Содержание
Введение
Поколение ЭВМ…………………………………………………….
Классификация современных компьютеров по функциональным возможностям………………………………….
Основные виды ЭВМ………………………………………………
Заключения…………………………………………………………
Список литературы…………………………………………………
4стр
18стр
25стр
31стр
33стр
Введение
Первая страница в истории создания вычислительных машин связана с именем французского философа, писателя, математика и физика Блеза Паскаля. В 1641г. он сконструировал механический вычислитель, который позволял складывать и вычитать числа. В 1673 г. выдающийся немецкий ученый Готфрид Лейбниц построил первую счетную машину, способную механически выполнять все четыре действия арифметики. Ряд важнейших ее механизмов применяли вплоть до
середины XX в. в некоторых типах машин. К типу машины Лейбница могут быть отнесены все машины, в частности и первые ЭВМ, производившие умножение как многократное сложение, а деление - как многократное вычитание.
Главным достоинством всех этих машин являлись более высокие, чем у человека, скорость и точность вычислений. Их создание продемонстрировало принципиальную возможность механизации интеллектуальной деятельности человека. 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. Первые электронные компьютеры появились в первой половине
XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи. 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. С каждым новым поколением увеличивалось быстродействие, уменьшались потребляемая мощность и масса ЭВМ, повышалась их надежность. При этом возрастали их "интеллектуальные" возможности - способность "понимать" человека и обеспечивать ему эффективные средства для обращения к ЭВМ.
Поколение ЭВМ
История компьютера тесным образом связана с попытками облегчить и автоматизировать большие объемы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счетное устройство - абак. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчеты. В 1642 году Блез Паскаль сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 году француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял свое место на бухгалтерских столах.
Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены еще в 1833 году английским математиком Чарльзом Бэббиджем. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчетов, где предугадал основные устройства современного компьютера, а также его задачи. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путем. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты - листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты уже использовались в текстильной промышленности. Отверстия в них пробивались с помощью специальных устройств - перфораторов. Идеи Бэббиджа стали реально воплощаться в жизнь в конце 19 века.
В 1888 году американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счетную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 году изобретение Холлерита было впервые использовано в 11-й американской переписи населения. Работа, которую пятьсот сотрудников выполняли в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 табуляторах за один месяц.
В 1896 году Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company, которая стала основой для будущей Интернэшнл Бизнес Мэшинс (International Business Machines Corporation, IBM) - компании, внесшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.
Дальнейшие развития науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. Создателем первого действующего компьютера Z1 с программным управлением считают немецкого инженера Конрада Цузе.
В феврале 1944 года на одном из предприятий Ай-Би-Эм (IBM) в сотрудничестве с учеными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина "Mark 1". Это был монстр весом около 35 тонн. В "Mark 1" использовались механические элементы для представления чисел и электромеханические - для управления работой машины. Числа хранились в регистрах, состоящих из десятизубных счетных колес. Каждый регистр содержал 24 колеса, причем 23 из них использовались для представления числа (т.е. "Mark 1" мог "перемалывать" числа длинной до 23 разрядов), а одно - для представления его знака. Регистр имел механизм передачи десятков и поэтому использовался не только для хранения чисел; находящееся в одном регистре, число могло быть передано в другой регистр и добавлено к находящемуся там числу(или вычтено из него). Всего в "Mark 1" было 72 регистра и, кроме того, дополнительная память из 60 регистров, образованных механическими переключателями. В эту дополнительную память вручную вводились константы - числа, которые не изменялись в процессе вычислений. Умножение и деление производилось в отдельном устройстве. Кроме того, машина имела встроенные блоки, для вычисления sin x, 10x и log x. Скорость выполнения арифметических операций в среднем составляла: сложение и вычитание - 0,3 секунды, умножение - 5,7 секунды, деление - 15,3 секунды. Таким образом "Mark 1" был "эквивалентен" примерно 20 операторам, работающим с ручными счетными машинами.
Наконец, в 1946 в США была создана первая электронная вычислительная машина (ЭВМ) - ENIAC (Electronic Numerical integrator and Computer - Электронный числовой интегратор и компьютер). Разработчики: Джон Мочи (John Маuchу) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert).
Он был произведен на свет в Школе электрической техники Moore (при университете в Пенсильвании). Время сложения - 200 мкс, умножения - 2800 мкс и деления - 24000 мкс. Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов.
Общая стоимость базовой машины - 750000 долларов. Стоимость включала дополнительное оборудование, магнитные модули памяти (по цене 29706,5 доллара) и аренду у IBM (по 82,5 доллара в месяц) устройства считывания перфокарт ( 125 карт в минуту). Она также включала и арендную плату (по 77 долларов в месяц) за IBM-перфоратор (100 карт в минуту).
Потребляемая мощность ENIAC - 174 кВт. Занимаемое пространство - около 300 кв. м. В Советском Союзе первая электронная цифровая вычислительная машина была разработана в 1950 году под руководством академика С. А. Лебедева в Академии наук Украинской ССР. Она называлась «МЭСМ» (малая электронная счётная машина).Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман - автор конструкции вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика, наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер. Одно время слово "кибернетика" использовалось для обозначения вообще всей компьютерной науки, а в особенности тех ее направлений, которые в 60-е годы считались самыми перспективными: искусственного интеллекта и робототехники. Вот почему в научно-фантастических произведениях роботов нередко называют "киберами". А в 90-е годы это слово опять всплыло для обозначения новых понятий, связанных с глобальными компьютерными сетями - появились такие неологизмы, как "киберпространство", "кибермагазины" и даже "киберсекс".
Первое поколение ЭВМ
[pic]
Развитие ЭВМ делится на несколько периодов. Поколения ЭВМ каждого периода отличаются друг от друга элементной базой и математическим обеспечением. Первое поколение (1945-1954) - ЭВМ на электронных лампах (вроде тех, что были в старых телевизорах). Это доисторические времена, эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютерных динозавров, которые нередко требовали для себя отдельных зданий, давно стали легендой. Ввод чисел в первые машины производился с помощью перфокарт, а программное управление последовательностью выполнения операций осуществлялось, например в ENIAC, как в счетно-аналитических машинах, с помощью штеккеров и наборных полей. Хотя такой способ программирования и требовал много времени для подготовки машины, то есть для соединения на наборном поле (коммутационной доске) отдельных блоков машины, он позволял реализовывать счетные "способности" ENIAC'а и тем выгодно отличался от способа программной перфоленты, характерного для релейных машин. Солдаты, приписанные к этой огромной машине, постоянно носились вогруг нее, скрипя тележками, доверху набитыми электронными лампами. Стоило перегореть хотя бы одной лампе, как ENIAC тут же вставал, и начиналась суматоха: все спешно искали сгоревшую лампу. Одной из причин - возможно, и не слишком достоверной - столь частой замены ламп считалась такая: их тепло и свечение привлекали мотыльков, которые залетали внутрь машины и вызывали короткое замыкание. Если это правда, то термин "жучки" (bugs), под которым подразумевают ошибки в программных и аппаратных средствах компьютеров, приобретает новый смысл. Когда все лампы работали, инженерный персонал мог настроить ENIAC на какую-нибудь задачу, вручную изменив подключение 6 000 проводов. Все эти провода приходилось вновь переключать, когда вставала другая задача.
Первой серийно выпускавшейся ЭВМ 1-го поколения стал компьютер UNIVAC (Универсальный автоматический компьютер). Разработчики: Джон Мочли (John Mauchly) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert). Он был первым электронным цифровым компьютером общего назначения. UNIVAC, работа по созданию которого началась в 1946 году и завершилась в 1951-м, имел время сложения 120 мкс, умножения -1800 мкс и деления - 3600 мкс. UNIVAC мог сохранять 1000 слов, 12000 цифр со временем доступа до 400 мкс максимально. Магнитная лента несла 120000 слов и 1440000 цифр. Ввод/вывод осуществлялся с магнитной ленты, перфокарт и перфоратора. Его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США.
Программное обеспечение компьютеров 1-го поколения состояло в основном из стандартных подпрограмм. Машины этого поколения: « ENIAC », «МЭСМ», «БЭСМ», «IBM -701», «Стрела», «М-2», «М-3», «Урал», «Урал-2», «Минск-1», «Минск-12», «М-20» и др.
Эти машины занимали большую площадь, использовали много электроэнергии и состояли из очень большого числа электронных ламп. Например, машина «Стрела» состояла из 6400 электронных ламп и 60 тыс. штук полупроводниковых диодов. Их быстродействие не превышало 2—3 тыс. операций в секунду, оперативная память не превышала 2 Кб. Только у машины «М-2» (1958) оперативная память была 4 Кб, а быстродействие 20 тыс. операций в секунду.
Основные технические характеристики ЭВМ "УРАЛ-1"
Структура команд одноадресная. Система счисления двоичная.
Способ представления чисел - с фиксированной запятой и с плавающей запятой по стандартным программам. Разрядность-35 двоичных разрядов (10,5 десятичных) и один разряд для знака числа. Диапазон представляемых чисел: от 1 до 10-10.5. Время выполнения отдельных операций:
а) деления - 20 мксек;
б) нормализации - 20 мсек;
в) остальных операций-10 мсек.
Количество команд-29. Характеристики ЗУ: емкость ОЗУ на магнитном барабане - 1024 тридцатишестиразрядных числа или команды;
емкость НМЛ - до 40 000 тридцатишестиразрядных чисел или 8000 команд.
Устройство ввода - на перфорированной киноленте шириной 35 мм.
Вывод - печатающее устройство. Скорость печати - 100±10 чисел в минуту.
Машина построена на одноламповых типовых ячейках.
Питание машины от сети трехфазного переменного тока напряжением 220В ±10%, частотой 50Гц. Потребляемая мощность 7,5 кВт.
Занимаемая площадь 50 кв. м.
Второе поколение ЭВМ
[pic]
ЭВМ 2-го поколения были разработаны в 1950—60 гг. В качестве основного элемента были использованы уже не электронные лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Второе отличие этих машин — это то, что появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров. Программирование, оставаясь наукой, приобретает черты ремесла. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу. Машины этого поколения: «РАЗДАН-2», «IВМ-7090», «Минск-22,-32», «Урал- 14,-16», «БЭСМ-3,-4,-6», «М-220, -222» и др.
Применение полупроводников в электронных схемах ЭВМ привели к увеличению достоверности, производительности до 30 тыс. операций в секунду, и оперативной памяти до 32 Кб. Уменьшились габаритные размеры машин и потребление электроэнергии. Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программ. На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике; компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже компьютеризовали свою бухгалтерию, предвосхищая моду на двадцать лет.
Основные технические характеристики ЭВМ "Урал-16":
Структура команд двухадресная. Система счисления двоичная,
Способ представления чисел: с плавающей запятой.
Разрядность: 36 двоичных разрядов (мантисса числа — 29 разрядов, знак мантиссы -- 1 разряд, порядок — 5 разрядов, знак порядка — 1 разряд).
Быстродействие 5000 операций/с. Количество команд (основных) 17. Каждая операция имеет 8 модификаций. Характеристики запоминающих устройств.
Емкость ОЗУ на ферритах 2 К слов; время обращения к ОЗУ 24 мкс,
Емкость внешнего НМЛ 120000 чисел; скорость считывания с НМЛ 2000 чисел/с.
Устройства ввода — вывода обеспечивают ввод информации в машину с фотосчитывающего устройства на кинолепте со скоростью 35 чисел/с и вывод результатов вычислений на печатающее устройство со скоростью 20 чисел/с.Питание машины от сети переменного тока напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность около 3 кВт. Занимаемая площадь 20 кв. м.
Третье поколение ЭВМ
[pic]
Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме. Удаленные от ЭВМ пользователи получили возможность, независимо друг от друга, оперативно взаимодействовать с машиной. В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM.
Начиная с ЭВМ 3-го поколения, традиционным стала разработка серийных ЭВМ. Хотя машины одной серии сильно отличались друг от друга по возможностям и производительности, они были информационно, программно и аппаратно совместимы. Например, странами СЭВ были выпущены ЭВМ единой серии («ЕС ЭВМ») «ЕС-1022», «ЕС-1030», «ЕС-1033», «ЕС-1046», «ЕС-1061», «ЕС-1066» и др. Производительность этих машин достигала от 500 тыс. до 2 млн. операций в секунду, объём оперативной памяти достигал от 8 Мб до 192 Мб.
К ЭВМ этого поколения также относится «IВМ-370», «Электроника — 100/25», «Электроника — 79», «СМ-3», «СМ-4» и др.
Для серий ЭВМ было сильно расширено программное обеспечение (операционные системы, языки программирования высокого уровня, прикладные программы и т.д.). Невысокое качество электронных комплектующих было слабым местом советских ЭВМ третьего поколения. Отсюда постоянное отставание от западных разработок по быстродействию, весу и габаритам, но, как настаивают разработчики СМ, не по функциональным возможностям. Для того, чтобы компенсировать это отставание, в разрабатывались спецпроцессоры, позволяющие строить высокопроизводительные системы для частных задач. Оснащенная спецпроцессором Фурье-преобразований СМ-4, например, использовалась для радиолокационного картографирования Венеры. Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ.
Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. Этому изобретению суждено было произвести в следующем десятилетии настоящую революцию - ведь микропроцессор является сердцем и душой современного персонального компьютера.
Но и это еще не все - поистине, рубеж 60-х и 70-х годов был судьбоносным временем. В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть - зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 году одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.
Четвертое поколение ЭВМ
[pic]
К сожалению, начиная с середины 1970-х годов стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.
Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени).
Однако, есть и другое мнение - многие полагают, что достижения периода 1975-1985 г.г. не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим "третьему-с половиной" поколению компьютеров. И только с 1985г., когда появились супербольшие интегральные схемы (СБИС. В кристалле такой схемы может размещаться до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день. Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2 направлениям:
1-ое направление — создание суперЭВМ - комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы ILLIAS-4, CRAY, CYBER, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и др. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) "Эльбрус-2" активно использовались в Советском Союзе в областях, требующих большого объема вычислений, прежде всего, в оборонной отрасли. Вычислительные комплексы "Эльбрус-2" эксплуатировались в Центре управления космическими полетами, в ядерных исследовательских центрах. Наконец, именно комплексы "Эльбрус-2" с 1991 года использовались в системе противоракетной обороны и на других военных объектах.
2-ое направление — дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих машин являются Apple, IBM - PC ( XT , AT , PS /2), «Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840», «ЕС-1841» и др.
Начиная с этого поколения ЭВМ стали называть компьютерами.
Благодаря появлению и развитию персональных компьютеров (ПК), вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой "несерьезной" техники. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.
Пятое поколение ЭВМ
[pic]
ЭВМ пятого поколения — это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется. Предполагается, что их элементной базой будут служить не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники и биопроцессоры.
На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.
К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом.
Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.
Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, производство, быт - везде она приложила свою кибернетическую руку), а также много агентные системы. Не дремлют и другие направления искусственного интеллекта, например распределенное представление знаний и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ждать революции в целом ряде областей человеческой деятельности.
Классификация современных компьютеров по функциональным возможностям
Современные персональные компьютеры (ПК) в соответствии с принятой классификацией надо отнести к ЭВМ четвертого поколения. Но с учетом быстро развивающегося программного обеспечения, многие авторы публикаций относят их к 5-му поколению. Персональные компьютеры появились на рубеже 60 – 70-х годов. Американская фирма Intel разработала первый 4-разрядный микропроцессор (МП) 4004 для калькулятора. Он содержал около тысячи транзисторов и мог выполнять 8000 операций в секунду. Вскоре была выпущена 8-битная версия данного МП, получившая название 8008. Оба МП всерьез восприняты не были, поскольку рассчитывались для конкретных применений. Они относятся к МП первого поколения.
В конце 1973 г. Intel разработала однокристальный 8-разрядный МП 8080, рассчитанный для многоцелевых применений. Он был сразу замечен компьютерной промышленностью и быстро стал "стандартным". По стоимости он был доступен даже для любителей. Одни фирмы начали выпускать МП 8080 по лицензиям, другие - предложили его улучшенные варианты. Так, группа инженеров фирмы Intel, образовав собственную фирму Zilog, в 1976 г. выпустила МП Z80, сохраняющий базовую архитектуру 8080. Фирма Motorola разработала собственный 8-разрядный МП М6800, нашедший впоследствии широкое применение. Стив Возняк (будущий «отец» компьютеров Apple) собрал свой первый компьютер в 1972 году из деталей, забракованных местным производителем полупроводников в городе Беркли, штат Калифорния. Стив назвал свое изобретение Cream Soda Computer, поскольку пил именно этот напиток во время сборки аппарата. В начале 1976 года Стив Возняк, работая в Hewlett-Packard, предложил свой компьютер Apple руководству HP, но не нашел поддержки. В Hewlett-Packard победил другой проект – HP-85, основанный на идее совмещения компьютера и калькулятора. Тогда 1 апреля 1976 года два Стива – Возняк и Джобс – полушутя-полусерьезно зарегистрировали Apple Computer Company. И уже в июле предложили магазинам компьютер Apple-1 по цене $666,66.
Apple-1 стал пользоваться спросом. Его успех был вызван простотой операционной системы. Прежде ПК управлялись через "командную строку", и пользователь, для того чтобы ставить задачи компьютеру, должен был быть хоть немного программистом. Создание же "мышки" и графически удобного интерфейса сделало ПК доступным для "чайников" и во многом определило успех Apple-1. Фирма IBM обратила внимание на персональные компьютеры, когда рынок "вырос из пеленок". К 1980 году только в США уже было продано более миллиона ПК, и маркетологи предсказывали взрывообразный рост спроса. Свои модели представили десятки компаний. Компьютеры при всей внешней схожести отличались большим разнообразием и были несовместимы друг с другом. Каждый производитель разрабатывал собственную архитектуру ПК. Считалось, что наиболее перспективной архитектурой обладает компьютер PDP-11, разработанный компанией DEC. Технические решения этой компании легли в основу первых отечественных компьютеров «Электроника». Однако, в конце 1980 года совет директоров IBM принял решение создать "машину, которая нужна людям". Стратегическим партнером в качестве поставщика процессоров была выбрана Intel. Команда разработчиков IBM PC заключила союз и с недоучившимся студентом Гарвардского университета Биллом Гейтсом. На существовавшие тогда ПК ставилась популярная операционная система CP/M, созданная компанией Digital Research, или система UCSD компании Softech. Однако эти операционные системы стоили $450 и $550 соответственно, а Гейтс за свою PC-DOS брал всего лишь $40. IBM сделала выбор в пользу дешевизны. 12 августа 1981 года IBM представила свой ПК, который был спроектирован не хуже, чем изделия тогдашних лидеров рынка – Commodore PET, Atari, Radio Shack и Apple.
IBM пошла на неожиданный шаг. Решив утвердить свою архитектуру в качестве стандарта, она открыла техническую документацию. Теперь каждый производитель ПК мог приобрести лицензию у IBM и собирать подобные компьютеры, а производители микропроцессоров – изготавливать элементы для них. IBM рассчитывала «перетянуть одеяло» на себя, уничтожив стандарты конкурентов. Так и произошло. Сохранить собственную архитектуру смогла только Apple: она нашла свою нишу в сферах графического дизайна и образования. Все остальные производители либо разорились, либо приняли стандарт IBM. Весной 1983 г. фирма IBM выпускает модель PC XT с жестким диском, а также объявляет о создании нового поколения микропроцессоров - 80286. Новый компьютер IBM PC AT (Advanced Technologies), построенный на основе МП 80286, быстро завоевал весь мир и несколько лет оставался наиболее популярным.
Первые 32-разрядные микропроцессоры появились на мировом рынке в 1983-1984 гг., но их широкое использование в высокопроизводительных ПК началось с 1985 г. после выпуска фирмами Intel и Motorola микропроцессоров 80386 и М68020 соответственно. Эти БИС открыли новое микропроцессорное поколение, реализующее обработку данных на уровне "больших" ЭВМ. В 1989 г. был начат выпуск более мощного МП 80486 с быстродействием более 50 млн. операций в секунду. В марте 1993 г. фирма Intel продолжает ряд 80х86 выпуском микропроцессора Р5 "Pentium" с 64-разрядной архитектурой. Потом были "Pentium 2", "Pentium 3". Сегодня самым популярным МП является "Pentium 4" с технологией НТ, позволяющей обрабатывать информацию по 2-м параллельным потокам. Т.е. получать как бы два процессора. Тактовые частоты современных ПК превышают 3 ГГц, объмы ОЗУ до 4 ГБ. Емкость накопителей на жестких дисках выросла до 500 ГБ. Современные технологии позволяют на ПК прослушивать и записывать высокачественные ауди-файлы. Применение DVD приводов обеспечивает просмотр современных фильмов.
Широкое распространение получили сегодня переносные ПК - nootbook, карманные ПК (КПК) и мобильные ПК - смартфоны, объединяющие функции ПК и телефона. В состав современного ПК входят:
1. Системный блок, материнская плата с адаптерами HDD, FDD, CD/DVD-ROM, шины, порты, микросхема BIOS, таймер
- центральный процессор
- линейки ОЗУ
- видео карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
- аудиo карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
- сетевая карта (может быть интегрирована в материнскую плату)
2. Монитор
3. Клавиатура
4. Манипулятор "мышь"
5. Звуковые колонки
6. Принтер
7. Сканер
8. Модем или адаптер ADSL
Ну, и конечно же, компьютер нельзя представить без программного обеспечения. Как архитектура IBM PC стала стандартом для аппаратной части ПК, так и продукция фирмы MicroSoft (Билл Гейтс) стала эталоном для программ. Особенно популярны ее операционные системы Windows и офисные приложения MS-Office.
Искусственный интеллект - это направление научных исследований, в которых на основе изучения процессов мышления разрабатывают технические системы и программы, способные имитировать умственную деятельность человека.
Экспертные системы - это программы для компьютера, которые дают возможность накоплять и классифицировать знание, сравнивать и строить заключения, то есть имитировать поведение эксперта или консультанта в конкретных сферах деятельности человека. Здесь используют специальные базы данных - базы знаний. Решается задача естественного, с точки зрения человека, общения пользователя и компьютера. С этой целью уже созданы автоматы, которые читают и воспринимают информацию на слух. их функционирования грунтуется на распознавании образов. И хотя пора машин, которые разговаривают, понимают устный язык и думают, еще не настала, тем не менее она не промедлит. Эра выше упомянутых, очень умных, систем поставит жирную точку и начнет новое поколение и классификацию, да и интеллект будет не тот. Ну а пока вернемся в ХХ век.
Характерной особенностью 90-х лет было бушующее развитие электроники, массовый выпуск и использования мощных персональных компьютеров и периферийной техники. Давайте почтим те 80-90 гг. когда компьютеры только начали классифицироваться. Классификация компьютеров.
В зависимости от возможностей компьютеры разделяют на:
1) суперкомпьютеры;
2) большие компьютеры;
3) маленькие компьютеры;
4) микрокомпьютеры;
5) специализированные компьютеры.
Суперкомпьютеры ("Эльбрус", модели серии "Крей") - эти много процессорные системы, которые выполняют миллиарды операций за секунду.
Цена такой машины - несколько миллионов долларов. Их используют в космических исследованиях, для перспективного прогнозирования погоды на планете, обработка геодезической информации во время поиска полезных ископаемых, а также в воинских исследованиях. У СИТА создан компьютер, способный выполнять больше триллиона операций за секунду. В нем использовано 9200 процессоров "Pentіum Pro", которые работают параллельно, что дало возможность достичь рекордной на то время скорости вычислений. Это достижение сравнивают с преодолением звукового барьера самолетами. Большие компьютеры (например, модели "ЕС-1060", "ЕС-1061", "ЕС-1065" и прочей, а также машины серии "ІВМ-370") эксплуатировали в 70-х -80-х годах для решения научных и производственных задач: планирования производства, учета материалов, начисления зарплаты рабочим и служащим и т.п. Быстродействие больших компьютеров - несколько миллионов операций за секунду. Их обслуживали специалисты, которые работали в вычислительных центрах предприятий и организаций. Для размещения таких компьютеров нужны были специально оборудованные просторные помещения. Малые компьютеры (например, модели "CM-С", "СМ-4" в нашей стране и машины серии "PDP" фирмы DEC в США) использовали на небольших предприятиях, в научно-исследовательских институтах для решения специфических задач, а также для обучение студентов в вузах. Быстродействие этих машин - 100-500 тысяч операций за секунду. Маленький компьютер помещался в небольшой комнате. Микрокомпьютеры (а это - персональные компьютеры, портативные компьютеры, специализированные рабочие станции) в 90-х годах заменили большие и маленькие компьютеры. Сегодня персональные компьютеры используют на предприятиях, в научных организациях, учебных заведениях, а также в быте. За пультом персонального компьютера работает один человек. Ни быстродействием, ни объемом памяти персональный компьютер не уступает большому или маленькому. Поэтому он стал наиболее распространенным типом. Специализированные компьютеры (например, компьютер в часах, в фотоаппарате, в автомобиле, в станках с числовым программным управлением) есть составными разных механизмов. В отличие от универсальных компьютеров, их используют для решения отдельных задач. Их функционирование не требует постоянного вмешательства человека, то есть определенный период времени, они работают автоматически, выполняя одну и ту же функцию. Для выполнения другой работы их надо перепрограммировать. Упомянутые большие и маленькие компьютеры уже не выпускают. На предприятиях и в учреждениях их заменили персональные компьютеры и серверы, предназначенные для обслуживания широкого круга пользователей.
Сервер - это мощный компьютер или дорогая многопроцессорная система большой производительности, которая предоставляет многим пользователям доступ к оперативной памяти с большим объемом мегабайт и к дисковой памяти емкостью сотни гигабайт. Пользователи, имея в своем распоряжении рабочие станции (дисплей, клавиатуру и т.п.), которые могут быть на значительном расстояния от сервера, подсоединяются и работают. Взаимодействие с сервером происходит по помощи сети и специального программного обеспечения.
Основные виды ЭВМ
В современной ВТ основой представления информации являются электрические сигналы, допускающие в случае использования напряжений постоянного тока две формы представления - аналоговую и дискретную.
В первом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной, например, подача на вход напряжения в 1.942 в эквивалентна вводу числа 19.42 (при масштабе 0.1 ). Во втором случае - в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной. При аналоговом представлении информации значения измеряемых величин могут принимать любые допустимые значения из заданного диапазона, плавно без разрывов переходя от одного значения к другому. Теоретически, представляется весь бесконечный спектр значений измеряемой величины на заданном отрезке. Таким образом, аналоговые ВМ - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). При дискретном представлении информации значения измеряемых величин носят дискретный (конечный) характер в измеряемом диапазоне.
Цифровые ВМ - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. Наиболее широкое применение получили цифровые ВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.
Достоинства аналоговой формы представления информации:
при создании ВТ аналогового типа требуется меньшее число компонент (ибо одна измеряемая величина представляется одним сигналом);
аналоговая ВТ более интеллектуальна и производительна за счет возможности легко интегрировать сигнал, выполнять над ним любое функциональное преобразование и т.д.;
за счет ряда особенностей она позволяет решать ряд классов задач во много раз быстрее, чем дискретная ВТ.
Недостатки аналоговой формы представления информации: так как при создании ВТ аналогового типа требуется меньшее число компонент, то сложность ее быстро возрастает за счет необходимости различать значительно большее число (вплоть до бесконечности) состояний сигнала; сложность реализации устройств для ее логической обработки, длительного хранения и высокой точности измерения
Аналоговые вычислительные машины (АВМ) предназначены, в первую очередь, для решения задач, описываемых системами дифференциальных уравнений: управление непрерывными процессами; моделирование в гидро- и аэродинамике; исследование динамики сложных объектов, электромагнитных полей; параметрическая оптимизация и оптимальное управление, и др. Но АВМ не могут решать задач, связанных с хранением и обработкой больших объемов информации различного характера; задач с высокой степенью точности и др., с которыми легко справляются электронные вычислительные машины (ЭВМ ), использующие дискретную форму представления информации. Положительные черты обоих типов совмещают гибридные ВМ - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
В свете сказанного, по принципу действия классификация современных ЭВМ, может быть представлена следующим образом.
----------------- ----------------
Аналоговые ВМ (АВМ)
Гибридные ВМ (ГВМ)
Цифровые ВМ (ЦВМ)
По назначению классификация современных ЭВМ, может быть представлена следующим образом:
Специальные - ориентированы на решение отдельных задач или одного класса задач. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.
Общего назначения - служат для решения широкого класса задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных.
Проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам.
По целому ряду причин и, в первую очередь, своим возможностям именно дискретное представление информации определяет на сегодня лицо всей ВТ, основу которой составляют ЭВМ различных классов и типов. С определенной степенью адекватности ЭВМ можно классифицировать как:
микро-ЭВМ - это ЭВМ, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора. К ним относятся персональные компьютеры (ПК) - это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком.
Персональный компьютер должен удовлетворять следующим требованиям:
объём оперативной памяти не менее 4 Мбайт;
наличие операционной системы;
способность работать с программами на языках высокого уровня;
в основном ориентация на пользователя-непрофессионала ;
наличие внешних ЗУ на магнитных дисках;
малые ЭВМ (мини ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с большими ЭВМ возможностями.
Мини ЭВМ обладают следующими характеристиками:
производительность - до 100 МIPS;
емкость основной памяти - 4-512 Мбайт;
емкость дисковой памяти - 2-100 Гбайт;
число поддерживаемых пользователей-16-512.
супер-ЭВМ - к ним относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Супер-ЭВМ используются для решения сложных и больших научных задач, в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.
Типовая модель суперЭВМ должна иметь примерно следующие характеристики:
высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с быстродействием примерно 100000 МFLOPS;
емкость: оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1-10 Тбайт (1 1000Гбайт);
разрядность: 64; 128 бит.
большие ЭВМ - наиболее мощные (не считая суперкомпьютеров) вычислительные системы общего назначения, обеспечивающие непрерывный круглосуточный режим эксплуатации.
Большие ЭВМ обладают следующими характеристиками:
производительность не менее 10 MIPS;
основную память емкостью от 64 до 1000 Мбайт;
внешнюю память не менее 50 Гбайт;
многопользовательский режим работы (обслуживает одновременно от 16 до 1000 пользователей).
Данная классификация ЭВМ носит в определенной степени условно-субъективный характер, но вполне отражает положение дел в современной ЦВТ. О относительно пользователя классификация ЭВМ, как правило, носит весьма условный характер и ведется по следующим основным показателям:
адекватность решаемым им задач;
простота и удобство интерфейса с ЭВМ;
развитость нужных ему ПС ;
доступность (стоимость, режим доступа и др.).
Заключение
Сегодня, с таким колоссальным развитием ИТ-технологий и массовой компьютеризацией нашей планеты, когда компьютеры становятся нашим незаменимым помощником, все больше внедряясь в повседневную жизнь человека, принципы архитектуры компьютера остаются неизменными еще с того момента, как знаменитый математик Джон фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве и функционировании универсальных вычислительных устройств, то есть компьютеров.
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. Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи.
Кроме того, они имели две отличительные особенности, которыми предыдущие машины не обладали:
Одна из них состояла в том, что они могли выполнять определенную последовательность операций по заранее заданной программе или последовательно решать задачи разных типов.
Способность хранить информацию в специальной памяти.
Список литературы:
1. Алтухов Е.В., Рыбалко Л.А., Савченко В.С. Основы информатики и вычислительной техники, М., «Высшая школа», 1992.
2. Бордовский Г.А., Исаев Ю.В., Морозов В.В. Информатика в понятиях и терминах, М., 1991.
3. Бусленко Н.В. Кто быстрее всех читает?, М., 1989.
4. Выгодский М.Я. Арифметика и алгебра в древнем мире, М., «НАУКА», 1967.
5. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя, Уфа, 1993.
6. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Общая информатика, М., 1999.
7. Шафрин Ю. Информационные технологии, М., 1998.
8. – «Очерки по истории советской вычислительной техники и школ программирования» автор Наталия Дубова.
9. Герасименко В.А. Основы информатики (в 2-х частях). //МГИАН, 1991, Деп. в ВИНИТИ, N3718-B-91.
10. Громов Г.Р. Очерки информационной технологии. - М., Наука, 1993.
В.Э.Фигурнов, "IBM PC для пользователя", М., "Инфра-М"1995г.
11. Дубровский Е.Н., Соколова И.В. Основы социальной информатики (конспект лекции). - М., МГСУ, 1996.
12. Казиев В.М. Математика и информатика (в 3-х частях). – Нальчик, «Полиграфсервис и Т», 2001.
32
