5. Классификация компьютеров по этапам создания и элементной базе.

Основные этапы и тенденции развития компьютеров, их аппаратных и программных средств -

(См. Слайд 4)

По этапам создания и элементной базе компьютеры условно делятся на поколения:

1-е поколение, 50-е годы ХХ в.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

Основным активным элементом компьютеров первого поколения являлась электронная лампа, остальные компоненты электронной ап­паратуры - это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Для построения оперативной памяти уже с середины 50-х годов нача­ли применяться специально разработанные для этой цели элементы - ферритовые сердечники. В каче­стве устройства ввода - вывода сначала использовалась стандартная телеграфная аппаратура (телетайпы, ленточные перфораторы, транс­миттеры, аппаратура счетно-перфорационных машин), а затем спе­циально были разработаны электромеханические запоминающие ус­тройства на магнитных лентах, барабанах, дисках и быстродейству­ющие печатающие устройства.

Компьютеры этого поколения имели значительные размеры, по­требляли большую мощность, имели сравнительно малое быстродей­ствие, малую емкость оперативной памяти, невысокую надежность работы. Быстродействие этих машин составляло от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду, емкость памяти - несколько тысяч машинных слов, надежность исчислялась несколькими часами работы.

В них автоматизации подлежал только шестой этап, так как здесь практически отсутствовало какое-либо программное обеспечение. Все пять предыдущих пользователь должен был готовить вручную самостоятельно, вплоть до получения машинных кодов программ. Трудо­емкий и рутинный характер этих работ был источником большого количества ошибок в заданиях. Поэтому в ЭВМ следующих поколе­ний появились сначала элементы, а затем целые системы, облегчаю­щие процесс подготовки задач к решению.

2-е поколение, 60-е годы ХХв.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).

На смену лампам в машинах второго поколения (начало 60-х го­дов XX в.) пришли транзисторы. Компьютеры стали обладать боль­шими быстродействием, емкостью оперативной памяти, надежностью. Все основные характеристики возросли на 1-2 порядка. Существенно были уменьшены размеры, масса и потребляемая мощность. Боль­шим достижением явилось применение печатного монтажа. Повыси­лась надежность электромеханических устройств ввода - вывода, удель­ный вес которых увеличился. Машины второго поколения стали обла­дать большими вычислительными и логическими возможностями.

Особенность машин второго поколения - их дифференциация по применению. Появились компьютеры для решения научно-техничес­ких и экономических задач, для управления производственными про­цессами и различными объектами (управляющие машины).

Наряду с техническим совершенствованием ЭВМ развиваются методы и приемы программирования вычислений, высшей ступенью которых является появление систем автоматизации программирова­ния, значительно облегчающих нелегкий труд математиков-програм­мистов. Большое развитие и применение получили алгоритмические языки (Алгол, Фортран и др.), существенно упрощающие процесс подготовки задач к реше­нию. С появлением алгоритмических языков резко сократились шта­ты чистых программистов, поскольку составление программ на этих языках стало под силу самим пользователям.

3-е поколение, 70-е годы ХХв.: компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни — тысячи транзисторов в одном корпусе).

Третье поколение ЭВМ (в конце 1960-х - начале 1970-х годов) характеризуется широким применением интегральных схем.

Интегральная схема — электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число актив­ных элементов (диодов и транзисторов) - представляет собой законченный логический и функ­циональный блок, соответствующий достаточно сложной транзистор­ной схеме.

Благодаря использованию интегральных схем удалось улучшить технические и эксплуатационные характеристики машин. Вычислительная техника стала иметь широкую номенклатуру уст­ройств, позволяющих строить разнообразные системы обработки дан­ных, ориентированные на различные применения. Этому способствовало также применение многослойного печатного монтажа.

В компьютерах третьего поколения значительно расширился на­бор различных электромеханических устройств ввода и вывода ин­формации. Развитие этих устройств носит эволюционный характер: их характеристики улучшаются гораздо медленнее, чем характеристики электронного оборудования.

Отличительной особенностью развития программных средств этого поколения является появление ярко выраженного программного обеспечения (ПО) и развития его ядра - операционных систем, отвечающих за организацию и управление вычислительным процессом. Имен­но здесь слово «ЭВМ» всё чаще стало заменяться понятием «вычис­лительная система», что в большей степени отражало усложнение как аппаратурной, так и программной частей ЭВМ.

Операционная система (ОС) планирует последовательность рас­пределения и использования ресурсов вычислительной системы, а так­же обеспечивает их согласованную работу.

Под ресурсами обычно понимают те средства, которые используются для вычислений:

• ма­шинное время отдельных процессоров или ЭВМ, входящих в систему;

• объемы оперативной и внешней памяти;

• отдельные устройства,

• ин­формационные массивы;

• библиотеки программ;

• отдельные программы, как общего, так и специального применения и т.п.

В машинах третьего поколения существенно расширены возмож­ности по обеспечению непосредственного доступа к ним со стороны абонентов, находящихся на различных, в том числе и значительных (десятки и сотни километров) расстояниях. Удобство общения абонента с машиной достигается за счет развитой сети абонентских пунктов, связанных с ЭВМ информационными каналами связи, и соответству­ющего программного обеспечения.

4-е поколение, 80-90-е годы ХХв.: компьютеры на больших и сверхбольших интег­ральных схемах, основная из которых — микропроцессор (сотни тысяч — де­сятки миллионов активных элементов в одном кристалле).

БИС - большие интегральные схемы содержат плотно упакованные активные элементы. Все электронное оборудование компьютера 1-го поколения, занимавшего зал площадью 100-150 м² размещается в одном микропроцессоре площадью 1,5-2 см². Расстояния между активными элементами в сверхбольшой интеграль­ной схеме составляют десятые доли микрона. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет несколько десятков микрон.

Для машин четвертого поколения (80-е годы XX в.) характерно при­менение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень интегра­ции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, усложнению ее функций, повышению надежности и быстро­действия, снижению стоимости. Это в свою очередь оказывает существенное воздействие на логическую структуру ЭВМ и ее программ­ное обеспечение. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы.

В недрах четвертого поколения с появлением в США микропроцес­соров (1971 г.) появился новый класс вычислительных машин - микроЭВМ, на смену которым в 1980-х годах пришли персональные компью­теры (ПК). В этом классе ЭВМ наряду с БИС стали использоваться сверх­большие интегральные схемы (СБИС) 32-, а затем 64-разрядности.

5-е поколение, настоящее время: компьютеры со многими десятками, сотнями и тысячами параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с парал­лельно-векторной структурой, одновременно выполняющих большое количество последо­вательных инструкций программы.

6-е и последующие поколения: оптоэлектронные компьютеры с массовым па­раллелизмом и нейронной структурой, с распределённой сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Каждое следующее поколение компьютеров имеет по сравнению с предшествующим ему поколением существенно лучшие характеристики. Так, производительность компьютеров и ёмкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок.

Соответствующим образом эволюционировали и компьютерные технологии (См. Слайд 5).