Большие кремниевые микросхемы поколение эвм

Содержание

Поколения ЭВМ: таблица, характеристики и история. Что понимают под термином

Большие кремниевые микросхемы поколение эвм

Появлению современных компьютеров, которыми мы привыкли пользоваться, предшествовала целая эволюция в развитии вычислительной техники. Согласно распространенной теории, развитие индустрии ЭВМ шло на протяжении нескольких отдельных поколений.

Современные эксперты склонны считать, что их шесть. Пять из них уже состоялись, еще одно – на подходе. Что именно под термином “поколение ЭВМ” понимают IT-специалисты? Каковы принципиальные различия между отдельными периодами развития вычислительной техники?

Предыстория появления ЭВМ

История развития ЭВМ 5 поколений интересна и увлекательна. Но прежде чем изучить ее, полезно будет узнать факты, касающиеся того, какие технологические решения предшествовали разработке ЭВМ.

Люди всегда стремились к совершенствованию процедур, связанных с подсчетами, вычислениями.

Историками установлено, что инструменты для работы с цифрами, имеющие механическую природу, были изобретены еще в Древнем Египте и других государствах античности.

В средние века европейские изобретатели могли конструировать механизмы, с помощью которых, в частности, могла вычисляться периодичность лунных приливов.

Прообразом современных ЭВМ некоторые эксперты считают изобретенную в начале 19 века машину Бэббиджа, обладавшую функциями программирования вычислений. В конце 19-начале 20 века появились устройства, в которых стала использоваться электроника. В основном они задействовались в индустрии телефонной и радиосвязи.

В 1915 году переехавший в США немецкий эмигрант Герман Холлерит основал компанию IBM, впоследствии ставшую одним из самых узнаваемых брендов IT-индустрии.

В числе самых сенсационных изобретений Германа Холлерита стали перфокарты, в течение десятилетий выполнявшие функцию основного носителя информации при пользовании вычислительной техникой.

К концу 30-х годов появились технологии, позволившие говорить о начале компьютерной эпохи в развитии человеческой цивилизации. Появились первые ЭВМ, который впоследствии стали классифицироваться как принадлежащие к “первому поколению”.

Признаки ЭВМ

Ключевым принципиальным критерием отнесения вычислительного устройства к категории ЭВМ, или компьютера, эксперты называют программируемость. Этим соответствующего типа машины, в частности, отличаются от калькуляторов, какими бы мощными последние ни являлись.

Даже если речь идет о программировании на очень низком уровне, когда используются “нули и единицы” – критерий в силе.

Соответственно, как только были изобретены машины, быть может, по внешним признакам сильно схожие с калькуляторами, но которые можно было программировать – их стали именовать компьютерами.

Под термином “поколение ЭВМ” понимают, как правило, принадлежность компьютера к конкретной технологической формации. То есть, той базе аппаратных решений, на основе которой ЭВМ работает.

При этом, исходя из критериев, предлагаемых IT-экспертами, деление компьютеров на поколения далеко не условное (хотя, конечно, есть и переходные формы компьютеров, которые сложно однозначно отнести к какой-либо конкретной категории).

Завершив теоретический экскурс, мы можем начать изучать поколения ЭВМ. Таблица, что ниже, поможет нам ориентироваться в периодизации каждого.

ПоколениеГоды
11930 – 1950-е
21960 – 1970-е
31970 – 1980-е
4Вторая половина 70 – начало 90-х
590-е – наше время
6В разработке

Далее мы рассмотрим технологические особенности компьютеров для каждой категории. Нами будет определена характеристика поколений ЭВМ. Таблица, что мы сейчас составили, будет дополнена другими, в которых будут соотнесены соответствующие категории и технологические параметры.

Отметим важный нюанс – нижеследующие рассуждения касаются, главным образом, эволюции компьютеров, которые сегодня принято относить к персональным. Есть совершенно иные классы ЭВМ – военные, промышленные. Есть так называемые “суперкомпьютеры”. Их появление и развитие – отдельная тема.

Первые ЭВМ

В 1938 году германский инженер Конрад Цузе конструирует устройство, названное Z1, а в 42-м выпускает его усовершенствованную версию – Z2.

В 1943 году свою вычислительную машину изобретают англичане и называют ее “Колосс”. Некоторые эксперты склонны считать английскую и немецкие машины первыми ЭВМ.

В 1944-м на базе разведданных из Германии вычислительную машину создают также и американцы. Разработанная в США ЭВМ получила название “Марк I”.

В 1946 году американские инженеры делают небольшую революцию в области конструирования вычислительной техники, создав ламповый компьютер ЭНИАК, в 1000 раз более производительный, чем “Марк I”. Следующей известной американской разработкой стала созданная в 1951 году ЭВМ, названная УНИАК. Ее основная особенность в том, что она первой из ЭВМ стала использоваться как коммерческий продукт.

К тому моменту, к слову, свой компьютер уже успели изобрести советские инженеры, работающие в Академии наук Украины. Наша разработка получила название МЭСМ. Ее производительность, по оценке экспертов, была самой высокой среди ЭВМ, собранных в Европе.

Технологические особенности первого поколения ЭВМ

Собственно, исходя из каких критерий определяется первое поколение развития ЭВМ? Таковым IT-специалисты считают, прежде всего, компонентную базу в виде вакуумных ламп. Машины первого поколения к тому же обладали рядом характерных внешних признаков – огромный размер, очень большое энергопотребление.

Вычислительная их мощность также была относительно скромна, она составляла несколько тысяч герц. Вместе с тем ЭВМ первого поколения содержали многое, что есть в современных компьютерах. В частности, это машинный код, позволяющий программировать команды, а также запись данных в память (с помощью перфокарт и электростатических трубок).

ЭВМ первого поколения требовали высочайшей квалификации человека, их использующего. Требовалось не только владение профильными навыками (выражающимися в работе с перфокартами, знании машинного кода и т.д.), но, как правило, также и инженерные знания в области электроники.

В ЭВМ первого поколения, как мы уже сказали, уже была оперативная память. Правда, ее объем был исключительно скромным, он выражался в сотнях, в лучшем случае – в тысячах байт. Первые модули ОЗУ для ЭВМ с трудом можно было классифицировать как электронный компонент.

Они представляли собой наполненные ртутью емкости в виде трубок. Кристаллы памяти фиксировались на определенных их участках, и тем самым данные сохранялись.

Однако достаточно скоро после изобретения первых ЭВМ появилась более совершенная память на базе ферритовых сердечников.

Второе поколение ЭВМ

Какова дальнейшая история развития ЭВМ? Поколения ЭВМ стали развиваться далее. В 60-х годах получают распространение компьютеры, использующие уже не только вакуумные лампы, но также и полупроводники.

Значительно повысилась тактовая частота микросхем – обычным делом считался показатель в 100 тыс. герц и выше. Появились первые магнитные диски как альтернатива перфокартам.

В 1964 году компания IBM выпустила уникальный продукт – отдельный компьютерный монитор с достаточно приличными характеристиками – 12-дюймовой диагональю, разрешением 1024 на 1024 точек, а также частотой развертки в 40 Гц.

Поколение номер три

Чем примечательно третье поколение ЭВМ? Прежде всего, переводом компьютеров с ламп и полупроводников на интегральные схемы, которые, не считая ЭВМ, стали использоваться во множестве других электронных устройств.

Впервые возможности интегральных схем были показаны миру стараниями инженера Джека Килби и компании Texas Instruments в 1959 году. Джек создал небольшую конструкцию, выполненную на пластинке из металла германия, которая, как предполагалось, заменит собой сложные полупроводниковые конструкции.

В свою очередь, компания Texas Instruments создала компьютер, собранный на базе подобных пластинок. Самое примечательное, что он был в 150 раз меньше, чем аналогичной производительности полупроводниковая ЭВМ. Технология интегральных схем получила дальнейшее развитие.

Большую роль в этом сыграли исследования Роберта Нойса.

Эти аппаратные компоненты позволили, прежде всего, значительно уменьшить габариты ЭВМ. В результате произошло существенное повышение производительности компьютеров. Третье поколение ЭВМ характеризовалось выпуском ЭВМ с тактовой частотой, выражаемой уже в мегагерцах. Уменьшилось также и энергопотребление компьютеров.

Стали более совершенными технологии записи данных и обработки их в модулях ОЗУ. Что касается оперативной памяти, ферритовые элементы стали более емкими, технологически совершенными.

Появились сначала прототипы, а затем и первые версии дискет, используемые как внешний носитель данных. В архитектуре ПК появилась кэш-память.

Стандартной средой взаимодействия пользователя и компьютера стало окно дисплея.

Происходило дальнейшее совершенствование программных компонентов. Появились полноценные операционные системы, стало разрабатываться самое разнообразное прикладное ПО, были внедрены концепции многозадачности в работу ЭВМ.

В рамках ЭВМ третьего поколения появляются такие программы, как системы управления базами данных, а также ПО для автоматизации проектных работ.

Появляется все больше языков программирования и сред, в рамках которых осуществляется создание ПО.

Особенности четвертого поколения

Четвертое поколение ЭВМ характеризуется появлением интегральных схем, относящихся к классу больших, а также так называемых сверхбольших. В архитектуре ПК появилась ведущая микросхема – процессор. ЭВМ по своей конфигурации стали ближе к рядовым гражданам.

Пользование ими стало возможным при минимальной квалификационной подготовке, в то время как работа с ЭВМ предыдущих поколений требовала профессиональных навыков. Модули ОЗУ стали выпускаться не на основе ферритовых элементов, а на базе CMOS-микросхем.

К четвертому поколению ЭВМ принято относить и первый компьютер Apple, собранный в 1976 году Стивом Джобсом и Стефаном Возняком. Многие IT-эксперты считают, что Apple – первый в мире персональный компьютер.

Четвертое поколение ЭВМ также совпало с началом популяризации Интернета. В этот же период появился самый известный сегодня бренд софт-индустрии – Microsoft. Возникли первые версии операционных систем, которые мы знаем сегодня – Windows, MacOS. Компьютеры стали активно распространяться по всему миру.

Пятое поколение

Период расцвета четвертого поколения компьютеров – середина-конец 80-х годов.

Но уже в начале 90-х на рынке IT-технологий начали происходить процессы, позволившие начать отсчет новому поколению ЭВМ.

Речь идет о значительных шагах вперед, прежде всего, в инженерно-технических наработках, связанных с процессорами. Появились микросхемы с архитектурой, относимой к типу параллельно-векторной.

Пятое поколение ЭВМ – это невероятные темпы роста производительности машин из года в год.

Если в начале 90-х тактовая частота микропроцессоров в несколько десятков мегагерц считалась хорошим показателем, то к началу 2000-х никто не удивлялся гигагерцам.

Компьютеры, которыми мы пользуемся сейчас, как полагают IT-эксперты, – это также пятое поколение ЭВМ. То есть, технологический задел начала 90-х актуален до сих пор.

ПК, относящиеся к пятому поколению, стали не просто вычислительными машинами, а полноценными мультимедийными инструментами. На них стало возможно монтировать фильмы, работать с изображениями, записывать и обрабатывать звук, создавать инженерные проекты, запускать реалистичные 3D-игры.

Характеристики шестого поколения

В обозримом будущем, считают аналитики, мы вправе ожидать, что появится 6 поколение ЭВМ. Оно будет характеризоваться использованием нейронных элементов в архитектуре микросхем, использованием процессоров в рамках распределенной сети.

Производительность компьютеров в следующем поколении будет измеряться, вероятно, уже не в гигагерцах, а в принципиально иного типа единицах исчисления.

Сравнение характеристик

Мы изучили поколения ЭВМ. Таблица ниже позволит нам ориентироваться в соотнесении компьютеров, принадлежащих к той или иной категории, и технологической базы, на которой основано их функционирование. Зависимости следующие:

ПоколениеТехнологическая база
1Вакуумные лампы
2Полупроводники
3Интегральные схемы
4Большие и сверхбольшие схемы
5Параллельно-векторные технологии
6Нейронные принципы

Полезной может оказаться также визуализация соотнесения производительности и конкретного поколения ЭВМ. Таблица, которую мы сейчас составим, отразит и эту закономерность. Берем за основу такой параметр как тактовая частота.

ПоколениеТактовая частота выполнения операций
1Несколько килогерц
2Сотни КГц
3Мегагерцы
4Десятки МГц
5Сотни МГц, Гигагерцы
6Критерии измерения прорабатываются

Таким образом, мы визуализировали ключевые технологические особенности для каждого поколения ЭВМ. Таблица, любая из представленных нами, поможет нам соотносить соответствующие параметры и конкретную категорию компьютеров применительно к тому или иному этапу развития вычислительной техники.

Поколения компьютеров

Большие кремниевые микросхемы поколение эвм

Такие компьютеры, как Эниак и Юнивак, представляли собой лишь первые модели ЭВМ. Их возможности поражали воображение. Тем не менее через некоторое время появились еще более совершенные ЭВМ .

В течении десяти лет после создания Юнивака были изготовлены и введены в эксплуатацию в США 5000 компьютеров с хранимой программой.

Еще через шесть лет количество компьютеров в США увеличилось в четверо.

Второе поколение ЭВМ — машины на транзисторах

Гигантские компьютеры на электронных лампах 50-х годов составили первое поколение. Благодаря развитию техники появились новые и более совершенные электронные схемы. Усовершенствование электронных схем в свою очередь привело к созданию следующих поколений ЭВМ, каждое из которых становилось более совершенным, чем предыдущее.

Второе поколение компьютеров появилось около 1960 года, когда на смену электронным лампам пришли транзисторы. Изобретенные в 1948 году транзисторы оказались способные выполнять все те функции, которые до этого выполняли электронные лампы. Но при этом они занимали существенно меньший объем и потребляли значительно меньше электроэнергии.

Транзисторные приемники стали особенно популярны в конце 50-х годов. Благодаря крошечному транзистору такие приемники имели намного меньшие габариты и вес, чем приемники на электронных лампах. Именно такими же преимуществами обладали и компьютеры на транзисторах. К этому следует добавить, что транзисторы дешевле, выделяют меньше тепла и более надежны, чем электронные лампы.

Таким образом, с появлением транзисторов стало возможным не только уменьшить габариты компьютеров, но и сделать их более надежными и дешевыми.  Самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, чем они.

В результате быстродействие машин второго поколения возросло в 10 раз, объем их памяти также увеличился.

Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. 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.

Третье поколение ЭВМ — машины на интегральных схемах

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 называют также кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм 2.

Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала они использовались в космической военной технике. Сейчас их можно обнаружить где угодно, включая автомобиль и бытовые приборы.

Появление интегральных схем означало подленную революцию в вычислительной технике. Ведь одна интегральная схема способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 эллектронных ламп. Другими словами, один крошечный, но сложный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как 30-тонный Эниак.

Снижение габаритов ЭВМ можно проиллюстрировать следующим образом: в 1950 году в объеме машины, равном 1 куб. футу (0,028 м3), умещались 1000 электрических цепей, в 1960 году — 100 тысяч, в 1970 году — 10 миллионов, а сегодня миллиарды.

Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколению 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 машин являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

Четвертое поколение ЭВМ — машины на больших интегральных схемах

В начале 70-х годов была предпринята попытка выяснить, можно ли на одном кремниевом кристалле разместить больше одной интегральной схемы.

Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном-единственном кристалле тысячи интегральных схем, Так, уже в 1980 году ЦП небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью всего в четверть квадратного дюйма (1,61см2). Началась эпоха микрокомпьютеров.

Быстродействие микро-ЭВМ в 10 раз превышало быстродействие третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз — быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 10 000 аз — быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах.

Почти 55 лет назад компьютеры типа Юнивак  стоили около 2,5 млн. долларов. Каждые два года стоимость ЭВМ снижалась примерно в два раза.

Таблица характеристик

ХарактеристикаПоколения
ПервоеВтороеТретьеЧетвертое
Годы применения1946 — 19601960-19641964-19701970-
Основной элементЭлектронная лампаТранзисторИнтегральная схемаБольшая интегральная схема
Количество ЭВМ в  миреСотниТысячиДесятки тысячМиллионы
Ко-во электрических цепей в кубическом футе(1.62см3)100010000010млнМиллиарды
РазмерыОчень большие(ENIAC, EDSAC, UNIVAC)Значительно меньшеМиникомпьютерыМикрокомпьютеры
Быстродействие1 (условно)101000100000
Носитель информацииМагнитная лентаДискГибкий диск

Основные даты в истории развития компьютеров

Около 3000г. до нашей эры — счеты в Китае.

1642г. — первая механическая суммирующая машина Паскаля.

1694г. — счетная машина Лейбница.

1801г. — Жаккаром изобретены перфорационные карты для ткацких станков.

1830-е годы — Бэбиджем разработан первый программируемый компьютер.

1836 г — изобретен телеграф.

1846г. — изобретена швейная машина.

1860г. — изобретен двигатель внутреннего сгорания.

1867г. — изобретена пишущая машинка.

1876г. — изобретен телефон.

1890г. — счетно — аналитическая машина Холлерита, в которой впервые для расчетов использовано электричество.

1895г. — изобретено радио.

1930г. — первый аналоговый компьютер Буша.

1944г. — первый цифровой компьютер Айкена (Марк I).

1946г. — первый полностью электронный цифровой компьютер Маушли и Эккерта (Эниак).

1948г. — изобретен транзистор.

1949г. — завершена работа над первым компьютером с хранимой программой (Эдзак).

1951г. — первая серийная ЭВМ (Юнивак).

1964г. — появление интегральных схем.

1965г. — первый мини-компьютер.

1969г. — высадка астронавтов на Луну.

1970-е -создание больших интеральных схем.

1977 г. — первый микрокомпьютер Возниака и Джобса, выпущенной фирмой Apple.

1980г. — создан центральный процессор на одном кремниевом кристалле.

1980-е — появились сверхбольшие интегральные схемы.

История ЭВМ

Большие кремниевые микросхемы поколение эвм

§ 22. Предыстория информатики

Предыстория информатики

§ 23. История ЭВМ

Счетно-перфорационные и релейные машины

Четыре поколения ЭВМ

Вопросы и задания

Компьютерный практикум ЦОР. История ЭВМ (Задание 1 – 4)

Компьютерный практикум ЦОР. История ЭВМ (Задание 5 – 8)

Компьютерный практикум ЦОР. История ЭВМ (Задание 9 – 12)

§ 24. История программного обеспечения и ИКТ

История программного обеспечения и ИКТ

Четыре поколения ЭВМ

Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту вычислительной мощности ЭВМ, т.е.

быстродействия и объема памяти. Но это не единственный признак смены поколений.

При таких переходах, как правило, происходили существенные изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.

Первое поколение ЭВМ — ламповые машины 50-х годов XX века. Скорость счета самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тысяч 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, не связанных с переработкой больших объемов данных.

Это были довольно громоздкие сооружения, содержавшие 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 сложная и трудоемкая работа. Программирование в те времена было доступно немногим.

В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название «транзистор». Транзисторы быстро внедрялись в радиотехнику.

В 60-х годах XX века транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения.

Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч операций в секунду. Объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения.

Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими.

Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах (НМЛ). Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные, поисковые системы, позволявшие длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации.

Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них были ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее. 

Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться в системе высшего образования.

Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнением программ. В дальнейшем из мониторных систем выросли современные операционные системы.

Третье поколение ЭВМ создавалось па новой элементной базе — интегральных схемах.

С помощью очень сложной технологии специалисты научились монтировать на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см , достаточно сложные электронные схемы. Их назвали интегральными схемами.

Первые интегральные схемы (ИС) содержали в себе десятки, затем сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилась к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами — БИС; затем появились сверхбольшие интегральные схемы — СБИС.

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов прошлого века. Тогда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360.

Это были машины на ИС. Немного позднее стали выпускаться машины серии IBM-370, построенные на БИС.

В Советском Союзе в 70-х годах XX века начался 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 достигла 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 большое количество информации. Вместе с тем накопители на магнитных дисках (НМД) работают гораздо быстрее, чем НМЛ.

Широко стали использоваться 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-е годы XX века 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 70-х годов XX века производство мини-ЭВМ превысило производство больших машин.

Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора.

Микропроцессор — это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера — процессора.

Микропроцессор — это миниатюрный «мозг», работающий по программе. Первоначально микропроцессоры стали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты. Такие микропроцессоры осуществляют автоматическое управление работой этой техники.

Соединив микропроцессор с устройствами ввода/вывода, оперативной и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микроЭВМ.

МикроЭВМ относятся к ЭВМ четвертого поколения. Существенным отличием микроЭВМ 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 (ПК) связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Аррlе-1, а в 1977 году — Аррlе-2.

Сущность того, что такое ПК, кратко можно сформулировать так:

Персональный компьютер — это микроЭВМ 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 (оптические).

Программное обеспечение позволяет человеку легко общаться с машиной, быстро усваивать основные приемы работы с ней, получать пользу от компьютера, не прибегая к программированию.

Общение человека и ПК может принимать форму игры с красочными картин-ками на экране, звуковым сопровождением.

Неудивительно, что машины с такими свойствами быстро приобрели популярность, причем не только среди специалистов. Персональный компьютер 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 IBM PC (Personal Computer).

В конце 80-х — начале 90-х годов XX века 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. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением. Развитие этого типа машин вызвало появление понятия «информационные технологии», без которых уже становится невозможным обойтись в большинстве областей деятельности человека.

Есть и другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения. Это суперкомпьютеры. Машины этого класса имеют быстродействие в сотни миллионов и миллиарды операций в секунду.

Только суперкомпьютеры могут справиться с обработкой больших объемов информации, например статистическими данными по переписи населения, результатами метеорологических наблюдений, финансовой информацией. Иногда скорость обработки информации имеет решающее значение.

Примером может служить составление прогноза погоды, моделирование климатических изменений, позволяющее предсказать стихийное бедствие (цунами, тайфун, землетрясение и т. д.).

Суперкомпьютер — это многопроцессорный вычислительный комплекс. Высокое быстродействие достигается благодаря тому, что множество процессоров, его составляющих, осуществляют параллельную (одновременную) обработку данных.

Суперкомпьютеры являются дорогими машинами, стоимость которых может достигать десятков миллионов долларов. Поэтому возникает проблема доступности таких дорогих вычислительных ресурсов. Решение этой проблемы связано с созданием многопользовательских суперкомпьютерных центров.

В качестве альтернативы суперкомпьютерам создаются так называемые кластерные системы. Кластерная система — это сеть из множества рабочих станций на базе ПК.

Чтобы рабочие станции функционировали как многопроцессорная вычислительная система, в такой сети используется специальное программное обеспечение.

Оказалось, что можно построить многопроцессорный комплекс — кластер, который лишь в 2-3 раза уступает по быстродействию суперкомпьютеру, но дешевле его в сотни раз. В крупных российских университетах и научных центрах установлены и активно используются кластерные системы.

Перспективы пятого поколения

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 возможен ввод с голоса, ое общение, машинное «зрение», машинное «осязание». Многое уже практически сделано в этом направлении.

Вычислительная техника – история развития, этапы и таблица поколений

Большие кремниевые микросхемы поколение эвм

Процесс эволюции счетных устройств начался в древние времена и продолжается сегодня. За это время люди создали различные приспособления для счета. Краткая история их развития может быть описана с помощью основных этапов:

  1. Ручной. Это самый длительный этап. Он начался в глубокой древности, а завершился в середине XVII столетия. За это время были созданы различные ручные средства для подсчета, например, финикийские фигурки, логарифмическая линейка и т. д.
  2. Механический этап развития. Длился более двух столетий (вторая половина XVII — конец XIX века). Это время характеризуется быстрым развитием науки, что привело к появлению механических счетных машин. Они могли выполнять простые арифметические операции.
  3. Электромеханический. Среди всех этапов эволюции вычислительных устройств он оказался самым коротким. Его длительность составила лишь 60 лет. Начало электромеханическому этапу положило создание первого табулятора (1887), а завершился период в 1946 году. Созданные на этом временном отрезке устройства использовали электрический привод и реле. С их помощью скорость и точность вычислений существенно увеличились.
  4. Электронный этап начался в середине XX столетия и продолжается сегодня. Первые компьютеры имели большие размеры и существенно отличались от современных ПК.

Классификация истории развития вычислительной техники на хронологические этапы является условной. При использовании одного счетного устройства активно появлялись предпосылки для разработки следующего поколения девайсов.

Простейшие устройства

Сначала люди использовали для счета 10 пальцев на своих руках, а результаты вычислений фиксировались на камне, дереве и т. д. Когда появилась письменность, человек разработал различные способы записи цифр и системы счисления:

  • в Индии использовалась десятичная;
  • вавилоняне применяли шестидесятеричную систему.

На рубеже IV столетии до н. э. появился абак. Это приспособление представляло собой глиняную дощечку, на которую заостренным предметом наносились полоски. Вычисления осуществлялись посредством размещения на этих полосах различных предметов небольшого размера.

Первые счеты были изобретены в Китае — суанпан. Это приспособление представляло собой деревянную раму, на которой были натянуты нити в количестве 10 или больше.

Еще одна веревочка располагалась перпендикулярно остальным и делила приспособление на 2 неравные части. В отделении большего размера (земля) на каждую ниточку нанизывалось по 5 косточек.

Меньшее отделение называлось «небо», а каждая веревочка, расположенная в нем, содержала по 2 косточки.

В XVII веке математик Непер из Шотландии открыл логарифмы, основываясь на работе шотландского ученого, Гантер (Англия) смог создать логарифмическую линейку. Это устройство используется и сегодня, хотя его первоначальная конструкция претерпела серьезные изменения.

Изобретение Гантера позволяла выполнять следующие операции:

  • находить логарифмы;
  • операции деления и умножения;
  • находить тригонометрические функции;
  • возводить в степень.

Это устройство стало последним приспособлением домеханической эры развития вычислительной техники.

Механические машины

В 1673 году известный ученый Лейбниц изобрел устройство, которое, помимо простейших операций с числами, позволяло извлекать квадратный корень. Чтобы этот ступенчатый вычислитель мог функционировать, ученому пришлось разработать двоичную систему счисления.

Через 2 столетия французский математик Ксавье Тома де Кальмар, основываясь на работах Лейбница, изготовил арифмометр. Эта машина уже могла делить и перемножать числа. Английский ученый Бэббидж через 2 года начал создавать устройство, способное выполнять вычисления с точностью до 20 знаков после запятой. Однако этот проект так и не был завершен.

Впрочем, имя Бэббиджа навсегда вошло в историю развития счетных устройств. Именно этот человек разработал машину, управлять которой можно было программно. В качестве носителя информации использовались перфокарты. С этим же устройством связано и имя первого программиста на планете — Ада Лавлейс. Именно этой женщине удалось создать первые программы для машины Бэббиджа.

Компьютерная техника

Первый аналог компьютера был создан еще в 1887 году американцем Голлеритом. Он разработал табулятор, который представлял собой электромеханическую вычислительную машину.

В конструкции устройства присутствовали реле, счетчики и специальный сортировочный ящик. Машина могла сортировать статистические данные, записанные на перфокартах.

Компания, созданная Голлеритом, затем превратилась в известную корпорацию IBM.

Также стоит отметить основные изобретения и теории, давшие в будущем толчок к развитию компьютерной техники:

  • 1930 — дифференциальный анализатор (Ванновар Буш из США);
  • 1936 — создана концепция вычислительной машины (Алан Тьюринг из Англии);
  • 1937 — разработана электромеханическая машина для двоичного сложения (Джордж Стибиц из США);
  • 1938 год — сформулированы принципы работы логического устройства вычислительной машины (Клод Шеннон из США).

Начало эры

Во многом активное развитие ЭВМ связано со Второй мировой войной.

Правительства некоторых стран-участниц этого конфликта стремились получить стратегическое преимущество перед противником и начали финансировать работы по разработке вычислительных машин. Пионером компьютеростроения стал инженер из Германии Цузе.

Им была сконструирована машина Z3, которая могла оперировать числами с плавающей запятой, работая при этом в двоичной системе. В качестве носителя информации в ней использовалась перфолента.

Однако первым функционирующим компьютером следует считать новую машину немецкого инженера — Z4. Он же разработал и первый язык программирования под названием Планкалкюль. В 1942 году 2 американских исследователя (Джон Атанасов и Клиффорд Берри) создали машину, работающую на вакуумных трубках. Она использовала двоичный код и выполняла ряд логических операций.

При поддержке правительства Англии в 1943 году была построена первая ЭВМ — Колосс. Работы над этим устройством велись в условиях максимальной секретности.

В состав машины входило около 2000 электронных ламп. Колосс использовался для взлома немецких кодов, создаваемых с помощью шифровального устройства Энигма. После завершения войны ЭВМ была уничтожена в соответствии с личным приказом Черчилля.

Работа над архитектурой

Прообраз архитектуры современного ПК был создан в 1945 году американским ученым фон Нейманом. Он первым предложил записывать программу в форме кода непосредственно в память вычислительного устройства.

В те времена в США активно работали над созданием первого компьютера, способного решать различные задачи — ENIAC. Эта машина весила порядка 30 тонн, а для ее размещения требовалось около 170 м² площади.

В состав конструкции машины входило 18000 ламп. В течение 1 секунды она выполняла 5000 операций сложения либо 300 умножения. На европейском континенте первый универсальный компьютер был создан в СССР.

Команда под руководством Сергея Лебедева в 1950 году сконструировала МЭСМ (малая электронная счетная машина). Для ее работы требовалось порядка 6000 ламп, а быстродействие компьютера составляло 50 операций в секунду.

Эта же группа ученых через 2 года создала большую электронную счетную машину. Ее быстродействие составляло 10000 операций в секунду.

Создание полупроводниковых приборов

Главным недостатком электронных ламп был невысокий срок службы. Так как эти устройства быстро выходили из строя, обслуживание вычислительной машины существенно усложнялось. Проблема была решена в 1947 году, когда был изобретен транзистор. Полупроводниковые устройства выполняли аналогичные функции, что и лампы, но при этом имели ряд преимуществ:

  • занимали мало места;
  • низкое энергопотребление;
  • более продолжительный срок службы.

Именно появление полупроводниковых приборов позволило компьютерам приобрести вид, напоминающий современные ПК. Благодаря работе американских инженеров Кибли и Нойса мир узнал о микросхемах. Основу этих устройств составлял германиевый либо кремниевый кристалл, на котором монтировались миниатюрные полупроводниковые приборы. Их количество достигало десятки и даже сотни тысяч.

Появление микросхем дало новый толчок к развитию ЭВМ. В 1964 году корпорация IBM представила первую машину семейства SYSTEM 360. В СССР первый компьютер на микросхемах был разработан в 1972 году, а назывался он ЕС. В его основе лежали разработки американской компании IBM.

Одновременно с развитием компьютеров начинает активно совершенствоваться и программное обеспечение (софт). В 1964 году был разработан язык Бейсик, предназначенный для начинающих программистов.

В 1969 году появился Паскаль, с помощью которого можно было решать различные прикладные задачи.

Персональные компьютеры

В начале 70-х годов стартовал выпуск четвертого поколения компьютеров. Это время для индустрии характеризуется началом использования в производстве вычислительной техники БИС (большая интегральная схема).

Благодаря этому производительность ЭВМ достигла отметки в тысячи миллионов операций в секунду.

Кроме этого, существенно снизилась и себестоимость производства ПК, что сделало их более доступными для обычного потребителя.

Одним из первых массовых компьютеров стала машина, созданная компанией Apple. Произошло это в 1976 году. В разработке ПК принимали участие Стив Возняк и Стив Джобс. Его стоимость составляла лишь 500 долларов. В 1977 году вышла вторая модель этого компьютера — Apple II. Роль этих личностей в развитии компьютерной техники сложно переоценить.

Быстрое распространение недорогих компьютеров привело к значительному падению прибыли компании IBM.

Это факт вызвал беспокойство у ее руководства, и в 1979 году на рынке появился первый ПК от американского концерна. В нем был установлен процессор от Интел 8088, ОЗУ в объеме 64 Кбайт и дисковод для дискет.

Специально для него компания Микрософт разработала новую операционную систему, в которой все было понятно даже новичку.

В дальнейшем наблюдалось стремительное развитие компьютерной техники. Новые процессоры начинают создаваться ежегодно и каждое новое поколение превосходит в производительности прошлое. Вся история развития ПК может быть представлена в таблице:

ПоколениеЭлементная базаБыстродействие, операций в секундуПОПрименениеПримеры
I (1946−1959) Электронные лампы Не более 20000 Машинные языки Расчетные задачи ЭНИАК и МЭСМ
II (1960−1969) Полупроводниковые приборы От 100 до 500 тысяч Алгоритмические языки Экономические, инженерные и научные задачи БЭСМ-4, IBM 701
III (1970−1979) ИМС (интегральные микросхемы) Около 1 миллиона Операционные системы САПР, научные и технические задачи, АСУ ЕС 1060, IBM 360
IV (с 1980 и до настоящего времени) Микропроцессоры и БИС Минимум десятки миллионов Базы данных (БД) АРМ, работа с графикой и текстами Серверы и ПЭВМ
V (с 1990 до настоящего времени) СБИС Более миллиарда Мощные вычислительные системы, искусственный интеллект Все области Ноутбуки, рабочие станции

Сейчас компьютер можно найти практически в каждом доме, а жизнь современного человека сложно представить без ПК.

Пять поколений ЭВМ

Большие кремниевые микросхемы поколение эвм

Компьютерная грамотность предполагает наличие представления о пяти поколениях ЭВМ, которое Вы получите после ознакомления с данной статьей.

Когда говорят о поколениях, то в первую очередь говорят об историческом портрете электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

1. Первое поколение ЭВМ
2. Эвм второго поколения

3. Третье поколение
4. Эвм четвертого поколения
5. Пятое поколение

Фотографии в фотоальбоме по истечении определенного срока показывают, как изменился во времени один и тот же человек. Точно так же поколения ЭВМ представляют серию портретов вычислительной техники на разных этапах ее развития.

Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники.

Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти.

Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.

Эвм первого поколения

Онибыли ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.

Например, одна из первых ЭВМ – ENIAC представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.

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. В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор.

Эвм второго поколения

Транзисторы

В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для Эвм второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.

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.

Эвм третьего поколения

Это поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).

Микросхемы

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.

Микропроцессор

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.

Эвм четвертого поколения

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.

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

Они 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.

Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.

P.S. Статья закончилась, но можно еще прочитать:

1. Аналитическая машина Бэббиджа

2. Леди Ада Лавлейс и первая компьютерная программа

3. Может ли компьютер быть умнее человека?

4. Пять возможностей сотовых телефонов, которых не хватает в наши дни

5. Виртуальная интерактивность: что такое VR, MR, AR и их отличия

Получайте актуальные статьи по компьютерной грамотности прямо на ваш почтовый ящик.
Уже более 3.000 подписчиков

.

Важно: необходимо подтвердить свою подписку! В своей почте откройте письмо для активации и кликните по указанной там ссылке. Если письма нет, проверьте папку Спам.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.