Четвертое поколение ЭВМ: история создания
Датой начала IV поколения электронных вычислительных машин считается 1971 год. Элементной базой компьютеров этого периода стали микропроцессоры.
Микропроцессор — это сверхбольшая интегральная система. Устройство работает по программе, заложенной в памяти. По своим возможностям микропроцессор может заменить функционал процессора.
Микрокомпьютеры появилась благодаря соединению микропроцессора, устройства ввода-вывода и внешнего запоминающего устройства. Быстродействие ЭВМ данного периода достигало 100 млн. операций в секунду.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут
Особенностью машин IV поколения стали небольшие размеры и относительно низкая стоимость. Это стало предпосылкой создания первых персональных компьютеров.
Персональный компьютер — это устройство для работы в однопользовательском режиме с универсальными функциями.
В 1976 году на рынке ЭВМ появился первый ПК молодой американской фирмы Apple. Компьютер, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком назывался Apple-1.
МикроЭВМ компании Apple имели следующие характеристики:
- цветной дисплей;
- мышь в качестве манипулятора;
- удобная клавиатура;
- магнитные и оптические компактные диски.
С появлением ПК спрос на большие компьютеры снизился. Лидер индустрии производства больших ЭВМ — компания IBM — перешел к разработке микрокомпьютеров. В 1981 году фирма выпустила микроЭВМ IBM PC с собственной операционной системой от Microsoft. Основой устройства стал 16-разрядный процессор Intel 8088. Компьютер имел монохромный текстовый дисплей, два дисковода для дискет на 160 килобайт. Объем оперативной памяти IBM PC — 64 Кбайта. Открытая архитектура данной модели стала эталоном на международном рынке профессиональных персональных компьютеров.
В 1984 году корпорация Apple выпустила первую модель серии Macintosh. ПК данного семейства имели широкое применение в сфере образования США.
К четвертому поколению электронных вычислительных машин также относятся так называемые суперЭВМ. Компьютеры данного вида характеризуются производительностью до миллиардов операций в секунду. Первые суперкомпьютеры: ILLIAC-4, CRAY, CYBER. К ЭВМ этого класса относится отечественный многопроцессорный комплекс «Эльбрус».
Второе поколение: транзисторы (конец 1950-х — середина 1960-х)
Когда 1950-е перешли в 1960-е, в вычислительном ландшафте произошел заметный сдвиг. Эта эпоха преобразований представила второе поколение компьютеров.
С появлением транзисторов эти элегантные устройства заменили громоздкие электронные лампы и открыли эру повышенной эффективности и доступности вычислительных технологий.
Во втором поколении компьютеров использовались транзисторы, компактные твердотельные устройства, которые заменили энергоемкие электронные лампы первого поколения. Этот переход привел к значительному прогрессу в различных аспектах вычислений, проложив путь к заметному прогрессу.
Ключевая особенность
- Размер: компьютеры на основе транзисторов произвели революцию в вычислительной среде, поскольку они стали значительно меньше и более компактны. Этот прорыв освободил компьютеры от ограничений больших и громоздких комнат.
- Вычислительная мощность. Транзисторы изменили вычисления, позволив компьютерам выполнять вычисления быстрее и значительно улучшив их вычислительные возможности.
- Надежность: Транзисторы, в отличие от электронных ламп, обладают повышенной надежностью и долговечностью. Это значительное улучшение привело к сокращению количества поломок и требований к техническому обслуживанию.
- Энергоэффективность: Транзисторы являются эффективной альтернативой вакуумным лампам. Потребляя значительно меньше энергии, они снижают потребление энергии и выделяют меньше тепла.
- Программирование. В эту эпоху разработка языков программирования высокого уровня, таких как FORTRAN и COBOL, привела к значительным изменениям. Эти языки упростили разработку программного обеспечения и сделали его более доступным для более широкой аудитории.
Значение и наследие
Принятие транзисторов привело к монументальному сдвигу в вычислительной технике. Это повысило общую эффективность компьютеров и проложило путь для разнообразных приложений в различных областях. Это ключевое поколение подготовило почву для разработки меньших по размеру, более универсальных и коммерчески жизнеспособных компьютеров.
Однако ограничения транзисторов в конечном итоге привели к третьему поколению компьютеров, чему способствовало появление интегральных схем (ИС).
Направления развития компьютеров
Нейрокомпьютеры можно отнести к шестому поколению ЭВМ. Несмотря на то, что реальное применение нейросетей началось относительно недавно, нейрокомпьютингу как научному направлению пошел седьмой десяток лет, а первый нейрокомпьютер был построен в 1958 году. Разработчиком машины был Фрэнк Розенблатт, который подарил своему детищу имя Mark I.
Теория нейронных сетей впервые была обозначена в работе МакКаллока и Питтса в 1943 г.: любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети. Интерес к нейрокомпьютингу снова вспыхнул в начале 80-х годов и был подогрет новыми работами с многослойным перцептроном и параллельными вычислениями.
Нейрокомпьютеры — это ПК, состоящих из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов, которые называют нейронами. Нейроны образуют так называемые нейросети. Высокое быстродействие нейрокомпьютеров достигается именно за счет огромного количества нейронов. Нейрокомпьютеры построены по биологическим принципу: нервная система человека состоит из отдельных клеток — нейронов, количество которых в мозгу достигает 1012, при том, что время срабатывания нейрона — 3 мс. Каждый нейрон выполняет достаточно простые функции, но так как он связан в среднем с 1 — 10 тыс. других нейронов, такой коллектив успешно обеспечивает работу человеческого мозга.
Представитель VI-го поколения ЭВМ — Mark I
В оптоэлектронных компьютерах носителем информации является световой поток. Электрические сигналы преобразуются в оптические и обратно. Оптическое излучение в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:
- Световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;
- Световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;
- Взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, что дает новые степени свободы в организации связи и создания параллельных архитектур.
В настоящее время ведутся разработки по созданию компьютеров полностью состящих из оптических устройств обработки информации. Сегодня это направление является наиболее интересным.
Оптический компьютер имеет невиданную производительность и совсем другую, чем электронный компьютер, архитектуру: за 1 такт продолжительностью менее 1 наносекунды (это соответствует тактовой частоте более 1000 МГц) в оптическом компьютере возможна обработка массива данных около 1 мегабайта и больше. К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических компьютеров.
Оптический компьютер размером с ноутбук может дать пользователю возможность разместить в нем едва ли не всю информацию о мире, при этом компьютер сможет решать задачи любой сложности.
Биологические компьютеры — это обычные ПК, только основанные на ДНК-вычислений. Реально показательных работ в этой области так мало, что говорить о существенных результатах не приходится.
Молекулярные компьютеры — это ПК, принцип действия которых основан на использовании изменении свойств молекул в процессе фотосинтеза. В процессе фотосинтеза молекула принимает различные состояния, так что ученым остается только присвоить определенные логические значения каждом состояния, то есть «0» или «1». Используя определенные молекулы, ученые определили, что их фотоцикл состоит всего из двух состояний, «переключать» которые можно изменяя кислотно-щелочной баланс среды. Последнее очень легко сделать с помощью электрического сигнала. Современные технологии уже позволяют создавать целые цепочки молекул, организованные подобным образом. Таким образом, очень даже возможно, что и молекулярные компьютеры ждут нас «не за горами».
История развития компьютеров еще не закончена, помимо совершенствования старых, идет и разработка совершенно новых технологий. Пример тому квантовые компьютеры — устройства, работающие на основе квантовой механики. Полномасштабный квантовый компьютер — гипотетическое устройство , возможность построения которого связана с серьезным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов; эта работа лежит на передовом крае современной физики. Экспериментальные квантовые компьютеры уже существуют; элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.
Пятое поколение: искусственный интеллект и не только (1990-е – настоящее время)
Пятое поколение компьютеров охватывает период с 1990-х годов по сегодняшний день. Эпоха 1990-х годов ознаменовалась появлением компьютеров пятого поколения. Он представил инновационные, очень сложные концепции, такие как искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО), и объединил их с другими цифровыми технологиями, такими как параллельная обработка, обработка естественного языка (NLP) и т. д.
Это оказало глубокое влияние на современный компьютерный ландшафт ранее непредвиденным образом. Этот этап также изменил взаимодействие человека с машинами и вызвал беспрецедентную волну инноваций во многих отраслях.
Результатом интеграции ИИ и других передовых вычислительных технологий стало появление суперкомпьютеров, высокопроизводительных вычислений и Интернета. И теперь вы можете наслаждаться более быстрыми вычислениями с энергоэффективностью при доступе к Интернету для выполнения различных задач.
Ключевая особенность
- Размер: компьютеры претерпели значительные изменения, став меньше и портативнее. Это привело к повышению доступности технологий как для частных лиц, так и для предприятий.
- Вычислительная мощность. Интеграция искусственного интеллекта и достижений в области аппаратного обеспечения привела к значительному увеличению вычислительной мощности. Эта увеличенная мощность облегчила выполнение сложных расчетов и тщательный анализ данных.
- Память. Объемы хранения значительно увеличились, что позволяет беспрепятственно собирать и анализировать огромные объемы данных.
- Программирование: появились приложения и инструменты на основе ИИ, которые упрощают сложные процессы кодирования и позволяют автоматизировать различные задачи. Наступает эпоха использования таких языков программирования, как Python, Java, C и т. д.
Значение и наследие
Интеграция ИИ в пятое поколение привела к большому технологическому сдвигу в различных отраслях. Это открыло путь для достижений в области машинного обучения, обработки естественного языка и робототехники, изменив как профессиональную, так и личную жизнь.
Итак, вы готовы стать свидетелями разворачивающегося замечательного будущего? Ожидания, связанные с шестым поколением компьютеров, огромны.
История развития компьютерной техники
Потребность в хранении, преобразовании и передачи информации у человека появилась значительно раньше, чем был создан телеграфный аппарат, первая телефонная станция и электронная вычислительная машина (ЭВМ). Фактически весь опыт, все знания, накопленные человечеством, так или иначе, способствовали появлению вычислительной техники. История создания ЭВМ — общее название электронных машин для выполнения вычислений — начинается далеко в прошлом и связана с развитием практически всех сторон жизни и деятельности человека. Сколько существует человеческая цивилизация, столько времени используется определенная автоматизация вычислений.
История развития компьютерной техники насчитывает около пяти десятилетий. За это время сменилось несколько поколений ЭВМ. Каждое следующее поколение отличалось новыми элементами (электронные лампы, транзисторы, интегральные схемы), технология изготовления которых была принципиально иной. В настоящее время существует общепринятая классификация поколений ЭВМ:
- Первое поколение (1946 — начало 50-х гг.). Элементная база — электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах.
- Второе поколение (конец 50-х — начало 60-х гг.). Элементная база — полупроводниковые элементы. Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего поколения практически все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки.
- 3-е поколение (конец 60-х — конец 70-х). Элементная база — интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов.
- Четвёртое поколение (с середины 70-х — конец 80-х). Элементная база — микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.
- Пятое поколение (с середины 80-х гг.). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, которая пока не увенчалась успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.
Вместе со сменой поколений ЭВМ менялся и характер их использования. Если сначала они создавались и использовались в основном для решения вычислительных задач, то в дальнейшем сфера их применения расширилась. Сюда можно отнести обработку информации, автоматизацию управления производственно-технологическими и научными процессами и многое другое.
Принципы работы компьютеров Конрада Цузе
Идея о возможности построения автоматизированного счетного аппарата пришла в голову немецкому инженеру Конраду Цузе ( Konrad Zuse ) и в 1934 г. Цузе сформулировал основные принципы, на которых должны работать будущие компьютеры:
- двоичная система счисления;
- использование устройств, работающих по принципу «да / нет» (логические 1 / 0);
- полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;
- программное управление процессом вычислений;
- поддержка арифметики с плавающей запятой;
- использование памяти большой емкости.
Цузе первым в мире определил, что обработка данных начинается с бита (бит он называл «статусом да / нет», а формулы двоичной алгебры — условными суждениями), первым ввел термин «машинное слово» (Word), первым объединил в вычислители арифметические и логические операции, отметив, что «элементарная операция компьютера — проверка двух двоичных чисел на равенство. Результатом будет тоже двоичное число с двумя значениями (равно, не равно)».
Информационные революции в истории
В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций — преобразований социальных общественных отношений вследствие изменений в области обработки, сохранения и передачи информации.
Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку цивилизации. Появилась возможность передачи знаний от поколений к поколениям.
Вторая (середина XVI в.) революция вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.
Третья (конец XIX в.) революция с открытиями в области электричества, благодаря чему появились телеграф, телефон, радио, устройства, которые позволяют оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.
Четвертая (с семидесятых годов XX в.) революция связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации).
Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:
- переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
- миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
- создание программно-управляемых устройств и процессов.
Этапы развития вычислительной техники
- Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации. Он базировался на использовании пальцев рук и ног. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке- наиболее развитом счетном приборе древности. Аналогом абака на Руси являются дошедшие до наших дней счеты. Использование абака предполагает выполнение вычислений по разрядам, т.е. наличие некоторой позиционной системы счисления. В начале XVII века шотландский математик Дж. Непер ввел логарифмы, что оказало революционное влияние на счет. Изобретенная им логарифмическая линейка более 360 лет прослужив инженерам. Она, несомненно, является венцом вычислительных инструментов ручного периода автоматизации.
- Развитие механики в XVII веке стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический способ вычислений. Вот наиболее значимые результаты, достигнутые на этом пути. 1623 г. — немецкий ученый В.Шиккард описывает и реализует в единственном экземпляре механическую счетную машину, предназначенную для выполнения четырех арифметических операций над шестиразрядными числами. 1642 г. — Б. Паскаль построил восьмиразрядную действующую модель счетной суммирующей машины. 1673 г. — немецкий математик Лейбниц создает первый арифмометр, позволяющий выполнять все четыре арифметических операции. Арифмометры использовались для практических вычислений вплоть до шестидесятых годов XX века. Английский математик Чарльз Бэббидж (Charles Babbage, 1792—1871) выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. Второй проект Бэббиджа — аналитическая машина, использующая принцип программного управления и предназначавшаяся для вычисления любого алгоритма. Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей: склад — память; мельница — арифметическое устройство; устройство управления; устройства ввода/вывода. Одновременно с английским ученым работала леди Ада Лавлейс. Она разработала первые программы для машины, заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.
- Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает около 60 лет — от первого табулятора Г. Холлерита до первой ЭВМ «ENIAC”. 1887 г. — создание Г. Холлеритом в США первого счетно-аналитического комплекса, состоящего из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Одно из наиболее известных его применений — обработка результатов переписи населения в нескольких странах, в том числе и в России. В дальнейшем фирма Холлерита стала одной из четырех фирм, положивших начало известной корпорации IBM. Начало — 30-е годы XX века — разработка счетноаналитических комплексов, на базе которых создаются вычислительные центры. В это же время развиваются аналоговые машины. 1930 г. — В.Буш разрабатывает дифференциальный анализатор, использованный в дальнейшем в военных целях. 1937 г. — Дж. Атанасов, К.Берри создают электронную машину ABC. 1944 г. — Г.Айкен разрабатывает и создает управляемую вычислительную машину MARK-1. В дальнейшем было реализовано еще несколько моделей.1957 г. — последний крупнейший проект релейной вычислительной техники — в СССР создана РВМ-I, которая эксплуатировалась до 1965 г.
- Электронный этап, начало которого связывают с созданием в США в конце 1945 г. электронной вычислительной машины ENIAC. В истории развития ЭВМ принято выделять несколько поколений, каждое из которых имеет свои отличительные признаки и уникальные характеристики. Главное отличие машин разных поколений состоит в элементной базе, логической архитектуре и программном обеспечении, кроме того, они различаются по быстродействию, оперативной памяти, способам ввода и вывода информации и т.д.
Фото: Екатерина Пашкова.
МЭСМ (Малая электронная счётная машина)
В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев предложил проект первой на континенте Европы ЭВМ- Малой электронной счетно-решающей машины (МЭСМ). В 1951г. МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются вычислительные задачи. Машина оперировала с 20 разрядными двоичными кодами с быстродействием 50 операций в секунду, имела оперативную память в 100 ячеек на электронных лампах. Она имеет около 6000 электровакуумных ламп (около 3500 триодов и 2500 диодов), занимает площадь 60 м2, потребляет мощность около 25 кВт.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить
40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Эти дискретные транзисторные логические элементы со временем вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты («БЭСМ-6», «Минск-2″,»Урал-14») и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языко в на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.
Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы, обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.
В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360) на микросхемах, ставших первыми компьютерами третьего поколения.
Происхождение и историячетвертого поколения
Изобретение микропроцессорного чипа привело к появлению компьютеров четвертого поколения. Это привело к развитию микрокомпьютеров или персональных компьютеров.
Первый микропроцессор, получивший название Intel 4004, был разработан американской компанией Intel в 1971 году.
Технология очень крупномасштабной интеграции (СБИС) сделала обычным производство полного ЦП или основной памяти с одной интегральной схемой, массовое производство по очень низкой цене.
Это привело к появлению новых классов машин, таких как персональные компьютеры и высокопроизводительные параллельные процессоры, содержащие тысячи процессоров.
Интеграция
Это поколение узнало о процессах создания интегральных схем, содержащих тысячи транзисторов на одном кристалле.
При крупномасштабной интеграции (LSI) 1000 устройств можно разместить на кристалле, а при очень крупномасштабной интеграции (VLSI) можно разместить 100 000 устройств на кристалле.
С микропроцессором можно было разместить центральный процессор (ЦП) компьютера на одном кристалле. В простых системах весь компьютер может уместиться на одной микросхеме: процессор, основная память и контроллеры ввода / вывода.
Микросхемы обработки используются для ЦП, а микросхемы памяти — для ОЗУ. Однако было возможно разработать процессоры со встроенной памятью или кеш-памятью на одном кристалле.
Первое поколение: Ламповые компьютеры (1940-е – середина 1950-х)
В период с 1940-х по середину 1950-х годов с появлением первого поколения компьютеров произошла важная веха в истории. Эти машины, работающие на электронных лампах, возвестили о начале цифровых вычислений.
Ламповые компьютеры, или компьютеры первого поколения, полагались на хрупкие и громоздкие электронные лампы для обработки и хранения данных. Электронные компоненты контролировали поток электрических сигналов.
Хотя эти машины могут показаться примитивными по сегодняшним меркам, в свое время они были в авангарде технологий.
Ключевая особенность
- Размер: Ламповые компьютеры были огромными. Они занимали целые помещения и требовали специальных систем охлаждения для предотвращения перегрева.
- Вычислительная мощность. Хотя эти компьютеры могут показаться медленными по сегодняшним меркам, они знаменуют собой значительный прогресс в автоматизации вычислений. Это достижение позволило выполнять сложные вычисления, которые раньше были невообразимы.
- Память: на ранних стадиях развития памяти магнитные барабаны и перфокарты использовались для обеспечения базовых возможностей хранения и извлечения данных.
- Программирование: Программирование этих машин было сложной задачей, которая включала физическую перемонтаж цепей. Из-за этого разработка программного обеспечения отнимала много времени.
Значение и наследие
Ламповые компьютеры проложили путь для последующих поколений. Они продемонстрировали потенциал автоматизированных вычислений, несмотря на их размер и ограничения. Эти первые машины продемонстрировали возможности цифровых вычислений, вдохновив исследователей на поиск способов сделать компьютеры более эффективными, компактными и доступными.
Чтобы преодолеть ограничения ламповых компьютеров, такие как их большой размер, сильное тепловыделение и частые сбои, исследователи начали искать альтернативы. Это стремление привело к разработке транзисторов в конце 1950-х годов, что положило начало второму поколению вычислительной техники.