Этапы развития ЭВМ, принципы Фон Неймана, поколения ПК
Развитие вычислительной техники
(техники вычислений), следуя общепринятой классификации, можно разделить на
следующие этапы:
1. Ручной - с 50-го тысячелетия до
н.э.
2. Механический - с средины 17-го
века
3. Электромеханический - с 90-х года
19-го века
4. Электронный - с 40-х годов 20-го
века.
При этом, хорошо зарекомендовавшие себя
средства всех четырех этапов развития ВТ используются и в настоящее время.
Ручной период развития ВТ базируется
на использовании для вычислений различных частей тела человека, в первую
очередь пальцев, и для фиксации результатов счета различные предметы, например,
счетные палочки, узелки, нанесение насечек.
Ручной этап:
* Пальцевой счет в десятичной или
двенадцатиричной системе счисления (четыре пальца руки, в каждой по три фаланги
- всего двенадцать).
* Узелковый счет у народов
доколумбовой Америки.
* Счет с помощью группировки и
перекладывания предметов (предшествовал появлению счет).
* Счет на счетах (Абак - первый
развитый счетный прибор). Появились в 15 веке. Последняя попытка
усовершенствовать счеты путем объединения их с таблицей умножения относится к
1921 году.
* Открытие логарифмов и
логарифмических таблиц Дж. Непером в начале 17 века и внедрение счетных палочек
и счетной доски Дж. Непера.
Механический этап:
* Создание вычислительных устройств и
приборов, использующих механический принцип вычислений. 1623 г. - первая машина
Шиккарда для выполнения арифметический операций над 6-разрядными числами. Она
состояла из независимых устройств: суммирующего, множительного и записи чисел.
* Построенная в 1642 г. Блез
Паскалем, машина механически выполняющая арифметические операции над
10-разрядными числами.
* Г.В. Лейбниц сконструировал первый
арифмометр в 1673 г. Арифмометры получили широкое распространение, неоднократно
модифицировались. К ним можно отнести: арифмометр Томаса (томас-машина), машину
Болле, арифмометры Орднера и т.д. В связи с появление арифмометром появилась
профессия - счетчик, т.е. человек считающий на арифмометре. В 1969 г. выпуск
арифмометров в СССР достиг максимума (300 тыс.шт.). Полностью их смогли
вытеснить только в 70-х годах 20-го века калькуляторы, элементной базой которых
стали интегральные схемы.
* Попытка в первой половине 19 в.
Чарльзом Бэббиджем построить универсальную вычислительную машину
(аналитическую). Эта машина должна была использовать программы на п/картах.
Беббидж разработал основные идеи построения аналитической машины,
предназначенной для решения любого алгоритма, с использованием программного
принципа управления. Это должна была быть чисто механическая машина,
аналогичная ткацкому станку Жаккарда. Однако развитие техники того времени не
позволило осуществить данный проект.
Электромеханический этап:
* Первый счетно-аналитический
комплекс был создан в США в 1887 г. с использованием идей Беббиджа и Джоккарда,
Г. Холлеритом (табулятор Холлерита). Он использовался для переписи населения в
России (1897 г.), США (1890 г.) и Канаде (1897 г.), для обработки отчетности на
железных дорогах США, в крупных торговых фирмах.
* В 1941 г. Конрад Цузе построил
аналогичную машину, с программным управлением и запоминающим устройством.
* В 1944 г. Айкен на предприятии
фирмы IBM, с помощью работ Бэббиджа, построил аналитическую машину
"МАРК-1" на электромеханическом реле. Скорость вычислений этой машины
была в 100-крат быстрее арифмометра с электроприводом. Было создано несколько
модификаций этой машины.
* В СССР в 1957 г. была построена
релейная вычислительная машина (РВМ-1). Это был последний, крупный проект
релейной ВТ. В этот период создаются машинно-счетные станции, которые являлись
предприятиями механизированного счета.
Электронный этап:
* С 1943- 45 г. группа под
руководством Мочли и Эккерта в США создает первую ЭВМ ENIAC на основе
ЭКЕКТРОННЫХ ЛАМП. Это была универсальная машина для решения разного рода задач.
Эта ЭВМ превосходила производительностью машину МАРК-1 в 1000 раз и была больше
неё в 2 раза (вес- 30 т.). ENIAC содержала 18000 электронных ламп, 150 реле,
70000 резисторов, 10000 конденсаторов, потребляя мощность в 140 кВт. Но у нее
не было памяти и для задания программы надо было соединить определенным образом
провода.
* В 1945 г. Джон фон Нейман
разработал общие принципы построения цифровой вычислительной машины, которые до
сих пор используются в современных ПК.
Согласно этим принципам Джона фон
Неймана, компьютер должен иметь:
* арифметическо - логическое
устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
* устройство управления, которое
организует процесс выполнения программ;
* запоминающее устройство, или память
для хранения программ и данных;
* внешнее устройство для ввода-вывода
информации
и работать по схеме:
Согласно приведенной схеме сначала с
помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа.
Устройство управления считывает содержимое памяти, где находится первая команда
(инструкция) программы и организует ее выполнение. После выполнения первой
команды, устройство управление считывает следующую команду и т.д.
Принципы
Джона фон Неймана:
1. Принцип программного управления.
Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются
процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти
осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора
последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину
команды.
А так как команды программы расположены
в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из
последовательно расположенных ячеек памяти.
Если же нужно после выполнения
команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды
условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер
ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти
прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.
Таким образом, процессор исполняет
программу автоматически, без вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти.
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не
различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над
командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает
целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также
может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе
правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение
циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены
как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы
трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня
на язык конкретной машины.
3. Принцип адресности. Структурно
основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный
момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена
областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было
впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с
использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на этих
принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры,
принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не
выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без
“счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для
обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не
обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.
Поколения
ЭВМ:
Первое поколение ЭВМ - 1949 -1958 г.г.:
* 1949 г. Морис Уилксом (Англия)
создан первый компьютер EDVAC. Это универсальная ЭВМ с хранимыми в памяти программами,
которая положила начало первому поколению универсальный ЦИФРОВЫХ
ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН.
* В 40-50-х годах ЭВМ были огромны и
примитивны. В качестве элементной базы использовались электронные лампы и реле;
оперативная память - на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках;
быстродействие - в пределах 5-30 тыс. арифметических операций в секунду.
Программирование для таких ЭВМ велось в машинных кодах, позднее появились
автокоды и ассемблеры. Использовались для научно-технических расчетов. Типичные
представители - EDSAC, ENIAC, UNIVAC, БЭСМ, Урал.
Второе поколение ЭВМ - 1959 - 1963 гг.:
* 1948 г. - изобретен транзистор и во
второй половине 50-х годах появились ЭВМ на транзисторах.
* 1959 г., США - создана ЭВМ второго
поколения RCA-501.
* 1960 г. - IBM 7090,
LARC.
* 1961 - Stretsh.
* 1962 - ATLAS.
* В СССР ЭВМ второго поколения
представлены такими машинами как РАЗДАН, Наири, Мир, МИНСК, Урал-11, М-220,
БЭСМ-4, М-4000.
* ЭВМ второго поколения
характеризуются элементной базой на транзисторах (полупроводники), оперативной
памятью на миниатюрных ферритовых сердечниках, объемом до 512 Кб,
производительностью до 3 000 000 операций в секунду. Они обеспечивают
совмещение функциональных операций (режим разделенного времени) и режим
мультипрограммирования, т.е. одновременную работу центрального процессора и
каналов ввода/вывода. По габаритам ЭВМ делятся на малые, средние, большие и
специальные. Параллельно с совершенствованием ЭВМ, развивается программное
обеспечение, появляются алгоритмические языка программирования, АСУ,
диспетчеры.
Третье поколение ЭВМ - 1964 - 1976 г.г.:
* 1958 г. - Джек Килби придумал, как
на одной пластине разместить несколько транзисторов.
* 1959 г. - Роберт Нойд
сконструировал первые чипы (интегральные схемы).
* Первой ЭВМ третьего поколения можно
считать серию моделей IBM/360 (1964 г., США).
* К ЭВМ третьего поколения можно
отнести PDP-8 (Первый мини-компьютер, был создан в 1965 г. и стоил 20 тыс. $),
PDP-11,B-3500, серию ЕС-ЭВМ.
* ЭВМ третьего поколения
характеризуются элементной базой на ИС и частично БИС, оперативной памятью
полупроводниковой на интегральных схемах и объёмом 16 Мб, производительностью
до 30 млн. операций в секунду. По габаритам ЭВМ делятся на большие, средние,
мини и микро. Типичные модели поколения - ЕС-ЭВМ, СМ-ЭВМ, IBM/360, PDP, VAX.
Характерной особенностью ЭВМ третьего поколения явилось наличие операционной
системы, появление возможности мультипрограммирования и управление ресурсами
(периферийными устройствами) самой аппаратной частью ЭВМ или непосредственно
операционной системой. Программное обеспечение ЭВМ усложняется за счет
появления ОС, ППП, СУБД, САПР, новых алгоритмических языков высокого уровня
(ПЛ-1, АЛГОЛ, КОБОЛ…).
Четвертое поколение ЭВМ - 1977 - наши дни:
* Наиболее известная серия первых ЭВМ
четвертого поколения - IBM/370.
* Конструктивно - технологической
основой ВТ четвертого поколения стали большие интегральные схемы (БИС) и
сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), созданные в 70-80 годах,
быстродействующие запоминающие устройства.. ЭВМ рассчитываются на эффективное
использование ЯВУ, упрощение процесса программирования для проблемного
программиста.
* Парк машин четвертого поколения
можно разделить на микро-ЭВМ, ПК, мини-ЭВМ, ЭВМ общего назначения, специальные
ЭВМ, супер-ЭВМ.
* Оперативная память машин четвертого
поколения - полупроводниковая на СБИС и объёмом 16 Мб и более.
* Типичные представители этого
поколения - IBM/370, SX-2, IBM PC/XT/AT, PS/2, Cray.
Персональные компьютеры:
* ПК - наиболее распространенные ЦЭВМ
в настоящее время. Их появление восходит к первой мини-ЭВМ PDP-8.
* 1970 г. - фирма INTAL начала
продавать интегральные схемы памяти и в августе - интегральную схему,
аналогичную центральному процессору большой ЭВМ (микропроцессор Intel - 4004).
* 1975 г. - появился первый персональный
компьютер Альтаир-8800 с микропроцессором Intel 8080.
* 1981 г. - фирма IBM начинает выпуск
персональных компьютеров IBM PC.
* 1983 г. - выпущен компьютер IBM PC
XT c жестким диском.
* 1985 г. - начат выпуск ПК IBM PC AT
.
Устройство персонального компьютера.
Компьютер (англ. computer —
вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство,
способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять
другие задачи манипулирования символами.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.