История развития вычислительной техники

     В 1959 г. IBM выпустила коммерческую машину на транзисторах IBM 1401. Она была поставлена более чем в 10 тыс. экземплярах. В том же году IBM создала свой первый большой компьютер (мэйнфрейм) модели IBM 7090, полностью выполненный на базе транзисторов, с быстродействием 229 тыс. операций в секунду, а в 1961 г. разработала модель IBM 7030 для ядерной лаборатории США в Лос-Аламосе.

     Ярким представителем отечественных ЭВМ II поколения стала большая электронная суммирующая машина БЭСМ-6, разработанная С.А. Лебедевым и его коллегами (рис. 1.8). Для компьютеров этого поколения характерно использование языков программирования высокого уровня, которые получили свое развитие в компьютерах следующего поколения. Транзисторные машины II поколения заняли всего лишь пять лет в биографии ЭВМ.

 Рис. 1.8. БЭСМ-6

     III поколение компьютеров. В 1959 г. инженеры фирмы Texas Instruments разработали способ размещения нескольких транзисторов и других элементов на одной основе (или подложке) и соединения этих транзисторов без использования проводников. Так родилась интегральная схема (ИС, или чип). Первая интегральная схема содержала всего шесть транзисторов. Теперь компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции. Появились операционные системы, которые стали брать на себя задачи управления памятью, устройствами ввода-вывода и другими ресурсами.

     В апреле 1964 г. IBM анонсировала System 360 - первое семейство универсальных программно-совместимых компьютеров и периферийного оборудования. Элементной базой семейства System 360 были выбраны гибридные микросхемы, благодаря чему новые модели стали считать машинами III поколения (рис. 1.9).

Рис. 1.9. ЭВМ III поколения  IBM

     При создании семейства System 360 IBM в последний раз позволила себе роскошь выпускать компьютеры, несовместимые с предыдущими. Экономичность, универсальность и небольшие габариты компьютеров этого поколения быстро расширила сферу их применения - управление, передача данных, автоматизация научных экспериментов и т. д. В рамках этого поколения в 1971 г. был разработан первый микропроцессор как неожиданный результат работы фирмы Intel над созданием микрокалькуляторов. (Заметим, кстати, что микрокалькуляторы и в наше время прекрасно уживаются со своими «братьями по крови» - персональными компьютерами.)

     IV поколение компьютеров. Этот этап в развитии вычислительной техники связан с разработкой больших и сверхбольших интегральных микросхем. В компьютерах IV поколения стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью несколько мегабайт.

     Четырехразрядный микропроцессор Intel 8004 был разработан в 1971 г. В следующем году был выпущен восьмиразрядный процессор, а в 1973 г. фирма Intel выпустила процессор 8080, который был в 10 раз быстрее, чем 8008, и мог адресовать 64 Кбайт памяти. Это был один из самых серьезных шагов по пути к созданию современных персональных компьютеров. Фирма IBM выпустила свой первый персональный компьютер в 1975 г. Модель 5100 имела 16 Кбайт памяти, встроенный интерпретатор языка BASIC и встроенный кассетный лентопротяжный механизм, который использовался в качестве запоминающего устройства. Дебют IBM PC состоялся в 1981 г. В этот день новый стандарт занял свое место в компьютерной индустрии. Для этого семейства было написано большое количество различных программ. Новая модификация получила название «расширенного» (IBM PC-XT) (рис. 1.10).

 Рис. 1.10. Персональная ЭВМ IBM PC-XT 

     Производители отказались от использования магнитофона в качестве накопителя информации, добавили второй привод для гибких дисков, а в качестве основного устройства для сохранения данных и программ использовался жесткий диск емкостью 20 МБ. Модель базировалась на использовании микропроцессора - Intel 8088. Вследствие естественного прогресса в области разработки и производства микропроцессорной техники фирма Intel - постоянный партнер IBM - освоила выпуск новой серии процессоров - Intel 80286. Соответственно, появилась и новая модель IBM РС. Она получила название IBM PC-AT. Следующий этап - разработка микропроцессоров Intel 80386 и Intel 80486, которые еще можно встретить и в наши дни. Затем были разработаны процессоры Pentium, которые и являются самыми популярными процессорами на сегодняшний день.

     V поколение компьютеров. В 90-х годах XX в. огромное внимание стало уделяться не столько повышению технических характеристик компьютеров, сколько их «интеллектуальности», открытой архитектуре и возможностям объединения в сети. Внимание акцентируется на разработке баз знаний, дружественного интерфейса с пользователем, графических средств представления информации и разработке средств макропрограммирования. Четких определений этого этапа развития средств ВТ нет, поскольку элементная база, на которой основывается данная классификация, осталась прежней - ясно, что все компьютеры, выпускаемые в настоящее время, можно отнести к V поколению. 

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРОВ

     Компьютеры  могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности по принципу действия, назначению, способам организации вычислительного процесса, размерам и вычислительной мощности, функциональным возможностям и др.

     По  принципу действия компьютеры можно  разделить на две большие категории: аналоговые и цифровые.

     Аналоговые  компьютеры (аналоговые вычислительные машины - АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия (рис. 1.11).

 Рис. 1.11. Аналоговая вычислительная машина 

     Они работают с информацией, представленной в аналоговой форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины. Существуют устройства, в которых вычислительные операции выполняются с помощью гидравлических и пневматических элементов. Однако наибольшее распространение получили электронные АВМ, в которых машинными переменными служат электрические напряжения и токи.

     Работа  АВМ основана на общности законов, описывающих  процессы различной природы. Например, колебания маятника подчиняются  тем же законам, что и изменения  напряженности электрического поля в колебательном контуре. И вместо того чтобы изучать реальный маятник, можно изучать его поведение на модели, реализованной на аналоговой вычислительной машине. Мало того, на этой модели можно изучать и некоторые биологические и химические процессы, подчиняющиеся тем же законам.                        

     Основными элементами таких машин являются усилители, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, между которыми могут устанавливаться соединения, отражающие условия той или иной задачи. Программирование задач осуществляется путем набора элементов на наборном поле. На АВМ наиболее эффективно решаются математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики. Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами.

     В 40 - 50-х годах XX в. электронные аналоговые вычислительные машины создавали серьезную конкуренцию только что появившимся компьютерам. Основными их достоинствами являлись высокое быстродействие (соизмеримое со скоростью прохождения электрического сигнала по цепи), наглядность представления результатов моделирования.

     Среди недостатков можно отметить невысокую  точность вычислений, ограниченность круга решаемых задач, ручную установку параметров задачи. В настоящее время АВМ используются лишь в очень ограниченных областях - для учебных и демонстрационных целей, научных исследований. В практике повседневной жизни они не используются.

     Цифровые  компьютеры (электронные вычислительные машины - ЭВМ) основаны на дискретной логике «да-нет», «ноль-единица». Все операции производятся компьютером в соответствии с заранее составленной программой. Скорость вычислений определяется тактовой частотой системы.

     По  этапам создания и элементной базе цифровые компьютеры условно подразделяются на пять поколений:

     I поколение (1950-е гг.) - ЭВМ на электронных вакуумных 
лампах;

     II поколение (1960-е гг.) - ЭВМ на полупроводниковых элементах (транзисторах);

     III поколение (1970-е гг.) - ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенями интеграции (десятки и сотни транзисторов в одном корпусе);

     VI поколение (1980-е гг.) - ЭВМ на больших и сверхбольших 
интегральных схемах - микропроцессорах (миллионы транзисторов в одном кристалле);

     V поколение (1990-е гг. - по настоящее время) - суперкомпьютеры с тысячами параллельно работающих микропроцессоров, 
позволяющих строить эффективные системы обработки огромных 
массивов информации; персональные ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах и дружественных интерфейсах с пользователем, что 
определяет их внедрение практически во все сферы деятельности 
человека. Сетевые технологии позволяют объединить пользователей ЭВМ в единое информационное общество.

По вычислительной мощности в 70 - 80-х годах XX в. сложилась следующая систематика ЭВМ.

     Суперкомпьютеры - это ЭВМ, обладающие максимальными возможностями в плане быстродействия и объема вычислений. Используются для решения задач национального и общечеловеческого масштабов - национальная безопасность, исследования в области биологии и медицины, моделирование поведения больших систем, прогноз погоды и т.д. (рис. 1.12).

 Рис. 1.12. Суперкомпьютер CRAY 2

     Большие ЭВМ (мэйнфреймы) - компьютеры, которые используются в крупных научных центрах и университетах для проведения исследований, в корпоративных системах - банках, страховых, торговых учреждениях, на транспорте, в информационных агентствах и издательствах. Мэйнфреймы объединяются в крупные вычислительные сети и обслуживают сотни и тысячи терминалов - машин, на которых непосредственно работают пользователи и клиенты.

     Мини-компьютеры - это специализированные ЭВМ, которые используются для выполнения определенного вида работ, требующих относительно больших вычислительных мощностей: графика, инженерные расчеты, работа с видео, верстка полиграфических изданий и т.п.

     Микрокомпьютеры - это самый многочисленный и многоликий класс ЭВМ, основу которого составляют персональные компьютеры, в настоящее время использующиеся практически во всех отраслях человеческой деятельности. Миллионы людей используют их в своей профессиональной деятельности для взаимодействия через Интернет, развлечения и отдыха.

     В последние годы сложилась систематика, отражающая разнообразие и особенности большого класса компьютеров, на которых работают непосредственные пользователи. Эти компьютеры различаются вычислительной мощностью, системным и прикладным программным обеспечением, набором периферийных устройств, интерфейсом с пользователем и, как следствие, размерами и ценой. Однако все они построены на общих принципах и единой элементной базе, обладают высокой степенью совместимости, общими интерфейсами и протоколами обмена данными между собой и сетями. Основу этого класса машин составляют персональные компьютеры, которые в приведенной выше систематике соответствуют классу микроЭВМ.

     Такая систематика, как и любая другая, достаточно условна; поскольку четкой границы между различными классами компьютеров провести невозможно, появляются модели, которые трудно отнести к определенному классу. И тем не менее она в общих чертах отражает существующее в настоящее время разнообразие вычислительных устройств.

     Серверы (от англ. serve - «обслуживать», «управлять») - многопользовательские мощные ЭВМ, обеспечивающие функционирование вычислительных сетей (рис. 1.13).

 Рис. 1.13. Сервер S 390 

     Они служат для обработки запросов от всех рабочих станций, подключенных к сети. Сервер предоставляет доступ к общим сетевым ресурсам - вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам - и распределяет эти ресурсы между пользователями. В любом учреждении персональные компьютеры объединяются в локальную сеть - это позволяет обеспечить обмен данными между компьютерами конечных пользователей и рационально использовать системные и аппаратные ресурсы.

     Дело в том, что подготовка документа на компьютере (будь то счет на товар или научный отчет) занимает значительно больше времени, чем его печать. Гораздо выгоднее иметь один мощный сетевой принтер на несколько компьютеров, а распределением очереди на печать будет заниматься сервер. Если компьютеры объединены в локальную сеть, удобно иметь на сервере единую базу данных - прайс-лист всех товаров магазина, план работы научного учреждения и т.д. Кроме того, сервер обеспечивает общий выход в Интернет для всех рабочих станций, разграничивает доступ к информации различных категорий пользователей, устанавливает приоритеты доступа к общим сетевым ресурсам, ведет статистику пользования Интернетом, контроль за работой конечных пользователей и т.д.