История развития вычислительной техники

       Несмотря  на успехи интегральной техники и  появление мини-ЭВМ,  в  60-х годах  продолжали  доминировать  большие  машины.  Таким   образом,   третье поколение компьютеров, зарождаясь внутри второго,  постепенно  вырастало  из него.

       Первая  массовая  серия  машин   на   интегральных   элементах   стала

выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта серия, известная  под названием  IBM-360, оказала значительное влияние на развитие вычислительной техники  второй половины  60-х  годов.  Она  объединила  целое  семейство  ЭВМ   с   широким диапазоном производительности, причем совместимых друг с  другом.  Последнее означало, что машины стало возможно  связывать  в  комплексы,  а  также  без всяких переделок переносить программы, написанные для одной  ЭВМ,  на  любую другую из этой серии.  Таким  образом,  впервые  было  выявлено  коммерчески выгодное требование стандартизации аппаратного  и  программного  обеспечения ЭВМ.

       В СССР первой серийной ЭВМ на интегральных схемах была машина  «Наири-3», появившаяся  в 1970 году. Со второй половины 60-х  годов  Советский  Союз совместно со странами СЭВ приступил  к  разработке  семейства  универсальных машин,  аналогичного  системе  ibm-360.  В  1972  году   началось   серийное производство стартовой, наименее мощной модели  Единой  Системы  –  ЭВМ  ЕС-1010, а еще через год – пяти других моделей. Их быстродействие находилась  в пределах от десяти тысяч (ЕС-1010) до двух миллионов  (ЕС-1060)  операций  в секунду.

         В рамках третьего поколения  в США  была  построена   уникальная  машина «ИЛЛИАК-4»,  в  составе  которой  в  первоначальном  варианте  планировалось использовать 256  устройств  обработки  данных,  выполненных  на  монолитных интегральных схемах. Позднее проект  был  изменен,  из-за  довольно  высокой стоимости  (более  16  миллионов  долларов).  Число   процессоров   пришлось сократить до 64, а также перейти к  интегральным  схемам  с  малой  степенью интеграции.  Сокращенный  вариант  проекта  был  завершен   в   1972   году, номинальное быстродействие «ИЛЛИАК-4» составило  200  миллионов  операций  в секунду. Почти год этот компьютер был рекордсменом в скорости вычислений.

       Именно  в  период  развития  третьего  поколения  возникла  чрезвычайно

мощная  индустрия вычислительной техники, которая начала выпускать в  больших количествах ЭВМ для массового коммерческого применения. Компьютеры все  чаще стали  включаться  в   информационные   системы   или   системы   управления производствами. Они  выступили  в  качестве  очевидного  рычага  современной промышленной революции. 
 
 
 
 

      Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). ЭВМ 4-го поколения 

       Начало 70-х годов знаменует переход  к компьютерам четвертого поколения – на сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Другим  признаком  ЭВМ  нового поколения являются резкие изменения в архитектуре.

       Техника четвертого поколения породила качественно  новый элемент ЭВМ  – микропроцессор.  В  1971  году  пришли   к   идее   ограничить   возможности процессора, заложив в него небольшой набор операций, микропрограммы  которых должны быть заранее  введены  в  постоянную  память.  Оценки  показали,  что применение  постоянного  запоминающего  устройства  в  16  килобит  позволит исключить   100-200   обычных   интегральных   схем.   Так   возникла   идея микропроцессора, который  можно  реализовать  даже  на  одном  кристалле,  а программу  в  его  память  записать  навсегда.  В   то   время   в   рядовом микропроцессоре  уровень   интеграции   соответствовал   плотности,   равной примерно  500  транзисторам  на  один   квадратный   миллиметр,   при   этом достигалась очень хорошая надежность.

       К  середине  70-х  годов  положение  на  компьютерном  рынке  резко  и

непредвиденно стало изменяться.  Четко  выделились  две  концепции  развития ЭВМ.  Воплощением  первой  концепции  стали  суперкомпьютеры,  а  второй   –  персональные ЭВМ.

       Из  больших   компьютеров   четвертого   поколения   на   сверхбольших

интегральных  схемах  особенно  выделялись  американские  машины  «Крей-1»  и «Крей-2», а также советские модели  «Эльбрус-1»  и  «Эльбрус-2».  Первые  их образцы появились примерно в одно и то же время  –  в  1976  году.  Все  они относятся к категории суперкомпьютеров, так как имеют  предельно  достижимые для своего времени характеристики и очень высокую стоимость.

       В  машинах  четвертого  поколения  сделан  отход  от  архитектуры  фон

Неймана,  которая  была  ведущим  признаком  подавляющего  большинства  всех предыдущих компьютеров.

       Многопроцессорные  ЭВМ,  в  связи  с   громадным   быстродействием   и

особенностями архитектуры, используются для решения  ряда  уникальных  задач гидродинамики, аэродинамики, долгосрочного прогноза погоды и т.п.  Наряду  с суперкомпьютерами в состав четвертого поколения  входят  многие  типы  мини-ЭВМ, также опирающиеся  на  элементную  базу  из  сверхбольших  интегральных схем.

       На  таблице 1 можно увидеть, как менялись характеристики ЭВМ в процессе развития. 

Таблица 1.  Характеристика поколений ЭВМ. 
 
 

Персональный  компьютер 

       В 1970 году был сделан важный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард  Хофф  из  фирмы  Intеl  сконструировал  интегральную  схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору  большого  компьютера.

       ПК - настольный или портативный компьютер, который использует микропроцессор в качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Эти компьютеры относят к вычислительным машинам  четвертого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят  и карманные компьютеры — палмтопы. Основными признаками ПК являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей.

       С развитием полупроводниковой техники  персональный компьютер, получив компактные электронные компоненты, увеличил свои способности вычислять и запоминать. А усовершенствование программного обеспечения облегчило работу с  ЭВМ для лиц с весьма слабым представлением о компьютерной технике. Основные компоненты: плата памяти и дополнительное запоминающее устройство с произвольной выборкой (РАМ); главная  панель с микропроцессором (центральным  процессором) и местом для РАМ; интерфейс  печатной платы; интерфейс платы  дисковода; устройство дисковода, позволяющее считывать и записывать данные на магнитных дисках; съемные магнитные или гибкие диски для хранения информации вне компьютера; панель для ввода текста и данных.  
 

Перспективы развития вычислительной техники 

       Появление новых поколений ЭВМ обусловлено  расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских  свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой  производительности и надежности при  более низкой стоимости, обеспечиваемой новейшими электронными технологиями, должны удовлетворять качественно новым функциональным требованиям:

       • работать с базами знаний в различных  предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

       • обеспечивать простоту применения ЭВМ  путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения;

       • упрощать процесс создания программных  средств путем автоматизации синтеза программ.

       В настоящее время ведутся интенсивные  работы как по созданию ЭВМ пятого поколения традиционной (неймановской) архитектуры, так и по созданию и  апробации перспективных архитектур и схемотехнических решений. На формальном и прикладном уровнях исследуются  архитектуры на основе параллельных абстрактных вычислителей (матричные  и клеточные процессоры, систолические  структуры, однородные вычислительные структуры, нейронные сети и др.). Развитие вычислительной техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой, степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией распараллеливания алгоритмов решаемых задач.

       Проблема  создания эффективных систем параллельного  программирования, ориентированных  на высокоуровневое распараллеливание  алгоритмов вычислений и обработки данных, представляется достаточно сложной и предполагает дифференцированный подход с учетом сложности распараллеливания и необходимости синхронизации процессов во времени.

       Наряду  с развитием архитектурных и  системотехнических решений ведутся  работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптоэлектронных и оптических принципах.  В плане создания принципиально новых архитектур вычислительных средств большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии нейронной сети, моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения био- или опто-элементов могут быть созданы соответственно биологические или оптические нейрокомпьютеры. Многие исследователи считают, что в следующем веке нейрокомпьютеры в значительной степени вытеснят современные ЭВМ, используемые для решения трудноформализуемых задач. Последние достижения в микроэлектронике и разработка элементной базы на основе биотехнологий дают возможность прогнозировать создание биокомпьютеров.

       Важным  направлением развития вычислительных средств пятого и последующих  поколений является интеллектуализация ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта, интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. Работа в  данном направлении, затрагивая, в первую очередь, программное обеспечение, потребует и создания ЭВМ определенной архитектуры, используемых в системах управления базами знаний, — компьютеров  баз знаний, а так же других подклассов ЭВМ. При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить  ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.

       В заключение отметим, что ряд названных  вопросов реализован в перспективных  ЭВМ пятого поколения либо находится  в стадии технической проработки, другие — в стадии теоретических  исследований и поисков.

Заключение 

       Развитие  вычислительных технологий происходило  довольно  быстро, и переход к  новому этапу ознаменовался серьезными изменениями в технологии, которые  давали новый толчок к развитию всей науки, увеличивалась роль ЭВМ в обществе – компьютеры применяются в науке, производстве,  управляют самолетами  (автопилот) и летают в космос. Сейчас сложно представить мир без вычислительной техники, хотя полвека назад это было нормальным явлением. И еще сложнее представить, каким будут в будущем роль компьютеров в жизни людей.