Сравнительный анализ поколений ЭВМ

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 также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2.

Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала  они использовались только в космической  и военной технике. Сейчас же их можно  обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же качается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы!

Появление ИС означало подлинную  революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в  свою очередь уже заменил 40 электронных  ламп. Другими словами, один крошечный  кристалл обладает такими же вычислительными  возможностями, как и 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.

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

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.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.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. Каково же быстродействие современной микроЭВМ? Оно в 10 раз превышает быстродействие ЭВМ третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз - быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 100000 раз - быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах.Далее, почти 40 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили около 2,5 млн. долларов. Сегодня же ЭВМ со значительно большим быстродействием, более широкими возможностями, более высокой надежностью, существенно меньшими габаритами и более простая в эксплуатации стоит примерно 2000 долларов. Каждые 2 года стоимость ЭВМ снижается примерно в 2 раза. Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне гигантские фирмы: Microsoft® и Intel®. Первая из них очень сильно повлияла на развитие программного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна благодаря выпускаемым ей лучшим микропроцессорам 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 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.Для многих из нас в памяти из старых фантастических фильмов отложилось впечатление, что компьютеры пятого поколения – это наше самое светлое будущее. А сейчас даже многие на мой вопрос о компьютерах пятого поколения отвечают что-то типа «Да нет, у меня дома четверочка стоит». Зачастую люди действительно путают очередной пентиум с поколением в компьютерной индустрии. На самом деле ситуация в мире другая: компьютеры пятого поколения есть и причем довольно давно. 
В 1982 году, в Японии началась разработка супер-эпохального компьютера – Компьютера пятого поколения. Целью проекта – было создание компьютера, который мог решать сверхсложные задачи за самые короткие промежутки времени, управлять большими системами и обладать высокоразвитым искусственным интеллектом (вплоть до того, что компьютер должен был писать программы сам для себя). 
В самом начале работы проекта Япония еще не обладала современной технологической мощью, которой обладает сейчас и основные компьютерные разработки основывались на компьютерах заокеанских производителей. 
По мнению Японских ученых компьютеры пятого поколения должны обладать не микро-составляющей (ведь основное стремление последних 20 лет – миниатюризация компьютерных систем), компьютеры нового поколения должны строиться по принципу совмещения огромного количества процессоров. 
Сама конечная цель ученым представлялась так:  
Первичный компьютер под воздействием анализа исполняемых им задач будет сам себя совершенствовать. Причем конечный результат и принципы, которые будут заложены в этот компьютер заранее неизвестны. Принципы планировалось вырабатывать в процессе первичной работы начальной работы первичных компьютеров. Кроме того, исследователи и разработчики имели свои планы по поводу развития искусственного интеллекта суперкомпьютера: 
1. Ограничить ввод текста. Компьютер должен набирать символы под диктовку. Эта проблема особенно остро стояла в Японии, где существовала определенная сложность с набором иероглифов. 
2. Перевод с любого языка на любой другой, что способствовало бы устранению языкового барьера на международной арене. И, конечно же, все это должно осуществляться под диктовку. 
3. Поиск смысла в статьях, категоризация и автоматическое реферирование. 
4. Также планировалось внедрение многих криптографических, анализаторских, распознавательных и дешифровальных функций. 
Все это Японские ученые планировали осуществить за 10 лет. Им удалось получить поддержку от правительства и в 1982 году руководство страны основало Институт Компьютерной Технологии Нового Поколения (ICOT), объединив большинство компьютерных компаний Японии. 
Ожидалось, что за первые три года будут окончены первоначальные исследования и разработки, последующие четыре года для разработки универсальных подсистем и последние четыре года для создания прототипа. 
В 1992 году стало очевидно – проект Компьютер Пятого Поколения – обречен на провал. В финансовом плане правительство потратило больше чем 50 миллиардов Йен, а цель, поставленная в начале, так и не была достигнута. Рабочие станции компьютера пятого поколения так и не увидели свет в связи с тем, что однопроцессорные компьютеры других фирм обгоняли их по параметрам производительности. К тому же появление общественных сетей (Интернет) рушило всю концепцию первоначального проекта. Основными причинами считается целый ряд факторов. Основные из них – ошибочная оценка тенденций развития компьютеров, отсутствие опыта в разработках подобных технологий, ошибочный выбор языков программирования (изначально был выбран язык Пролог, которые не поддерживал параллельное программирование, что в корне не соответствовало поставленным изначально задачам).  Но все-таки для решения поставленной задачи предлагались следующие направления: 
1.Разработка простого интерфейса, позволяющего конечному пользователю вести диалог с компьютером для решения своих задач. Подобный интерфейс может быть организован двумя способами: естественно-языковым и графическим. Поддержка естественно-языкового диалога – очень сложная и не решенная пока задача. Реальным является создание графического интерфейса, что и сделано в ряде программных продуктов, например, в ОС Windows’XP. Этот интерфейс обладает наглядностью, не требует специальных знаний. Однако разработка доступных интерфейсов решает проблему только наполовину – позволяет конечному пользователю обращаться к заранее спроектированному программному обеспечению, не принимая участие в его разработке;  
2.привлечение конечного пользователя к проектированию программных продуктов. Это направление позволило бы включить заказчика непосредственно в процесс создания программ, что в конечном итоге сократило бы время разработки программных продуктов и, возможно, повысило бы их качество. Подобная технология связана с автоформализацией профессиональных знаний конечного пользователя и предполагает два этапа проектирования программных продуктов:  
•программистом создается «пустая» универсальная программная оболочка, способная наполняться конкретными знаниями и с их использованием решать практические задачи. Например, эту оболочку можно было бы заполнить правилами составления квартальных и иных балансов предприятий, и тогда она могла бы решать задачи бухгалтерского учета. Либо можно было внести туда правила зачисления абитуриентов, которые изложены ранее и использованы в примерах;  
•конечный пользователь заполняет созданную программистом программную оболочку, вводя в нее знания, носителем которых (в некоторой предметной области) он является. Здесь может использоваться понятный интерфейс. После этого программный продукт готов к эксплуатации.Таким образом, предлагаемая в проекте ЭВМ пятого поколения технология подготовки прикладных задач к решению на компьютере включает два этапа:

1) программист создает пустую  программную оболочку

2) заказчик (конечный пользователь) наполняет оболочку знаниями

Наполненная знаниями конечного  пользователя программная оболочка готова к решению тех прикладных задач, правила решения которых внес в нее конечный пользователь. Таким образом, начинается эксплуатация программного продукта. Предлагаемая технология имеет много серьезных проблем, связанных с представлением и манипулированием знаниями. Тем не менее, с ней связывают прорыв в области проектирования прикладных программных продуктов.

Основные требования к компьютерам V поколения

1. Создание развитого человеко-машинного  интерфейса (распознавание речи, образов); 
2. Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

3. Создание новых технологий  в производстве вычислительной  техники;  
4. Создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

Новые технические возможности  вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и  позволить перейти к задачам  создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых  для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется  высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с  высокой скоростью операций сравнения  и сортировки больших объемов  записей, хранящихся обычно на магнитных  дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз данных и работу с ними, были созданы  специальные объектно-ориентированные  и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности  по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует  перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. 

Заключение 

Приход полупроводниковой техники (первый транзистор был создан в 1948 г., а первая ЭВМ с их использованием – в 1956 г.) резко изменил вид  машинного зала - более нормальный температурный режим, меньший гул (лишь от внешних устройств) и, самое  главное, возросшие возможности  для пользователя. Впрочем, непосредственного  пользователя к машинам первых трех поколений почти никогда не подпускали – около них колдовали инженеры, системные программисты и операторы, а пользователь чаще всего передавал  в узкое окошечко или клал на стеллаж в соседнем помещении рулон перфоленты или колоду перфокарт, на которых была его программа и входные данные задачи. Доминировал для машин первого и второго поколении монопольный режим пользования машиной и/или режим пакетной обработки; в третьем поколении добавился более выгодный экономически и более удобный для пользователей удаленный доступ – работа через выносные терминалы в режиме разделения времени. Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей. Так, небольшие отечественные машины второго поколения (“Наири”, “Раздан”, “Мир” и др.) с производительностью порядка 10⁴ оп/с были в конце 60-х годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на 2 – 3 порядка выше. В начале 70-х годов, с появлением интегральных технологий в электронике, были созданы микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков транзисторов и резисторов на одной небольшой (площадью порядка 1 см² ) кремниевой подложке. Без пайки и других привычных тогда в радиотехнике действий на них “выращивались” электронные схемы, выполняющие функции основных логических узлов ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и т.д.). Это позволило перейти к третьему поколению ЭВМ, техническая база которого – интегральные схемы. При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе, а потом забывают. Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач. Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всею семейство IBM 360/370. В СССР 70-е и 80-е годы были временем создания унифицированных серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и “Электроника” (серия микро-ЭВМ). В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительностью. Их выпуск был практически прекращен в начале 90-х годов, но многие из них еще используются в самых разных сферах деятельности, включая образование (например, компьютеры ДВК, БК, а также УКНЦ – аналоги мини-ЭВМ типа PDP-11 фирмы DEC). С созданием новой элементной базы – интегральных схем появилось третье поколение ЭВМ. С помощью очень сложной технологии специалисты научились монтировать на меленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее одного квадратного сантиметра, достаточно сложные электронные схемы. Их называли интегральными схемами (ИС). Первые ИС содержали в себе десятки, затем – сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилось к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами –БИС; затем появились сверх большие интегральные схемы-СБИС.

ЭВМ третьего поколения начали производится во второй половине 60х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM –360. это были машины на ИС. Немного позднее стали выпускаться машины IBM-370 , построенные на БИС. В советском союзе в 70х годах начали 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 достигло 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 неограниченное количество информации. Но накопители на магнитных дисках (НМД) работают гораздо быстрее, чем НМЛ. Широко используются 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 годы 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 70х годов производство мини ЭВМ превысило производство больших машин.  Очередное революционное событие в электронике произошло в1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессор – сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера – процессора. Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память. Первоначально микропроцессор начали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты. Такие микропроцессоры осуществляют автоматическое управление работы этой техники. Соединив микропроцессор с устройствами ввода вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро ЭВМ. Микро ЭВМ относятся к машинам четвертого поколения. Существенным отличием микро ЭВМ 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 связано с именами американских специалистов: Стива Джобса с Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году Apple-2.  Сущность того, что такое персональный компьютер, кратко можно сформулировать так: ПК – это микро ЭВМ 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 (магнитные и оптические). Программное обеспечение позволяет человеку легко общаться с машиной, быстро усваивать приемы работы с ней, получать пользу от компьютера не прибегая к программированию. Общение человека и ПК может принимать форму игры с красочными картинками на экране, звуковым сопровождением. Неудивительно, что машины с такими свойствами быстро приобрели популярность, причем не только среди специалистов. ПК 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 IBMPC (Personal Computer). В конце 80-х – начале 90х годов 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. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых становится невозможным обойтись в большинстве областей деятельности человека. Есть и другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения. Это – суперЭВМ. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Первой суперЭВМ четвертого поколения была американская машина ILLIAC-4, за ней появились CRAY, CYBER и др. из отечественных машин этой серии относится многопроцессорный вычислительный комплекс ЭЛЬБРУС. В развитии человечества на смену «железного» века пришел век «научных открытий» с 16 в по конец 20в. В этот период возрастает количество научных открытий: таких как изобретение телескопа, книгопечатания, микроскопа. В 1895 русский физик и электротехник смонтировал первый в мире радиоприемник, с помощью которого беспроволочная радиосвязь была осуществлена на расстояние 600 м, а в 1897 — уже на 5 км. На Западе изобретателем радио считается итальянский радиотехник Г. Маркони (1874-1937), который в 1898 организовал связь между сушей (селение близ Дувра) и небольшим судном, стоявшим на якоре на расстоянии 19 км от берега. В 1901 его радиосигналы, посланные через Атлантический океан, достигли берегов Северной Америки. Позже 12 апреля 1961 первый человек побывал в космосе.

Собственно именно в этот период и были разработаны первые ЭВМ которые постоянно совершенствовались как бы повторяя историю развития человечества. И это неудивительно ведь создавал и совершенствовал ЭВМ сам человек. С созданием ЭВМ наука и техника на земле стали развиваться быстрее именно в ходе развития ЭВМ в 1961 году Defence Advanced Research Agensy (DARPA) по заданию министерства обороны США приступило к проекту по созданию экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET, предназначалась первоначально для изучения методов обеспечения надежной связи между компьютерами различных типов. Многие методы передачи данных через модемы были разработаны в ARPANET. Именно ARPANET и стал прародителем сегодняшнего INTERNET, который объединил миллионы компьютеров и локальных сетей в разных уголках мира в единую компьютерную сеть. С созданием INTERNET во много раз облегчился поиск информации. Теперь фирма, имеющая филиалы в разных точках земного шара может следить за работой своих филиалов, а если понадобится, то и помочь им в некоторых вопросах за считанные секунды. С появлением INTERNET пошел следующий век в эволюции человечества век «информационных технологий» собственно это век развития компьютеров и компьютерных сетей, время, когда вовремя доставленная информация стала цениться как никогда раньше. В настоящее время ЭВМ задействована практически во всех отраслях производства, науки и обороне стран. Человек стремится максимально облегчить себе работу во всем, хочет, чтобы ЭВМ делало за него практически всю работу, а для этого пытается разработать более совершенные машины. 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 возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание». Многое уже практически сделано в этом направлении. Пройдет не так уж и много лет, и человек, незнакомый с ЭВМ, не привыкший обращаться к ее помощи в повседневной практике, окажется совершенно неприспособленным к жизни. Управление сложнейшими автоматизированными процессами, быстрая переработка необозримых объектов научно-технической, политической, экономической и другой разнообразной информации станут уделом не сотен и не тысяч, а миллиардов людей практически каждого. В настоящее время программное управление используется там, где еще недавно и вообразить не могли использование: в стиральных машинах, токарных и фрезерных станках, телефонах и т.д. И неумение обращаться с обычными бытовыми приборами сделает человека беспомощным.