Смена это смена элементной базы компьютеров



Элементная база: определение, классификация, особенности

Элементной базой в ЭВМ называется их основная электронная составляющая. Эта составляющая меняется в зависимости от поколения компьютеров. Поколения элементной базы ЭВМ объясняют историю развития компьютеров на основе эволюционирующих технологий. С каждым новым поколением компьютерные схемы, их размеры становились все миниатюрнее, скорость обработки информации удваивалась, память стала больше, а удобство и надежность улучшались. Временная шкала, заданная для определения каждого поколения, важна для понимания того, что является элементной базой ЭВМ. Но она не определена до конца и считается довольно условной. Поколения элементной базы фактически основаны на эволюционирующей технологии чипов, а не на каких-либо конкретных временных рамках.

Первое поколение ЭВМ

Пять поколений компьютеров можно охарактеризовать электрическим током, протекающим:

• в вакуумных трубках;
• в транзисторах;
• в интегральных схемах;
• в микропроцессорных чипах;
• в интеллектуальных устройствах, способных к искусственному интеллекту.

Первое поколение ЭВМ появилось в 1940-е-1950-е годы. Компьютеры первого поколения на самом деле были первыми универсальными и настоящими цифровыми компьютерами. Они появились, чтобы заменить электромеханические системы, которые были слишком медленными для назначенных задач. Первые компьютерные генераторы использовали вакуумные трубки для коммутации. Запечатанное стекло позволяло, чтобы ток протекал по беспроводной сети от нитей к металлическим пластинам.

Как работали первые компьютеры

Элементная база компьютера, трубки, были изготовлены из герметичных стеклянных емкостей размером с лампочку. В системе не было движущихся частей. Элементной базой первого поколения были лампы, которые назывались диодами и триодами. Вход и выход осуществлялись при помощи перфокарт, магнитных барабанов, пишущих машинок и считывателей перфокарт. Интерфейс систем был выполнен с использованием плагинов и машинного языка.

Элементную базу ЭВМ первого поколения было сложно использовать. Техники соединяли электрические цепи, подключив многочисленные кабели к разъемам. Затем они использовали специальные перфокарты и ждали несколько часов, чтобы получить результат для какой-либо формы вычислений. Первые ЭВМ были настолько большими, что занимали целые комнаты. Язык ассемблера и программное обеспечение операционной системы еще отсутствовали. Системы могли решать только одну проблему за раз. Эти машины были предназначены для операций низкого уровня, и программирование выполнялось с использованием только двоичных цифр 0 и 1.

ENIAC — самый мощный из первых компьютеров

Одним из самых выдающихся компьютеров в эту эпоху был ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), спроектированный и построенный инженером Джоном Мокли и Джоном Преспером Эккертом из Университета Пенсильвании. Его сборка была выполнена командой из пятидесяти человек. ENIAC был в 1000 раз быстрее, чем предыдущие электромеханические компьютеры , но гораздо более медленным при перепрограммировании.

Среди прочего, ENIAC использовался для изучения возможностей термоядерного оружия, стрельбы баллистической артиллерией и термическим зажиганием двигателя, а иногда для прогнозов погоды. Эти системы были огромны по размеру и занимали целые комнаты, используя много электроэнергии, что сделало их источником невыносимого тепла.

Универсальный автоматический компьютер

UNIVAC (универсальный автоматический компьютер) был создан все теми же инженерами — Джоном Мокли и Джоном Преспером Эккертом. Компьютер был первым в той же эпохе, который был разработан для коммерческих целей, помимо военного использования. Используя свою элементную базу, он довольно хорошо манипулировал алфавитом и цифрами и использовался Бюро переписи населения США для перечисления общего населения.

Позднее он применялся для составления отчетов по продажам компаний и даже для предсказаний результатов президентских выборов в 1952 году. В отличие от более 17 000 вакуумных труб в ENIAC, UNIVAC I использовал чуть более 5000 вакуумных ламп. Он был также вдвое меньше своего предшественника. Было продано более 46 этих ЭВМ.

Компьютеры второго поколения: 1950-1960-е годы

ЭВМ второго поколения представляли собой компьютеры, в которых вместо вакуумных ламп использовались транзисторы. Это и была элементная база второго поколения. Новые компьютеры были лучше, чем их предшественники во многом из-за сравнительно небольшого размера, скорости и более низкой стоимости. Транзисторы являются строительными блоками практически любого микрочипа, а также они более надежные, энергоэффективные и способны проводить электричество быстрее и лучше, чем вакуумные трубки.

Как и трубки, элементная база ЭВМ второго поколения, включавшая транзисторы, являлась переключателями или электронными затворами, которые используются для усиления или управления током или включения или выключения электрических сигналов. Транзисторы называются полупроводниками, поскольку они содержат элементы, которые находятся между проводниками и изоляторами.

Изобретение транзисторных полупроводников

Транзисторные полупроводники были изобретены в Bell Laboratories в 1947 году учеными Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттентом, но не выпускались до середины 1950-х годов. Инженеры и создатели новой элементной базы видели будущее компьютеров второго поколения в совершенствовании процедур ввода и вывода данных.

Первоначально эти процессы были похожи на последние модели компьютеров первого поколения. Работа являлась довольно трудоемкой и утомительной, потому что включала в себя труд несколько сотрудников, которые носили перфокарты из комнаты в комнату.

Пакетная система передачи данных

Для того чтобы ускорить процесс, была создана и реализована пакетная система. Она включала сбор нескольких заданий данных на несколько перфокарт и подачу их в магнитные ленты с использованием сравнительно небольшой и недорогой системы. IBM-1401 был одним из таких компьютеров. Для него использовалась операционная система IBM-7094 и Fortran Monitor System.

Когда обработка данных была завершена, файлы переносились обратно на магнитную ленту. Используя меньшую систему, например, IBM-1401, данные можно было распечатать на несколько перфокарт в качестве вывода информации. Это были предвестники программного обеспечения операционной системы.

Характеристики компьютеров второго поколения

Затем начался процесс обновления ограничительного двоичного машинного кода до языков, которые полностью поддерживали символическое и буквенно-цифровое кодирование. Программисты теперь могли писать на ассемблерах и языках высокого уровня, таких как FORTRAN, COBOL, SNOWBALL и BASIC.

Ранние суперкомпьютеры были лишь некоторыми из машин, которые использовали транзисторы. Примерами этих систем были универсальный блок UNIVAC LARC от Sperry Rand (1960) и IBM-7030 Stretch supercomputer (1961) и мэйнфрейм CDC 6600 (1963).

Третье поколение компьютеров: 1960-1970-е годы

Элементная база третьего поколения ЭВМ — это интегральные схемы и многопрограммное программирование. Компьютеры третьего поколения использовали микросхему интегральной схемы (ИС) вместо транзисторов. Реализация этих компьютеров также соответствовала Закону Мура, в котором отмечалось, что размеры транзисторов снижались настолько быстро, что их количество на схеме удваивалось каждые 2 года.

Преимущества интегральных схем

Полупроводниковая ИС включала огромное количество транзисторов, конденсаторов и диодов. Затем они были напечатаны на отдельных частях платы. Ручное подключение конденсаторов и диодов в транзисторах было трудоемким и не полностью надежным. Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Corporation отдельно друг от друга обнаружили преимущества интегральных схем в 1958 и 1959 годах соответственно. Килби построил свою ИС на германии, в то время как Noyce — на кремниевой микросхеме.

Первой системой, использующими ИС, была IBM 360, применявшаяся для обработки как коммерческих, так и научных заданий. После размещения нескольких транзисторов на одном чипе, помимо снижения стоимости, скорость и производительность любого одного компьютера также значительно увеличились. С момента своего изобретения скорость ИС удваивалась каждые два года, что еще больше сократило размер и стоимость компьютеров.

Использование интегральных схем в современных компьютерах

Сегодня почти все электронные устройства используют некоторые формы интегральных схем, размещенных на печатных платах. В отличие от схемы ИС, взаимодействие с компьютерами улучшилось. Вместо перфокарт для ввода и вывода данных, отображение информации происходит через визуальные дисплеи, применяются клавиатуры, а также улучшенные периферийные устройства ввода.

Компьютеры теперь используют программное обеспечение операционной системы для управления оборудованием и ресурсами, что позволило системам одновременно запускать разные приложения. Это произошло из-за централизованных приложений, которые контролировали распределение памяти. Компьютеры стали доступны широкой аудитории из-за размера и справедливой стоимости.

Это поколение также открыло концепцию “компьютерного семейства”, которая побудила производителей придумать компьютерные компоненты, совместимые с другими системами. Примерами этих систем были суперкомпьютеры Scientific Systems Systems Sigma 7 (1966) и суперкомпьютеры IBM-360 (1964) и CDC 8600 (1969).

Четвертое поколение компьютеров: от 1970-х до настоящего времени

Микропроцессор, ОС и графический интерфейс — элементная база современных компьютеров. Рождение микропроцессора было в то же время рождением микрокомпьютера. Это также соответствовало закону Мура, который предсказал экспоненциальный рост транзистора и микрочипов, начиная с 1965 года. Компания Intel, ее инженеры Тед Хофф, Федерико Фаггин и Стэн Мазор в ноябре 1971 года представили первый в мире одночиповый микропроцессор Intel 4004.

То, что в первом поколении заполняло всю комнату, теперь можно было установить на ладони. Само собой, новый микрочип был таким же мощным, как компьютер ENIAC с 1946 года. Четвертое поколение и его элементарная база играет важную роль в создании различных устройств.

Процессор Intel 4004

Вскоре производители начали интегрировать эти микрочипы в свои новые компьютеры. В 1973 году был выпущен Xerox Alto из PARC. Это был настоящий персональный компьютер, в который вошли Ethernet-порт, мышь и графический интерфейс с битовым отображением, первый в своем роде. В 1974 году Intel представила 8-разрядный микропроцессор общего назначения с названием “8808”. Затем программист Гэри Арлен Килдалл приступил к созданию программного обеспечения на базе диска, известного как “Программа управления для микрокомпьютеров” (CPM). Оно стало прообразом современной элементной базы ПК.

Первый домашний персональный компьютер

В 1981 году International Business Machine представила свой первый компьютер для дома, в котором работал процессор 4004. Он был известен как IBM PC. Компания сотрудничала с Биллом Гейтсом, который купил Disk Operating System из Seattle Computer Product и распространил его с нового компьютера IBM. Архитектура IBM PC стала стандартной моделью рынка.

Создание операционной системы Windows

Apple под руководством Стива Джобса изменила программную игру, когда в 1984 году выпустила компьютер Apple Macintosh с улучшенным графическим интерфейсом (графический интерфейс пользователя), используя идею интерфейса, полученную от Xerox PARC. Обе программы управления для микрокомпьютера и операционной системы диска были операционными системами на основе командной строки, когда пользователь должен взаимодействовать с компьютером с помощью клавиатуры.

После успеха графического интерфейса Apple Microsoft интегрировала оболочную версию Windows в версии DOS 1985 года. Windows использовалась в течение следующих 10 лет, пока она не была заново изобретена как Windows 95. Это было настоящее программное обеспечение для операционной системы со всеми необходимыми утилитами.

Появление Linux

В то время как программное обеспечение стало обычным делом и корпорации начали брать за него деньги, новое движение программистов запустило Linux в 1991 году. Во главе с Linux Torvalds они стали инициаторами бесплатного проекта операционной системы с открытым исходным кодом под названием Linux. Помимо Linux, другие операционные системы с открытым исходным кодом и бесплатное программное обеспечение были распространены для обслуживания офисных, сетевых и домашних компьютеров.

Распространение мобильных устройств

В 1980-х и 2000-х годах персональные компьютеры и настольные компьютеры стали обычным явлением. Они были установлены в офисах, школах и домах, их стоимость стала приемлемой, а размер — компактным. Программное обеспечение, работающее на этих компьютерах, также стали доступнее. Вскоре микропроцессоры вышли из под монополизации настольными компьютерами и перешли на другие платформы.

Сначала появился ноутбук, а затем планшеты и смартфоны, консоли, встроенные системы, смарт-карты, которые стали популярными из-за необходимости использования Интернета во время движения. Согласно недавним исследованиям, мобильные телефоны составляли 60% всех цифровых устройств по всему миру.

Пятое поколение компьютеров: настоящее и будущее

Компьютеры пятого поколения построены на технологическом прогрессе, полученном в предыдущих поколениях компьютеров. Современные инженеры надеются на улучшение взаимодействия между людьми и машиной путем использования человеческого интеллекта и больших данных, накопленных с самого начала эпохи цифровых технологий. Они исходят из теории концепции и реализации искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения (ML).

AI — вот что является элементной базой ЭВМ поколения 5. Это реальность, которая стала возможной благодаря параллельной обработке и сверхпроводникам. Компьютерные устройства с искусственным интеллектом все еще находятся в разработке, но некоторые из этих технологий начинают появляться и использоваться, например, распознавание голоса. AI и ML могут быть неодинаковыми, но используются взаимозаменяемо, чтобы создать устройства и программы, которые достаточно интеллектуальны для взаимодействия с людьми, другими компьютерами, средой и программами.

Суть пятого поколения будет заключаться в использовании этих технологий, чтобы в конечном итоге создать машины, которые могут обрабатывать и реагировать на естественный язык, а также иметь возможность учиться и самостоятельно организовываться.

Распространение вычислительных устройств с возможностью их самообучения, реагирования и взаимодействия различными способами, основанными на приобретенном опыте и окружающей среде, также придало импульс концепции IoT (Интернет вещей). На своем пике и с правильными алгоритмами компьютеры, вероятно, будут демонстрировать высокие уровни обучения, превосходя интеллект людей. Многие проекты Искусственного интеллекта уже внедряются, а другие все еще находятся на стадии развития.

Пионерами в этой сфере являются Google, Amazon, Microsoft, Apple, Facebook и Tesla. Первые реализации начались на интеллектуальных домашних устройствах, которые предназначены для автоматизации и интеграции действий в доме, аудио и визуальных устройствах, а также автомобилей с автопилотом.

Источник

Сколько поколений ЭВМ существует, этапы развития вычислительной техники

Электронно-вычислительные машины принято делить на поколения. Исследуя их, можно проследить историю развития информационных технологий: понять, как менялась компьютерная отрасль на протяжении многих лет и насколько грандиозного архитектурного и программного прогресса достигло человечество меньше чем за сто лет.

Поколение ЭВМ — качественный скачок в развитии электронно-вычислительной техники.

Деление на поколения осуществляется прежде всего на основе элементной базы, то есть элементов, из которых построена та или иная модель машины, а также ряда технологических характеристик:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

• скорости вычислений;
• объема памяти;
• способов ввода;
• переработки информации и т. д.

Разумеется, деление ЭВМ на поколения весьма условно и по сути отражает тот прогресс, которого удалось достичь специалистам в компьютерной отрасли.

Краткая история развития вычислительной техники

В истории ЭВМ принято выделять несколько условных этапов, каждый из которых был связан с появлением принципиально новых электронно-вычислительных машин.

1 этап (1938-1954)

С началом Второй мировой войны в разных странах запустились проекты по развитию ЭВМ. В Германии в 1938 году инженер Конрад Цузе на основе механических арифмометров создал первую вычислительную машину Z1.

Позже появились усовершенствованные версии Z2, Z3 и Z4 — их назначением было выполнение расчетов при проектировании уранового атомного реактора, а также баллистического ракетного оружия и военных самолетов.

Примерно в это же время Англия создала вычислительную машину «Colossus» — она выполняла дешифровку сообщений Вермахта.

В 1944 году Говард Эйкен, американский инженер, усовершенствовал немецкие изобретения, добавив к ним электромеханическое реле — механические детали машины стали перемещаться при помощи электромагнитного сигнала. Американская машина «Mark I» предназначалась для баллистических расчетов — на одно вычисление уходило всего пять секунд.

Электромеханические реле — элементы, в которых электрический сигнал вызывает механическое перемещение подвижных частей, что приводит к замыканию или размыканию исполнительных контактов.

В 1946 американцы Джон Мокли и Джон Эккерт заменили механическое реле на вакуумные лампы, увеличив скорость работы вычислительной техники в 1000 раз. Так появился калькулятор ЭНИАК (ENIAC) с автоматическим вводом данных с перфокарт — первый компьютер, который можно было перепрограммировать для других задач. Машина весила почти 30 тонн и была сложной в обслуживании, тем не менее ENIAC дал принципиально новый толчок развитию компьютерной техники.

Термин «жучки», или «баги» (англ. bugs), то есть сбои в работе компьютеров, связан с ЭНИАК. Частой причиной его поломок были мотыльки, которых привлекал свет: они залетали внутрь аппарата и вызывали короткое замыкание.

В 1951 году американцы начали серийное производство UNIVAC I (аббревиатура от UNIVersal Automatic Computer I) — универсальных автоматических компьютеров для правительственных учреждений, университетов и частных корпораций. Весили машины 13 тонн.

СССР вел собственные разработки ЭВМ. В 1950-х годах академик С. А. Лебедев спроектировал быстродействующие МЭСМ и БЭСМ (малая и большая электронно-счетные машины), которые выполняли 3000 оп/мин. и 8000 оп/с соответственно.

2 этап (1953-1958)

Со временем лампы в ЭВМ заменили полупроводники. Новые аппараты использовались для решения научно-технических задач и управления производственным процессом: в промышленности, банковских и других учреждениях, где требовалось выполнять много рутинных вычислений.

В качестве полупроводников использовались:

• диоды;
• биполярные транзисторы;
• ферриторвые микротрансформаторы.

Полупроводники существенно снизили размеры и потребляемую мощность электронно-вычислительной техники, так как одна единица заменяла целых 40 ламп. Увеличилась скорость выполняемых операций — до нескольких десятков тысяч в секунду. Новая техника стала дешевле, расширив круг пользователей, что заставило задуматься над программной совместимостью.

В 1957 году в корпорации IBM под руководством Джона Бэкуса был создан первый универсальный язык программирования высокого уровня — Фортран (FORTRAN). Позже появились Алгол и Кобол.

Появились процессоры ввода-вывода, благодаря чему ЦП была освобождена от управления этими операциями. Для эффективного управления ресурсами ЭВМ стали использоваться операционные системы (ОС).

Именно в этот период университеты ввели обучение профессии специалиста по информатике.

3 этап (1959-1970)

На смену транзисторам пришли гибридные интегральные микросхемы. Технологию предложил Джек Килби, американский электротехник и нобелевский лауреат по физике. В этом же году Роберт Нойс создал монолитную интегральную схему.

Интегральные микросхемы позволяли разместить десятки элементов на пластине площадью в несколько сантиметров. Благодаря этому повысилась производительность, значительно уменьшились размеры и стоимость электронно-вычислительных машин.

Увеличение мощности позволило использовать на одной ЭВМ несколько программ одновременно — для этого были расширены функции операционной системы.

Также велись активные работы в сфере программирования. Создавались:

• теоретические основы программирования;
• разные виды компиляторов;
• базы данных;
• операционные системы;
• пакеты прикладных программ, предназначенных для различных областей жизни;
• семейства ЭВМ, то есть машины, совместимые между собой на аппаратном и программном уровнях.

Первыми семействами ЭВМ стали американская IBM System 360 и ее советский аналог ЕС ЭВМ — они применялись для решения проектных задач.

4 этап (1970-1980)

70-е годы ознаменовались работами по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), умещавших на одном кристалле целые десятки тысяч элементов.

Изобретение БИС и СБИС привело к значительному уменьшению габаритов и стоимости техники и увеличению производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту.

В начале 70-х компания Intel выпустила микропроцессор i4004 — так появились микропроцессорные ЭВМ.

Микропроцессоры — программные управляемые устройства для обработки информации. Они способны реализовать все функции процессора на одном-единственном кристалле, в то время как процессорам старых типов требуется большое количество микросхем.

В 1976 году сотрудники компании Hewlett-Packard — Стив Джобс и Стефан Возняк — создали первый персональный компьютер, предназначенный для работы в однопользовательском режиме. Изобретение было названо «Apple», а годом позже Джобс зарегистрировал компанию с тем же именем и начал серийное производство персональных компьютеров.

Популярность персональных компьютеров сделала невыгодным производство больших электронно-вычислительных машин, поэтому IBM отказалась от них и вслед за Apple занялась выпуском ПК.

Пятый этап (1980 — настоящее время)

Аппараты предыдущих поколений совершенствовались за счет увеличения количества элементов на единице площади. Следующее поколение ЭВМ должно быть ориентировано на распределенные вычисления (взаимодействие огромного числа процессоров) и имитировать человеческое мышление. Но добиться этого пока не удалось.

В 80-х годах Япония приступила к созданию компьютеров нового типа. Их основной принцип — параллельные вычисления, многопроцессорность и переход от процедурных языков программирования к логическим, чтобы сделать программы самообучаемыми и создать искусственный интеллект. Проект закончился провалом. Не лучше успехи были в СССР, создавшем многопроцессорный аппарат под названием «Марс».

Оказалось, что использование параллельной работы процессоров почти не увеличивает производительность. Логические языки программирования тоже не оправдали ожиданий, так как для создания самообучаемых программ все равно требовали стандартных процедурных ходов.

Тем не менее, появление параллельных вычислений можно считать большим прогрессом в эволюции ЭВМ.

В 1990-х началось активное развитие облачных технологий — этому способствовало значительное увеличение пропускной способности интернета.

Начало XXI века стало эрой мобильных устройств — смартфонов и сотовых телефонов.

Активно развивается робототехника. В 80-х годах роботы начали использоваться на производстве. Сегодня они находят применение в разных сферах: обслуживании, медицине, на потоковых линиях, опасном производстве, в военной технике.

Сколько поколений ЭВМ существует

На сегодняшний день выделяют пять поколений ЭВМ. Для наглядности основные различия между ними представлены в таблице.

Оптические (фотонные) компьютеры. Гипотетические устройства, производящие вычисления с помощью фотонов. Фотоны в 10 раз быстрее электрических сигналов, поэтому оптические компьютеры должны получиться сверхскоростными. Сегодня человечество пользуется компьютерами четвертого поколения.

Пятое поколение ЭВМ — понятие весьма условное. Считается, что пока его не существует — для создания новейших компьютеров необходимо появление принципиально иной элементной базы. Работы активно ведутся по нескольким направлениям:

1. Квантовые компьютеры. Позволят вести несколько вычислений параллельно за счет того, что в квантовом состоянии каждый бит может быть одновременно и нулем, и единицей.
2. Нейрокомпьютеры. По аналогии с работой человеческого мозга, искусственные нейронные сети компьютера будут обеспечивать высокую скорость вычислений и самообучение системы.

Компьютеры пятого поколения существуют лишь в проекте — на сегодняшний день в их разработке не преуспела ни одна страна.

В каком поколении ЭВМ появился монитор

Появление первого компьютерного монитора пришлось на второе поколение ЭВМ. Честь изобретения принадлежит американской компании IBMВ, которая в 1964 году выпустила коммерческую дисплейную станцию IBM-2250 — она использовалась в машинах серии System/360. Модель имела векторный монохромный дисплей размерами 12х12 дюймов, с разрешением 1024 на 1024 точки и частотой обновления 40 Гц.

Качество изображения на первом мониторе разительно отличалось от современных компьютеров: чтобы увеличить производительность, символы, цифры и буквы на экране были разделены на отдельные отрезки и максимально упрощены.

За форматирование символов на экране отвечали специальные подпрограммы, заложенные в память дисплейной станции IBM-2250. Центральному процессору ЭВМ достаточно было указать, какие символы, в каком порядке и где вывести на экране, а расчет отображаемой картинки и управление катодным лучом производились в самой дисплейной станции, что существенно разгружало компьютер.

Благодаря чему происходит смена поколений ЭВМ

Смена поколений электронно-вычислительных машин связана с несколькими факторами:

• совершенствованием элементной базы;
• технологическим прогрессом (ростом производительности, увеличением объема памяти);
• изменениями в архитектуре, расширением круга задач, решаемых ЭВМ;
• изменением способа взаимодействия между пользователем и ЭВМ.

Смена поколений ЭВМ обусловлена углублением знаний о мире и постоянным развитием научных технологий. Но, пожалуй, ее главной движущей силой является то, что человек постоянно совершенствуется, его потребности растут, а желание упростить свою жизнь и сделать ее максимально комфортной становится все сильнее. Если первая вычислительная техника освобождала людей от простых, но рутинных обязанностей, то сегодня от компьютеров требуется гораздо больше: они выполняют самые разные функции — от развлекательных и информационных до коммуникативных. А с развитием искусственного интеллекта человек сможет переложить на машины даже мыслительный процесс и необходимость принятия рациональных решений.

Источник

Уроки 25 — 26
Информационные процессы в компьютере

Из курса основной школы вам известно:

• Компьютер (ЭВМ) — автоматическое, программно-управляемое устройство для работы с информацией.

• В состав компьютера входят устройства памяти (хранение данных и программ), процессор (обработка информации), устройства ввода/вывода (прием/передача информации).

• В 1946 году Джоном фон Нейманом были сформулированы основные принципы устройства ЭВМ, которые называют фон-неймановской архитектурой.

• Современный компьютер представляет собой единство аппаратуры (hardware) и программного обеспечения (software).

Серийное производство электронных вычислительных машин (ЭВМ) начинается в разных странах в 1950-х годах. Историю развития ЭВМ принято делить на поколения. Переход от одного поколения к другому связан со сменой элементной базы, на которой создавались машины, с изменением архитектуры ЭВМ, с развитием основных технических характеристик (скорости вычислений, объема памяти и др.), с изменением областей применения и способов эксплуатации машин.

Под архитектурой ЭВМ понимаются наиболее общие принципы построения компьютера, реализующие программное управление его работой и взаимодействие основных функциональных узлов.

В основе архитектуры ЭВМ разных поколений лежат принципы Джона фон Неймана. Однако в процессе развития происходят некоторые отклонения от фон-неймановской архитектуры.

Однопроцессорная архитектура ЭВМ

Элементной базой ЭВМ первого поколения (1950-годы) были электронные лампы, а ЭВМ второго поколения (1960-е годы) создавались на базе полупроводниковых элементов. Однако их архитектура была схожей. Она в наибольшей степени соответствовала принципам фон Неймана. В этих машинах один процессор управлял работой всех устройств: внутренней и внешней памяти, устройств ввода и вывода, как показано на рис. 2.4.

Согласно принципам фон Неймана, исполняемая программа хранится во внутренней памяти — в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Там же находятся данные, с которыми работает программа. Каждая команда программы и каждая величина (элемент данных) занимают определенные ячейки памяти, как показано на рис. 2.5.

Процессор начинает выполнение программы с первой команды и заканчивает на команде остановки, назовем ее STOP. При выполнении очередной команды процессор извлекает из памяти обрабатываемые величины и заносит их в специальные ячейки внутренней памяти процессора — регистры. Затем выполняется команда, например складываются два числа, после чего полученный результат записывается в определенную ячейку памяти. Процессор переходит к выполнению следующей команды. Исполнение программы закончится, когда процессор обратится к команде STOP.

Среди команд программы существуют команды обработки данных и команды обращения к внешним устройствам. Команды обработки данных выполняет сам процессор с помощью входящего в него арифметико-логического устройства — АЛУ, и этот процесс происходит сравнительно быстро. А команды управления внешними устройствами выполняются самими этими устройствами: устройствами ввода/вывода, внешней памятью. Время выполнения этих команд во много раз больше, чем время выполнения команд обработки данных. При однопроцессорной архитектуре ЭВМ, показанной на рис. 2.4, процессор, отдав команду внешнему устройству, ожидает завершения ее выполнения. При большом числе обращений к внешним устройствам может оказаться, что большую часть времени выполнения программы процессор «простаивает» и, следовательно, его КПД оказывается низким. Быстродействие ЭВМ с такой архитектурой находилось в пределах 10-20 тысяч операций в секунду (оп./с).

Использование периферийных процессоров

Следующим шагом в развитии архитектуры ЭВМ стал отказ от однопроцессорного устройства. Уже на последних моделях машин второго поколения, помимо центрального процессора (ЦП), выполнявшего обработку данных, присутствовали периферийные процессоры, которые назывались каналами ввода/вывода (рис. 2.6). Их задача состояла в автономном управлении устройствами ввода/вывода и внешней памяти, что освобождало от этой работы центральный процессор. В результате КПД центрального процессора существенно возрос. Быстродействие некоторых моделей машин с такой архитектурой составляло от 1 до 3 млн оп./с.

На всех моделях ЭВМ третьего поколения, которые создавались на базе интегральных схем (1970-80-е годы), использовалась архитектура с одним центральным процессором и периферийными процессорами внешних устройств. Такая многопроцессорная архитектура позволяла реализовать мультипрограммный режим работы: пока одна программа занята вводом/выводом данных, которым управляет периферийный процессор, другая программа занимает центральный процессор, выполняя вычисления. Благодаря совершенствованию элементной базы и других аппаратных средств на некоторых моделях ЭВМ третьего поколения достигалось быстродействие до 10 млн оп./с.

Для разделения ресурсов ЭВМ между несколькими выполняемыми программами потребовалось создание специального программного обеспечения: операционной системы (ОС). К разделяемым ресурсам, прежде всего, относятся время работы центрального процессора и оперативная память. Задача ОС состоит в том, чтобы разные программы, выполняемые одновременно на ЭВМ, «не мешали» друг другу и чтобы КПД центрального процессора был максимальным, иначе говоря, чтобы ЦП не «простаивал». ОС берет на себя также заботу об очередности использования несколькими программами общих внешних устройств: внешней памяти, устройств ввода/вывода.

Архитектура персонального компьютера

Персональный компьютер (ПК) — самый распространенный в наше время тип компьютера. Появление ПК связано с созданием микропроцессоров, которое началось в 1970-х годах. До недавнего времени в устройстве ПК существовал один центральный процессор и множество периферийных процессоров, управляющих внешними устройствами, которые называются контроллерами. Архитектура такого ПК изображена на рис. 2.7.

Для связи между отдельными функциональными узлами ПК используется общая информационная магистраль, которая называется системной шиной.

Системная шина состоит из трех частей:

• шина данных (для передачи данных);
• шина адреса (для передачи адресов устройств, которым передаются данные);
• шина управления (для передачи управляющих сигналов, синхронизирующих работу разных устройств).

Важное достоинство такой архитектуры возможность подключения к компьютеру новых устройств или замена старых устройств на более современные. Это называется принципом открытой архитектуры. Для каждого типа и модели устройства используется свой контроллер, а в составе операционной системы имеется управляющая программа, которая называется драйвером устройства.

Открытая архитектура персонального компьютера — это архитектура, предусматривающая модульное построение компьютера с возможностью добавления и замены отдельных устройств».

Важное событие в совершенствовании архитектуры ПК произошло в 2005 году: был создан первый двухъядерный микропроцессор. Каждое ядро способно выполнять функции центрального процессора. Эта особенность архитектуры позволяет производить на ПК параллельную обработку данных, что существенно увеличивает его производительность. Выпускаемые в настоящее время микропроцессоры содержат до 8 ядер.

Архитектура ненеймановских вычислительных систем

Несмотря на стремительно нарастающую производительность ЭВМ, которая каждые 4 5 лет по важнейшим показателям практически удваивается, всегда есть классы задач, для которых никакой производительности не хватает. Укажем некоторые из них.

1. Математические расчеты, лежащие в основе реализации математических моделей многих процессов. Гигантские вычислительные ресурсы, которые можно реализовать очень быстро (как иногда говорят, в реальном масштабе времени), необходимы для более надежного и долгосрочного прогноза погоды, для решения аэрокосмических задач, в том числе и оборонных, для решения многих инженерных задач и т. д.

2. Поиск информации в гигантских базах данных, в информационном пространстве Интернета.

3. Моделирование интеллекта — при всех фантастических показателях, объем оперативной памяти современных компьютеров составляет лишь малую долю объема памяти человека.

Быстродействие компьютера с одним центральным процессором имеет физическое ограничение: повышение тактовой частоты процессора ведет к повышению тепловыделения, которое не может быть неограниченным. Перспективный путь повышения производительности компьютера лежит на пути отказа от единственности главных устройств компьютера: либо процессора, либо оперативной памяти, либо шины, либо всего этого вместе. Это путь еще большего отступления от архитектуры фон Неймана.

Чтобы стало понятнее, зачем компьютеру несколько процессоров, обсудим алгоритм решения простейшей математической задачи. Есть массив из 100 чисел: a₁, а₂, . , а₁₀₀. Требуется найти их сумму.

Нет ничего проще! И на компьютере, и без него мы, скорее всего, поступим так: сложим первые два числа, как-то обозначим их сумму (например, S), затем прибавим к ней третье, и будем делать это еще 98 раз. Это пример последовательного вычислительного процесса. Его блок-схема приведена на рис. 2.8.

Поскольку у человека нет второй головы, иначе эту задачу в одиночку не решить. Но представим, что мы решаем ее не в одиночку, а всем классом (25 человек). Тогда возникает возможность совсем иной последовательности действий.

1. Объединим числа в пары — по два на каждого (итого распределили 50 чисел); например, ученик № 1 берет себе а₁ и а₂, ученик № 2 — а₃ и а₄, и т. д.

2. Даем команду «складывай!» — и каждый складывает свои числа.

3. Даем команду «записывай!» — и каждый записывает мелом на классной доске свой результат.

4. Поскольку у нас осталось еще 50 необработанных чисел (а₅₁, . а₁₀₀), повторяем пункты 1 — 3. После этого имеем на доске 50 чисел b₁ = а₁ + а₂, . b₅₀ = а₉₉ + а₁₀₀ — результаты парных сложений.

5. Объединим в пары числа b_i и повторим выполнение пунктов 2 — 4.

Продолжаем этот процесс (2 — 5) до тех пор, пока не останется одно число — искомая сумма.

Первое впечатление, что очень сложно, гораздо сложнее, чем алгоритм на рис. 2.8. Если бы мы захотели записать этот алгоритм в виде блок-схемы, то нам бы пришлось кроме описания порядка и объектов действий сделать то, что мы никогда при записи алгоритмов не делали, — предусмотреть синхронизацию параллельных процессов по времени. Например, выполнение команд 2 и 3 должно завершиться всеми участниками вычислений до того, как они будут продолжены (до перехода к п. 4), иначе даже при решении этой простой задачи наступит хаос.

Но сложность не есть объективная причина отвергнуть такой путь, особенно если речь идет о возможности значительного ускорения компьютерных вычислений. То, что мы предложили выше, называется на языке программистов распараллеливанием вычислений и вполне поддается формальному описанию. Эффект ускорения вычислений очевиден: пункт 2 в приведенном выше алгоритме ускоряет соответствующий этап работы в 25 раз!

Следующий вопрос: что надо изменить в устройстве компьютера, чтобы он смог так работать? Для реализации подобной схемы вычислений компьютеру потребуется 25 процессоров, объединенных в одну архитектуру и способных работать параллельно.

Такие многопроцессорные вычислительные комплексы — реальность сегодняшней вычислительной техники.

Вернемся, однако, к описанной выше последовательности действий — в ней еще есть источники проблем. Представим себе, что в схеме на рис. 2.7 мы дорисовали еще 24 центральных процессора, соединенных с шиной. При реализации в таком компьютере команды 3 произойдет одновременное обращение 25 процессоров к системной шине для пересылки результатов сложения в оперативную память. Но поскольку шина одна, числа по ней могут пересылаться только по одному! Значит, для выполнения команды 3 придется организовать очередь на передачу чисел в память. Тут же возникает вопрос: не сведет ли к нулю эта очередь все преимущества от параллельности выполнения операций на шаге 2? А если преимущества останутся, то насколько они велики? Окупятся ли расходы на 24 дополнительных процессора?

В возникшей ситуации естественен следующий шаг «изобретательской мысли»: ввод в архитектуру нескольких системных шин. А если еще подумать над возможными проблемами, то и нескольких устройств оперативной памяти.

Как видите, все это очень непросто! Обсуждаемые изменения в устройстве компьютера приводят к «ненеймановским» архитектурам. Изобретателям таких систем приходится искать компромисс между возрастающей сложностью (и, как следствие, — стоимостью) и ускорением их работы.

Варианты реализации ненеймановских вычислительных систем

В самом общем смысле под параллельными вычислениями понимаются процессы обработки данных, в которых одновременно могут выполняться нескольких машинных операций. Параллельные вычисления реализуются как за счет новой архитектуры вычислительной техники, так и за счет новых технологий программирования. Такие технологии называются параллельным программированием.

Распределенные вычисления — способ реализации параллельных вычислений путем использования множества компьютеров, объединенных в сеть. Такие вычислительные системы еще называют мультикомпьютерными.

Распределенные вычисления часто реализуются с помощью компьютерных кластеров — нескольких компьютеров, связанных в локальную сеть и объединенных специальным программным обеспечением, реализующим параллельный вычислительный процесс. Распределенные вычисления могут производиться и с помощью многомашинных вычислительных комплексов, образуемых объединением нескольких отдельных компьютеров через глобальные сети.

Мультипроцессорные системы образуют единый компьютер, который относится к классу суперкомпьютеров. Достижение параллелизма в них происходит благодаря возможности независимой работы отдельных устройств и их дублирования: несколько процессоров, блоков оперативной памяти, шин и т. д. Мультипроцессорная система может использовать разные способы доступа к общей для всей системы памяти. Если все процессоры имеют равный (однородный) доступ к единой памяти, то соответствующая вычислительная система называется векторным суперкомпьютером.

Один из самых мощных в мире суперкомпьютеров под названием «Ломоносов» (рис. 2.9) произведен в России и работает в Московском государственном университете. Его быстродействие составляет более ста триллионов операций в секунду.

Вопросы и задания

1. Расскажите о смене элементной базы компьютеров, происходившей при переходе от одного поколения к другому. Как при этом менялись основные характеристики ЭВМ?

2. В чем состоял отход от архитектуры фон Неймана на ЭВМ второго и третьего поколений?

3. Что позволило реализовать мультипрограммный режим работы на ЭВМ третьего поколения?

4. Чем принципиально отличается архитектура ПК от классической архитектуры компьютеров первых поколений?

5. Какие функции выполняют контроллеры внешних устройств на ПК?

6. В чем состоит принцип открытости архитектуры ПК?

7. Какие функции выполняли первые операционные системы?

8. Для каких классов задач нужны сверхпроизводительные вычислительные системы?

9. Что такое параллельные вычисления?

10. Для примера со сложением чисел 25 учениками попробуйте проанализировать следующие ситуации: в классе всего 1 кусочек мела; в классе 5 кусочков мела; в классе 25 кусочков мела. Оцените, как от этого зависит время решения задачи (учтите еще ширину доски и время перемещения учеников по классу). Попробуйте построить модель такого процесса. Переведите эту ситуацию на язык компьютерной терминологии для многопроцессорных систем.

11. Чем отличаются мультикомпьютерные системы от мультипроцессорных? По какому принципу работают суперкомпьютеры?

Источник

Расскажите о смене элементной базы компьютеров, происходившей при переходе от одного поколения к другому. Как при этом менялись основные характеристики ЭВМ?

Элементной базой ЭВМ первого поколения были электронные лампы, ЭВМ второго поколения создавались на базе полупроводниковых элементов.

ЭВМ третьего поколения интегральные схемы.

ЭВМ четвертого поколения большие интегральные схемы (БИС), начало производства микропроцессоров

ЭВМ пятого поколения сверхбольшая интегральная схема (СБИС), микропроцессоры.

ЭВМ первого поколения были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт. Например, одна из первых ЭВМ – ENIAC представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.

В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти.

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС). ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360.

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).

I поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1946-1955 гг.

1. Элементная база: электронно-вакуумные лампы.
2. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов.
4. Быстродействие: 10−20 тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
6. 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.
7. Оперативная память: до 2 Кбайт.
8. Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.

II поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1955 — 1965 гг.

1. Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).
2. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.
4. Быстродействие: 100−500 тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность — оператор ЭВМ.
6. Программирование: на алгоритмических языках, появление первых операционных систем.
7. Оперативная память: 2−32 Кбайт.
8. Введён принцип разделения времени — совмещение во времени работы разных устройств.

III поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1965 — 1970 гг.

В 1958 году Джек Килби и Роберт Нойс, независимо друг от друга, изобретают интегральную схему (ИС). В 1961 году в продажу поступила первая, выполненная на пластине кремния, интегральная схема. В 1965 году начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM-360 (США). Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объёмом оперативной памяти и производительностью.

IV поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные начиная с 1970 г. по начало 90-х годов.

1. Элементная база: интегральные схемы.
2. Соединение элементов: печатные платы.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.
4. Быстродействие: 1−10 млн. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность — системный программист.
6. Программирование: алгоритмические языки, операционные системы.
7. Оперативная память: 64 Кбайт.

V поколение ЭВМ: разработки с 90 -х годов ХХ века

Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов.

Источник

Урок по информатике на тему: "История появления и развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ"

2. ПОВТОРЕНИЕ: появление и развитие вычислительной техники.

— Начнем урок с повторения основных устройств, приспособлений для счета, дат и имен в развитии вычислительной техники.

I задание. Назовите представленные приспособления для счета ручного этапа развития ВТ.

А. Саламинская доска. Б. Серобян. В. Суан-пан. Г. Палочки Непера. Д. Русские счеты.

II. Задание. Перед вами таблица. Соотнесите даты и устройства, а также назовите, кто являлся изобретателем данного устройства.

1.	1624 г.	А.	“Ступенчатый вычислитель”.
2.	1642 г.	Б.	Перфокарта.
3.	1673 г.	В.	Разностная машина.
4.	1804 г.	Г.	“Часы для счета”.
5.	1820 г.	Д.	“Паскалина”.
6.	1822 г.	Е.	Арифмометр.
7.	1880 г.	Ж.	Механический калькулятор

1-Г: 1624 г. — “Часы для счета”, Вильгельм Шиккард.

2-Д: 1642 г. — “Паскалина”, Блез Паскаль.

3-А: 1673 г. — “Ступенчатый вычислитель”, Готфрид Вильгельм Лейбниц.

4-Б: 1804 г. — Перфокарта, Мари Жозеф Жаккар.

5-Ж: 1820 г. — Механический калькулятор, Чарльз Ксавьер Томас.

6-В: 1822 г. — Разностная машина, Чарльз Бэббидж.

7-Е: 1880 г. — Арифмометр, Вильгодт Теофилович Однер.

III. Задание. Вспомните две даты электромеханического этапа развития ВТ:

Ответ: Герман Холлерит создает статистический табулятор.

Ответ: создание Марк I Эйкеном, размеры: длина 17 м, высота 2,5 м, имела 750 тыс. деталей, обрабатывала 23 разрядных числа. За день выполняла расчеты, которые вручную выполнялись за 6 месяцев.

IV. Задание. Вам представлены названия машин, назовите, что это за машина и дату создания.

ENIAC – первая ЭВМ, создана Мочли и Эккертом в 1946 г.

EDZAC — первая ЭВМ с хранимой программой, создана в 1949 г.

UNIVAC — первая серийная ЭВМ, создана в 1951 г.

МЭСМ — первая советская ЭВМ, создана под руководством С.А. Лебедева в 1951 г.

БЭСМ – создана в 1952 г.

СТРЕЛА — первая серийная советская ЭВМ создана в 1953 г.

3. НОВЫЙ МАТЕРИАЛ: ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ.

— 60 лет (2006-1946 = 60) прошло с тех пор, как появилась первая ЭВМ. За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений ЭВМ, а первые ЭВМ – являются музейной редкостью.

Чтобы показать стремительный рост в развитии вычислительной техники, английская писательница и журналистка Ж. Мегарри приводит любопытный пример:

“…Если бы автомобилестроение развивалось так же быстро, как и компьютерная индустрия с 1946 года, то “Роллс-Ройс”:

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 1946 – 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.

Подведем итог по I поколению ЭВМ:

— возьмите форму таблицы “Поколения ЭВМ” (Приложение 2)

— заполним 1 строку этой таблицы.

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

К этому времени был сконструирован транзистор.

1948 г. – Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн изобрели транзистор, за изобретение транзистора они получили Нобелевскую премию в 1956 г.

1955 г. – создание первой ЭВМ на транзисторах – “Традис”.

«Традис» — первый транзисторный компьютер фирмы «Белл телефон лабораторис» — содержал 800 транзисторов, каждый из которых был заключен в отдельный корпус.

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

1958 г. – создана машина М-20, выполнявшая 20 тыс. операций в секунду – самая мощная ЭВМ

50-х годов в Европе.

1963 г. – сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.

Характерные черты второго поколения.

• Элементная база – полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).
• 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.
• Программирование – на алгоритмических языках, появление первых операционных систем.
• 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.
• Недостаток – несовместимость программного обеспечения.

Подведем итог по II поколению ЭВМ – заполним 2 строку таблицы “Поколения ЭВМ”.

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.
• Программирование — алгоритмические языки, операционные системы.
• 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.

Подведем итог по III поколению ЭВМ – заполним 3 строку таблицы “Поколения ЭВМ”.

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 интегральные схемы (БИС).
• Соединение элементов – печатные платы.
• Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки.
• Быстродействие – 10 -100 млн. операций в секунду.
• Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.
• Программирование – базы и банки данных.
• Оперативная память – 2 -5 Мбайт.
• Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.

Подведем итог по IV поколению ЭВМ – заполним 4 строку таблицы “Поколения ЭВМ”

V поколение ЭВМ – разработки с 90-х годов ХХ века.

Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний, создание экспертных систем.

Архитектура будет содержать два блока:

• Традиционный компьютер
• Интеллектуальный интерфейс, задача которого понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

Подведем итог по V поколению ЭВМ – заполним 5 строку таблицы “Поколения ЭВМ”

4. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА.

Повторение характерных черт поколений ЭВМ по таблице (Приложение 4)

5. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ.

• о развитии вычислительной техники и сети Интернет в Марий Эл.
• о вкладе российских ученых в развитие вычислительной техники.

6. ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЙ ТЕСТА (Приложение 1).

Учащимся в начале урока выдаются бланки для ответов, которые они заполняют при выполнении заданий теста. За каждый правильный ответ – 1 балл.

Источник