Программирование на eniac
Новая машина имела впечатляющие параметры: около 18 000 электронных ламп, размеры помещения 9.15м2, вес - 30 т. ENIAC работала с тактовой частотой 100 кГц и выполняла операцию сложения за 0,2 мс, а умножения – за 2,8 мс, по быстродействию она в 1000 раз превосходила релейные вычислительные машины. Однако вскоре обнажились недостатки новой машины. В ней использовалась десятичная система счисления вместо двоичной. Программирование ENIAC осуществлялось при помощи коммутационных кабелей, которые переключались инженерами по заданной схеме. При пробной эксплуатации выяснилось, что надежность машины очень низка – поиск неисправностей занимал от нескольких часов до нескольких суток. Тем не менее, компьютер просуществовал девять лет, и последний раз был включен в 1955 г.
В 1946 г. Джон фон Нейман (1903-1957) на основе критического анализа конструкции ENIAC предложил ряд новых идей организации ЭВМ, в том числе концепцию хранимой программы: «…орган памяти можно использовать для хранения как чисел, так и приказов [команд]». В результате реализации идей фон Неймана была создана архитектура ЭВМ, во многих чертах сохранившаяся до настоящего времени.
В бывшем СССР работы по созданию ЭВМ были начаты перед Великой Отечественной войной, однако из-за войны были приостановлены. Разработка ЭВМ возобновилась в 1947 г. в Институте электротехники Академии наук Украины под руководством Сергея Алексеевича Лебедева. Первый пробный пуск макета МЭСМ состоялся в 1951 г., а в эксплуатацию машина была сдана в 1952 г. МЭСМ работала в двоичной системе, причем программа хранилась в запоминающем устройстве оперативного типа. В разработку электронных компьютеров включилась фирма IBM. В 1952 г. Она выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM-701, а в 1957 г. группа под руководством Д.Бекуса завершила работу над ставшим впоследствии популярным первым языком программирования высокого уровня, получившим название ФОРТРАН. Язык впервые был реализован на ЭВМ IBM-704. После 1950 г. развитие вычислительной техники и программного обеспечения идет «семимильными шагами», расширяя границы применения компьютеров, все глубже проникая во все сферы человеческой деятельности.
Темпы и перспективы развития компьютерных систем
Электронный период развития ВТ принято делить на поколения.
ЭВМ первого поколения (начало 40-х – середина 50-х гг. XX в.) в качестве элементной базы использовали электронные лампы и реле. Машины этого поколения предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. Программирование осуществлялось на машинном языке. Они были значительных размеров, потребляли много энергии, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение.
Быстродействие их не превышало 2-3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти – 2К. 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. Машины 40-х – 50-х годов стоили миллионы долларов. Основным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 50-х гг. было отсутствие быстродействующей памяти.
Изобретение в 1948 г. транзисторов и запоминающих устройств на магнитных сердечниках привело к созданию нового поколения ЭВМ. Компьютеры, построенные в период с середины 50-х годов до середины 60-х годов ХХ в., стали называть машинами второго поколения. Машины второго поколения имели быстродействие порядка 20–30 тысяч операций в секунду и оперативную память 8К, 16К и 32К. Среди машин второго поколения особо выделяется БЭСМ-6 (1966 г.), разработанная в бывшем СССР под руководством академика С.А. Лебедева. Машина обладала быстродействием около миллиона операций в секунду и оперативной памятью от 32К до 128К.
Вычислительные машины этого периода работали по принципу пакетной обработки данных. Одной из проблем конца 50-х гг., затруднявших развитие вычислительных систем, было отсутствие стандартных языков программирования. Первой попыткой решения данной проблемы явилось создание в 1958 г. алгоритмического языка АЛГОЛ и транслятора для этого языка. В 1960 г. была опубликована законченная спецификация этого языка под названием АЛГОЛ-60.
Революционный прорыв в миниатюризации и повышении надежности компьютеров произошел в 1958 г., когда американский инженер Джек Килби (Jack Kilby) разработал первую интегральную микросхему. В 1959 г. Роберт Нойс, будущий основатель фирмы Intel, усовершенствовал способ соединения и спайки транзисторов на одной пластине кремния. В середине 60-х годов появилось третье поколение ЭВМ, основу элементной базы которых составляли микросхемы малой и средней степени интеграции.
Другая революция в технологии изготовления ЭВМ произошла 1971 г., когда американский инженер, сотрудник фирмы Intel Маршиан Эдвард Хофф объединил основные элементы компьютера в один небольшой кремниевый чип (кристалл), который он назвал микропроцессором. Первый микропроцессор получил маркировку intel 4004. ЭВМ четвертого поколения строятся на интегральных микросхемах с большой степенью интеграции – на одном кристалле размещается целая микроЭВМ. Такие микросхемы также называются микропроцессорами.
Следует заметить что, начиная с середины 60-х гг. элементная база перестала быть главным определяющим признаком поколения. Предпочтение стали отдавать архитектуре, функционально-структурной организации и программному обеспечению. Основу машин пятого поколения составят системы решения проблем и выполнения логических заключений.
Вначале ПК разрабатывались на базе 8-разрядных микропроцессоров. Одним из первых производителей компьютеров с 16-разрядным микропроцессором стала компания IBM, до 1980-х гг. специализировавшаяся на производстве больших ЭВМ. В 1981 г. она впервые выпустила ПК, в котором использовался принцип открытой архитектуры, позволивший изменить конфигурацию компьютера и улучшить его свойства.
В конце 1970-х гг. и другие крупные компании ведущих стран (США, Японии и т. д.) приступили к разработке ПК на базе 16-разрядных микропроцессоров.
В 1984 г. появился TIKMacintosh фирмы Apple – конкурента компании IBM. В середине 1980-х гг. были выпущены компьютеры на базе 32-разрядных микропроцессоров. В настоящее время имеются 64-разрядные системы.
По виду значений основных параметров и с учетом применения выделяют следующие группы средств вычислительной техники:
• суперЭВМ – уникальная сверхпроизводительная система, используемая при решении сложнейших задач, при больших вычислениях;
• сервер – компьютер, предоставляющий собственные ресурсы другим пользователям; существуют файловые серверы, серверы печати, серверы баз данных и др.;
• персональный компьютер – компьютер, предназначенный для работы в офисе или дома. Настроить, обслужить и установить программное обеспечение компьютеров этого вида может сам пользователь;
• профессиональная рабочая станция – компьютер, обладающий огромной производительностью и предназначенный для профессиональной деятельности в некоторой области. Чаще всего его снабжают дополнительным оборудованием и специализированным программным обеспечением;
• ноутбук – переносной компьютер, обладающий вычислительной мощностью ПК. Он может в течение некоторого времени функционировать без питания от электрической сети;
• карманный ПК (электронный органайзер), не превосходящий по размерам калькулятор, клавиатурный или бесклавиатурный, по своим функциональным возможностям похож на ноутбук;
• сетевой ПК – компьютер для делового применения с минимальным набором внешних устройств. Поддержка работы и установка программного обеспечения осуществляются централизованно. Его также применяют для работы в вычислительной сети и для функционирования в автономном режиме;
• терминал – устройство, применяемое при работе в автономном режиме. Терминал не содержит процессора для выполнения команд, он выполняет только операции по вводу и передаче команд пользователя другому компьютеру и выдаче пользователю результата.
Развитие ЭВМ идет по пути непрерывного повышения быстродействия, надежности, расширения функциональных возможностей, уменьшения габаритов и потребляемой мощности, упрощения интерфейса операционных систем. Среди ЭВМ четвертого поколения особо можно выделить три перспективных направления: универсальные вычислительные системы – микро-ЭВМ, высокопроизводительные вычислительные системы – суперЭВМ, специализированные ЭВМ, предназначенные для решения определенного класса задач.
В зависимости от установленного программного обеспечения персональный компьютер (микроЭВМ) может быть рабочим местом инженера-конструктора и незаменимым помощником секретаря в офисе.
СуперЭВМ предназначены для решения сложных задач моделирования, прогнозирования метеообстановки, управления оборонными комплексами и др. Например, в Японии суперЭВМ ежегодно прогнозирует день начала цветения сакуры - национального праздника страны. Специализированные ЭВМ служат для решения узкого класса задач или даже одной задачи. Например, управление коммутацией на автоматической телефонной станции или управление системой жизнеобеспечения на атомной подводной лодке.