История развития компьютеров. Классификация и поколения персональных ЭВМ

Способность хранить информацию в специальной памяти.

Поколения вычислительных машин.

Компьютеры появились очень давно в нашем миpе, но только в последнее время их начали так усиленно использовать во многих отраслях человеческой жизни. Ещё десять лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. А теперь? Теперь в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошёл в жизнь самих обитателей дома.Сама идея создания искусственного интеллекта появилась давным давно, но только в 20 столетии её начали приводить в исполнение. Сначала появились огромные компьютеры, которые были подчастую размером с огромный дом. Использование таких махин, как вы сами понимаете, было не очень удобно. Но что поделаешь? Но мир не стоял на одном месте эволюционного развития — менялись люди, менялась их Среда обитания, и вместе с ней менялись и сами технологии, всё больше совершенствуясь. И компьютеры становились всё меньше и меньше по своим размерам, пока не достигли сегодняшних размеров.

Вот некоторые определения термина ’’поколение компьютеров’’, взятые из 2-х источников. ’’Поколения вычислительных машин - это сложившееся в последнее время разбиение вычислительных машин на классы, определяемые элементной базой и производительностью’’. Поколения компьютеров - нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и в последнее время - программных  средств ’’.(Толковый словарь по вычислительным системам: Пер. с англ. М.: Машиностроение,1990). Утверждение понятия принадлежности компьютеров к тому или иному поколению и появление самого термина  ’’ поколение ’’ относится к 1964 г., когда фирма IBM выпустила серию компьютеров IBM / 360 на гибридных микросхемах (монолитные интегральные схемы в то время ещё не выпускались в достаточном количестве), назвав эту серию компьютерами третьего поколения. Соответственно предыдущие компьютеры - на транзисторах и электронных лампах - компьютерами второго и третьего поколений. В дальнейшем эта классификация, вошедшая в употребление, была расширена и появились компьютеры четвёртого и пятого поколений.

«Нулевое» — до 1940 года. Вычислительный элемент — механический. Простые арифметические операции. Арифмометры, механические счетные машины.

«Первое» — 1940—1960. Вычислительный элемент — электронные лампы. Быстродействие — 10 - 20 тысяч операций в секунду. «Большие» ЭВМ.  Это время становления архитектуры машин фон-неймановского типа, построенных на электронных лампах с быстродействием 10 - 20 тыс. арифметических операций в секунду. Программные средства были представлены машинным языком и языком ассемблера. В Советском Союзе к первому поколению относится первая отечественная вычислительная машина МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина), созданная в 1951 г. в г. Киеве под руководством академика С.А Лебедева, серийные машины Минск-1, Стрела, БЭСМ (Большая Электронная Счетная Машина), Урал-1, Урал-4 и др.

«Второе» - 1960—1964. Вычислительный элемент — транзисторы. Быстродействие — до 1—2 миллионов операций в секунду. Мини-ЭВМ. Это использование транзистора в качестве переключательного элемента вместо вакуумной лампы с быстродействием до сотен тыс. операций в секунду. Появилась основная память на магнитных сердечниках и внешняя память на магнитных барабанах.  В это же время были разработаны алгоритмические языки высокого уровня, такие как Алгол, Кобол, Фортран, которые позволили составлять программы, не учитывая тип машины. Первой полупроводниковой машиной была появившаяся в 1959 г. модель КСА-501. В Советском Союзе к этому поколению относятся машины Минск-2, Минск-22, Минск-32, БЭСМ-2, БЭСМ-4, БЭСМ-6, быстродействие которых составляло миллион операций в секунду.

  «Третье» — 1964—1971. Вычислительный элемент — сверхинтегральные схемы. Быстродействие — до 300 миллионов операций в секунду. Микро-ЭВМ, предназначенные для работы с одним пользователем. Первые операционные системы. Характеризуется тем, что вместо транзисторов стали использоваться интегральные схемы (ИС), а вместо памяти на магнитных сердечниках стала применяться полупроводниковая память. Для повышения эффективности использования центрального процессора возникла необходимость в системной программе, управляющей центральным процессором. Так была создана операционная система (ОС). Вычислительные машины третьего поколения, как правило, образуют серии (семейства) машин, совместимых программно. Такая серия состоит из ЭВМ, производительность и объем памяти которых возрастают от одной машины серии к другой. Но программа, отлаженная на одной из машин серии, может быть сразу запущена на другой машине этой серии (на машинах большей мощности). Первым таким семейством машин третьего поколения была выпущенная в 1965 г. IBM/360, Она имеет свыше семи моделей. В Советском Союзе такую серию составляли машины семейства ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ).

«Четвертое» — 1971 - по настоящее время . Вычислительный элемент — микропроцессоры. Быстродействие — миллиарды операций в секунду. Персональные ЭВМ. Готовые прикладные программы, графический интерфейс, использование технологии мультимедиа. Глобальные компьютерные сети. Это машины, построенные на больших интегральных схемах (БИС). Такие схемы содержат до нескольких десятков тысяч элементов на кристалле. ЭВМ этого поколения выполняют десятки и сотни миллионов операций в секунду. Появляются микропроцессоры, способные обрабатывать числа длиной в 16 и 32 разряда, статическая память у которых емкостью 256 Кбайт и динамическая память емкостью в 1 Мбайт (на сегодняшний день все характеристики увеличились в сотни раз. Представленные здесь - это данные 80-х годов) ЭВМ по своим характеристикам так разнообразны, что их начинают классифицировать на: сверхбольшие ЭВМ (В-7700 - фирма Барроуз, Иллиак-IV - Иллинойский университет, Эльбрус - СССР), большие (универсальные), мини-ЭВМ и микро-ЭВМ (персональные компьютеры - ПК).

«Пятое» — настоящее время — Нанотехнологии. Компьютеры на основе отдельных молекул и даже атомов. Нейросети, моделирующие структуру нервной системы человека. «Биологические компьютеры». Отличительными чертами ЭВМ этого поколения являются - новая технология производства: отказ от архитектуры фон Неймана, переход к новым архитектурам (например, на архитектуру потока данных) и, как следствие этою, превращение ЭВМ в многопроцессорную систему (матричный процессор, процессор глобальных связей, процессор локальных связей, машины базы данных, процессор операционной системы и т. п.); новые способы ввода-вывода информации, удобные для пользователя (например, распознавание речи и образов, синтез речи, обработка сообщений на естественном языке); искусственный интеллект, то есть автоматизация процессов решения задач, получения выводов, манипулирования знаниями.

Методы классификации компьютеров

Номенклатура видов компьютеров сегодня огромная: машины различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д. Поэтому классифицируют ЭВМ по разным признакам. Следует заметить, что любая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняшняя микроЭВМ не уступает по мощности миниЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьютеров к определенному классу довольно условно через нечеткость разделения групп, так и вследствии внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика. Рассмотрим распространенные критерии классификации компьютеров.

Классификация по назначению:

      большие электронно-вычислительные машины (ЭВМ);

      миниЭВМ;

      микроЭВМ;

      персональные компьютеры.

Большие ЭВМ (Main Frame)

Применяют для обслуживания крупных областей народного хозяйства. Они характеризуются 64-разрядными параллельно работающими процессорами (количество которых достигает до 100), интегральным быстродействием до десятков миллиардов операций в секунду, многопользовательским режимом работы. Доминирующее положение в выпуске компьютеров такого класса занимает фирма IBM (США). Наиболее известными моделями суперЭВМ являются: IBM 360, IBM 370, IBM ES/9000, Cray 3, Cray 4, VAX-100, Hitachi, Fujitsu VP2000.

На базе больших ЭВМ создают вычислительный центр, который содержит несколько отделов или групп :

      центральний процессор             

      группа подготовки данных

      группа системных программистов             

      отдел выдачи результатов             

      группа прикладных программистов

      группа информационной поддержки             

Центральный процессор - основной блок ЭВМ, в котором происходит обработка данных и вычисление результатов. Представляет собой несколько системных блоков в отдельной комнате, где поддерживается постоянная температура и влажность воздуха.

Группа системного программирования - занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования вычислительной системы. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ с оборудованием, то есть программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы.

Группа прикладного программирования - занимается созданием программ для выполнения конкретных действий с данными, то есть обеспечение пользовательского интерфейса вычислительной системы.

Группа подготовки данных - занимается подготовкой данных, которые будут обработаны на прикладных программах, созданных прикладными программистами. В частности, это набор текста, сканирование изображений, заполнение баз данных.

Группа технического обеспечения - занимается техническим обслуживанием всей вычислительной системы, ремонтом и отладкой аппаратуры, подсоединением новых устройств.

Группа информационного обеспечения - обеспечивает технической информацией все подразделения вычислительного центра, создает и сохраняет архивы разработанных программ (библиотеки программ) и накопленных данных (банки данных).

Отдел выдачи данных - получает данные от центрального процессора и превращает их в форму, удобную для заказчика (распечатка).

Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэтому работа организована непрерывным циклом.

МиниЭВМ

Похожа на большие ЭВМ, но меньших размеров. Используют на крупных предприятиях, научных учреждениях и организациях. Часто используют для управления производственными процессами. Характеризуются мультипроцессорной архитектурой, подключением до 200 терминалов, дисковыми запоминающими устройствами, которые наращиваются до сотен гигабайт, разветвленной периферией. Для организации работы с миниЭВМ, нужен вычислительный центр, но меньший чем для больших ЭВМ.

МикроЭВМ

Доступны многим учреждениям. Для обслуживания достаточно вычислительной лаборатории в составе нескольких человек, с наличием прикладных программистов. Необходимые системные программы покупаются вместе с микроЭВМ, разработку прикладных программ заказывают в больших вычислительных центрах или специализированных организациях.

Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением приобретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его настройку и согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера. Могут вносить изменения в отдельные фрагменты программного и системного обеспечения.

Персональные компьютеры

Бурное развитие приобрели в последние 20 лет. Персональный компьютер (ПК) предназначен для обслуживания одного рабочего места и способен удовлетворить потребности малых предприятий и отдельных лиц. С появлением Интернета популярность ПК значительно возросла, поскольку с помощью персонального компьютера можно пользоваться научной, справочной, учебной и развлекательной информацией.

Персональные компьютеры условно можно поделить на профессиональные и бытовые, но в связи с удешевлением аппаратного обеспечения, грань между ними размывается. С 1999 года введен международный сертификационный стандарт - спецификация РС99:

1.      массовый персональный компьютер (Consumer PC)

2.      деловой персональный компьютер (Office PC)

3.      портативный персональный компьютер (Mobile PC)

4.      рабочая станция (WorkStation)

5.      развлекательный персональный компьютер (Entertaiment PC)

Большинство персональных компьютеров на рынке подпадают до категории массовых ПК. Деловые ПК - имеют минимум средств воспроизведения графики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств коммуникации отдаленного доступа (компьютерная связь). Рабочие станции - увеличенные требования к устройствам хранения данных. Развлекательные ПК - основной акцент на средствах воспроизведения графики и звука.

Классификация по уровню специализации:

      универсальные;

      специализированные.

На базе универсальных ПК можно создать любую конфигурацию для работы с графикой, текстом, музыкой, видео и т.п.. Специализированные ПК созданы для решения конкретных задач, в частности, бортовые компьютеры в самолетах и автомобилях. Специализированные миниЭВМ для работы с графикой (кино- видеофильмы, реклама) называются графическими станциями.

Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры в единую сеть, называются файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации через Интернет, называются сетевыми серверами.