Развитие вычислительной техники

Транзисторы. ЭВМ 2-го поколения.

  Элементной базой второго поколения стали полупроводники. Без сомнения,

транзисторы можно считать одним из наиболее впечатляющих чудес XX века.

      Патент на открытие транзистора  был выдан в 1948  году  американцам   Д.

Бардину и У.Браттейну, а через восемь лет они вместе с теоретиком  В.  Шокли стали  лауреатами  Нобелевской премии.  Скорости  переключения  уже первых транзисторных  элементов  оказались  в  сотни  раз   выше,   чем   ламповых, надежность и экономичность – тоже. Впервые стала широко  применяться  память на ферритовых  сердечниках  и  тонких  магнитных  пленках,  были  опробованы индуктивные элементы – параметроны.

Первая бортовая ЭВМ  для  установки  на  межконтинентальной  ракете  –

«Атлас» –  была  введена  в  эксплуатацию  в  США  в  1955  году.

В  1961  году  наземные  компьютеры  «стретч»  фирмы   «Бэрроуз»   управляли космическими полетами ракет  «Атлас»,  а  машины  фирмы  IBM  контролировали полет  астронавта  Гордона  Купера.  Под  контролем  ЭВМ  проходили   полеты беспилотных кораблей типа «Рейнджер» к Луне в 1964  году,  а  также  корабля «Маринер» к Марсу. Аналогичные функции выполняли и советские компьютеры.

В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные  головки  на

воздушной подушке. Изобретение их  позволило  создать  новый  тип  памяти  – дисковые запоминающие устройства, значимость которых была  в полной  мере оценена в последующие десятилетия развития  вычислительной  техники.  Первые запоминающие устройства на дисках появились в машинах      IBM-305 и  RAMAC.

В Советском  Союзе  первые  безламповые  машины  «Сетунь»,  «Раздан»  и

«Раздан-2»  были  созданы  в  1959-1961  годах.  В  60-х   годах   советские

конструкторы  разработали  около  30  моделей   транзисторных   компьютеров, большинство которых стали выпускаться серийно.  Наиболее  мощный  из  них  – «Минск-32» выполнял 65 тысяч операций в секунду. Появились  целые  семейства машин: «Урал», «Минск», БЭСМ.

      Рекордсменом  среди  ЭВМ   второго  поколения  стала   БЭСМ-6,   имевшая быстродействие  около  миллиона  операций  в  секунду  –   одна   из   самых производительных в мире. Архитектура и многие  технические  решения  в  этом компьютере были настолько прогрессивными и опережающими свое время,  что  он успешно использовался почти до нашего времени.

      Специально  для  автоматизации   инженерных   расчетов   в   Институте

кибернетики Академии наук УССР  под  руководством  академика  В.М.  Глушкова были разработаны компьютеры МИР (1966) и МИР-2 (1969).  Важной  особенностью машины МИР-2 явилось использование  телевизионного  экрана  для  визуального контроля  информации  и  светового  пера,  с  помощью  которого  можно  было корректировать данные прямо на экране.

      Построение таких систем, имевших   в  своем  составе  около  100  тысяч

переключательных  элементов, было бы просто невозможным  на  основе  ламповой техники.  Таким образом второе  поколение рождалось в недрах   первого, перенимая многие его черты. Однако к  середине  60-х  годов  бум  в  области транзисторного производства достиг максимума –  произошло  насыщение  рынка.

Дело в том, что сборка электронного оборудования представляла  собой  весьма трудоемкий и медленный  процесс,  который  плохо  поддавался  механизации  и автоматизации.  Таким  образом,  созрели  условия  для  перехода   к   новой технологии, которая позволила бы приспособиться к  растущей  сложности  схем путем исключения традиционных соединений между их элементами. 

                           Интегральные схемы. ЭВМ 3-го поколения

     Приоритет в изобретении интегральных схем,  ставших  элементной  базой ЭВМ третьего поколения,  принадлежит  американским  ученым         Д.  Килби  и  Р. Нойсу, сделавшим это открытие независимо  друг  от  друга.  Массовый  выпуск интегральных схем начался в 1962 году, а в 1964 начал быстро  осуществляться переход от дискретных элементов к  интегральным.  Упоминавшийся  выше  ЭНИАК размерами 9 на15 метров в 1971 году мог бы  быть  собран  на  пластине  в 1,5 квадратных    сантиметра.    Началось    перевоплощение    электроники     в микроэлектронику.

      Несмотря на успехи интегральной  техники и появление мини-ЭВМ,  в  60-х годах  продолжали  доминировать  большие  машины.  Таким   образом,   третье поколение компьютеров, зарождаясь внутри второго,  постепенно  вырастало  из него.

     В СССР первой серийной ЭВМ на интегральных схемах была машина  «Наири-3», появившаяся в 1970 году. Со второй половины 60-х годов Советский Союз совместно со странами СЭВ приступил  к  разработке  семейства  универсальных машин,  аналогичного  системе  ibm-360.  В  1972  году   началось   серийное производство стартовой, наименее мощной модели  Единой  Системы  –  ЭВМ  ЕС-1010, а еще через год – пяти других моделей. Их быстродействие находилась  в пределах от десяти тысяч (ЕС-1010) до двух миллионов  (ЕС-1060)  операций  в секунду.

        В рамках третьего поколения в США  была  построена уникальная  машина «ИЛЛИАК-4»,  в  составе  которой  в  первоначальном  варианте  планировалось использовать 256  устройств  обработки  данных,  выполненных  на  монолитных интегральных схемах. Позднее проект  был  изменен,  из-за  довольно  высокой стоимости  (более  16  миллионов  долларов).  Число   процессоров   пришлось сократить до 64, а также перейти к  интегральным  схемам  с  малой  степенью интеграции.  Сокращенный  вариант  проекта  был  завершен   в   1972   году, номинальное быстродействие «ИЛЛИАК-4» составило  200  миллионов  операций  в секунду. Почти год этот компьютер был рекордсменом в скорости вычислений.

      Именно в  период  развития  третьего  поколения  возникла  чрезвычайно

мощная индустрия  вычислительной техники, которая начала выпускать в  больших количествах ЭВМ для массового коммерческого применения. Компьютеры все  чаще стали  включаться  в   информационные   системы   или   системы   управления производствами. Они  выступили  в  качестве  очевидного  рычага  современной промышленной революции. 

Сверхбольшие  интегральные схемы (СБИС). ЭВМ 4-го поколения

    Начало 70-х годов знаменует переход к компьютерам четвертого поколения – на сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Другим  признаком ЭВМ нового поколения являются резкие изменения в архитектуре.

Техника четвертого поколения породила качественно  новый элемент ЭВМ  –

микропроцессор.  В  1971  году  пришли   к   идее   ограничить   возможности

процессора, заложив  в него небольшой набор операций, микропрограммы  которых должны быть заранее  введены  в  постоянную  память.  Оценки  показали,  что применение  постоянного  запоминающего  устройства  в  16  килобит  позволит исключить   100-200   обычных   интегральных   схем.

К  середине  70-х  годов  положение  на  компьютерном  рынке  резко  и

непредвиденно стало изменяться.  Четко  выделились  две  концепции  развития ЭВМ.  Воплощением  первой  концепции  стали  суперкомпьютеры,  а  второй   – персональные ЭВМ.  

      Из  больших   компьютеров   четвертого   поколения   на   сверхбольших

интегральных  схемах  особенно  выделялись  американские  машины  «Крей-1»  и «Крей-2», а также советские модели  «Эльбрус-1»  и  «Эльбрус-2».  Первые  их образцы появились примерно в одно и то же время  –  в  1976  году.  Все  они относятся к категории суперкомпьютеров, так как имеют  предельно достижимые для своего времени характеристики и очень высокую стоимость.

Многопроцессорные  ЭВМ,  в  связи  с   громадным   быстродействием   и

особенностями архитектуры, используются для решения  ряда  уникальных  задач гидродинамики, аэродинамики, долгосрочного прогноза погоды и т.п.  Наряду  с суперкомпьютерами в состав четвертого поколения  входят  многие  типы  мини- ЭВМ, также опирающиеся  на  элементную  базу  из  сверхбольших  интегральных схем.

В  машинах  четвертого  поколения  сделан  отход  от  архитектуры  фон

Неймана,  которая  была  ведущим  признаком  подавляющего  большинства  всех предыдущих компьютеров.

      Многопроцессорные  ЭВМ,  в   связи  с   громадным   быстродействием   и

особенностями архитектуры, используются для решения  ряда  уникальных  задач гидродинамики, аэродинамики, долгосрочного прогноза погоды и т.п.  Наряду  с суперкомпьютерами в состав четвертого поколения  входят  многие  типы  мини-ЭВМ, также опирающиеся  на  элементную  базу  из  сверхбольших  интегральных схем. 

                                      ЭВМ 5-го поколения

   ЭВМ 4-го поколения  не  получили  широкого  распространения  из-за  своей специфики.  Это  явилось  стимулом  для  разработки  ЭВМ 5-го  поколения,  при разработке  которых  ставились  совершенно   другие   задачи,   нежели   при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ 1-4  поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности  в  области  числовых расчётов,  достижение  большой  ёмкости  памяти,   то   основными   задачами разработчиков ЭВМ 5-го поколения являлось  создание  искусственного  интеллекта машины (возможность делать  логические  выводы  из  представленных  фактов),

возможность  ввода  информации  в   ЭВМ   при   помощи   голоса,   различных изображений. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже  тем,  кто не  обладает  специальных  знаний  в  этой  области.  ЭВМ  будет  помощником человеку во всех областях. Проект  семейства ЭВМ 5  поколения объединяет  16  процессоров.  Это позволит достичь быстродействия в 160(106 операций в секунду). 

Роль  вычислительной техники  в жизни человека.

    Современные  вычислительные  машины   представляют   одно   из   самых

значительных  достижений человеческой мысли,  влияние которого  на  развитие научно-технического прогресса трудно  переоценить.  Область  применения  ЭВМ огромна и непрерывно расширяется.

Даже 30 лет назад  было только около  2000  различных  сфер  применения

микропроцессорной техники. Это управление производством (16%),  транспорт  и связь (17%), информационно-вычислительная  техника  (12%),  военная  техника (9%),  бытовая техника (3%),  обучение  (2%),  авиация и космос   (15%), медицина (4%), научное исследование,  коммунальное  и  городское  хозяйство, банковский учёт, метрология, и другие области. 

Заключение.

   Для многих мир без компьютера – далекая  история,  примерно  такая  же

далекая, как  открытие Америки или  Октябрьская  революция.  Но  каждый  раз, включая компьютер,  невозможно  перестать  удивляться  человеческому  гению, создавшему это чудо.

      Современные  персональные  IВМ  РС-совместимые   компьютеры   являются наиболее  широко  используемым  видом  компьютеров,  их  мощность  постоянно увеличивается,  а  область применения  расширяется.  Эти компьютеры  могут объединяться в сети, что позволяет десяткам  и  сотням  пользователей  легко обмениваться информацией  и  одновременно  получать  доступ  к  общим  базам данных. Средства электронной почты  позволяют  пользователям  компьютеров  с помощью обычной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные  сообщения в другие города и страны и получать информацию  из  крупных  банков  данных.

Глобальная система  электронной связи Intеrnеt обеспечивает за крайне  низкую цену возможность оперативного получения информации из всех  уголков  земного шара, предоставляет возможности голосовой и  факсимильной  связи,  облегчает создание внутрикорпоративных сетей передачи  информации  для  фирм,  имеющих отделения в разных городах и странах.

      Однако возможности  IВМ  РС-совместимых  персональных  компьютеров по обработке  информации  все  же  ограничены,  и  не  во  всех  ситуациях   их

применение оправдано. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

   1. Озерцовский С. «Микропроцессоры Intel: от 4004 до Pentium Pro», журнал Computer Week #41 – 1996г.

   2. Фролов  А.В.,Фролов Г.В. «Аппаратное обеспечение  IBM PC» – М.: ДИАЛОГ- МИФИ, 1992г.

   3. Фигурнов  В.Э. «IBM PC для пользователя» –  М.: «Инфра-М», 1995г.

   4. Фигурнов В.Э. «IBM PC для пользователя. Краткий курс» – М.: 1999г.