячейки, называемые адресом и пронумерованные от 0 до N. В каждой ячейке содержится одно слово. Машинное слово равным образом представляет и команду, и число. Команда – инструкция для выполнения одной операции в ЭВМ, записанная в числовой форме.

ЦУУ – центральное устройство управления. В него поступают команды. ЦУУ обрабатывает код очередной команды на специальном блоке, называемом дешифратором, и превращает КОП в серию управляющих импульсов, предназначенных для тех устройств, которые участвуют в данной операции. Например, в случае арифметической команды, управляющие импульсы будут направлены в АЛУ. Затем расшифровывается адресная часть команды, и управляющие импульсы посылаются в ОЗУ для выборки слов по соответствующим адресам [10, с. 37].

АЛУ – арифметико-логическое устройство, выполняющее, как минимум, арифметические и логические операции. Для выполнения машинной операции АЛУ должно быть настроено на ее выполнение. Операнды в АЛУ посылаются из ОЗУ, туда же записывается и результат операции.

ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.

Область применения первых ЭВМ: научные расчеты.

Технология программирования: в машинных кодах, автокод (или ассемблер – упрощенное кодирование команд, предполагающее мнемонический КОП и нумерацию ячеек не по физическим адресам, а с опорой на буквенный базис: а+1, а+2 и т.д.).

ЭВМ поставлялись в вычислительные центры заводами-изготовителями в «голом» виде, без какого-либо вспомогательного программного обеспечения. Вопрос о программных средствах (software) решался просто: все операции, которые нужно было выполнить компьютеру для решения задачи, программисту приходилось полностью описывать в своей программе. Не было никакого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм, которые программист мог использовать для того, чтобы не писать каждый раз коды, вычисляющие, например, значение какой-либо математической функции. Все задачи организации вычислительного процесса решались каждым программистом с пульта управления, который представлял собой устройство, состоящее из кнопок, переключателей и индикаторов [12, с. 141].

Машинами первого поколения были Стрела (рис. 8), БЭСМ-2 (рис. 9), М-2, М-3, Урал-1, Урал-2.

Рисунок 8 – ЭВМ «Стрела»

Рисунок 9 - БЭСМ-2

Заложенные в первых ЭВМ архитектурно-функциональные принципы на многие годы определили подходы к построению ЭВМ. Эти принципы известны также как принципы фон Неймана, потому что были изложены венгерским математиком Дж.фон Нейманом и его коллегами Г. Голдстайном и А. Берксом (в 1946г., в отчете «Предварительное обсуждение логического конструирования вычислительного устройства»).

Содержание принципов следующее [12, с. 143]:

- Программное управление работой ЭВМ – программы состоят из отдельных шагов – команд; команда осуществляет единичный акт преобразования информации; последовательность команд, необходимая для реализации алгоритма, является программой; все разновидности команд, использующиеся в конкретной ЭВМ, в совокупности являются языком машины или системой команд машины.

- Принцип условного перехода – возможность перехода в процессе вычислений на тот или иной участок программы в зависимости от промежуточных, получаемых в ходе вычислений результатов (обычно в зависимости от знака результата после завершения арифметической операции или от результатов выполнения логической операции).

- Принцип хранимой программы – команды представляются в числовой форме и хранятся в том же ОЗУ, что и исходные данные.

- Принцип использования двоичной системы счисления для представления информации в ЭВМ – существенно упростил конструкцию ЭВМ. Он расширил номенклатуру физических приборов и явлений, которые можно использовать при работе ЭВМ, так как цифры 0 и 1, имеющиеся в этой системе, могут изображаться положением любой двухстабильной системы (триод – в открытом или закрытом состоянии триггера, намагниченным или ненамагниченным участком ферромагнитной поверхности, отсутствием или наличием электрического импульса и т.д.).

- Принцип иерархичности запоминающих устройств (ЗУ). С самого начала развития ЭВМ существовало несоответствие между быстродействием АЛУ и ОЗУ. Выполнение ОЗУ на тех же элементах, что и АЛУ, удавалось это противоречие частично ликвидировать, но такое ОЗУ получалось слишком дорогим, значительно увеличивало количество радиоламп в ЭВМ, снижая в целом ее надежность. Иерархическое построение ЗУ позволяет иметь быстродействующее ЗУ – ОЗУ – сравнительно небольшой емкости только для команд и операндов, участвующих в счете в данный момент и в ближайшее время.

2.2. Второе поколение ЭВМ

Элементная база: ЭВМ второго поколения (60-е гг.) строились на полупроводниковых приборах (транзисторах). Это повысило надежность ЭВМ, уменьшило их габариты и энергопотребление, снизило стоимость.

В АЛУ было встроено некоторое количество сверхбыстрых регистров, что также способствовало повышению скорости работы. Кроме того, появились команды, в которых в качестве адреса фигурировал регистр, а не ячейка ОЗУ.

Была расширена номенклатура ВЗУ на магнитных носителях. Появились магнитные ленты (МЛ), магнитные барабаны (МБ), магнитные диски (МД), магнитные карты.

Расширилась и номенклатура устройств ввода-вывода. Стали использоваться перфокарты, перфоленты, АЦПУ (алфавитно-цифровая печать) на широкую бумажную ленту [20, с. 221].

Способ обработки информации – последовательный, но так как появились прерывания, то стало возможным реализовать последовательно-параллельный алгоритм управления вычислительным процессом (совмещение ввода/вывода с другими операциями).

Переход к машинам второго поколения обозначил прогресс и в области автоматизации программирования и организации вычислительных работ. Появились алгоритмические языки высокого уровня (АЛГОЛ-60, ФОРТРАН-2, КОБОЛ) и трансляторы с них, которые, помимо библиотек математических и служебных подпрограмм, составили новый тип системного программного обеспечения. Стало происходить различение программ на исходный модуль и объектный модуль (программа в машинных кодах после трансляции). Выполнение каждой программы стало включать большое количество вспомогательных работ: загрузка нужного транслятора, запуск транслятора и получение результирующей программы в машинных кодах, связывание программы с библиотечными подпрограммами, загрузка программы в оперативную память, запуск программы, вывод результатов на периферийное устройство. Для организации эффективного совместного использования трансляторов, библиотечных программ и загрузчиков в штат вычислительных центров были введены должности операторов, профессионально выполняющих работу по организации вычислительного процесса для всех пользователей этого центра [20, с. 223].

Стали шире применяться библиотеки объектных модулей, чтобы избежать лишней работы по программированию исходных модулей, транслированию и отладке; появились диспетчеры, как простейшие версии ОС; сервисные программы (редактирование, отладка).

Область применения ЭВМ расширилась. Кроме научных расчетов они стали использоваться для решения экономических задач. Собственно расширение сферы применения и обеспечило расширение номенклатуры устройств ввода-вывода и ВЗУ.

Режим работы – закрытый. Программиста как бы «отлучили» от машины. Выполнение программ было организовано через посредника (оператора).

Переход от открытого к закрытому режиму использования ЭВМ как бы стимулировал развитие двух направлений программирования: прикладное программирование, связанное с разработкой программ для решения конкретных научно-технических задач, и системное программирование, связанное с разработкой специальных программ, автоматизирующих процесс написания и отладки прикладных программ и обеспечивающих эффективное использование ЭВМ при их исполнении. Совокупность таких вспомогательных программ назвали математическим или программным обеспечением ЭВМ. Прикладные программы являются конечной целью программирования (производства). Системное программирование играет как бы роль средства производства.

Для повышения эффективности работы компьютера (так как скорость работы оператора не может состязаться со скоростью работы процессора, и он часто простаивал) были разработаны системы пакетной обработки, которые автоматизировали всю последовательность действий операторов по организации вычислительного процесса. Фактически системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными не для обработки данных, а для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какие действия и в какой последовательности он хочет выполнить на вычислительной машине [20, с. 225].

Оператор составлял пакет заданий (как правило, набор перфокарт, который иногда переносился на магнитную ленту или магнитный диск), которые в дальнейшем без его участия последовательно запускались на выполнение управляющей программой – монитором (находившейся на перфокартах или, в более поздних версиях, на магнитной ленте или магнитном диске).

Это способствовало повышению эффективности работы вычислительных центров, однако имело и свои недостатки, вызвав недовольство программистов.

Типичными машинами этого поколения были МИР (рис. 10), Наири (рис. 11), Минск-2, Минск-22, Минск-32, М-220, Бэсм-6.

Рисунок 10 – ЭВМ «МИР»

Рисунок 11 – ЭВМ «Наири»

2.3. Третье поколение ЭВМ

Элементная база: ЭВМ 3-го поколения (70-е гг.) выполнены на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе).

Осуществлен переход к стандартным структурам данных и команд: байт (6, в дальнейшем 8 бит), полуслово (16 бит, 2 байта), слово (32 бита, 4 байта), двойное слово (64 бита, 8 байтов).

К данному времени можно констатировать серьезное изменение в распределении функций между программными и аппаратными средствами компьютера: основную часть действий по организации вычислительного процесса взяла на себя операционная система [10, с. 57].

Операционные системы (ОС) становятся неотъемлемыми элементами компьютера, играя роль «продолжения» аппаратуры. Все управление ВС автоматизировано. Верхний уровень автоматизации осуществляет комплекс программ, объединённых в операционную систему. Пользователь общается с ВС через операционную систему, синхронизирующую работу аппаратной части ВС через систему прерываний и таймер. Более того, были реализованы почти все главные механизмы, присущие современным ОС: мультипроцессирование, мультипрограммирование, виртуальная память, поддержка многотерминального многопользовательского режима, разграничение доступа и сетевая работа. В данные годы начинается расцвет системного программирования, которое превращается в отрасль индустрии.

Режимы работы ВС 3-го поколения стали разнообразными. Самым простым режимом остался монопольный, в котором работали ЭВМ 1-го поколения. Использовался также пакетный режим, используемый при работе машин 2-го поколения.

Революционным событием этого этапа явилась промышленная реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование – способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находится одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре.

Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах – в системах пакетной обработки и разделения времени. В мультипрограммном пакетном режиме процессор не простаивал, пока одна программа выполняла операцию ввода-вывода (как это происходило при последовательном выполнении программ в системах ранней пакетной обработки), а переключался на другую готовую к выполнению программу. Наличие в ВС периферийных и специальных процессоров, расслоение ОЗУ на отдельные независимо работающие блоки, развитая система прерываний и широкие возможности ОС смогли обеспечить одновременную параллельную обработку нескольких программ: одной – на центральном процессоре, остальных – на периферийном процессоре [10, с. 58].

В мультипрограммных системах пакетной обработки пользователь по-прежнему был лишен возможности интерактивно взаимодействовать со своими программами. Системы разделения времени, рассчитанные на многотерминальные системы, вернули пользователю ощущение непосредственного контакта с компьютером. Создавалась иллюзия единоличного владения машиной за счет периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени.

Суть режима разделения времени состоит в следующем. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за данный интервал, её исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т. д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (приблизительно 200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (около 10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В данных условиях ни один из пользователей почти не ощущает задержек, т. к. они сравнимы со временем реакции человека.

Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом [10, с. 59].

Режим разделения времени был направлен на то, чтобы каждый из пользователей мог работать с ВС в диалоговом режиме с хорошей «реактивностью» (малым временем ответной реакции ВС). Для этого ВС снабжалась большим числом дисплейных терминалов. Этот режим использовался, например, при отладке задач, когда каждому пользователю на время работы отводился отдельный дисплейный терминал. Перед предоставлением ВС пользователю, все необходимые на данном этапе данные задачи вводились в ОЗУ и инициировалась работа программы пользователя, но время, отводимое пользователю, лимитировано. Через определенный интервал времени от таймера выдавалось прерывание, и система переходила к решению другой задачи. Обработку прерываний и обслуживание запросов пользователей выполняла ОС.

Машины 3-го поколения работали и в режиме реального времени. Режим реального времени – это такой режим организации вычислительного процесса, при котором ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Этот режим встречается, в основном, в динамических системах управления, наблюдения, диагностики и позволял быстро получать результат (хотя и дорогой ценой). Всякая система реального времени на самом деле работает с некоторым запаздыванием, величина интервала времени запаздывания принимается такой, чтобы основной процесс обслуживаемой системы не успел существенно изменить значений характеризующих его параметров, поэтому правильнее назвать такой режим режимом псевдореального времени.

Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень серьезных изменений в аппаратуру компьютера, непосредственно направленных на поддержку нового метода организации вычислительного процесса. При разделении ресурсов компьютера между программами нужно обеспечивать быстрое переключение процессора с одной программы на другую, а также надёжно защищать коды и данные одной программы от преднамеренной или непреднамеренной порчи другой программой. В процессорах появляется пользовательский и привилегированный режимы работы, средства защиты областей памяти, специальные регистры для быстрого переключения одной программы на другую, а также развитая система прерываний.

В привилегированном режиме, предназначенном для работы программных модулей операционной системы, процессор мог выполнять все команды, в т. ч. и те из них, которые позволяли осуществлять распределение и защиту ресурсов компьютера. Программам, работающим в пользовательском режиме, некоторые команды процессора недоступны. Таким образом, только ОС могла управлять аппаратными средствами и исполнять роль монитора и арбитра для пользовательских программ [10, с. 71].

Прерывание – ситуация, возникающая в результате воздействия некоторого независимого события, приводящего к временному прекращению выполнения последовательности команд одной программы с целью выполнения последовательности команд другой программы. Механизм взаимодействия основной программы и подпрограммы прерывания не отличается от организации обращений к библиотечной программе и выхода из нее. Только там инициатива исходит от основной программы, а в случае прерываний – от сигнала прерывания.

Сигналы прерывания поступают на регистры прерывания, которые периодически, через короткий интервал времени, опрашиваются. Внутренние сигналы прерывания поступают от ОС, ЦУУ при окончании программы, при нехватке данных, при сбоях и т.д. Внешние прерывания поступают от периферийных процессоров, от периферийных устройств, закончивших свою работу, или готовых к работе, от таймера.

Система прерываний включает аппаратные и программные (входят в ОС) блоки. Ее назначение состоит в следующем: если по ходу работы ВС возникает необходимость выполнить срочную работу, не входящую в выполняемую в данный момент программу, то выполнение программы приостанавливается, включается подпрограмма требуемой работы и после ее выполнения вновь восстанавливается работа прерванной программы. Для этого при прерывании основной программы состояние всех регистров ЦУУ и использовавшихся регистров АЛУ запоминается, а также запоминается адрес следующей по порядку команды основной программы, управление передается подпрограмме ОС, обрабатывающей прерывание. В конце этой подпрограммы помещены команды, восстанавливающие состояние ВС перед прерыванием, и последней командой управление вновь передается основной программе [10, с. 73].

Введены специальные периферийные процессоры (каналы обмена, процессоры ввода-вывода, контроллеры внешнего устройства или просто контроллеры (К)) для управления ВЗУ и периферией, создан единый ресурс (селекторный и мультиплексный каналы, общая шина и т.д.), через который осуществляется взаимодействие между центральным процессором и другими устройствами (рис. 12).

Рисунок 12 - Шинная структура ЭВМ

Система прерываний позволяла синхронизировать работу различных устройств компьютера, работающих параллельно и синхронно (каналы ввода-вывода, диски, принтеры и пр.). Аппаратная поддержка операционных систем с тех пор стала неотъемлемым свойством практически любых ВС.

В ЭВМ 3-го поколения была установлена минимальная единица информации для обмена с ОЗУ – 1 байт. Ввели новые единицы измерения информации – машинное слово (4 байта), двойное слово, полуслово. Адрес (номер ячейки ОЗУ) стал относиться к одному байту. Адреса слов меняются уже не через 1; их приращение зависит от длины машинного слова.

В машинах третьего поколения появилось еще несколько особенностей: разная длина команд в зависимости от способа адресации данных, наличие специальной сверхоперативной регистровой памяти, вычисление эффективного адреса ОЗУ как суммы нескольких регистров и пр.

Память ЭВМ первых двух поколений была организована просто: она состояла из отдельных ячеек, содержимое каждой из которых считывалось как единое целое. Номер ячейки и получил название адреса. При необходимости обработки последовательно расположенных ячеек (массивов) адрес модифицировался значением специальных индексных ячеек. Меняя содержание индексной ячейки, можно было получить доступ к различным элементам массива [10, с. 75].

В ЭВМ 3-го поколения усилена иерархия памяти: ОЗУ делится на блоки с независимыми системами управления, могущие работать одновременно; в процессоре появляются элементы ограниченной сверхбыстродействующей памяти на электронных регистрах; ячеечная структура ОЗУ дополняется более крупным структурным объединением – страницей, сегментом.

Значительно расширена номенклатура и число периферийных устройств внешней памяти, в том числе в качестве основного устройства внешней памяти вводятся накопители на магнитных дисках (НМД).

Несколько моделей одной архитектуры, отличающихся производительностью, но программно совместимых «снизу вверх», с совместимыми для всех моделей периферийными и внешними запоминающими устройствами, объединены в одно семейство (ряд).

В этот период стали активно создаваться и использоваться базы данных (БД). С 50-х до 70-х годов (в мировом масштабе) компании превратились в автоматизированные предприятия. Но самое главное, можно сказать, что, пришло понимание того, что надо делать, чтобы повысить эффективность работы с информацией: информация всегда доступна, оперативна, если она организована в БД [10, с. 77].

Наиболее известными представителями машин данного поколения были машины серии IBM 360/370 (рис. 13-14), ЕС ЭВМ.

Рисунок 13 - IBM 360

Рисунок 14 - IBM 370

2.4. Четвертое поколение ЭВМ

Особенности четвертого поколения ЭВМ:

1. Применение персональных компьютеров.

2. Телекоммуникационная обработка данных.

3. Объединение в компьютерные сети.

4. Широкое использование систем управления базами данных.

5. Элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

Для четвёртого поколения ЭВМ характерно появление интегральных схем, относящихся к классу больших, а также так называемых сверхбольших. В архитектуре ПК появляется основная микросхема - процессор. ЭВМ по своей конфигурации стали больше подходить обычным гражданам. Пользование ЭВМ стало возможным при незначительной квалификационной подготовке, в то время как работа с ЭВМ прошлых поколений требовала определенных навыков. Модули ОЗУ стали выпускаться не на основе ферритовых элементов, а на базе CMOS-микросхем. К четвёртому поколению ЭВМ также относят и первый компьютер Apple, который был собран 1976 г. С. Джобсом и С. Возняком. Многие эксперты в области IT считают, что Apple является первым в мире персональным компьютером [9, с. 178].

К отечественным продуктам данного поколения можно отнести ЭВМ ЕС: ЕС-1015 (рис. 15), -1025, -1035, -1045, -1055, -1065 («Ряд 2»), -1036, -1046, -1066, СМ-1420, -1600, -1700, все персональные ЭВМ («Электроника МС 0501» (рис. 16), «Электроника-85», «Искра-226», ЕС-1840, -1841, -1842 и пр.), а также другие виды и модификации.

Рисунок 15 – ЭВМ ЕС-1015

Рисунок 16 – ЭВМ «Электроника МС 0501»

К ЭВМ четвёртого поколения относят также многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус». «Эльбрус-1КБ» имел быстродействие до 5,5 миллионов операций с плавающей точкой в секунду, а объём оперативной памяти - до 64 мегабайт. У «Эльбрус-2» производительность - до 120 миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти - до 144 мегабайт или 16 Мслов (слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода - 120 Мб/с. «Эльбрус-2» использовался в системе противоракетной обороны, ядерных центрах и других сферах оборонной промышленности.

Фирма IBM (International Business Machines Corporation) до конца 70-х гг. была ведущим предприятием по производству больших ЭВМ. К тому времени появились (с 1975 года) и стали повсеместно распространяться персональные компьютеры, построенные на основе микропроцессоров компании INTEL. Это были первые компьютеры четвертого поколения. Название «персональные» значит, что устройства ввода информации в компьютер и вывода информации пользователю (клавиатура и дисплей) предназначены для общения с «персоной», т. е. с человеком. В конце 1981 года компания IBM впервые выпустила персональный компьютер IBM PC на основе микропроцессора INTEL 8088. Данный компьютер был разработан при использовании блоков, изготовленных другими компаниями. В нем впервые использовался принцип открытой архитектуры. Это значит, что заложена возможность замены отдельных устройств на более совершенные и подключения новых устройств. Данный подход к построению ЭВМ обеспечил ей грандиозный успех и позволил другим компаниям приступить к выпуску компьютеров, совместимых с компьютерами компании IBM [7, с. 179].

Рисунок 17 - IBM PC

В 1983 году выпускается компьютер IBM PC XT (eXTra), который имел встроенный жёсткий диск. Операционная система для данного компьютера была разработана фирмой Microsoft и названа MS DOS.

В 1984 году выпускается компьютер IBM PC AT (Advanced Technology - передовая технология) на основе микропроцессора INTEL 80286, который работал в три-четыре раза быстрее, чем IBM PC XT.

В дальнейшем выпускаются компьютеры IBM PC AT (386) на основе микропроцессора INTEL 80386, IBM PC AT (486) на основе микропроцессора INTEL 80486 и компьютеры на основе микропроцессора PENTIUM компании INTEL, которые пользуются в настоящее время.

Таким образом, IBM PC практически стал стандартом ПК. В настоящий момент компьютеры, совместимые с IBM PC, составляют около 90 процентов всех ПК, которые производятся в мире.

2.5. Пятое поколение ЭВМ

Особенность: главный упор при создании компьютеров делается на их «интеллектуальность», внимание акцентируется не столько на элементной основе, сколько на переход от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний.

Под обработкой знаний понимается использование и обработка компьютерами знаний, которыми владеют люди для принятия решений и решения проблем [7, с. 181].

ЭВМ и вычислительные системы данного поколения обладают компактностью, высокой производительностью и низкой стоимостью (данные характеристики улучшаются в каждом последующем поколении ЭВМ).

Главная особенность ЭВМ данного поколения состоит в их высокой интеллектуальности, которая обеспечивает возможность общения людей с ЭВМ на естественном языке, способности ЭВМ к обучению и т. п.

Быстродействие ЭВМ данного поколения достигает десятков и сотен миллиардов операций в секунду, они обладают памятью в сотни мегабайт и строятся на сверхбольших БИС, на кристалле которых размещаются миллионы транзисторов.

26 февраля 1999 г. появляется Pentium III (рис. 18), предлагающий новые поточные SIMD-расширения: 70 новых команд, обеспечивающих улучшенные возможности обработки изображений, трёхмерной графики, аудио, видео и распознавания речи. Принципиальным новшеством Pentium III стала идентификация: каждый процессор имеет уникальный 96-разрядный регистрационный номер, заданный ещё во время производства. Данный номер может быть считан программными средствами, но в любом случае доступна полная блокировка указанной возможности на уровне настройки параметров BIOS системной платы.

Рисунок 18 - Pentium III

В 2000 г. компанией Intel создается процессор Pentium 4 (рис. 19), который стал первым микропроцессором, в основе которого лежит принципиально новая в сравнении с предшественниками архитектура седьмого поколения — NetBurst.

Рисунок 19 - Pentium 4

В 2001 г. компанией Intel создается мобильная модификация Pentium III, процессоры Pentium III Xeon, Intel Xeon, Intel Itanium.

В 2003 г. компанией Intel создаются процессоры Pentium 4 Extreme Edition.

В 2005 г. компанией Intel создается двухядерный процессор Xeon. Системы на основе нового двухъядерного процессора Intel Xeon обеспечивают рост производительности, уменьшение уровня энергопотребления, новые функциональные возможности, уменьшение эксплуатационных затрат и увеличение плотности монтажа всех серверов в вычислительной инфраструктуре.

Также в 2005 г. компанией Intel создаются процессоры Core Duo, двухядерные кристаллы Itanium 2 и Core 2 Duo (рис. 20).

Рисунок 20 - Core 2 Duo

В 2007-2009 гг. компанией Intel создаются четырехядерные процессоры Itanium, Core 2 Extreme.

Фирма Intel представляет новые процессоры Core i5 и Core i7 для настольных компьютеров. Новые Core i5 и Core i7 стали массовыми и достаточно недорогими по цене решениями.

В 2010 г. компанией Huawei представляет свой первый планшетный компьютер — IDEOS S7 (SmaKit S7, Telstra T-Touch Tab, МТС Планшет).

7 января 2010 г. впервые был представлен на выставке CES планшетный ПК HP Slate 500, который работает под управлением ОС MS Windows 7.

Компьютер предназначен для полноценного web-серфинга, компьютерных игр, чтения электронных книг, просмотра видео, прослушивания музыки, просмотра фотоальбомов и прочих доступных функций.

В 2012 г. созадется MediaPad 10 FHD - планшетный компьютер фирмы Huawei.

В 2013 г. компания Intel начинает поставки первого 60-ядерного процессора, который открывает новую эру в суперкомпьютерной отрасли. Сопроцессор Intel Xeon Phi основан на многоядерной архитектуре Many Integrated Core (MIC) и предназначен для работы вместе с серверными процессорами Xeon E5-2600/4600.

Также в 2013 г. компания Microsoft представляет второе поколение планшетов Surface. Аппаратом используется процессор Intel на архитектуре Haswell, он работает под управлением ОС Windows 8.1 Pro. Устройство получает экран Full HD и интерфейс USB 3.0 и более быстрый процессор. Планшет снабжается подставкой, которую можно фиксировать в двух положениях. Планшеты Surface — собственная разработка компании Microsoft.

В 2014 г. в РФ был разработан планшет для военных, оснащённый российской операционной системой, защищённый от пыли, выдерживающий падения и работающий под водой. Помимо того планшет оснащён «умной кнопкой», позволяющей в любой момент физически отключать модули, которые способны передавать информацию (микрофон, динамик, камера, 3G, GPS, Bluetooth). Планшет имеет возможность работать под водой на глубине до 1 метра в течение 30 минут, полностью защищается от пыли, падений с высоты до 2 метров, также работает при высоких температурах - до +55 градусов.

В 2015 г. компанией WayTools создается Bluetooth клавиатура TextBlade - маленькая по размеру, но крайне функциональная. Данная складная клавиатура распадается на 3 части для удобства хранения, но все они соединяются вместе с помощью магнитов для тактильного набора.

В текущий момент ведется интенсивная разработка ЭВМ шестого поколения. Разработка следующих поколений компьютеров проводится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (голография, лазеры). Ставятся совершенно иные задачи, чем при разработке всех предыдущих ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с первого по пятое поколение стояли такие задачи, как достижение большой емкости памяти, рост производительности в области числовых расчетов, то главной задачей разработчиков ЭВМ шестого поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из имеющихся фактов), развитие «интеллектуализации» компьютеров - устранения барьера между компьютером и человеком. Компьютеры будут иметь возможность воспринимать информацию с печатного или рукописного текста, с бланков, с человеческого голоса, осуществлять перевод с одного языка на другой, узнавать пользователя по голосу. Это даст возможность общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальными навыками в данной области. ЭВМ будет помощником людям во всех сферах.

Заключение

В данной работе были рассмотрены основные периоды истории вычислительной техники; более подробно представлена история электронного периода. Изложены характерные черты ЭВМ всех поколений, отмечена роль выдающихся ученых в развитии компьютерной техники.

На протяжении всего шестидесяти пяти лет компьютеры превратились в мощный, гибкий, удобный и доступный инструмент. Компьютеры стали символом прогресса. По мере того как человеку понадобится обрабатывать все большее количество информации, будут совершенствоваться и средства ее обработки – компьютеры; будут появляться новые языки программирования.

ЭВМ второго поколения (60-е гг.) строились на полупроводниковых приборах (транзисторах). Это повысило надежность ЭВМ, уменьшило их габариты и энергопотребление, снизило стоимость.

Расширилась и номенклатура устройств ввода-вывода. Стали использоваться перфокарты, перфоленты, АЦПУ (алфавитно-цифровая печать) на широкую бумажную ленту.

ЭВМ 3-го поколения (70-е гг.) выполнены на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе).

Особенностью ЭВМ пятого поколения является то, что главный упор при создании компьютеров делается на их «интеллектуальность», внимание акцентируется не столько на элементной основе, сколько на переход от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний.

Список использованной литературы

Акулов О. А. Информатика / О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – М.: Омега-Л, 2015. - 552 с.
Бурцев В. К истории создания советской вычислительной техники / В. К. Бурцев // Открытые системы. СУБД. - 2017. - № 1. – С. 23-25
Гутер Р. С. От абака до компьютера / Р. С. Гутер, Ю. Л. Полунов. – М.: Знание, 2015. – 145 с.
Езерова Г. Начало цифровой эпохи / Г. Езерова, Э. Луховицкая // Открытые системы. СУБД. - 2017. - № 7. – С. 33-35
Зубов Ю. И. История создания цифровых электронных вычислительных машин // История науки и техники. – 2018. - № 1. - С. 2-11
Иванов А. А. История развития информатики / А. А. Иванов. – М.: Образ, 2015. – 345 с.
История информатики в России. Ученые и их школы: сб. ст. / Рос. акад. наук; отв. ред. А. С. Алексеев. – М.: Наука, 2016. – 347 с.
Ицкович Э. Л. История развития отечественных вычислительных средств автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2018. - № 6. - С. 57-60
Казакова И. А. История вычислительной техники: Учебное пособие. – Пенза: Издательство ПГУ, 2015. – 232 с.
Кочегаров И. И. Эволюция вычислительных систем: учеб. пособие / И. И. Кочегаров, А. В. Полтавский, Н. К. Юрков. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2015. – 124 с.
Ланина Э. П. История развития вычислительной техники / Э. П. Ланина. – Иркутск: ИрГТУ, 2015. – 378 с.
Леонтьев В. П. Большая энциклопедия компьютера и Интернета / В. П. Леонтьев. – М.: ОЛМА Медиа Групп, 2016. – 291 с.
Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах / Б. Н. Малиновский. – Киев, 2015. – 278 с.
Норенков И. П. Краткая история вычислительной техники и информационных технологий. - М.: Новые технологии, 2017. - 32 с.
Петров Ю. П. История и философия науки. Математика, вычислительная техника, информатика / Ю. П. Петров. – СПб.: БХВ-Петербург, 2015. – 295 с.
Поликарпов В. С. История науки и техники / В. С. Поликарпов. – М.: Феникс, 2015. – 375 с.
Попов Ф.А. Вычислительные машины: общие принципы построения и архитектуры: Учебное пособие. – Бийск: Алт. гос. техн. ун-т, БТИ, 2017. – 106с.
Прохоров С. На заре отечественного компьютерного века / С. Прохоров // Открытые системы. СУБД. - 2017. - № 5. – С. 53-55
Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник для ВУЗов / А.П. Пятибратов, А.А. Кириченко, Л.П. Гудыно. – М.: Финансы и статистика, 2017. – 400 с.
Савельев Е. К. Информационная эпоха / Е. К. Савельев. – СПб.: Питер, 2015. – 275 с.
Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2015. – 291 с.