Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.

Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме. В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360. Начиная с ЭВМ 3-го поколения, традиционным стала разработка серийных ЭВМ. К ЭВМ этого поколения также относится "IВМ-370", "Электроника -- 100/25", "Электроника -- 79", "СМ-3", "СМ-4" и др. Невысокое качество электронных комплектующих было слабым местом советских ЭВМ третьего поколения. Отсюда постоянное отставание от западных разработок по быстродействию, весу и габаритам, но, как настаивают разработчики СМ, не по функциональным возможностям. Для того чтобы компенсировать это отставание, разрабатывались спецпроцессоры, позволяющие строить высокопроизводительные системы для частных задач. Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ.

Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. Этому изобретению суждено было произвести в следующем десятилетии настоящую революцию - ведь микропроцессор является сердцем и душой современного персонального компьютера.

Но и это еще не все - поистине, рубеж 60-х и 70-х годов был судьбоносным временем. В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть - что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 году одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир.

Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени).

С 1985., когда появились супербольшие интегральные схемы (СБИС. В кристалле такой схемы может размещаться до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения.

1-ое направление -- создание суперЭВМ - комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы ILLIAS-4, CRAY, CYBER, "Эльбрус-1", "Эльбрус-2" и др. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) "Эльбрус-2" активно использовались в Советском Союзе в областях, требующих большого объема вычислений, прежде всего, в оборонной отрасли. Вычислительные комплексы "Эльбрус-2" эксплуатировались в Центре управления космическими полетами, в ядерных исследовательских центрах. Наконец, именно комплексы "Эльбрус-2" с 1991 года использовались в системе противоракетной обороны и на других военных объектах.

2-ое направление -- дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих машин являются Apple, IBM - PC (XT , AT , PS /2), "Искра", "Электроника", "Мазовия", "Агат", "ЕС-1840", "ЕС-1841" и др.

Начиная с этого поколения ЭВМ стали называть компьютерами.

Благодаря появлению и развитию персональных компьютеров (ПК), вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой "несерьезной" техники. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, не вымерли и продолжают развиваться.

ЭВМ пятого поколения -- это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Предполагается, что их элементной базой будут служить не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.

К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом.

Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.

Современные персональные компьютеры (ПК) в соответствии с принятой классификацией надо отнести к ЭВМ четвертого поколения. Персональные компьютеры появились на рубеже 60 - 70-х годов. Американская фирма Intel разработала первый 4-разрядный микропроцессор (МП) 4004 для калькулятора. Он содержал около тысяч транзисторов и мог выполнять 8000 операций в секунду. Вскоре была выпущена 8-битная версия данного МП, получившая название 8008. Оба МП всерьез восприняты не были, поскольку рассчитывались для конкретных применений. Они относятся к МП первого поколения.

В конце 1973 г. Intel разработала однокристальный 8-разрядный МП 8080, рассчитанный для многоцелевых применений. Он был сразу замечен компьютерной промышленностью и быстро стал "стандартным". По стоимости он был доступен даже для любителей. Одни фирмы начали выпускать МП 8080 по лицензиям, другие - предложили его улучшенные варианты. Так, группа инженеров фирмы Intel, образовав собственную фирму Zilog, в 1976 г. выпустила МП Z80, сохраняющий базовую архитектуру 8080. Фирма Motorola разработала собственный 8-разрядный МП М6800, нашедший впоследствии широкое применение.

Фирма IBM обратила внимание на персональные компьютеры, когда рынок "вырос из пеленок". К 1980 году только в США уже было продано более миллиона ПК, и маркетологи предсказывали взрывообразный рост спроса. Свои модели представили десятки компаний. Компьютеры при всей внешней схожести отличались большим разнообразием и были несовместимы друг с другом. Каждый производитель разрабатывал собственную архитектуру ПК. Считалось, что наиболее перспективной архитектурой обладает компьютер PDP-11, разработанный компанией DEC. Технические решения этой компании легли в основу первых отечественных компьютеров.

Однако в конце 1980 года совет директоров IBM принял решение создать "машину, которая нужна людям". Стратегическим партнером в качестве поставщика процессоров была выбрана Intel. Команда разработчиков IBM PC заключила союз и с недоучившимся студентом Гарвардского университета Биллом Гейтсом. На существовавшие тогда ПК ставилась популярная операционная система CP/M, созданная компанией Digital Research, или система UCSD компании Softech. Однако эти операционные системы стоили $450 и $550 соответственно, а Гейтс за свою PC-DOS брал всего лишь $40. IBM сделала выбор в пользу дешевизны.

IBM пошла на неожиданный шаг. Решив утвердить свою архитектуру в качестве стандарта, она открыла техническую документацию. Теперь каждый производитель ПК мог приобрести лицензию у IBM и собирать подобные компьютеры, а производители микропроцессоров - изготавливать элементы для них. IBM рассчитывала "перетянуть одеяло" на себя, уничтожив стандарты конкурентов. Так и произошло. Сохранить собственную архитектуру смогла только Apple: она нашла свою нишу в сферах графического дизайна и образования. Все остальные производители либо разорились, либо приняли стандарт IBM.

Весной 1983 г. фирма IBM выпускает модель PC XT с жестким диском, а также объявляет о создании нового поколения микропроцессоров - 80286. Новый компьютер IBM PC AT (Advanced Technologies), построенный на основе МП 80286, быстро завоевал весь мир.

Первые 32-разрядные микропроцессоры появились на мировом рынке в 1983-1984 гг., но их широкое использование в высокопроизводительных ПК началось с 1985 г. после выпуска фирмами Intel и Motorola микропроцессоров 80386 и М68020 соответственно. В 1989 г. был начат выпуск более мощного МП 80486 с быстродействием более 50 млн. операций в секунду. В марте 1993 г. фирма Intel продолжает ряд 80х86 выпуском микропроцессора Р5 "Pentium" с 64-разрядной архитектурой. Потом были "Pentium 2", "Pentium 3". Сегодня самым популярным МП является "Pentium 4" с технологией НТ, позволяющей обрабатывать информацию по 2-м параллельным потокам. Т.е. получать как бы два процессора.

Тактовые частоты современных ПК превышают 3 ГГц, объмы ОЗУ до 4 ГБ. Емкость накопителей на жестких дисках выросла до 500 ГБ. Современные технологии позволяют на ПК прослушивать и записывать высокачественные ауди-файлы. Широкое распространение получили сегодня переносные ПК - nootbook, карманные ПК (КПК) и мобильные ПК - смартфоны, объединяющие функции ПК и телефона.

Второе поколение ЭВМ

Второе поколение ЭВМ создавалось в период с 1955 по 1964 года. На самом деле, четко ограничивать рамки поколений сложно, так как в одно и то же время выпускались ЭВМ, относящиеся к разным поколениям, да и сам переход от поколения к поколению был не резким, а постепенным. Вначале заменялись одни элементы ЭВМ, затем – другие, и так, постепенно, за несколько лет, осуществлялся переход.

Переход на новую элементную базу оказался неизбежным, так как рост производительности и надежность ЭВМ первого поколения достигли своего максимума. Основные причины, приведшие к необходимости замены электронных ламп, были следующими:

1. Нить накаливания в электронных лампах со временем теряет свои эмиссионные свойства и перегорает. В среднем, срок службы лампы не превышал 10 000 часов. Таким образом, в ЭВМ, состоящей из 104 электронных ламп, в среднем, каждый час, выходила из строя одна электронная лампа. Столь низкие показатели надежности были головной болью разработчиков, заставляли применять сложные и дорогостоящие способы повышения надежности, и сильно сдерживали рост производительности ЭВМ. Для сравнения, транзисторы в то время имели срок службы, превосходящий срок службы электронных ламп в тысячи раз.

2. ЭВМ на электронных лампах требуют мощных источников питания, при этом почти 75% энергии растрачивается на тепловых потерях. Это, в свою очередь, приводит к необходимости организации дорогостоящих и сложных систем охлаждения. Транзисторы потребляют на порядок меньше энергии и слабее греются.

3. Большие габариты электронных ламп. Самые миниатюрные радиолампы не позволяли в одном кубическом дециметре разместить более 1000 элементов, в то же время использование транзисторов позволяло на порядок увеличить плотность монтажа.

4. Радиолампы – это хрупкий элемент. Его установка требует осторожности и аккуратности, и с большим трудом поддается автоматизации. В то же время транзисторы - гораздо более надежны и прочны, что позволяет легко автоматизировать процесс их производства и монтажа, а это приводит к снижению себестоимости транзисторов и ЭВМ в целом.

Таким образом, основой ЭВМ второго поколения стало использование новой элементной базы - полупроводниковых транзисторов (триодов), составляющих основную часть конструкции ЭВМ.

История создания транзисторов началась еще 22 октября 1925 года, когда Юлием Эдгаром Лилиенфельдом был зарегистрирован патент на принцип работы полевого транзистора. Теория работы полевых транзисторов - проще биполярных, поэтому обоснована и запатентована она была значительно раньше биполярных транзисторов. В общем случае принцип действия полевого транзистора аналогичен работе электронных ламп. Исток в полевом транзисторе подобен катоду вакуумного триода, затвор - сетке, сток - аноду. Однако, трудности в практической реализации полевых транзисторов позволили создать действующую модель лишь в 1960 году, значительно позже создания биполярного транзистора, и только в девяностых годах технология полевых транзисторов стала доминировать над биполярными.

Первый действующий транзистор был биполярным, и создали его в 1947 году ведущие специалисты Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн из фирмы «Bell Labs». Официальная демонстрация устройства состоялась 23 декабря 1947 года, и именно эта дата считается официальным днем изобретения транзистора.

Первый биполярный транзистор представлял собой прибор, в котором два металлических контакта соединялись с бруском из поликристаллического германия. Его копия изображена на фотографии справа.

Таким образом, основой ЭВМ второго поколения стали биполярные транзисторы, представляющие собой три последовательно расположенные слоя полупроводников: эмиттера, базы и коллектора.

Полупроводники - это вещества, удельное сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры, наличия примесей или изменением освещенности. При построении транзисторов использовали полупроводники с различными примесными проводимостями.

Примеси бывают двух типов – донорной и акцепторной. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются «лишние» электроны. Такие полупроводники называются полупроводниками n-типа. Например, для кремния с валентностью n = 4 донорной примесью является мышьяк с валентностью n=5. Каждый атом примеси мышьяка приведет к образованию одного электрона проводимости.

При добавлении акцепторной примеси в полупроводнике образуются «лишние» частицы с положительным зарядом, численно равным заряду электрона. Такие частиц называются дырками, а полупроводники с лишними дырками называются полупроводниками p-тип. Например, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью n = 3. Каждый атом индия приведет к образованию лишней «дырки».

При контакте двух полупроводников различного типа, электроны из полупроводника n-типа начинают переходить в полупроводник p-типа, а дырки из полупроводника p-типа - в полупроводник n-типа. Однако, как только пограничный слой полупроводника n-типа «насытится» дырками, а пограничный слоя полупроводника р-типа насытится электронами, процесс диффузии дырок и электронов прекратится из-за образования, так называемого, запирающего слоя.

Но стоит подать на полупроводник n-типа отрицательное напряжение, а на полупроводник р-типа - положительное, как запирающий слой разрушится, и диффузия дырок и электронов возобновится. Если же на полупроводник n-типа подать положительное напряжение, а на p-типа – отрицательное, то запирающий слой увеличится. То есть, при подаче на коллектор логической единицы (например, напряжение -5 вольт), на эмиттере можем получить либо логический ноль (напряжение меньше 1 вольта), либо логическую единицу (напряжение 5 вольт). Логическую единицу получаем, если на базу подаем положительное напряжение (например, 5 вольт), иначе на эмиттере имеем логический ноль. На основе этих элементов и строились ЭВМ второго поколения.

Как видите, принцип работы полупроводниковых транзисторов не сильно отличается от принципа работы электронных ламп. Однако, их использование позволило значительно усовершенствовать ЭВМ без существенных изменений в структурной схеме. Так производительность ЭВМ выросла примерно на два порядка, а габариты уменьшились на порядок. Значительно (на несколько порядков) повысилась надежность. При этом стоимость ЭВМ снизилась!

Эту ситуацию хорошо иллюстрирует переход от ламповых ЭВМ на полупроводниковые ЭВМ, выполненный фирмой IBM в линейке моделей 709 и 7090. IBM 709 – это ламповая ЭВМ, созданная в августе 1958 года. IBM 7090 – это полупроводниковая ЭВМ, созданная в июне 1960 года, схожая по структуре с IBM 7090. При этом полупроводниковая ЭВМ была более, чем в 6 раз, быстрее своего лампового собрата.

Для сравнения, в таблице слева приведены усредненные данные по производительности и габаритам для ЭВМ первого и второго поколения. Данные взяты из книги «Развитие вычислительных машин», авторы Апокин И.А., Мейстров Л.Е.

Стоит отметить, что замена электронных ламп на новые элементы шла не только в одном направлении (использование транзисторов). Были предприняты и другие способы усовершенствования ЭВМ. Так в Японии в 1958 году серийно выпускались ЭВМ на параметронах.

Параметрон – это электронный элемент, принцип действия которого основан на особенностях параметрического возбуждения и усиления электрических колебаний. Как описано в большой советской энциклопедии, простейший параметрон представляет собой колебательный контур, настроенный на частоту f0. При периодическом изменении под воздействием сигнала накачки с частотой fn, равной примерно 2*f0, одного из энергоёмких параметров контура, в нём возникает колебание с частотой fm = fn/2, когерентное по отношению к возбуждающему колебанию. При этом фаза возбуждённых в параметроне колебаний может принимать одно из двух отличающихся на 180° значений, условно обозначаемых (0, p), и сколь угодно долго находиться в этом состоянии. Именно эта способность параметрона и позволяет использовать его в качестве основы для построения ЭВМ.

Также были выпущены ЭВМ (в СССР – Сетунь, а во Франции - КАБ-500), использующие вместо электронных ламп магнитные элементы (ферритовые сердечники) в качестве логических элементов и запоминающих устройств.

Однако, эти направления развития ЭВМ не выдержали конкуренции с транзисторами, так как транзисторы были более технологическими, легче подвергались миниатюризации и позволяли использовать технологии интегральных схем.

Существенный рост производительности и повышение надежности, снижение массы, габаритов и потребляемой мощности значительно повысили спрос на ЭВМ и расширили область их применения. Появились предпосылки для использования ЭВМ в авиации, космонавтике, машиностроении и других быстро развивающихся областях науки и техники.

Наметились явные тенденции к значительному росту парка ЭВМ и их мощностей. На графике справа приведены тенденции развития парка ЭВМ для США по данным, приведенным в книге «Развитие вычислительных машин», авторы Апокин И.А., Мейстров Л.Е.

При этом основные тенденции развития ЭВМ были связаны с совершенствованием элементной базы, поэтому структурная схема ЭВМ, изображенная на рисунке ниже, не претерпела кардинальных изменений, по сравнению со структурной схемой ЭВМ первого поколения. Однако, наметились тенденции к распараллеливанию вычислительных ресурсов ЭВМ и многопрограммному принципу работы.

ЭВМ, зачастую, содержали несколько параллельно работающих устройств управления, несколько оперативных запоминающих устройств и даже несколько арифметико-логических блоков. Причем часто устройства, выполняющие одну и ту же функцию, могли быть, как однотипные, так и специализированные. Например, могло быть одно центральное арифметико-логическое устройство и несколько вспомогательных устройств, оптимизированных для решения специфических задач.

Так в ЭВМ «Ханиуэлл-800», разработанной в США в 1960 году, использовалось несколько параллельно работающих оперативных запоминающих устройств, подчиняющихся одному устройству управления. Это позволяло значительно компенсировать медленную работу схем памяти на магнитных сердечниках и более эффективно использовать потенциал логических схем. А в ЭВМ «Гамма-60», созданной во Франции в 1960 году, было несколько устройств управления, работающих с одним блоком оперативной памяти. Подобная структурная схема выгодна при сложной и длительной обработке данных, сравнительно небольших объемов. ЭВМ RW-400, разработанная в США в 1960 году фирмой «Рамо Вулдридж», была снабжена несколькими независимыми блоками оперативной памяти и несколькими устройствами управления. Такая структурная схема в наибольшей степени соответствовала принципам параллельной работы и позволяла значительно повысить производительность ЭВМ.

Структурная схема ЭВМ второго поколения, отражающая тенденции развития вычислительной техники, изображена на рисунке снизу.

На схеме:

УВв – устройство ввода;
УВыв – устройство вывода;
ОЗУ – одно или несколько оперативных запоминающих устройств;
АЛУ - одно или несколько арифметико-логических устройств;
УУ - одно или несколько устройств управления;
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.

Изменение структуры ЭВМ в сторону использования различных принципов параллелизма привело к созданию ряда требований, предъявляемых к многопрограммным ЭВМ, верно сформулированных Б.Л. Райли в книге «Communs ACM»:

1. Программы, вводимые в ЭВМ или сохраненные в ПЗУ, должны быть независимы от абсолютных машинных адресов.

2. Должна иметься система приоритетов программ, с помощью которой можно с минимальной задержкой выбирать соответствующую программу, когда появляется возможность выбора между несколькими программами.

3. Должна быть предусмотрена система, которая сохраняла бы текущее состояние каждой исполняемой программы.

4. Любой регистр или любой другой элемент системы, не используемый в данный момент времени, должен быть доступен для любой другой параллельно выполняемой программы.

5. Должна быть обеспечена система прерываний выполняемой программы методом опроса (устройство управления переключается в соответствии с состоянием опрашиваемых устройств) или методом приостановки (сигналы из других устройств поступают в устройство управления и вызывают соответствующую передачу управления другой программе).

6. Должны существовать прямые связи между двумя любыми устройствами системы, которые могут обмениваться информацией. Не следует использовать некое третье устройство в качестве промежуточного элемента при обмене.

7. Система должна быть организована таким образом, чтобы осуществление наблюдения и управления, необходимых для выполнения нескольких программ, не требовало бы совсем или требовало бы минимум дополнительного времени.

8. Объем преобразования и пересылок данных внутри системы должен быть сведен к минимуму.

Усложнение структуры ЭВМ второго поколения, возможность распараллеливания задач, идеи мультипрограммирования, расширение области применения сделали процесс программирования сложной, трудоемкой и востребованной работой. Требовались инструменты для облегчения этой задачи и уменьшения времени разработки программ. Поэтому стали бурно развиваться алгоритмические языки программирования. К концу шестидесятых годов их насчитывалось уже более 1000. Среди них наиболее известными были:

Алгол , разработанный в 1957 году и ориентированный на научно-технические расчеты;

Фортран , разработанный специалистами фирмы IBM 1957 году для задач численного анализа. Этот язык программирования широко используется и по сей день;

Кобол , разработанный в США в 1958 году, ориентированный на решение экономических задач;

Лисп , разработанный в 1958 году в США и ориентированный на символьную обработку данных, и процессы принятия решений. На данный момент широко используется;

ИПЛ , разработанный в США в Массачусетском Технологическом Институте в 1960 году. Позволял манипулировать словами и выражениями на естественном языке. В этом языке впервые появилось понятие списка;

ПЛ-1 , разработанный фирмой IBM в 1960 году. Универсальный язык программирования.

Широкое развитие языков программирования еще больше способствовало популярности ЭВМ и их внедрению во все новые и новые области применения. Перечислим наиболее значимые разработки в области вычислительной техники, относящиеся ко второму поколению ЭВМ:

ТХ-0 - первый экспериментальный компьютер на транзисторах, разработанный в 1953 году в Массачусетском Технологическом Институте (в 1955 году был введен в эксплуатацию).

TRADIC – одна из первых транзисторных ЭВМ, созданная в США в 1955 году. В ее состав входило 800 транзисторов и 11 000 германиевых диодов.

Stretch (IBM-7030) , разработанная в 1960 годах в США фирмой IBM, оказала сильнейшее влияние на развитие вычислительной техники. В этой ЭВМ были собраны практически все известные на 1960 год достижения в области вычислительной техники. Широкое использование принципов параллельной работы, большой набор команд (свыше 600), огромное количество высококачественных элементов (169000 транзисторов) позволили достичь небывалой производительности. Так операция сложения 64-разрядных чисел с плавающей запятой выполнялась за 1,5 мкс, а операция умножения – за 2,7 мкс. Всего было выпущено 5 экземпляров этой машины.

FX1 , рразработана Линкольновской лабораторией технологического института в апреле 1961 года. Основной целью разработки было достижение максимальных вычислительных возможностей, для чего использовались самые передовые достижения в технологии. Например, впервые, в качестве основного запоминающего устройства была использована память на магнитных пленках.

CDC 6600 – ЭВМ, разработанная фирмой Control Data в 1960 году по заказу комиссии по атомной энергетике США. В этой ЭВМ широко использовались принципы параллельной обработки данных, для которой предназначался центральный процессор с запоминающим устройством на 131 тысячу слов и десять периферийных вычислителей, каждый из которых был снабжен своей памятью на 4096 слов. До выпуска первых ЭВМ на интегральных схемах (1065 год) CCD-6600 оставалась самой быстродействующей ЭВМ в мире. Ее производительность превышала три миллиона операций в секунду.

Раздан 2 , созданная в СССР в 1961 году. ЭВМ предназначалась для научно-технических и инженерных расчетов. Производительность этой ЭВМ составляла примерно 5000 операций в секунду. Оперативное запоминающее устройство было выполнено на ферритовых сердечниках, внешнее запоминающее устройство – накопитель на магнитной ленте.

Минск-2 – ЭВМ, разработанная Минским заводом вычислительной техники им. Серго Орджоникидзе в 1963 году. Она предназначалась для решения научно-технических и планово-экономических задач.

МИР - малая электронная цифровая вычислительная машина, разработанная в Институте Кибернетики АН УССР под руководством В. М. Глушкова в 1965 году.

БЭСМ-6 – ЭВМ, созданная в 1966 году в СССР на элементной базе второго поколения. В ее состав входило 60 000 транзисторов и 200 000 полупроводниковых диодов, а производительность достигала 1 миллиона операций в секунду.

Список можно продолжать еще очень долго, и все это говорит о том, что ЭВМ второго поколения показали, что будущее человечества тесно связано с развитием и использованием вычислительной техники. С этого момента ЭВМ стали неотъемлемой частью жизни человечества.

Список используемой литературы

1. История развития вычислительной техники. Ланина Э.П. ИрГТУ, Иркутск – 2001 г.

2. Развитие вычислительной техники. Апокин И.А. М., "Наука", 1974 г.

3. Химия 8-9 класс. Жуков С.Т.

4. Большпя советская энциклопедия. Изд. «Советская энциклопедия», 1978 г.

5. Музей электронных раритетов.

6. Википедия (русскоязычная).

Каждый из нас слышал такой термин, как ЭВМ. Однако что это такое, точно сказать может не каждый. Также не все представляют, какую историю прошла данная техника, чтобы стать привычной для сегодняшнего пользователя.

Определение

Итак, что такое ЭВМ? Электронная вычислительная машина - набор электронных устройств, выполняющий различного рода информационные операции. Человек, управляющий подомными машинами - оператор ЭВМ. Вообще, электронная вычислительная машина является одним из видов реализации компьютера. Сегодня практический каждый знает, что такое ЭВМ, но данная аббревиатура используется достаточно редко. В основном ее применяют в юридической документации и в обозначении компьютеров, которые разрабатывались в период с 1940 по 1980 год.

Первое поколение

Ламповые ЭВМ стали первыми вычислительными машинами, выпуск которых начался в начале 50-х годов прошлого столетия. Примерно в то время люди начале массово узнавать, что такое ЭВМ.

В Советском Союзе представителем таких машин стал МЭСМ. Руководил разработкой данного компьютера Лебедев. Вскоре на его основе был разработан новый представитель того поколения ЭВМ - БЭСМ. Для серийного производства данная машина получила некоторые улучшения. Она была названа БЭСМ-2.

В Соединенных Штатах о том, что такое ЭВМ, знали также многие. Представителем первого поколения электронных вычислительных машин стал "Эдвак". Однако он значительно уступал по параметрам отечественному компьютеру. Связано это было с тем, что БЭСМ-2 применял новые принципы построения. Советская машина могла совершать около десяти тысяч операций в секунду.

Структурно первое поколения ЭВМ было очень схожим с машиной фон Неймана. Конечно, параметры были во много раз хуже, чем у современных самых малофункциональных представителей компьютерной техники. Программы для ЭВМ первого поколения составлялись при помощи машинного кода.

Представители таких машин отличались огромными габаритами и высоким потреблением энергии. Цена машины являлась неподъемной для простых пользователей. Кроме этого, управлять ими мог только специально обученный оператор ЭВМ, так как все программы были сложны для понимания. Поэтому использовались они лишь учеными для каких-либо научно-технических задач.

Вскоре появились первые языки программирования: символическое кодирование и автокоды.

Второе поколение

В 1948 году был создан первый транзистор. Разработкой занимались физики Джон Бардин и Уильям Шокли, а также экспериментатор Уолтер Браттейн. Первые представители данного поколения ЭВМ, которые были созданы на основе транзисторов в конце 50-х годов, а к середине 60-х стали появляться компьютеры, имеющие значительно меньшие габариты.

Главной отличительной чертой транзистора является то, что он способен работать как сорок ламп, но при этом скорость у него выше. Кроме того, эти устройства требовали гораздо меньше энергии и практически не грелись. Параллельно с этим увеличивался и объем памяти для хранения информации. Благодаря стараниям ученых компьютеры получили быстродействие, равное миллиону операций в секунду.

Американским представителем является устройство ЭВМ "Атлас". Советский Союз может быть представлен машиной БЭСМ-6.

Все улучшения, произошедшие с появлением транзисторов, позволили значительно расширить сферы применения ЭВМ. Активно стали создаваться языки программирования для различных целей. Примером могут выступать фортран и кобол.

Однако по-прежнему машины страдали от нехватки памяти. Для экономии пространства стали разрабатывать операционные системы, которые позволяли более рационально распределять ресурсы.

Третье поколение

Данное поколение представлено, прежде всего, ЭВМ, которые были основаны на интегральных микросхемах. При помощи ИС удалось добиться еще большего быстродействия, уменьшить размер, увеличить надежность, а также сократить стоимость устройства.

Вскоре начали появляться первые так называемые мини-ЭВМ. Это были простые, небольшие, надежные и недорогие машинки. Первоначально они предназначались для создания контроллеров, но вскоре потребители поняли, что их можно использовать как обычные вычислительные машины. Благодаря низкой цене и простоте мини-ЭВМ появлялись практически у каждой компании разработчиков, исследователей, инженеров и так далее.

Четвертое поколение

Значительные успехи в разработках ЭВМ привели к появлению больших интегральных схем. Представляли они собой кристалл, который включал в себя тысячи электронных элементов. Благодаря низкой стоимости и неплохим параметрам ЭВМ на БИС получили огромную популярность.

В апреле 1976 года два друга разработали первый в мире персональный компьютер. Известные многим Стив Джобс и Стив Возняк трудились вечерами в гараже над созданием ПК, который впоследствии получил название Appl и обрел огромную популярность. Уже через год была создана одноименная компания, которая занялась выпуском персональных компьютеров.

Пятое поколение

Переход к пятому поколению ЭВМ произошел в конце 80-х годов с появлением микропроцессоров. Именно тогда состоялся переход к работе в оболочках и программных средах. Производительность машин выросла до 10 9 операций в секунду. Разрабатывались ЭВМ, направленные на языки высокого уровня.

Благодаря операционным системам, которые обеспечили простое управление устройством, компьютер стал незаменим практически для каждой сферы человеческой жизни.

Для такого огромного прорыва в области ЭВМ потребовался столь малый отрезок времени. Сегодня уже мало кто помнит те громоздкие машины, которые занимали целые комнаты, но при этом не могли похвастаться производительностью. Применение их ограничивалось определенными сферами. Сегодня же компьютер - незаменимое устройство в жизни каждого человека. При этом нынешние ПК очень маленькие и мощные.

Третье поколение ЭВМ

Бурно развивающаяся авиация, космическая техника и другие области науки и техники требовали миниатюрных, надежных и быстрых вычислительных устройств. Поэтому дальнейшее развитие электронной вычислительной техники требовало разработки новой технологии, и такая технология не замедлила появиться. Новый прорыв в производительности, надежности и миниатюризации позволила сделать технология интегральных схем, ознаменовавшая собой переход на третье поколение ЭВМ, создаваемых с 1964 по 1974 г.г.

Использование интегральных схем позволило получить ряд преимуществ:

1. Увеличилась надежность ЭВМ. Надежность интегральных схем – на порядок выше надежности аналогичных схем на дискретных компонентах. Повышение надежности, в первую очередь, обусловлено уменьшением межсхемных соединений, являющихся одним из слабейших звеном в конструкции ЭВМ. Повышение надежности, в свою очередь, привело к значительному снижению стоимости эксплуатации ЭВМ.

2. За счет повышения плотности упаковки электронных схем, уменьшилось время передачи сигнала по проводникам и, как следствие, увеличилось быстродействие ЭВМ.

3. Производство интегральных схем хорошо поддается автоматизации, что при серийном производстве резко уменьшает себестоимость производства и способствует популяризации и расширению области применения ЭВМ.

4. Высокая плотность упаковки электронных схем уменьшила на несколько порядков габариты, массу и потребляемую мощность ЭВМ, что позволило использовать их в недоступных до этого областях науки и техники, таких как авиация и космическая техника.

Несмотря на явные преимущества использования технологии интегральных схем, на практике их массовое применение в ЭВМ началось спустя 12 лет, после разработки концепции интегральной схемы, опубликованной в 1952 году Джеффри Даммером из британского министерства обороны . Однако, Даммер только высказал идею о создании электронных элементов в виде единого блока при помощи полупроводниковых слоев из одного и того же материала, а как на практике в едином монолите разместить несколько элементов он не указал. В 1956 году Даммер пытался воплотить в реальность свои идеи, но разработанные устройства оказались неработоспособными.

На практике реализовать изложенные идеи удалось Джеку Килби из фирмы Texas Instruments и Роберту Нойсу из небольшой компании Fairchild Semiconductor.

В мае 1958 года Джек Килби устроился на работу в Texas Instruments, где он стал заниматься разработкой транзисторов, конденсаторов и резисторов (до этого он работал в Centralab и занимался производством слуховых аппаратов на базе транзисторов). Однажды команда, в которой работал Джек Килби, получила задание проработать варианты создания альтернативных микромодулей. Предлагались различные варианты, и Килби, обдумывая задачу, пришел к выводу, что компании выгоднее всего производить только полупроводниковые элементы, и что резисторы и конденсаторы можно сделать из того же материала, что и активные элементы, и разместить их в едином монолитном блоке из того же материала. Обдумывая эту идею, Джек прикинул топологию схемы мультивибратора. Так 24 июля 1958г. родилась идея практической реализации интегральной схемы.

Изложив свои идеи начальству, Джек получил задание создать опытный образец для доказательства состоятельности своих расчетов. Тогда была построена схема триггера из дискретных германиевых элементов. 28 августа 1958 года Джек Килби продемонстрировал макет Уиллису Эдкоку.

После одобрения начальства, Килби приступил к созданию настоящей монолитной интегральной микросхемы – генератора с фазовым сдвигом.

Параллельно с Джеком Килби разработкой интегральной микросхемы занимался Роберт Нойс. Роберту крайне не нравилась технология производства дискретных элементов. Он говорил, что довольно бессмысленным выглядит трудоемкий процесс нарезаний пластины кремния на отдельные элементы, а затем соединение их в единую схему. Нойс предложил изолировать отдельные транзисторы в кристалле друг от друга обратно смещенными p-n-переходами, а поверхность покрывать изолирующим окислом. Контакт между отдельными элементами осуществлялся через вытравленные в изолирующем окисле по специальному шаблону участки на поверхности микросхемы. Эти участки соединялись между собой тонкими линиями из алюминия.

Килби создал свою микросхему и подал заявку на патент чуть раньше Нойса, однако, технология Нойса была более продуманной и удобной, и документы на заявку подготовлены тщательнее. В результате, патент на изобретение Нойс получил раньше – в апреле 1961 года, а Килби – только в июне 1964 года.

Последовавшие за тем многочисленные судебные разбирательства и война за право считаться изобретателем технологии закончились миром. В конечном итоге, Апелляционный Суд подтвердил претензии Нойса на первенство в технологии, но постановил считать Килби создателем первой работающей микросхемы.

Серийный выпуск интегральных схем был налажен в 1961 году, тогда же была создана фирмой " Texas Instruments" по заказу ВВС США первая экспериментальная ЭВМ на интегральных схемах. Разработка велась 9 месяцев и была завершена в 1961г. ЭВМ имела всего 15 команд, была одноадресной, тактовая частота была 100 КГц, емкость запоминающего устройства – всего 30 чисел, для представления чисел использовалось 11 двоичных разрядов, потребляемая мощность составляла всего 16Вт, вес – 585гр, занимаемый объем – 100 кубических сантиметров.

Первые интегральные схемы были малой плотности, но со временем технология их производства отлаживалась, плотность возрастала. В ЭВМ третьего поколения использовались интегральные схемы малой и средней плотности, позволяющие в одном кристалле объединять сотни элементов. Такие микросхемы могли использоваться, как отдельные операционные схемы – регистры, дешифраторы, счетчики и т.д.

Появление интегральных схем позволило усовершенствовать структурную схему ЭВМ второго поколения. Так сильно связанные устройства управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) были объедены в единый блок, который стал называться процессором. Причем, в процессоре могло быть несколько арифметико-логических устройств, каждое из которых выполняло свою функцию, например, одно АЛУ было ориентированно на работу с целыми числами, другое – с числами с плавающей точкой, а третье – с адресами. Также могло быть несколько устройств управления, одно – центральное, и несколько – периферийных, используемых для управления отдельными блоками ЭВМ.

Часто ЭВМ состояли из нескольких процессоров, что позволяло максимально полно использовать открывшиеся перспективы в параллельном решении задач.

В ЭВМ третьего поколение уже четко выделяется иерархия памяти. ОЗУ делится на независимые блоки с собственными системами управления, работающие параллельно. Структура оперативной памяти делится на страницы и сегменты. Развивается и внутренняя память процессора – создаются предпосылки к вводу кэширования памяти.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) подключаются через специальный контроллер селекторного канала (КCК). Их емкость и скорость значительно возрастают. Так в июне 1973 года в качестве внешнего накопителя был выпущен жесткий диск IBM 3340.

Накопитель был герметичным – это защищало рабочие поверхности дисков от пыли и грязи, что позволяло размещать головки очень близко к магнитной поверхности диска. Впервые, был применен принцип аэродинамической магнитной головки, которая буквально парила над вращающейся поверхностью жесткого диска под действием аэродинамической силы.

Все это позволило значительно увеличить плотность записи (до 1.7 Мбит на квадратный дюйм) и увеличить емкость до 30 Мбайт (на несменном носителе). Также у накопителя имелся сменный носитель емкостью 30 Мбайт.

Наряду с совершенствованием логических устройств и памяти, полным ходом шла модернизация устройств ввода-вывода. Быстродействие новых ЭВМ требовало более быстрой и надежной системы ввода-вывода данных, чем устройства чтения перфокарт и телетайпы. На смену им пришли клавиатуры, панели графического ввода, дисплеи со световым карандашом, плазменные панели, растровые графические системы и другие устройства.

Большое разнообразие периферийных устройств, их сравнительно большое быстродействие, необходимость отделить операции ввода-вывода от вычислительного процесса привело к созданию специализированного контроллера мультиплексного канала (КМК), позволившего процессорам работать параллельно с вводом-выводом данных.

Обобщенная структурная схема ЭВМ третьего поколения, иллюстрирующая вышесказанное, изображена на схеме ниже.

На схеме:

УВВ – устройство ввода-вывода;
ОЗУ – одно или несколько оперативных запоминающих устройств;
АЛУ - одно или несколько арифметико-логических устройств;
УУ - одно или несколько устройств управления;
МК - контроллер мультиплексного канала (канала для подключения медленных устройств);
СК - контроллер селекторного канала (канала для подключения высокоскоростных устройств);
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.

Использование интегральных технологий значительно снизило стоимость ЭВМ, что незамедлительно привело к повышению спроса. Многие организации приобрели ЭВМ и успешно их эксплуатировали. Немаловажным фактором становится стремление к стандартизации и выпуску целых серий ЭВМ программно совместимых снизу вверх.

Возникает огромная потребность в прикладных программных продуктах, а так как рынок программного обеспечения еще не развит, и найти готовое, надежное и дешевое программное обеспечение практически невозможно, возникает гигантский рост популярности программирования и спроса на грамотных разработчиков программных продуктов. Каждое предприятие стремится организовать свой штат программистов, возникает специализированные коллективы, занимающиеся разработкой программного обеспечения и стремящиеся занять кусочек еще неосвоенной ниши на арене быстро растущей компьютерной технологии.

Рынок программного обеспечения быстро развивается, создаются пакеты программ для решения типовых задач, проблемно-ориентированные программные языки и целые программные комплексы для управления работой ЭВМ, которые впоследствии получат название – операционные системы.

Первые операционные системы начали появляться еще во времена ЭВМ второго поколения. Так в 1957 году компанией Bell Labs была разработана операционная система BESYS (Bell Operating System). А в 1962 году была разработана компанией General Electric операционная система GCOS (General Comprehensive Operating System), ориентированная для работы на Мейнфреймах. Но это все были только предпосылки к созданию, по-настоящему, популярных и востребованных операционных систем. К концу 1960-х годов уже был создан целый ряд операционных систем, реализующий множество необходимых функций по управлению ЭВМ. Всего эксплуатировалось более сотни различных ОС.

Среди наиболее развитых операционных систем были:

OS/360 , разработанная фирмой IBM в 1964 году для управления мейнфреймами;

MULTICS - одна из первых операционных систем с разделением времени исполнения программ;

UNIX , разработанная в 1969 году и, впоследствии, разросшаяся до целого семейства операционных систем, многие из которых являются одними из самых популярных на сегодняшний день.

Использование операционных систем упростило работу с ЭВМ и способствовало популяризации электронной вычислительной техники.

На фоне значительного роста интереса к электронной вычислительной техники в США, Европе, Японии и других странах, в СССР наблюдается спад прогресса в этой области науки. Так в 1969 году Советский Союз заключил соглашение о сотрудничестве в разработке Единой системы ЭВМ, за образец которой была взята одна из лучших на тот момент ЭВМ – IBM360. Ориентация СССР на зарубежные достижения в дальнейшем привела к значительному отставанию в области вычислительной техники.

Среди ЭВМ третьего поколения наиболее значимыми разработками были:

IBM System - 360 - целое семейство ЭВМ, выпуск которого начался с 1964 года. Все модели семейства имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью, и были универсальными, способными решать, как сложные логические задачи, так и быть полезными в экономических расчетах. Универсальность ЭВМ отражена и в ее названии. 360 означает 360 градусов, т.е. ее возможность работать в любом из направлений. Затраты на разработку System-360 составили около 5 млрд. долларов США, что вдвое превышало расходы США во время второй мировой войны на Манхэттенский проект, целью которого было создание атомной бомбы. Проект по созданию IBM 360 уступал по стоимости только программе «Аполлон» . Архитектура IBM 360 оказалась чрезвычайно удачной и во многом определила направление развития вычислительной техники;

PDP8 – мини-ЭВМ, разработанная 22 марта 1965 года фирмой Digital Equipment Corporation (DEC). Термин «мини» – относительный. Эта ЭВМ была размером примерно с холодильник, но, по сравнению с другими представителями электронных вычислительных машин, размер её был действительно миниатюрным. Этот проект был коммерчески очень выгодным. Всего было продано около 50 000 экземпляров этой машины. Система PDP-8 имела массу аналогичных решений – клонов по всему миру. Так в СССР было разработано несколько аналогов этой ЭВМ: Электроника-100, Саратов-2 и др.;

Наири 3 – одна из первых самостоятельно разработанных в СССР ЭВМ третьего поколения. Эта разработка увидела свет в 1970 году в Ереванском научно-исследовательском институте математических машин. В ней использовался упрощенный машинный язык, призванный облегчить программирование. Также была возможность вводить некоторые задачи на математическом языке;

ЕС ЭВМ - единая система электронных вычислительных машин, за основу которой была взята удачная и хорошо себя зарекомендовавшая архитектура IBM System-360. Первые машины этой серии были созданы в СССР в 1971 году. Производительность первых образцов была от 2 750 операций в секунду (ЕС-1010) до 350 000 операций в секунду (ЕС-1040). Впоследствии, производительность удалось поднять до нескольких десятков миллионов операций в секунду, но, практически, все эти разработки были остановлены в 1990-х годах после распада СССР;

ILLIAC 4 – одна из самых производительных вычислительных машин третьего поколения. ILLIAC 4 была создана в 1972 году в Иллинойском университете и обладала конвейерной архитектурой, состоящей из 64 процессоров. ЭВМ предназначалась для решения системы уравнений в частных производных и обладала быстродействием, порядка 200 млн. операций в секунду.

Этот список можно продолжать и дальше, но и так ясно, что ЭВМ уже прочно и на долго вошли в нашу жизнь, и их дальнейшее развитие и совершенствование уже не остановить. С развитием технологии производства интегральных схем плотность компоновки элементов постепенно увеличивалась. Стали появляться сверх большие интегральные схемы, и ЭВМ третьего поколения, строящиеся на интегральных схемах малой и средней плотности, постепенно стали вытесняться ЭВМ четвертого поколения на больших и сверх больших интегральных схемах.

Список используемой литературы

1. История развития вычислительной техники. Ланина Э.П. ИрГТУ, Иркутск – 2001 г.

2. Развитие вычислительной техники. Апокин И.А. М., «Наука», 1974 г.

3. Технарский взгляд.

4. Методолог.

6. От абака до компьютера. Р. С. Гутер. Издательство «Знание», Москва 1981.

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ.

Поколения:

ЭВМ на эл. лампах, быстродействие порядка 20000 операций в секунду, для каждой машины существует свой язык программирования ("БЭСМ", "Стрела").

В 1960ᴦ. в ЭВМ были применены транзисторы, изобретенные в 1948ᴦ., они были более надежны, долговечны, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен заменить примерно 40 эл. ламп и работает с большей скоростью. В качестве носитетелй информации использовались магнитные ленты ("Минск-2", "Урал-14").

В 1964ᴦ. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение. ИС - это кристалл, площадь которого 10 мм 2 . 1 ИС способна заменить 1000 транзисторов. 1 кристалл - 30-ти тонный "Эниак". Появилась возможность обрабатывать параллельно несколько программ.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980ᴦ. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма ("Иллиак", "Эльбрус").

Синтезатор, звуки, способности вести диалог, выполнять команды, подаваемые голосом или прикосновением.

Отличия ЭВМ III поколения от прежних

В ЭВМ III поколения заметно значительное улучшение аппаратуры, благодаря использованию интегральных схем (ИС), что способствовало уменьшению размеров, потребляемой энергии, увеличению быстродействия, надежности и т.д.

Главным отличием таких ЭВМ от ЭВМ I и II поколений является совершенно новая организация вычислительного процесса.

ЭВМ III поколения способны обрабатывать как цифровую, так и алфавитно-цифровую информацию. Возможность оперировать над текстами открывает большие возможности для обмена информацией между человеком и компьютером.

Так же создание различных средств ввода-вывода информации. Ярким примером этому является способ ввода информации по средствам обычной телœефонной связи, телœетайпа, светового карандаша. А вывод осуществляется не только на перфокарты, как это было раньше, но и непосредственно на экран монитора, каналы телœефонной связи, принтеры (для получения твердых копий).

В связи с использованием текста возможность приблизить вводной язык к человеческому, сделать его более доступным широкому круги пользователœей. Возможность параллельно решать на ЭВМ несколько задач. ЭВМ III поколения имеет внешнюю память на магнитных дисках. Широкий круг применения.

Типичными представителями машин III поколения является ЕС ЭВМ, IBM-360. Οʜᴎ имеют следующие особенности: использование интегральных схем, агрегатность, байтное представление информации, использование двоичной и десятичной арифметики, представление чисел в форме с плавающей и фиксированной точкой, программная совместимость, надежность, мультисистемность.

Особенности машин ЕС ЭВМ.

ЕС ЭВМ - это целое семейство машин, которые построены на единой элементной базе, единой конструктивной основе, с единой системой программного обеспечения, одинаковым набором периферийного оборудования. Их выработка началась в 1970 году, а промышленный выпуск таких машин начался в 1972ᴦ.

Все машины ЕС ЭВМ программно-совместимы между собой и предназначены для решения наиболее сложных и объёмных задач. Эти машины можно отнести к типу машин универсальных, мультипрограммных, с возможностью параллельно обрабатывать несколько задач.

Многие модели имеют единую логическую структуру и принцип работы. При этом различные модели отличаются друг от друга быстродействием, конфигурацией, размером памяти и т.д.

Так как система ЕС ЭВМ постоянно развивается, постоянно улучшаются всœе характеристики, то эти машины можно подразделить на 2 семейства. К первому семейству моделœей (Ряд-1) можно отнести такие машины, как ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1021, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060. К этому семейству относятся так же модифицированные образцы (Ряд-1М): ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-1033, ЕС-1052. Более совершенные машины: ЕС-1015, ЕС-1025, ЕС-1035, ЕС-1045, ЕС-1055, можно объединить в ряд-2, а модернизированные (Ряд-2М): ЕС-1036, ЕС-1066 и др.
Размещено на реф.рф
Устройства ЕС ЭВМ также разделяются на центральные и периферийные. Центральные - это устройства, которые определяют основные технические характеристики машины, это центральный процессор, оперативная память, мультиплексный и селœекторный каналы. К периферийным относятся внешние устройства (ВУ), устройства подготовки данных (УПД), сервисные устройства.

Для хранения больших объёмов информации используются накопители на магнитных лентах и магнитных дисках. Устройства ввода предназначены для восприятия вводимой извне информации, ее преобразования в электрические кодовые сигналы и передачи к мультиплексовому каналу по средствам интерфейса ввода-вывода.

Устройства выводы переводят выводимый из машины сигнал обратно и выводят его на перфокарты (перфоленты), либо на другие внешние устройства.

Дисплей - устройство ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации на электронно-лучевую трубку. Он очень удобен для оперативного изменения данных непосредственно во время решения задачи.

Выносимые пульты предназначены для обобщения пользователя с ЭВМ, когда их разделяют сотни метров.

Существуют 3 группы устройств подготовки данных ЕС ЭВМ: перфокарточные, перфоленточные и использующие магнитные ленты. На контрольниках в ЭВМ производится контроль за правильностью записи информации на перфокарты.

Существует два режима работы УПД на магнитной ленте: запись данных и печать считываемых данных.

Сервисные устройства нужны для контроля над техническими средствами, их наладки, испытания и ремонта.

Показатели технических средств ЕС ЭВМ постоянно улучшаются: увеличивается быстродействие, объёмы памяти и т.д. Это происходит в частности за счёт перехода на микросхемы с более высоким уровнем интеграции (БИС). Но это уже относится к машинам IV поколения.

Поколения ЭВМ: от ламповых "монстров" к интегрированным микросхемам

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появилась первая электронная вычислительная машина. За данный короткий для развития общества период сменилось несколько поколений вычислительных машин, а первые ЭВМ сегодня являются музейной редкостью. Сама история развития вычислительной техники представляет немалый интерес, показывая тесную взаимосвязь математики с физикой (прежде всœего с физикой твердого тела, полупроводников, электроникой) и современной технологией, уровнем развития которой во многом определяется прогресс в производстве средств вычислительной техники.

Электронно-вычислительные машины у нас в стране принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всœего быстрота смены поколений - за ее короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению? Это прежде всœего их элементная база (из каких в основном элементов они построены), и такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Конечно же, делœение ЭВМ на поколения в определœенной мере условно. Существует немало моделœей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим - к другому поколению. И всœе же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники.

Можно выделить 4 поколения ЭВМ

Первое поколение ЭВМ (1948-1958гᴦ.)

Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы - диоды и триоды. Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. К этому поколению ЭВМ можно отнести: МЭСМ, БЭСМ-1, М-1, М-2, М-3, "Стрела", "Миниск-1", "Урал-1", "Урал-2", М-20, "Сетунь", БЭСМ-2, "Раздан". Οʜᴎ были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели не высокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2-3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти - 2К или 2048 машинных слов (1К-1024) длиной 48 двоичных знаков. В 1958ᴦ. появилась машина М-20 с памятью 4К и быстродействием около 20 тысяч операций в секунду. В машинах первого поколения были реализованы основные логические принципы построения электронно-вычислительных машин и концепции Джона фон Неймана, касающиеся работы ЭВм по вводимой в память программе и исходным данным (числам).

Этот период явился началом коммерческого применения электронных вычислительных машин для обработки данных.

В вычислительных машинах этого времени использовались электровакуумные лампы и внешняя память на барабане.

Οʜᴎ были опутаны проводами и имели время доступа 1 х 10 с. Производственные системы и компиляторы пока не появились. В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечках. В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечках. Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой.

Второе поколение ЭВМ (1959- 1967 гᴦ.)

Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность.

С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счёт развития программного обеспечения. Появились также специализированные машины, к примеру ЭВМ для решения экономических задач, для управления производственными процессами, системами передачи информации и т. д. К ЭВМ второго поколения относятся:

ЭВМ М-40 ,-50 для систем противоракетной обороны;

Урал -11,-14,-16-ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических и планово-экономических задач;

Минск-2,-12,-14 для решения инженерных, научных и конструкторских задач математического и логического характера;

Минск-22 предназначена для решения научно-технических и планово-экономических задач;

БЭСМ-3-4,-6 машин общего назначения, ориентированных на решение сложных задач науки и техники;

М-20,-220,-222 машина общего назначения, ориентированная на решение сложных математических задач;

МИР-1 малая электронная цифровая вычислительная машина, предназначенная для решения широкого круга инженерно-конструкторских математических задач,

-"Наири" машина общего назначения, предназначенная для решения широкого круга инженерных, научно-технических,

а также некоторых типов планово-экономических и учетно-статистических задач;

Рута-110 мини ЭВМ общего назначения;

и ряд других ЭВМ.

ЭВМ БЭСМ-4,М-220,М-222 имели быстродействие порядка 20-30 тысяч операций в секунду и оперативную память - соответственно 8К,16К и 32К. Среди машин второго поколения особо выделяется БЭСМ-6, обладающая быстродействием около миллиона операций в секунду и оперативной памятью от 32К до 128К (в большинстве машин Поколения ЭВМ: от ламповых "монстров" к интегральным микро-схемам используется два сегмента памяти по 32К каждый).

Данный период характеризуется широким применением транзисторов и усовершенствованных схем памяти на сердечках. Большое внимание начали уделять созданию системного программного обеспечения, капилляров и средств ввода-вывода. В конце указанного периода появились универсальные и достаточно эффективные капилляры для Кобола, Фортана и других языков.

Была достигнута уже величина времени доступа 1х10-6 с, хотя большая часть элементов вычислительной машины еще была связана проводами.

Вычислительные машины этого периода успешно применялись в областях, связанных с обработкой множеств данных и решением задач, обычно требующих выполнения рутинных операций на заводах, в учреждениях и банках.

Эти вычислительные машины работали по принципу пакетной обработки данных. По существу, при этом копировались ручные методы обработки данных. Новые возможности, предоставляемые вычислительными машинами, практически не использовались.

Именно в данный период возникла профессия специалиста по информатике, и многие университеты стали предоставлять возможность получения образования в этой области.

Третье поколение ЭВМ (1968-1973гᴦ.)

Элементная база ЭВМ-малые интегральные схемы (МИС). 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.

К примеру, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объём оперативной памяти, увеличилось быстродействие, повысилась надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.

В СССР в 70е годы получают дальнейшее развитие АСУ. Закладываются основы государственной и межгосударственной, охватывающей страны-члены СЭВ (Совет Экономической Взаимопомощи) системы обработки данных. Разрабатываются универсальные ЭВМ третьего поколения ЕС, совместимые как между собой (машины средней и высокой производительности ЕС ЭВМ), так и с зарубежными ЭВМ третьего поколения (IВМ-360 и др.-США) В разработке машин ЕС ЭВМ принимают участие специалисты СССР, Народной Республики Болгария (НРБ),

Венгерской Народной Республики (ВНР), Польской Народной Республики (ПНР), Чехословацкой советской Социалистической Республики (ЧССР) и Германской Демократической Республики (ГДР). В то же время в СССР создаются многопроцессорные и квазианалоговые ЭВМ, выпускаются мини-ЭВМ "Мир-31", "Мир-32", "Наири-34".

Для управления технологическими процессами создаются ЭВМ серии АСВТ М-6000 и М-7000 (разработчики В.П.Рязанов и др.) Разрабатываются и выпускаются настольные мини-ЭВМ на интегральных микросхемах М-180, "Электроника-79,-100,-125,-200","Электроника ДЗ-28","Электроника НЦ-60" и др.

К машинам третьего поколения относились "Днепр-2", ЭВМ Единой Системы (ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060 и несколько их промежуточных модификаций - ЕС-1021 и др.), МИР-2,"Наири-2" и ряд других.

Характерной чертой данного периода явилось резкое снижение цен на аппаратное обеспечение. Этого удалось добиться главным образом за счёт использования интегральных схем. Обычные электрические соединœения с помощью проводов при этом встраивались в микросхему. Это позволило получить значение времени доступна до 2х10-9с. В данный период на рынке появились удобные для пользователя рабочие станции, которые за счёт объединœения в сеть значительно упростили возможность получения малого времени доступа, обычно присущего большим машинам.

Дальнейший прогресс в развитии вычислительной техники был связан с разработкой полупроводниковой памяти, жидкокристаллических экранов и электронной памяти. В конце этого периода произошел коммерческий прорыв в области микроэлектронной технологии.

Возросшая производительность вычислительных машин и только появившиеся многомашинные системы дали принципиальную возможность реализации таких новых задач, которые были достаточно сложны и часто приводили к неразрешимым проблемам при их программной реализации. Начали говорить о "кризисе программного обеспечения".

Тогда появились эффективные методы разработки программного обеспечения. Создание новых программных продуктов теперь всœе чаще основывалось на методах планирования и специальных методах программирования.

Этот период связан с бурным развитием вычислительных машин реального времени. Появилась тенденция, в соответствии с которой в задачах управления наряду с большими вычислительными машинами находится место и для использования малых машин. Так, оказалось, что мини ЭВМ исключительно хорошо справляется с функциями управления сложными промышленными установками, где большая вычислительная машина часто отказывает.

Сложные системы управления разбиваются при этом на подсистемы, в каждой из которых используется своя мини ЭВМ. На большую вычислительную машину реального времени возлагаются задачи планирования (наблюдения) в иерархической системе с целью координации управления подсистемами и обработки центральных данных об объекте.

Программное обеспечение для малых вычислительных машин вначале было совсœем элементарным, однако уже к 1968 ᴦ. появились первые коммерческие операционные системы реального времени, специально разработанные для них языки программирования высокого уровня и кросс-системы. Все это обеспечило доступность малых машин для широкого круга приложений. Сегодня едва ли можно найти такую отрасль промышленности, в которой бы эти машины в какой-либо форме успешно не применялись. Их функции на производстве очень многообразны; так, можно указать простые системы управления процессами. Следует подчеркнуть, что управляющая вычислительная машина теперь всœе чаще вторгается в область данных, где применяется для решения коммерческих задач.

Мини ЭВМ начали применяться и для решения инженерных задач, связанных с проектированием. Проведены первые эксперименты, показавшие эффективность использования вычислительных машин в качестве средств проектирования.

Четвертое поколение ЭВМ (1974-1982гᴦ.)

Элементная база ЭВМ - большие интегральные схемы (БИС). Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствует увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее программное обеспечение.

Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (или монитора) - набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека.

К этому поколению можно отнести ЭВМ ЕС: ЕС-1015,-1025,-1035,-1045,-1055,-1065("Ряд 2"), -1036,-1046,-1066,СМ-1420, -1600,-1700, всœе персональные ЭВМ ("Электроника МС0501","Электроника-85","Искра-226", ЕС-1840,-1841,-1842 и др.), а также другие типы и модификации. К ЭВМ четвертого поколения относится также многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус". "Эльбрус-1КБ" имел быстродействие до 5,5 млн. операций с плавающей точкой в секунду, а объём оперативной памяти до 64 Мб. У "Эльбрус-2" производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мслов (слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода-120Мб/с.

Урок № 3: Тема: Структурная схема ЭВМ. Архитектура ЭВМ внешняя и внутренняя

Ознакомить учащихся с основными устройствами ПК их назначения и функции.

Архитектура компьютера является его представлением на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей. Архитектура определяет принципы, действия, информационные связи и взаимное соединœение базовых логических узлов компьютера: процессора, оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ, ОП), внешних ЗУ и периферийных устройств. Структура компьютера - совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементы бывают самых различных устройств - от базовых логических узлов компьютера до простых схем.

Принципы (архитектура) фон Неймана

В основу построения большого компьютерного положения следует общий принцип, сформулированный в 1945ᴦ. американским ученым Джоном он Нейманом.

1. Принцип программного управления . Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определœенной последовательности.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды, так как команды программы располагаются в памяти друг за другом, тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательного расположения ячеек памяти.

В случае если после заполнения команды следует перейти не к следующей, а к какой-то другой, используем команды условного и безусловного переходов (ветвление), которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду.

2. Принцип однородной памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. По этой причине компьютер не различает, что хранится в одной ячейке памяти: число, текст или команда.

3. Принцип адресности. Структура - основная память состоит из перенумерованных ячеек.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы в заполненных в них значениями можно было в последующем обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Логические ряды (агрегаты) ЭВМ, простейший тип архитектуры

Центральное устройство (ЦУ) представляет основную компоненту ЭВМ и, в свою очередь, включает центральный процессор (ЦП) и оперативную память.

Процессор непосредственно реализует операции обработки информации и управления вычислительным процессом, осуществляющим выборку машинных команд и данных из операционной памяти и запись в операционную память, включение и выключение внутренних устройств.

Основными блоками процессора является:

Устройство управления с интерфейсного процессора (система сопряжения и связи процессора с другими узлами машины);

Арифметико-логические устройства;

Процессорная память (внутренняя, КЭШ);

Оперативная память предназначена для временного хранения данных и программ в процессе выполнения вычислительных и логических операций.

Центральное устройство описывает следующие характеристики:

Длина машинного слова (разрядность, адресность);

Система команд, объёмы оперативной памяти;

Быстродействие (тактовая частота процессора, цикл записи/считывания оперативной памяти).

Внешние устройства - обеспечивают эффективность взаимодействия компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими объектами. Внешние устройства подразделяются на следующие группы:

Интерактивные устройства ввода/вывода;

Устройства хранения (массового накопления);

Устройства массового ввода информации;

Устройства массового вывода информации

Внешние универсальные ЭВМ. В качестве внешних устройств выступают терминалы принтера и другие устройства.

На каналах связи.

Устройство компьютера

Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков):

Системного блока;

Клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;

Монитора (или дисплея) - для изображения текстовой и графической информации.

Компьютеры выпускаются и в портативном варианте - обычно в "блокнотном" (ноутбук) исполнении.

Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре.

Системный блок. Он является в компьютере "главным ". В нем располагаются всœе основные узлы компьютера:

Электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т. д.);

Блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

Накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, и пользуемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);

Накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер);

Другие устройства.

Дополнительные устройства . К системному блоку компьютера IBM PC можно подключать различные устройства ввода- вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности.

Внешние устройства. Многие устройства располагаются вне системного блока компьютера и подсоединяются к нему через специальные гнезда (разъемы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока. Такие устройства обычно называются внешними. Кроя монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:

Принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;

Мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;

Джойстик- манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;

А также другие устройства.

Внутренние устройства . Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера (в связи с этим они часто называются внутренними), к примеру:

Модем или факс-модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телœефонную сеть (факс- модем может также получать и принимать факсы);

Дисковод для компакт - дисков, он обеспечивает возможность чтения данных с компьютерных компакт-дисков и проигрывания аудиокомпакт-дисков;

Стример - для хранения данных на магнитной ленте;

Звуковая карта - для воспроизведения и записи звуков (музыки, голоса и т.д.).

Впрочем, модемы, факс-модемы, стримеры, дисководы для компакт-дисков и другие устройства могут выпускаться и во внешнем исполнении. Как правило, устройства во внутреннем исполнении стоят дешевле для них не нужно изготавливать корпус и их не нужно снабжать своим блоком питания.

Контроллеры и устройства. Для управления работой устройств в IBM PC -совместных компьютерах используются электронные схемы - контроллеры. Различные устройства используют разные способы подключения к контролерам:

Некоторые устройства (дисковод для дискет, клавиатура и т. д.) подключаются к имеющимся в составе компьютера стандартным контролерам;

Некоторые устройства (звуковые карты, многие факс-модемы и т. д.) выполнены как электронные платы, то есть смонтированы на одной плате со своим контроллером;

Остальные устройства используют следующий способ подключения: в системный блок компьютера вставляется электронная плата (контролер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется

к этой плате кабелœем.

Практическая работа №1

Клавиатура IBM PC. Техника безопасности

Техника безопасности:

Студенты, работающие на компьютерах обязаны:

1. выполнять только ту работу, которая поручена преподавателœем;

2. работать только с тем оборудованием, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ крайне важно для выполнения задач;

3. работать на расстоянии не менее 50см. от экрана;

5. бережно обращаться с техникой;

6. немедленно прекращать работу, при появлении необычного звука или самопроизвольного отключения аппаратуры.

Студентам, работающим на компьютере запрещается:

1. находиться в помещении в верхней одежде;

2. работать во влажной одежде и влажными руками;

3. пользоваться клавиатурой, в случае если не подключено напряжение;

4. включать и выключать электропитание и оборудование;

5. перемещать оборудование и устройства компьютера;

6. прикасаться к тыльной стороне клавиатуры и монитора;

7. класть книги и тетради на клавиатуру и монитор;

8. самостоятельно устранять неисправности;

9. вставать с рабочего места͵ когда в кабинœет входят посœетители.

Поколения ЭВМ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Поколения ЭВМ" 2017, 2018.