Первое поколение ЭВМ (1948–1958) создавалось на основе вакуумных электроламп, машина управлялась с пульта и перфокарт с использованием машинных кодов. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы.
Третье поколение ЭВМ (1968–1973). Элементная база ЭВМ – малые интегральные схемы (МИС), содержавшие на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ и резко снизить цены на аппаратное обеспечение. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличенное быстродействие, повышенную надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.
Четвертое поколение ЭВМ (1974–1982). Элементная база ЭВМ – большие интегральные схемы (БИС). Наиболее яркие представители четвертого поколения ЭВМ – персональные компьютеры (ПК). Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с применением языков высокого уровня.
Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что привело к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее ПО. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (ОС) (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека.
Пятое поколение ЭВМ (1990 – настоящее время) создано на основе сверхбольших интегральных схем (СБИС), которые отличаются колоссальной плотностью размещения логических элементов на кристалле.
В соответствии с [5] основную концепцию ЭВМ пятого поколения можно сформулировать следующим образом:
– компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы;
– компьютеры с многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы.
Предполагалось, что к 1991 г . будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта, т. е. для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется.
В работе [6] проект пятого поколения ЭВМ, опубликованный в начале 80-х гг. ХХ столетия в Японии, рассмотрен более подробно.
Основная идея этого проекта – сделать общение конечного пользователя с компьютером максимально простым, подобным общению с любым бытовым прибором. Для решения поставленной задачи предлагались следующие направления.
– разработка простого интерфейса, позволяющего конечному пользователю вести диалог с компьютером для решения своих задач. Подобный интерфейс может быть организован двумя способами: естественно-языковым и графическим. Поддержка естественно-языкового диалога – очень сложная и не решенная пока задача. Реальным является создание графического интерфейса, что и сделано в ряде программных продуктов, например, в ОС Windows’xx. Однако разработка доступных интерфейсов решает проблему только наполовину – позволяет конечному пользователю обращаться к заранее спроектированному программному обеспечению, не принимая участия в его разработке;
– привлечение конечного пользователя к проектированию программных продуктов. Это направление позволило бы включить заказчика непосредственно в процесс создания программ, что в конечном итоге сократило бы время разработки программных продуктов и, возможно, повысило бы их качество. Подобная технология предполагает два этапа проектирования программных продуктов:
● программистом создается «пустая» универсальная программная оболочка, способная наполняться конкретными знаниями и с их использованием решать практические задачи. Например, эту оболочку можно было бы заполнить правилами составления квартальных и иных балансов предприятий, и тогда она могла бы решать задачи бухгалтерского учета;
● конечный пользователь заполняет созданную программистом программную оболочку, вводя в нее знания, носителем которых (в некоторой предметной области) он является. После этого программный продукт готов к эксплуатации.
Шестое и последующие поколения ЭВМ. Электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Деление ЭВМ по временным периодам и номерам поколений, как уже упоминалось, – достаточно условное. Ряд авторов вводят понятие нулевого поколения и существенно иные временные интервалы для поколений.
В табл. 2.1 показана эволюция технологий использования компьютерных систем.
Таблица 2.1
Эволюция компьютерных информационных технологий
Параметр
|
50-е гг. ХХ в.
|
60-е гг. ХХ в.
|
70-е гг. ХХ в.
|
80-е гг. ХХ в.
|
Настоящее время
|
Цель
использования
компьютера (преимущественно)
|
Научно-технические
расчеты
|
Технические
и экономические
расчеты
|
Управление и
экономические
расчеты
|
Управление, предоставление информации
|
Телекоммуникации, информационное
обслуживание и
управление
|
Режим
работы
компьютера
|
Однопрограммный
|
Пакетная
обработка
|
Разделение
времени
|
Персональная работа
|
Сетевая
обработка
|
Интеграция данных
|
Низкая
|
Средняя
|
Высокая
|
Очень
высокая
|
Сверхвысокая
|
Расположение
пользователя
|
Машинный зал
|
Отдельное
помещение
|
Терминальный зал
|
Рабочий стол
|
Произвольное
мобильное
|
Тип
пользователя
|
Инженеры-программисты
|
Профессиональные программисты
|
Программисты
|
Пользователи с общей компьютерной
подготовкой
|
Малообученные пользователи
|
Тип диалога
|
Работа за пультом компьютера
|
Обмен
перфоносителями и машинограммами
|
Интерактивный
(через
клавиатуру и экран)
|
Интерактивный с жестким меню
|
Интерактивный
экранный типа
«вопрос–ответ»
|
Однако несмотря на то, что в стратегическую гонку втянулись ученые большинства развитых стран, заявленная цель до сих пор не реализована по причинам финансовым, техническим и целеполагающим: в настоящее время усилия разработчиков в основном переключены на микропроцессорную технику и развитие сетевых технологий.
Вопрос 1
-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.
В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. Транзисторы В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.
Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС). Микросхемы ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.
Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов. Микропроцессор В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике.
Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ. 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.
ЭВМ пятого поколения будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.
1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах. 2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах. 3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС). 4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС). Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом.
Вопрос 2
Совместное использование шины для памяти программ и памяти данных приводит к узкому месту архитектуры фон Неймана, а именно ограничению пропускной способности между процессором и памятью по сравнению с объёмом памяти. Из-за того, что память программ и память данных не могут быть доступны в одно и то же время, пропускная способность является значительно меньшей, чем скорость, с которой процессор может работать. Это серьёзно ограничивает эффективное быстродействие при использовании процессоров, необходимых для выполнения минимальной обработки на больших объёмах данных. Процессор постоянно вынужден ждать необходимых данных, которые будут переданы в память или из памяти. Так как скорость процессора и объём памяти увеличивались гораздо быстрее, чем пропускная способность между ними, узкое место стало большой проблемой, серьёзность которой возрастает с каждым новым поколением процессоров.
Вопрос 3
Размещение на одной микросхеме нескольких транзисторов позволило реализовать мультипрограммный режим работы.
Вопрос 4
Первые операционные системы отвечали за эффективное размещение и использование ресурсов ЭВМ. Первая из них, универсальная операционная система называлась DOS, предназначенная для малых и средних ЭВМ, позже была выпущена операционная система OS/360 — для больших.
Вопрос 5
В конце 1960-х годов начинается выпуск выпуск серии ЭВМ PDP американской фирмы DEC. Это малые ЭВМ, способные работать в режиме реального времени и благодаря этому управлять работой различных технических устройств. Поэтому их еще называют управляющими машинами. Архитектура - общая шина (информационная магистраль, к которой подключают процессор, память и контроллеры внешних устройств).
Вопрос 6
В 4 поколении ЭВМ были созданы компьютеры фирмы IBM и компьютеры фирмы Apple, имеющие шины расширения.
Вопрос 7
Суперкомпьютер – это вычислительная машина, которая по своим техническим характеристикам многократно превосходит большинство компьютеров.Суперкомпьютеры позволяют производить множество сложных расчетов в короткий промежуток времени. Их производительность измеряется в такой единице, как флопс – она показывает, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная система. Для более ясного понимания мощности и уровня производительности супер-ЭВМ можно привести такой пример: система Intel ASCI RED, построенная по заказу Министерства энергетики США, работает с общей производительностью 3200 миллиардов операций в секунду.
Вопрос 8
В отличие от мультипроцессоров построить мультикомпьютерную систему относительно несложно. Каждый процессор напрямую связан со своей локальной памятью. Единственная оставшаяся проблема — это общение процессоров между собой. Понятно, что и тут необходима какая-то схема соединения, но поскольку нас интересует только связь между процессорами, объем трафика будет на несколько порядков ниже, чем при использовании сети для поддержания трафика между процессорами и памятью.
В конце 1960-х годов начинается выпуск выпуск серии ЭВМ PDP американской фирмы DEC. Это малые ЭВМ, способные работать в режиме реального времени и благодаря этому управлять работой различных технических устройств. Поэтому их еще называют управляющими машинами. Архитектура - общая шина (информационная магистраль, к которой подключают процессор, память и контроллеры внешних устройств).
Вопрос 6
В 4 поколении ЭВМ были созданы компьютеры фирмы IBM и компьютеры фирмы Apple, имеющие шины расширения.
Вопрос 7
Суперкомпьютер – это вычислительная машина, которая по своим техническим характеристикам многократно превосходит большинство компьютеров.Суперкомпьютеры позволяют производить множество сложных расчетов в короткий промежуток времени. Их производительность измеряется в такой единице, как флопс – она показывает, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная система. Для более ясного понимания мощности и уровня производительности супер-ЭВМ можно привести такой пример: система Intel ASCI RED, построенная по заказу Министерства энергетики США, работает с общей производительностью 3200 миллиардов операций в секунду.
Вопрос 8
В отличие от мультипроцессоров построить мультикомпьютерную систему относительно несложно. Каждый процессор напрямую связан со своей локальной памятью. Единственная оставшаяся проблема — это общение процессоров между собой. Понятно, что и тут необходима какая-то схема соединения, но поскольку нас интересует только связь между процессорами, объем трафика будет на несколько порядков ниже, чем при использовании сети для поддержания трафика между процессорами и памятью.
Сначала мы рассмотрим гомогенные мультикомпьютерные системы. В этих системах, известных под названием системных сетей (System Area Networks, SAN), узлы монтируются в большой стойке и соединяются единой, обычно высокоскоростной сетью. Как и в предыдущем случае, нам придется выбирать между системами на основе шинной архитектуры и системами на основе коммутации.
В мультикомпьютерных системах с шинной архитектурой процессоры соединяются при помощи разделяемой сети множественного доступа, например FastEthernet. Скорость передачи данных в сети обычно равна 100 Мбит/с. Как и в случае мультипроцессоров с шинной архитектурой, мультикомпьютерные системы с шинной архитектурой имеют ограниченную масштабируемость. В зависимости от того, сколько узлов в действительности нуждаются в обмене данными, обычно не следует ожидать высокой производительности при превышении системой предела в 25—100 узлов.
