История развития вычислительной техники

Этап электронно-вычислительных машин 

С начала 1990-х годов  термин "компьютер" вытеснил термин "электронная вычислительная машина" (ЭВМ), которое, в свою очередь, в 1960-х  годах заменило понятие "цифровая вычислительная машина" (ЦВМ). Все  эти три термина в русском  языке считаются равнозначными. Само слово "компьютер" является транскрипцией английского слова  computer, что означает вычислитель. Английское понятие "computer" гораздо шире, чем понятие "компьютер" в русском языке. В английском языке компьютером называют любое устройство, способное производить математические расчеты, вплоть до логарифмической линейки, но чаще в это понятие объединяют все типы вычислительных машин, как аналоговые, так и цифровые.  

Еще не так давно, всего три десятка лет назад, ЭВМ представляла собой целый  комплекс огромных шкафов, занимавших несколько больших помещений. А  всего и делала-то, что довольно быстро считала. Нужна была буйная фантазия журналистов, чтобы увидеть в  этих гигантских арифмометрах думающие агрегаты, и даже пугать людей тем, что ЭВМ вот-вот станут разумнее человека.  

Когда говорят о  техническом прогрессе в области  электронных вычислительных машин, то обычно выделяют пять поколений, которые  выделяют в соответствии с применяемом  на каждом из них элементной базой: электронные лампы, полупроводниковые (дискретные) диоды и транзисторы, интегральные микросхемы различной  степени интеграции. 

I поколение ЭВМ  (1946 - 1958) 

ЭВМ первого поколения  появились в 1946 году. Они были сделаны  на основе электронных ламп, что  делало их ненадежными - лампы приходилось  часто менять. Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых  трубок.  

Компьютеры данного  поколения сумели зарекомендовать  себя в прогнозировании погоды, энергетических задач, задач военного характера  и других сложнейших операциях, но они  были огромными, неудобными и слишком  дорогими машинами. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими.

ENIAC 

15 февраля 1946 года  в Филадельфии в университете  штата Пенсильвания (США) была  официально введена в эксплуатацию  электронная цифровая вычислительная  машина ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator - электронный численный интегратор и вычислитель), на электронных лампах, построенная американскими электроинженерами Дж.П. Эккертом и Дж. Мокли и использовавшая в качестве переключающих элементов 18 тысяч электронных ламп и 1500 реле. Машина с памятью на 20 слов, способная за полсекунды перемножать одно на другое 5000 пятизначных чисел, занимала площадь около 200 квадратных м и весила 50 т. ENIAC предназначался для проведения артиллерийских расчетов, однако пока его строили, война закончилась, задачи такого рода отпали, так что первой работой стали расчеты по верхсекретному Манхэттенскому проекту (программе разработок ядерного оружия). Впоследствии ЭВМ перевезли на один из военных полигонов, где она функционировала до 1955 года.

МЭСМ (Малая электронная  счётная машина) 

В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев предложил  проект первой на континенте Европы ЭВМ- Малой электронной счетно-решающей машины (МЭСМ). В 1951г. МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются вычислительные задачи. Машина оперировала с 20 разрядными двоичными кодами с быстродействием 50 операций в секунду, имела оперативную память в 100 ячеек на электронных лампах. Она имеет около 6000 электровакуумных ламп (около 3500 триодов и 2500 диодов), занимает площадь 60 м2, потребляет мощность около 25 кВт.

на начало  

На сайте использованы материалы из различных источников, список которых можно посмотреть здесь 

II поколение ЭВМ  (1958 - 1964) 

В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.  

Эти дискретные транзисторные  логические элементы со временем вытеснили  электронные лампы. В качестве носителей  информации использовались магнитные  ленты ("БЭСМ-6", "Минск-2","Урал-14") и магнитные сердечники, появились  высокопроизводительные устройства для  работы с магнитными лентами, магнитные  барабаны и первые магнитные диски.  

В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы  с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое  перекрытие команд: последующая команда  начинала выполняться до окончания  предыдущей.  

Появился широкий  набор библиотечных программ для  решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные  операционные системы.  

Машинам второго  поколения была свойственна программная  несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х  годов наметился переход к  созданию компьютеров, программно совместимых  и построенных на микроэлектронной технологической базе. 

III поколение ЭВМ  (1964 - 1972) 

Машины третьего поколения - это семейства машин  с единой архитектурой, т.е. программно совместимых, основанных на интегральных схемах.  

В 1960 г. появились  первые интегральные схемы (микросхемы), которые получили широкое распространение  в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. Интегральная схема - это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. Одна такая схема способна заменить десятки тысяч транзисторов, один кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный "Эниак". А компьютер с использованием интегральных схем достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.  

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы, обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала  брать на себя операционная система  или же непосредственно сама машина.  

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360) на микросхемах, ставших первыми компьютерами третьего поколения.  

Впоследствии были выпущены и другие машины на интегральных - семейство IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система  ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной  памяти достигает нескольких сотен  тысяч слов. 

IV поколение ЭВМ  (c 1972г. по настоящее время) 

Четвёртое поколение - это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.  

Впервые стали применяться  большие интегральные схемы (БИС), которые  по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой  ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как "Иллиак", "Эльбрус", "Макинтош". Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.  

C точки зрения  структуры машины этого поколения  представляют собой многопроцессорные  и многомашинные комплексы, работающие  на общую память и общее  поле внешних устройств. Ёмкость  оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.  

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов  привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это  стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые ПК.  

В 1981 году она выпустила  свой первый микрокомпьютер IBM PC с открытой архитектурой, основанный на 16-разрядном  микропроцессоре 8088 фирмы Intel. Этот компьютер был оборудован монохромным текстовым дисплеем, двумя дисководами для 5-дюймовых дискет на 160 Кбайт, оперативной памятью 64 Кбайта. По поручению IBM фирма Microsoft разработала для IBM PC собственную операционную систему.

Персональный компьютер 

Персональный компьютер - компьютер, специально созданный для  работы в однопользовательском режиме. Появление персонального компьютера прямо связано с рождением  микрокомпьютера. Очень часто термины "персональный компьютер" и "микрокомпьютер" используются как синонимы.  

ПК использует микропроцессор (интегральная схема) в качестве единственного  центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Эти компьютеры относят  к вычислительным машинам четвертого и пятого 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.  

Анатомия персонального  компьютера 

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 (со шнуром), позволяющее  считывать и записывать данные на магнитных дисках; съемные магнитные  или гибкие диски для хранения информации вне компьютера; панель для ввода текста и данных. 

V поколение ЭВМ  и суперкомпьютеры 

Сейчас ведутся  интенсивные разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений  компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования  оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).  

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. Компьютеры будут 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 позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальными знаниями в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.

Суперкомпьютеры 

Однако мощности будут продолжать расти. Это необходимо для решения глобальных задач, таких  как расчет аэродинамики автомобилей  и свойств разнообразных наноструктур, ЗD-моделирование. ЭВМ, имеющие максимальную производительность, называются суперкомпьютерами. Сверхмощные компьютеры также относят к 5 поколения компьютеров.  

На сегодняшний  день производительность нового самого мощного суперкомпьютера в мире IBM Roadrunner составила 1,026 петафлопс (FLOPS (акроним от англ. Floating point Operations Per Second) - величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система). Ранее самым мощным считался суперкомпьютер IBM BlueGene/L с производительностью 0,478 петафлопс.  

На Roadrunner в Лос-Аламосской национальной лаборатории американские военные будут решать задачи, связанные с ядерным оружием. В частности, моделировать первые секунды ядерного взрыва.  

До момента передачи суперкомпьютера в руки военных  ученые воспользуются возможностями IBM Roadrunner для моделирования климатических изменений.  

Энергопотребление Roadrunner превышает 3 мегаватта. Он состоит из 12960 процессоров Cell и примерно вдвое меньшего количества процессоров AMD Opteron. Стоимость IBM Roadrunner составила 133 миллиона долларов.