Рождение ЭВМ

Первой серийно выпускавшейся  ЭВМ 1-го поколения стал компьютер UNIVAC (Универсальный автоматический компьютер). Он был первым электронным цифровым компьютером общего назначения. UNIVAC, работа по созданию которого началась в 1946 году и завершилась в 1951-м, имел время сложения 120 мкс, умножения -1800 мкс и деления - 3600 мкс. UNIVAC мог  сохранять 1000 слов, 12000 цифр со временем доступа до 400 мкс максимально. Магнитная  лента несла 120000 слов и 1440000 цифр. Ввод/вывод  осуществлялся с магнитной ленты, перфокарт и перфоратора. Его  первый экземпляр был передан  в Бюро переписи населения США.

Программное обеспечение  компьютеров 1-го поколения состояло в основном из стандартных подпрограмм.

Машины этого поколения: «ENIAC», «МЭСМ», «БЭСМ», «IBM -701», «Стрела», «М-2», «М-3», «Урал», «Урал-2», «Минск-1», «Минск-12», «М-20» и др. Эти машины занимали большую площадь, использовали много электроэнергии и состояли из очень большого числа электронных  ламп. Например, машина «Стрела» состояла из 6400 электронных ламп и 60 тыс. штук полупроводниковых диодов. Их быстродействие не превышало 2-3 тыс. операций в секунду, оперативная память не превышала 2 Кб. Только у машины «М-2» (1958) оперативная  память была 4 Кб, а быстродействие 20 тыс. операций в секунду.

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные  технические характеристики ЭВМ "УРАЛ-1"  

Структура команд: одноадресная.  
Система счисления: двоичная.  
Способ представления чисел - с фиксированной запятой и с плавающей запятой по стандартным программам.  
Разрядность-35 двоичных разрядов (10,5 десятичных) и один разряд для знака числа. 
Диапазон представляемых чисел: от 1 до 10-10.5. 
Время выполнения отдельных операций: 
а) деления - 20 мксек;  
б) нормализации - 20 мсек;  
в) остальных операций-10 мсек. 
Количество команд-29.  
Характеристики ЗУ: 
емкость ОЗУ на магнитном барабане - 1024 тридцатишестиразрядных числа или команды; 
емкость НМЛ - до 40 000 тридцатишестиразрядных чисел или 8000 команд.  
Устройство ввода - на перфорированной киноленте шириной 35 мм.  
Вывод - печатающее устройство. Скорость печати - 100±10 чисел в минуту.  
Машина построена на одноламповых типовых ячейках.  
Питание машины от сети трехфазного переменного тока напряжением 220В ±10%, частотой 50Гц. 
Потребляемая мощность 7,5 кВт. 
Занимаемая площадь 50 кв. м.

2.2. Второе поколение ЭВМ (1950-1960)

ЭВМ 2-го поколения были разработаны в 1950-60 гг. В качестве основного элемента были использованы уже не электронные лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Второе отличие этих машин - это то, что появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров. Программирование, оставаясь наукой, приобретает черты ремесла. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу.

Машины этого поколения: «РАЗДАН-2», «IВМ-7090», «Минск-22, - 32», «Урал - 14, - 16», «БЭСМ-3, - 4, - 6», «М-220, -222» и др.

Применение полупроводников  в электронных схемах ЭВМ привели  к увеличению достоверности, производительности до 30 тыс. операций в секунду, и оперативной  памяти до 32 Кб. Уменьшились габаритные размеры машин и потребление  электроэнергии. Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области  программ. На втором поколении компьютеров  впервые появилось то, что сегодня  называется операционной системой. Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике; компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а  некоторые крупные фирмы даже компьютеризовали свою бухгалтерию.

Основные  технические характеристики ЭВМ "Урал-16":  
Структура команд двухадресная.  
Система счисления двоичная,  
Способ представления чисел: с плавающей запятой.  
Разрядность: 36 двоичных разрядов (мантисса числа — 29 разрядов, знак мантиссы -- 1 разряд, порядок — 5 разрядов, знак порядка — 1 разряд).  
Быстродействие 5000 операций/с.  
Количество команд (основных) 17. Каждая операция имеет 8 модификаций.  
Характеристики запоминающих устройств.  
Емкость ОЗУ на ферритах 2 К слов; время обращения к ОЗУ 24 мкс,  
Емкость внешнего НМЛ 120000 чисел; скорость считывания с НМЛ 2000 чисел/с.  
Устройства ввода — вывода обеспечивают ввод информации в машину с фотосчитывающего устройства на кинолепте со скоростью 35 чисел/с и вывод результатов вычислений на печатающее устройство со скоростью 20 чисел/с. 
Питание машины от сети переменного тока напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц.  
Потребляемая мощность около 3 кВт. 
Занимаемая площадь 20 кв. м.

 

 

 

2.3. Третье поколение (1964-1971 годы)

В 1958 инженер компании Texas Instruments Джек Килби предложил идею интегральной микросхемы - кремниевого  кристалла, на который монтируются  миниатюрные транзисторы и другие элементы. В том же году Килби  представил первый образец интегральной микросхемы, содержащий пять транзисторных  элементов на кристалле германия. Микросхема Килби занимала чуть больше сантиметра площади и была несколько  миллиметров толщиной. Год спустя, независимо от Килби, Нойс разработал интегральную микросхему на основе кристалла  кремния. Последствии Роберт Нойс основал  компанию "Интел" по производству интегральных микросхем. Микросхемы работали значительно быстрее транзисторов и потребляли значительно меньше энергии. 

Первые интегральные микросхемы состояли всего из нескольких элементов. Однако, используя полупроводниковую  технологию, ученые довольно быстро научились  размещать на одной интегральной микросхеме сначала десятки, а затем  сотни и больше транзисторных  элементов. 

В 1964 году компания IBM выпустила компьютер IMB System 360, построенный на основе интегральных микросхем. Семейство компьютеров IBM System 360 - самое многочисленное семейство компьютеров третьего поколения и одно из самых удачных в истории вычислительной техники. Выпуск этих компьютеров можно считать началом массового производства вычислительной техники. Всего было выпущено более 20 000 экземпляров System 360. 

IMB System 360 относится к классу так называемых мэйнфреймов. Компания DEC (Digital Equipment Corporation) представила модель миникомпьютера PDP-8. Мини-компьютеры, или компьютеры средней производительности, характеризуются высокой надежностью и сравнительно низкой стоимостью. Низкая по сравнению со стоимостью суперкомпьютеров стоимость миникомпьютеров позволила начать применять их в небольших организациях - исследовательских лабораториях, офисах, на небольших промышленных предприятиях. 

В то же время проходило  совершенствование программного обеспечения. Операционные системы строились  таким образом, чтобы поддерживать большее количество внешних устройств, появились первые коммерческие операционные системы и новые прикладные программы. В 1968 году на одной из конференций  Дуглас Энгельбарт из Станфордского  института продемонстрировал созданную  им систему взаимодействия компьютера с пользователем, состоящую из клавиатуры, указателя "мышь" и графического интерфейса, а также некоторые  программы, в частности текстовый  процессор и систему гипертекста. В 1964 году появился язык программирования Бейсик (BASIC - Beginner's All-Purpose Symbolic Instruction Code), предназначенный для обучения начинающих программистов. Бейсик обеспечивал  быстрый ввод и проверку программ. Бейсик не очень подходил для написания  серьезных программ, однако он давал  общее представление о программировании и позволял многим далеким от компьютеров  людям быстро овладеть основными  навыками программирования. В 1970 году щвейцарец Никлас Вирт разработал язык программирования Паскаль, также предназначенный  для обучения принципам программирования. Создававшийся как язык для обучения, Паскаль оказался очень удобен для решения многих прикладных задач. Он прекрасно обеспечивал применение методов структурного программирования, что стало необходимо при создании больших программных систем. 

Основой для компьютеров третьего поколения послужили интегральные микросхемы, что позволило значительно уменьшить стоимость и размеры компьютеров, началось массовое производство компьютеров. В данный период развития вычислительной техники продолжалось увеличение скорости обработки информации. Компьютеры третьего поколения работали со скоростью до одного миллиона операций в секунду. Появились новые внешние устройства, облегчающие взаимодействие человека с компьютером.

Увеличение быстродействия компьютеров и области их применения потребовало разработки новых методов  создания программного обеспечения. Появились  первые коммерческие операционные системы  реального времени, специально разработанные  для них языки программирования высокого уровня. Область применения компьютеров третьего поколения  необычайно широка: системы обработки  данных, управления, проектирования, решения различных коммерческих задач.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Четвертое поколение (с 1971 года)

Начиная с середины 1970-х  годов стройная картина смены  поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций  в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что  уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и  самих компьютеров.

Период с  1971 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС). В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени).

Однако, есть и другое мнение - многие полагают, что достижения периода 1971-1985 гг. не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим «третьему-с половиной» поколению компьютеров. И только с 1985 г., когда появились супербольшие интегральные схемы (СБИС). В кристалле такой схемы может размещаться до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день.

Развитие ЭВМ 4-го поколения  пошло по 2 направлениям:

1-ое направление - создание суперЭВМ - комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы ILLIAS-4, CRAY, CYBER, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и др. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) «Эльбрус-2» активно использовались в Советском Союзе в областях, требующих большого объема вычислений, прежде всего, в оборонной отрасли. Вычислительные комплексы «Эльбрус-2» эксплуатировались в Центре управления космическими полетами, в ядерных исследовательских центрах. Наконец, именно комплексы «Эльбрус-2» с 1991 года использовались в системе противоракетной обороны и на других военных объектах.

2-ое направление - дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих машин являются Apple, IBM - PC (XT, AT, PS /2), «Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840», «ЕС-1841» и др.

Начиная с этого поколения  ЭВМ стали называть компьютерами.

Благодаря появлению и  развитию персональных компьютеров (ПК), вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Несмотря на то, что персональные и  миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная  доля новшеств - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим  появлением и развитием именно этой техники. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как  было раньше.

2.5. Пятое поколение.

ЭВМ пятого поколения - это  ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения  ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на «почти естественном» языке, что от них требуется.

Предполагается, что их элементной базой будут служить  не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники  и биопроцессоры.

На ЭВМ пятого поколения  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.

К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую  судьбу ранних исследований в области  искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены  впустую, проект прекращен, а разработанные  устройства по производительности оказались  не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта  исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического  вывода сильно помогли прогрессу  в области систем искусственного интеллекта в целом.