Генерации на компютри: елементна база. Историята на поколенията компютри

Електронните изчислителни машини в нашата страна са разделени на няколко поколения. Определящите характеристики при класифицирането на устройства към определено поколение са техните елементи и разновидности на такива важни характеристики като скорост, капацитет на паметта, методи за контрол и обработка на информацията. Разделението на компютрите е условно - има значителен брой модели, които, според някои знаци, принадлежат на едно, според други - на друг вид поколение. В резултат на това тези видове компютри могат да се отнасят до различни етапи на развитие на електронните компютърни технологии.

Първото поколение компютри

Развитието на компютрите е разделено на няколко периода. Генерирането на устройства от всеки период е различно един от друг чрез елементарни бази и предоставяне на математически тип.

Първото поколение компютри (1945–1954) са електронни компютри, използващи електронни лампи (те са на първите модели телевизори). Този път може да се нарече ерата на формирането на такава технология.

Повечето от машините от първия тип поколение се наричаха експериментални типове устройства, които бяха създадени, за да тестват една или друга теория на теориите. Размерът и теглото на компютърните единици, които често се нуждаеха от отделни сгради, отдавна се превърнаха в легенда. Въвеждането на числата в първите машини се извършваше с помощта на перфокарти, а софтуерните контроли на последователностите на изпълнимостта на функциите се извършват, например, в ENIAC, както и в компютри от брояно-аналитичен тип, използвайки щепсели и типове набиране. Независимо от факта, че този метод на програмиране изискваше много време за подготовка на машината - за връзките на полетата за набиране (превключваща платка) на блоковете, тя дадеше всички възможности за реализация на ENIAC-те „способности за броене“ и с голямо предимство се различаваше от софтуерния метод. щампована лента, която е типична за релейни устройства.

Как работят тези звена?

Служителите, които са били възложени на тази машина, постоянно са били близо до нея и са наблюдавали работата на електронните тръби. Но веднага щом поне една лампа изгори, ЕНИАК веднага стана и се затрудни: всеки бързаше да потърси изгоряла лампа. Основната причина (може би не точна) за честото смяна на лампата беше следната: топлината и луминесценцията на лампите привличаха молците, те летяха вътре в колата и допринесоха за появата на късо съединение. Така първото поколение компютри беше изключително уязвимо към външни условия.

Ако горното е вярно, терминът "бъгове" ("bugs"), което означава грешки в софтуерното и хардуерното оборудване на компютърното оборудване, вече придобива нов смисъл. Когато всички лампи са били в работно състояние, инженерният персонал може да направи настройката на ENIAC за всяка задача, като ръчно смени връзките на 6000 жици. Всички проводници трябваше да бъдат включени отново, ако се изискваше различен тип задача.

Първите серийни автомобили

Първият серийно произведен компютър от първото поколение беше компютърът UNIVAC (Universal Automatic Computer). Разработчиците на този компютър бяха: Джон Mauchly (Джон Mauchly) и J. Presper Eckert (J. Prosper Eckert). Това е първият вид електронен цифров компютър за общо ползване. UNIVAC, чиято разработка започва през 1946 г. и завършва през 1951 г., има време за добавяне от 120 μs, умножение - 1800 μs, а деленията - 3600 μs.

Тези машини заемаха много място, използваха много електроенергия и се състоеха от огромен брой електронни лампи. Например, машината "Стрела" има 6400 такива лампи и 60 хил. Броя. полупроводникови диоди пишете. Скоростта на това поколение компютри не надвишава 2-3 хиляди операции в секунда, а обемът на RAM е не повече от 2 KB. Само машината M-2 (1958) имаше 4 KB оперативна памет, а скоростта му беше 20 хиляди операции в секунда.

Компютри от второ поколение - значителни разлики

През 1948 г. теоретичните физици Джон Бардин и Уилям Шокли, заедно с водещия експериментатор на Bell Telephone Laboratories Валтер Браттейн, създават първия активен транзистор. Това беше устройство от тип точка, в което три метални антени имаха контакт с шина от поликристален материал. Така поколението на компютрите започна да се подобрява още в далечното време.

Първите видове компютри, работещи на базата на транзистори, отбелязват появата им в края на 50-те години, а до средата на 60-те години са създадени външни типове устройства с по-компактни функции.

Архитектурни характеристики

Една от невероятните способности на транзистора е, че той сам може да извърши работа за 40 електронни лампи и дори в този случай да има по-голяма скорост на работа, да разпредели минимално количество топлина и на практика да не използва електрически ресурси и енергия. Заедно с процеса на замяна на електрическите лампи с транзистори са подобрени методи за съхраняване на информация. Наблюдава се увеличение на паметта и магнитната лента, използвана за първи път в компютъра на първото поколение UNIVAC, започва да се използва както за въвеждане, така и за премахване на информация.

В средата на 60-те години информацията се съхранява на дискове. Огромни постижения в компютърна архитектура позволено да получите бързи действия в един милион операции в секунда! Например, Stretch (Англия), Атлас (САЩ) може да се припише на транзисторни компютри от второ поколение компютри. По това време Съветският съюз също произвежда не по-ниско от горните устройства (например, "BESM-6").

Създаването на компютри, които са изградени с транзистори, е довело до намаляване на техните размери, маси, енергийни разходи и цени за тях, както и до повишена надеждност и производителност. Това допринесе за разширяването на обхвата на потребителите и номенклатурата на задачите. Като се имат предвид подобрените характеристики на компютрите от второ поколение, разработчиците започнаха да създават алгоритмични видове езици за инженерни (например ALGOL, FORTRAN) и икономически (например COBOL) тип изчисления.

OS стойност

Но дори и на тези етапи, основната задача на технологиите за програмиране е да се пестят ресурси - компютърно време и памет. За решаването на този проблем започнахме да създаваме прототипи на съвременни операционни системи (сервизни тип софтуерни комплекси, които осигуряват добро разпределение на компютърните ресурси при изпълнение на потребителски задачи).

Типовете първи операционни системи (ОС) допринесоха за автоматизацията на работата компютърни оператори, което е свързано с изпълнението на потребителски задачи: въвеждане на програмните текстове в устройството, извикване на необходимите преводачи, извикване на необходимите за програмата библиотечни подпрограми, извикване на линкера за поставяне на данните от рутинните процедури и програмата на основния тип в компютърната памет, въвеждане на данните от първоначалния тип и др.

Сега, в допълнение към програмата и данните, компютър от второ поколение също трябваше да въведе инструкция, където имаше изброяване на стъпките за обработка и списък с информация за програмата и нейните автори. След това започват едновременно да се въвеждат редица задачи за потребителите (пакети с задачи) в устройствата.В тези типове операционни системи е необходимо да се разпространяват типове компютърни ресурси между тези видове задачи - появява се мултипрограмен режим за обработка на данни (например тип, изчисленията се правят за друго, а данните за третия тип проблем могат да бъдат въведени в паметта). По този начин, второто поколение на компютъра влезе в историята на появата на поръчаната ОС.

Машини от трето поколение

Чрез създаването на технологии за производство на интегрални схеми (ИС) беше възможно да се постигне увеличаване на нивата на бързи действия и надеждност на полупроводниковите схеми, както и за намаляване на техните размери, консумирани нива на мощност и разходи. Интегрираните типове микросхеми се състоят от десетки електронни елементи, които са сглобени в правоъгълни силиконови плочи и имат дължина на страната не повече от 1 см. Подобен тип плоча (кристали) се поставя в малък пластмасов корпус, размерите на който могат да се определят само с помощта на броя крака "(Заключения от входа и изхода на електронни схеми, създадени върху кристали).

Поради тези обстоятелства историята на развитието на компютрите (компютърното поколение) направи голям пробив. Това позволи не само да се подобри качеството на работа и да се намалят разходите за универсални устройства, но и да се създадат машини с малък, прост, евтин и надежден тип мини-компютър. Първоначално тези устройства бяха предназначени да заменят контролерите с хардуерно изпълнени задачи в управляващи схеми на всякакви обекти, в автоматизирани процесни системи за управление на процеси, системи за събиране и обработка на данни от експериментален тип, различни контролни комплекси в мобилни съоръжения и др.

Основната точка по това време е обединяването на машините със структурни и технологични параметри. Третото поколение компютри започва издаването на техните серии или семейства, съвместими типове модели. По-нататъшни скокове в разработването на математическа и софтуерна поддръжка на създаването на партидни програми за разрешаване на типични проблеми, проблемно-ориентиран програмен език (за разрешимост на проблемите на определени категории). Така за първи път се създават софтуерни системи - видове операционни системи (разработени от IBM), на които работи третото поколение компютри.

Машини от четвърто поколение

Успешното разработване на електронни устройства доведе до създаването на големи интегрални схеми (LSIs), където един кристал имаше няколко десетки хиляди електрически елемента. Това допринася за факта, че има нови поколения компютри, чиято елементарна база е имала голямо количество памет и малки цикли за изпълнение на командите: използването на байтове от паметта в една операция на машината започва рязко да намалява. Но тъй като разходите за програмиране практически нямаха съкращения, основната задача беше да се спестят човешки ресурси, а не машинно.

Създадени са нови типове операционни системи, които позволяват на програмистите да отстраняват грешките в програмите си точно зад компютърните дисплеи (в режим на диалог), което спомага за улесняване на работата на потребителите и ускорява разработването на нов софтуер. Този момент напълно противоречи на концепциите за първичните етапи на информационните технологии, които използваха компютри от първото поколение: „процесорът изпълнява само количеството работа по обработка на данни, което хората не могат да изпълняват принципно, масивна сметка“. Започва да следва тенденциите от различен тип: “Всичко, което може да се направи с машини, те трябва да изпълняват; хората изпълняват само онази част от работата, която не може да бъде автоматизирана. "

През 1971 г. е произведена голяма интегрална схема, където процесорът на електронен компютър от прости архитектури е напълно разположен. Има реални възможности за поставяне в една голяма интегрална схема (на един чип) на почти всички електронни устройства, които не са сложни в компютърната архитектура, т.е. възможността за масово пускане на прости устройства на достъпни цени (без да се вземат предвид разходите за външни устройства). Така беше създадено четвъртото поколение компютри.

Появиха се много евтини (преносими клавиатури) и контролни устройства, които са оборудвани с една или няколко големи интегрални схеми, съдържащи процесори, размери на паметта и система от връзки с изпълнителни механизми на изпълнителния тип в обектите за управление.

Програми, които контролират доставката на горива за автомобилни двигатели, движението на електронни играчки или предварително определени режими за пране, са инсталирани в компютърната памет или в производството на подобни видове контролери, или директно в предприятия, които произвеждат автомобили, играчки, перални машини и др. г.

През 70-те години започна производството на универсални изчислителни системи, състоящи се от процесор, обем на паметта, интерфейсни схеми с I / O устройство, разположени в една голяма интегрална схема (едночипови компютри) или в някои големи интегрални схеми, инсталирани на една печатна платка тип (единични платки). В резултат на това, когато 4-то поколение компютри стана широко разпространено, имаше повторение на ситуацията, възникнала през 60-те години, когато първите мини-компютри отнеха част от работата в големи универсални електронни компютри.

Характерни свойства на компютрите от четвърто поколение

1. Многопроцесорен режим.
2. Обработка на паралелно-сериен тип.
3. Видове езици на високо ниво.
4. Появата на първите компютърни мрежи.

Спецификации на тези устройства

1. Средно забавяне на сигнала 0.7 ns. / In.
2. Основният тип памет е полупроводник. Времето за генериране на данни от този тип памет е 100–150 ns. Капацитет - 1012–1013 знака.
3. Използване на хардуерна реализация на операционни системи.
4. Модулни конструкции са започнали да се прилагат към софтуерен тип инструменти.

Първият персонален компютър е създаден за първи път през април 1976 г. от Стив Джобс, служител на Atari, и Стивън Возняк, служител на Hewlett-Packard. Базирайки се на вградените 8-битови електронни контролери, те създадоха най-простия, програмиран на BASIC език, игрален компютър тип Apple, който имаше огромен успех. В началото на 1977 г. компанията Apple Comp е регистрирана и оттогава започва производството на първите в света персонални компютри Apple. Историята на генерирането на компютри отбелязва това събитие като най-важно.

В момента Apple се занимава с издаването на персонални компютри Macintosh, които за повечето параметри надвишават типовете компютри IBM PC.

Компютър в Русия

В нашата страна се използват предимно типове компютри IBM PC. Този момент се обяснява със следните причини:

1. До началото на 90-те години на миналия век Съединените щати не позволиха на Съветския съюз да доставят съвременни информационни технологии, които да включват мощни компютри Macintosh.
2. Устройствата Macintosh бяха много по-скъпи от IBM PC (в момента те имат еднаква цена).
3. IBM PC е разработил множество програми за приложение и това улеснява използването им в най-различни области.

Петият вид компютърно поколение

В края През 80-те години историята на развитието на компютъра (компютърно поколение) бележи нов етап - появяват се машини от пето поколение. Появата на тези устройства е свързана с преходи към микропроцесори. От гледна точка на структурните конструкции е характерна максималната децентрализация на контролите, когато става дума за софтуер и математически софтуер - преходи за работа в софтуерната сфера и черупката.

Представянето на компютрите от пето поколение - 10 ⁸ –10 ⁹ операции в секунда. Този тип агрегат се характеризира с многопроцесорна структура, която се създава на микропроцесори с опростени типове, които използват множествено число (поле за решение или среда). Разработени видове електронни изчислителни машини, които са фокусирани върху високо ниво на езиците.

През този период съществуват две противоположни функции: персонализация и колективизация на ресурсите (колективен достъп до мрежата).

Заради тип операционна система което осигурява простота на комуникация с електронни компютри от пето поколение, огромна база от приложни програми от различни сфери на човешката дейност, както и ниски цени на компютрите стават незаменим актив за инженери, изследователи, икономисти, лекари, агрономи, учители, редактори, секретари и дори деца.

Развитие днес

Около шестата и по-новите поколения на развитието на компютрите може само да мечтаят досега. Те включват неврокомпютри (видове компютри, които са базирани на мрежи от невронни тип). Те все още не могат да съществуват самостоятелно, но активно се моделират на компютри от съвременния тип.