Урок - лекция "Поколения ЭВМ"

Тема: «Поколения ЭВМ»

Задание: изучите представленный ниже теоретический материал и заполните в конспекте таблицу:

Таблица «ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ»

Поколение	Период	Элементная база	Быстродействие (скорость)	Устройства ввода-вывода	Программное обеспечение	Примеры ЭВМ (названия)
I
II
III
IV

Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах.

Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению?

Это, прежде всего:

элементная база, т. е из каких в основном элементов они построены.

важнейшие характеристики: быстродействие, объем оперативной памяти, программное обеспечение, устройства ввода-вывода.

Деление ЭВМ на поколения условное. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим – к другому поколению.

I поколение ЭВМ – ЭВМ, сконструированные в 1945 – 1955 гг.

Характерные черты первого поколения.

Элементная база – электронно-вакуумные лампы.

Соединение элементов – навесной монтаж проводами.

Габариты – ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли большое количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Быстродействие – 10-20 тыс. операций в секунду.

Эксплуатация – сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.

Программирование – машинные коды. При этом надо знать все команды машины, двоичное представление, архитектуру ЭВМ. В основном были заняты математики – программисты. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.

Оперативная память – до 2 Кбайт.

Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.

40-е годы XX в. считаются годами бурного прогресса научных и технических новшеств.

Первая ЭВМ «ЭНИАК» (цифровой интегратор и вычислитель) была создана в США после второй мировой войны в 1946 году. В группу создателей этой ЭВМ входил один из самых выдающихся ученых XX в. Джон фон Нейман.

Принципиальное описание устройств и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Согласно принципам Неймана построение и функционирование универсальных программируемых вычислительных машин ЭВМ образует три главных компонента: арифметическое устройство, устройство ввода-вывода, память для хранения данных и программ.

Развитие ЭВМ в СССР связано с именем академика Сергея Алексеевича Лебедева, под руководством которого были созданы: в 1951 году в Киеве МЭСМ (малая электронно-счетная машина) и 1953 году в Москве БЭСМ (быстродействующая электронно-счетная машина).

Приемка Государственной комиссией МЭСМ – первая электронная счетная машина в континентальной Европе с хранимой в памяти программой.

Быстродействие более 100 операций в секунду. Первоначально машина была 16-разрядной, но затем разрядность была увеличена до 20. Пробный пуск машины МЭСМ состоялся 6 ноября 1950 года, решалась задача Y'' + Y = 0; Y(0) = 0; Y() = 0;

Первые задачи были решены в 1951 году, 4-го января: вычисление суммы нечетного ряда факториала числа; возведение в степень. Регулярная эксплуатация началась 25.12.1951 года.

.

Первые ЭВМ были слишком дорогими, громоздкими и потому не имели массового применения: они использовались только в крупных научных центрах, в космосе, обороне, в метеорологии.

ЭВМ первого поколенияпоявились в 50-х годах XX столетия, изготовлялись на основе вакуумных электроламп. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы и требовавшие сложнейшей системы охлаждения. Программы для ЭВМ первого поколения составлялись в машинных кодах – в виде длинных последовательностей двоичных чисел. Главным образом эти ЭВМ использовались для инженерных и научных расчетов.

II поколение ЭВМ – ЭВМ, сконструированные в 1955 - 1965 гг.

К этому времени был сконструирован транзистор.

1 транзистор заменял 40 электронных ламп, был намного дешевле и надежнее.

Характерные черты второго поколения.

Элементная база – транзисторы (полупроводниковые элементы).

Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж. Печатные платы представляли собой пластины из изолирующего материала, на который наносился токопроводящий материал. Для крепления транзисторов имелись специальные гнезда.

Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.

Быстродействие – 100 – 500 тыс. операций в секунду.

Эксплуатация – вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность – оператор ЭВМ.

Программное обеспечение – появление первых языков программирования.

Оперативная память – 2 – 32 Кбайт.

Введен принцип разделения времени – совмещение во времени работы разных устройств, например, одновременно с процессором работает устройство ввода-вывода с магнитной ленты. Принцип управления стал микропрограммным и в ЭВМ возникла необходимость наличия постоянной памяти, в ячейках которой присутствуют коды, соответствующие управляющим сигналам.

Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент, магнитных лент.

Недостаток – несовместимость программного обеспечения.

Пример ЭВМ II поколения: БЭСМ – 6, созданная С. Лебедевым. Эта машина считалась по всем параметрам лучшей в мире и выполняла до 1 млн опер/сек.

ЭВМ второго поколения появились в 60х годах. В этих машинах логические элементы реализовывались на базе полупроводниковых приборов – транзисторов. Это позволило увеличить надежность машин, сократить их размеры и потребление электроэнергии. Тем самым открылся путь для серийного производства ЭВМ

В составе ЭВМ второго поколения появились печатающие устройства для вывода телетайпа, телетайпы для ввода, магнитные накопители для хранения информации (магнитные ленты). Диалог человека с машиной стал более естественным благодаря появлению языков программирования высокого уровня: Фортран, Алгол, Бейсик и др. Начали создаваться первые автоматизированные системы на базе ЭВМ.

Технологический процесс производства микропроцессоров неразрывно связан с эволюцией и постоянным усовершенствованием транзистора. Революционная роль транзистора – в его малых размерах. Объединение большого числа таких транзисторов на текстолитовой плате позволило создавать отдельные узлы и даже целые устройства. Применение транзисторов позволило уменьшить габариты ЭВМ и увеличить их вычислительную мощность. Однако габариты ЭВМ на транзисторах всё же оставались очень большими для их широкого применения. Но ведь с точки зрения технологического процесса нет особой разницы, делать ли один транзистор на подложке или сразу много. Изготовив достаточное количество транзисторов на одной подложке, остается один шаг до превращения нескольких транзисторов в интегральную микросхему – соединить определённым образом полученные транзисторы.

III поколение ЭВМ – ЭВМ, сконструированные в 1965 – 1975 гг.

1958 г. – Джек Килби и Роберт Нойс, независимо друг от друга, изобретают интегральную схему (ИС).

1961 г. – в продажу поступила первая, выполненная на пластине кремния, интегральная схема.

1965 г. – начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM-360 (США). Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью.

1967 г. – начат выпуск БЭСМ - 6 (1 млн. операций в 1 с) и “Эльбрус” (10 млн. операций в 1 с)

1969 г. - фирма IBM разделила понятия аппаратных средств (hardware) и программные средства (software). Фирма начала продавать программное обеспечение отдельно от железа, положив начало индустрии программного обеспечения.

29 октября 1969 года – проверка работы самой первой глобальной военной компьютерной сети ARPANet, связывающей исследовательские лаборатории на территории США

29 октября - день рождения Интернет.

1971 г. – создание первого микропроцессора фирмой Intel. На 1 кристалле сформировали 2250 транзисторов.

Характерные черты третьего поколения.

Элементная база – интегральные схемы.

Соединение элементов – печатные платы.

Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.

Быстродействие –1-10 млн. операций в секунду.

Эксплуатация – вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность - системный программист.

В качестве устройств ввода и вывода появляются терминалы (мониторы) и клавиатуры, что явилось огромным преимуществом III поколения.

Программное обеспечение - появление операционных систем.

Оперативная память – 64 Кбайт.

Введен принцип разделения времени, принцип микропрограммного управления, принцип модульности – ЭВМ состоит из набора модулей: конструктивно и функционально законченных блоков в стандартном исполнении, принцип магистральности – способ связи всех модулей ЭВМ, входные и выходные устройства соединены одинаковыми проводами – шинами, появление магнитных дисков, дисплеев, графопостроителей.

Пример ЭВМ III поколения: ЕС ЭВМ (ЭВМ единой системы)

ЭВМ третьего поколения появились в 70-х годах. Их основу составляли интегральные схемы. Благодаря этому уменьшились размеры, потребление электроэнергии и стоимость компьютеров. Происходят существенные изменения в архитектуре ЭВМ: появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом.

В составе ЭВМ третьего поколения были включены удобные устройства ввода-вывода, дисплей на основе электронно-лучевых трубок, накопители информации на магнитных лентах и дисках, графопостроители, т.д. К работе с этими ЭВМ стали подключаться широкий круг специалистов, машины появились в институтах и университетах. Начали создаваться операционные системы, базы данных, языки системы «искусственного интеллекта», стали внедряться системы автоматизированного  проектирования.

С появлением микропроцессоров эволюция транзисторов, из которых, собственно, и состоит любая микросхема, не остановилась. Продолжается борьба за чистоту исходных кремниевых пластин.

IV поколение ЭВМ – ЭВМ, сконструированные начиная с 1975 г. - до наших дней.

1975 г. – IBM первой начинает промышленное производство лазерных принтеров.

1976 г. – фирма IBM создает первый струйный принтер.

1976 г. – создание первой ПЭВМ

Молодые американцы Стив Джобс и Стив Возняк  организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров "Apple" ("Яблоко"), предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей. Продавался Apple 1 по весьма интересной цене - 666,66 доллара. За десять месяцев удалось реализовать около двухсот комплектов.

1976 г. - появилась первая дискета диаметром 5,25 дюйма. Говорят, что ее размеры соответствуют размерам салфеток для коктейля, которыми пользовались разработчики, обсуждавшие детали нового проекта в одном из бостонских баров.

1982 г.- фирма IBM приступила к выпуску компьютеров IBM РС с процессором Intel 8088, в котором были заложены принципы открытой архитектуры, благодаря которому каждый компьютер может собираться как из кубиков, с учетом имеющихся средств и с возможностью последующих замен блоков и добавления новых.

1988 г. – был создан первый вирус-“червь”, поражающий электронную почту.

1993 г. - выпуск компьютеров IBM РС с процессором Pentium.

Характерные черты четвертого поколения.

Элементная база – большие и супер большие интегральные схемы (БИС и СБИС), то есть микропроцессоры.

Соединение элементов – печатные платы.

Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки.

Быстродействие – более 100 млн. операций в секунду.

Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.

Программное обеспечение – графические операционные системы.

Оперативная память – 2 -5 Мбайт.

Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.

Примеры ЭВМ IV поколения: мини и микро ЭВМ, персональный компьютер.

На рубеже 80-х годов были созданы и выпущены в массовое производство ЭВМ четвертого поколения. Элементарной базой этих ЭВМ стали микропроцессоры –  сверхбольшие интегральные микросхемы,  которые способны выполнять функции основного блока компьютера – процессора. Их можно сравнить с миниатюрным мозгом, работающего по программе  заложенной в его памяти. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера – микро-ЭВМ,  габариты которых позволяют устанавливать их на любом рабочем месте. В составе этих ЭВМ включаются удобные средства накопления информации (магнитные и оптические), ввода и вывода информации: компактные печатающие устройства, мышь, джойстик, удобная клавиатура, цветные графические мониторы, т.д.

Наиболее яркими представителями ЭВМ четвертого   поколения служат персональные компьютеры. Сущность персонального ПК можно сформулировать так:

ПК – микроЭВМ с «дружественным» к пользователю аппаратным и программным обеспечением.

Десятки миллионов персональных ЭВМ, установленных в службах сервиса и управления, на производстве и в образовании, требуют овладения компьютерной грамотности от всего населения.

Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых уже нельзя 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.