Покоління еом: елементна база. Історія поколінь еом

Електронно-обчислювальні види машин в нашій країні діляться на кілька поколінь. Визначальними ознаками при віднесенні пристроїв до певного покоління служать їх елементи та різновиди таких важливих характеристик, як швидкодія, ємність пам`яті, способи управління і переробки інформації. Розподіл ЕОМ є умовним – є чимала кількість моделей, які, за одними ознаками, відносяться до одного, за іншими – до іншого виду покоління. В результаті ці види ЕОМ можуть ставитися до різним етапам розвитку техніки електронно-обчислювального типу.

Перше покоління ЕОМ

Розвиток ЕОМ розділяється на кілька періодів. Покоління пристроїв кожного періоду має відмінності один від одного елементними базами і забезпеченням математичного типу.

1 покоління ЕОМ (1945-1954) – електронно-обчислювальні машини на лампах електронного типу (подібні були в телевізорах перших моделей). Цей час можна назвати епохою становлення такої техніки.

Велика частина машин першого виду покоління називалася експериментальними типами пристроїв, які створювалися з метою перевірки одних або інших положень теорій. Розмір і вага комп`ютерних агрегатів, які часто потребували окремих будівлях, давно перетворилися на легенду. Введення чисел в перші машини проводилося за допомогою перфокарт, а програмні керування послідовностями здійсненності функцій здійснювалися, наприклад, в ENIAC, як в машинах лічильно-аналітичного типу, за допомогою штекерів і видів набірного поля. Незважаючи на те що подібний метод програмування вимагав безлічі часу для того, щоб підготувати машину – для з`єднань на складальних полях (комутаційної дошці) блоків він давав всі можливості для реалізації рахункових «здібностей» ENIAC`а, і з великою вигодою мав відмінності від методу програмної перфострічки, який характерний для пристроїв релейного типу.

Як працювали ці агрегати

Співробітники, які були приписаними до даної машини, постійно перебували біля неї і здійснювали спостереження за працездатністю електронних ламп. Але, як тільки перегорала хоча б одна лампа, ENIAC відразу ж піднімався, і наполягали клопоти: все в поспіху здійснювали пошук згорілої лампи. Головною причиною (може бути, і не точною) дуже частої заміни ламп була наступна: тепло і світіння ламп залучали метеликів, вони залітали всередину машини і сприяли виникненню короткого замикання. Таким чином, 1 покоління ЕОМ було вкрай уразливим щодо зовнішніх умов.

Якщо вищесказане є правдою, то термін «жучки» ( «баги»), під яким маються на увазі помилки в програмному і апаратному обладнанні комп`ютерної техніки, набирає вже нове значення. Коли всі лампи перебували в робочому стані, інженерний персонал міг зробити настройку ENIAC на будь-яку задачу, змінивши вручну підключення 6 000 проводів. Всі дроти потрібно було знову перемикати, якщо потрібна завдання іншого типу.

Найперші серійні машини

Першою серійно випускалася ЕОМ першого покоління став комп`ютер UNIVAC (Універсальний автоматичний комп`ютер). Розробниками даного комп`ютера були: Джон Мочлі (John Mauchly) і Дж. Преспер Еккерт (J. Prosper Eckert). Це був перший тип електронного цифрового комп`ютера загального призначення. UNIVAC, роботи по розробках якого почалися в 1946 році і завершилися в 1951, мав часом складань 120 мкс, умножений – 1800 мкс і поділів – 3600 мкс.

Дані машини займали багато площі, використовували безліч електроенергії і складалися з величезною чисельності ламп електронного типу. Наприклад, машина “Стріла” мала 6400 таких ламп і 60 тисяч штук діодів напівпровідникового типу. Швидкодії цього покоління ЕОМ не перевищували 2-3 тисяч операцій в секунду, обсяги оперативної пам`яті були не більш як 2 Кб. Тільки машина «М-2» (1958) мала оперативну пам`ять 4 КБ, а швидкодія її було 20 тисяч операцій в секунду.

ЕОМ другого покоління – істотні відмінності

У 1948 році фізиками-теоретиками Джоном Бардіним і Вільямом Шоклі, разом з ведучим експериментатором фірми «Белл телефон Лабораторіз» Уолтером Браттейном, був створений перший діючий транзистор. Це був прилад точково-контактного типу, в якому три металевих «вусики» мали контакт з бруском з полікристалічного матеріалу. Таким чином, покоління ЕОМ почали вдосконалюватися вже в той далекий час.

Перші види комп`ютерів, які працювали на основі транзисторів, відзначають свою появу в кінці 1950 років, а до середини 1960 років були створено зовнішні типи пристроїв з більш компактними функціями.

особливості архітектури

Однією з дивних здібностей транзистора є те, що він один може здійснювати роботу за 40 ламп електронного типу, і навіть в цьому випадку мати велику швидкість роботи, виділяти мінімальну кількість теплоти, і практично не вживати електричні ресурси і енергію. Разом з процесами заміни ламп електричного типу на транзистори удосконалилися способи збереження інформації. Відбулося збільшення обсягу пам`яті, а магнітна стрічка, яка вперше була застосована в ЕОМ першого покоління UNIVAC, почала використовуватися як для введення, так і для виведення інформації.

У середині 1960 років застосовувалося збереження інформації на дисках. Величезні види досягнень в архітектурі комп`ютерів дозволяли отримати швидкі дії в мільйон операцій в секунду! Наприклад, до транзисторним комп`ютерів 2 покоління ЕОМ можна віднести «Стретч» (Англія), «Атлас» (США). У той період Радянський Союз також випускав не поступаються вищевказаним пристроїв (наприклад, «БЕСМ-6»).

Створення ЕОМ, які побудовані за допомогою транзисторів, стало причиною зменшення їх габаритів, мас, витрат енергії і ціни на них, а також збільшило надійність і продуктивність. Це посприяло розширенню кола користувачів і номенклатури вирішуваних завдань. З огляду на поліпшені характеристики, якими володіло 2 покоління ЕОМ, розробники почали створювати алгоритмічні види мов для інженерно-технічного (наприклад, АЛГОЛ, ФОРТРАН) і економічного (наприклад, КОБОЛ) виду розрахунків.

значення ОС

Але навіть на цих етапах головною із завдань технологій програмування було забезпечення економії ресурсів – машинного часу і кількості пам`яті. Для вирішення цього завдання почали створювати прототипи сучасних операційних систем (комплекси програм службового типу, які забезпечують хороші розподілу ресурсів ЕОМ при виконаннях завдань користувача).

Види перших операційних систем (ОС) сприяли автоматизації роботи операторів ЕОМ, яка пов`язана з виконанням завдань користувача: введення в пристрій текстів програм, виклики необхідних трансляторів, виклики необхідних для програми бібліотечних підпрограм, виклики компоновщика для розміщення даних підпрограм і програми основного типу в пам`яті ЕОМ, введення даних вихідного типу і т. п.

Тепер, крім програми і даних, в ЕОМ другого покоління потрібно було вводити ще й інструкцію, де знаходилося перерахування етапів обробки і список відомостей про програму та її авторів. Після цього в пристрої почали вводити одночасно кілька завдань для користувачів (пакети із завданнями), в цих видах операційних систем потрібно було розподілити типи ресурсів ЕОМ між даними типами завдань – виник мультипрограмний режим для обробок даних (наприклад, поки відбувається виведення результатів завдання одного типу, робляться розрахунки для іншого, і в пам`ять можна ввести дані для третього типу завдання). Таким чином, 2 покоління ЕОМ увійшло в історію появою упорядкованих ОС.

Третє покоління машин

За рахунок створінь технології виробництв інтегральних мікросхем (ІС) вдалося досягти збільшень швидкої дії і рівнів надійності напівпровідникових схем, а також зменшення їх розмірів, споживаних рівнів потужності і вартості. Інтегральні види мікросхем складаються з десятків елементів електронного типу, які зібрані в прямокутних пластинах кремнію, і володіють довжиною сторони не більше 1 см. Подібний тип пластини (кристалів) розміщують в пластмасовому корпусі невеликих габаритів, розміри в якому можна визначити тільки за допомогою числа «ніжок »(висновків від входу і виходу електронних схем, створених на кристалах).

Завдяки зазначеним обставинам, історія розвитку ЕОМ (покоління ЕОМ) зробила великий прорив. Це дало можливість не тільки для підвищення якості роботи і зниження вартості універсальних пристроїв, а й створити машини малогабаритного, простого, дешевого і надійного типу – міні-ЕОМ. Такі агрегати спочатку були призначені для заміни контролерів апаратно-реалізованнних призначень в контурах управління будь-якими об`єктами, в автоматизованих системах управління процесами технологічного типу, системах зборів і обробки даних експериментального типу, різних керуючих комплексах на об`єктах рухомого типу і т. П.

Головним моментом в той час вважалися уніфікації машин з конструктивно-технологічними параметрами. Третє покоління ЕОМ починає випуски своїх серій або сімейств, сумісних типів моделей. Подальші скачки розвитку математичних і програмних забезпечень сприяють створінням програм пакетного типу для решаемости типових задач, проблемно орієнтованого програмного мови (для решаемости завдань окремих категорій). Так вперше створюються програмні комплекси – види операційних систем (розроблені IBM), на яких і працює третє покоління ЕОМ.

Машини четвертого покоління

Успішний розвиток електронних пристроїв привело до створінням великих інтегральних схем (ВІС), де один кристал мав пару десятків тисяч елементів електричного типу. Це сприяло тому, що з`явилися нові покоління ЕОМ, елементна база яких мала великий обсяг пам`яті і малі цикли для виконання команд: використання байтів пам`яті в одній машинної операції почала різко знижуватися. Але, так як витрати на програмування практично не мали скорочень, то на перший план ставилися завдання економії ресурсів людського, а не машинного типу.

Створювалися операційні системи нових видів, які дозволяли програмістам робити налагодження своїх програм прямо за дисплеями ЕОМ (в діалоговому режимі), і це сприяло полегшенню роботи користувачів і прискоренню розробок нового програмного забезпечення. Цей момент повністю суперечив концепціям первинних етапів інформаційних технологій, які використовували ЕОМ першого покоління: «процесором виконується тільки той обсяг роботи обробок даних, який люди принципово не можуть виконати, – масовий рахунок». Стали простежуватися тенденції іншого типу: «Все, що здійснимо машинами, вони повинні виполнять- людьми виконується тільки та частина робіт, яку неможливо автоматизувати».

У 1971 році була виготовлена велика інтегральна схема, де повністю розміщувався процесор електронно-обчислювальної машини простих архітектур. Стали реальними можливості для розміщень в одній великій інтегральній схемі (на одному кристалі) практично всіх пристроїв електронного типу, які не є складними в архітектурі ЕОМ, тобто можливості серійних випусків простих пристроїв за доступними цінами (без урахування вартості пристроїв зовнішнього типу). Так було створено 4 покоління ЕОМ.

З`явилося багато дешевих (кишенькових клавішних ЕОМ) і керуючих пристроїв, які облаштовані на одній-єдиній або декількох великих інтегральних схемах, що містять процесори, обсяги пам`яті і систему зв`язків з датчиками виконавчого типу в об`єктах управління.

Програми, які управляли подачами палив в двигуни автомобілів, рухами електронних іграшок або заданими режимами прання білизни, встановлювалися в пам`ять ЕОМ або при виготовленні подібних видів контролерів, або безпосередньо на підприємствах, які займаються випуском автомобілів, іграшок, пральних машин і т. Д.

Протягом 1970 років почалося виготовлення і універсальних обчислювальних систем, які складалися з процесора, обсягів пам`яті, схем сполучень з пристроєм вводу-виводу, розміщених в єдиній великій інтегральній схемі (однокристальних ЕОМ) або в деяких великих інтегральних схемах, встановлених на одній платі друкованого типу (одноплатні агрегати). В результаті, коли 4 покоління ЕОМ набуло поширення, відбувалося повторення ситуації, що виникла в 1960 роках, коли перші міні-ЕОМ забирали частину робіт у великих універсальних електронно-обчислювальних машинах.

Характерні властивості ЕОМ четвертого покоління

1. Мультипроцесорний режим.
2. Обробки паралельно-послідовного типу.
3. Високорівневі типи мов.
4. Поява перших мереж ЕОМ.

Технічні характеристики цих пристроїв

1. Середні затримки сигналів 0,7 нс. / В.
2. Основний вид пам`яті – напівпровідниковий. Час виробок даних з пам`яті такого типу – 100-150 нс. Ємності – 1012-1013 символів.
3. Застосування апаратної реалізації оперативних систем.
4. Модульні побудови почали застосовуватися і для засобів програмного типу.

Вперше персональний комп`ютер був створений в квітні 1976 Стівом Джобсом, співробітником фірми Atari, і Стівеном Возняком, співробітником фірми Hewlett-Packard. На основі інтегральних 8-бітних контролерів схеми електронної гри, вони створили найпростіший, запрограмований на мові BASIC, комп`ютер ігрового типу «Apple», який мав величезні успіхи. У початку 1977 року було зареєстровано компанію Apple Comp., І з того часу почалося виробництво перших у світі персональних комп`ютерів Apple. Історія покоління ЕОМ відзначає цю подію як найбільш важливе.

В даний час фірма Apple займається випусками персональних комп`ютерів Macintosh, які за більшістю параметрів перевершують види комп`ютерів IBM PC.

ПК в Росії

У нашій країні в основному використовують види комп`ютерів IBM PC. Цей момент пояснюється такими причинами:

1. До початку 90-х США не дозволяли постачати в Радянський Союз інформаційні технології передового типу, до яких і ставилися потужні комп`ютери Macintosh.
2. Пристрої Макінтош були набагато дорожче, ніж IBM PC (в даний час вони мають приблизно однакову вартість).
3. Для IBM PC розроблено множину програм прикладного типу і це полегшує їх використання в самих різних сферах.

П`ятий вид покоління ЕОМ

У поздніе1980 роки історія розвитку ЕОМ (покоління ЕОМ) відзначає новий етап – з`являються машини п`ятого виду покоління. Виникнення цих пристроїв пов`язують з переходами до мікропроцесорах. З точки зору структурних побудов характерні максимальні децентралізації управлінь, кажучи про програмні та математичних забезпеченнях – переходи на роботу в програмній сфері та оболонці.

Продуктивність п`ятого покоління ЕОМ – 10 8 -10 9 операцій за секунду. Для цього типу агрегатів характерна многопроцессорная структура, яка створена на мікропроцесорах спрощених типів, яких застосовується множина (вирішальне поле або середа). Розробляються електронно-обчислювальні типи машин, які орієнтовані на високорівневі типи мов.

В даний період існують і застосовуються дві протилежні функції: персоніфікації і колективізації ресурсів (колективні доступи до мережі).

Через операційного програмного забезпечення, яка забезпечує простоту спілкування з електронно-обчислювальними машинами п`ятого покоління, величезної бази програм прикладного типу з різних сфер людської діяльності, а також низьких цін ЕОМ стає незамінною приналежністю інженерів, дослідників, економістів, лікарів, агрономів, викладачів, редакторів, секретарів і навіть дітей.

Розвиток в наші дні

Про шосте та більш нові покоління розвитку ЕОМ можна поки тільки мріяти. Сюди можна віднести нейрокомп`ютери (види комп`ютерів, які створені на основі мереж нейронного типу). Вони поки не можуть існувати самостійно, але активним чином моделюються на комп`ютерах сучасного типу.

Покоління ЕОМ (електронно-обчислювальних машин)

Матеріал призначений для розгляду і вивчення поколінь ЕОМ під час теми “Історія виникнення і розвитку комп’ютерної техніки”. Також можна використати для розміщення на інформаційних стендах в кабінетах ІКТ

Перше покоління ЕОМ на електронних лампах — громіздкі конструкції, які споживали велику кількість електроенергії і вимагали для розміщення значної площі.

Для введення і виведення даних використовувалися перфокарти, магнітні стрічки, пристрої друкування.

Машини мали обмежений набір вказівок, програмне забезпечення було практично відсутнім. Проект першої у світі ЕОМ був запропонований у 1942 році американцями Дж. Моучлі і Дж. Еккертом. Прийшовши до висновку про необхідність використання в обчислювальних пристроях електронних ламп, Дж. Еккерт подав проект електронної машини «Еніак» (ENIAC, абревіатура від Electronic Numerical Integrator and Calculator — електронний цифровий інтегратор і калькулятор).

UNIVAC I використовував 5200 електровакуумних ламп, мав масу близько 13 тонн, споживав 125 кВт електричної енергії і міг виконувати близько 1905 операцій за секунду, працюючи на тактовій частоті 2,25 МГц. Вся система займала площу в 35,5 кв.м.

Основна пам’ять складалася з 1000 12-бітових слів. Комп’ютер комплектували оригінальними накопичувачем на магнітній стрічці та барабанним принтером. Комп’ютери UNIVAC 1 виробляв підрозділом UNIVAC компанії Remington Rand (колишня Eckert-Mauchly Computer Corporation). У 50-і роки урядовим організаціям і фірмам було продано 46 машин UNIVAC І.

МЭСМ (Малая электронная счётная машина) — перша в СРСР і континентальній Європі ЕОМ. Розроблено у лабораторії С. А. Лебедєва (на базі київського Інституту електротехніки АН УРСР) з кінця 1948 року.

Друге покоління ЕОМ відзначилось використанням транзисторів – напівпровідникових елементів електронної техніки, які дозволяли керувати струмом, що протікає через них. Транзистори, як виявилось, були спроможні виконувати всі ті функції, які до цього часу виконували електронні лампи. Але при цьому вони були значно менші за розмірами та споживали набагато менше електроенергії. До того ж транзистори дешевші, випромінюють менше тепла та більш надійні, ніж електронні лампи. І все ж таки найдивовижнішою властивістю транзистора є те, що він один здатен виконувати функції 40 електронних ламп та ще й з більшою швидкістю, ніж вони. В результаті швидкодія машин другого покоління виросла приблизно в 10 разів порівняно з машинами першого покоління, обсяг їх пам’яті також збільшився .

Машини стали надійнішими, компактнішими, споживання енергії зменшилося. Оперативну пам’ять було побудовано на магнітних сердечниках. Швидкодія машин зросла до сотень тисяч операцій за секунду. Обчислювальні машини Ferranti Pegasus 1 (1956 рік) і Pegasus 2 (1959 рік). Pegasus 1 використано для розрахунку 7480 цифр числа Піфагора π, що було рекордом для свого часу.

Серед радянських комп’ютерів другого покоління був Мінськ–22. Він міг виконувати до п’яти тисяч елементарних операцій в секунду. Його оперативна пам’ять була побудована на феритових сердечниках для запам’ятовування 6–8 тисяч чисел. У ньому застосовували магнітні диски, які могли зберігати кілька мільйонів чисел. Введення інформації здійснювали через перфокарти і перфострічки.

Третє покоління на базі інтегральних схем вийшло на арену у зв’язку з появою цих інтегральних схем, які на невеличкій пластинці кристалу кремнію вміщували сотні і тисячі елементів електронної схеми — транзисторів, діодів тощо. У ці часи з’явилася напівпровідникова пам’ять, яку й досі використовують у пристроях оперативної пам’яті. Швидкодія машин зросла до мільйонів операцій за секунду. Поряд з числовою і текстовою інформацією розпочалося опрацювання графічної інформації. Для машин третього покоління було створено операційні системи, які взяли на себе керування пам’яттю, пристроями введення і виведення інформації та використанням інших машинних ресурсів. У 1971 році фірма Intel випустила перший мікропроцесор.

7 квітня 1964 року представники IBM (International Business Machins), гіганта комп’ютерної індустрії, оголосила про створення не однієї якої-небудь машини, а цілої родини System/360. Для забезпечення сумісності IBM вперше застосувала кілька рішень, багато з яких використовують і донині. Нариклад, було використано довжину слова 32 біти (4 байти). Це значно спростило архітектуру, бо обидва числа були ступенями двійки.

У країнах соціалістичного табору аналогом IBM/360 стала серія ЄС ЕОМ (Єдина система електронних обчислювальних машин).

Четверте покоління ЕОМ на базі великих інтегральних схем. У таких схемах щільність розміщення елементів складала десятки тисяч на одному квадратному сантиметрі. З’явилися швидкісні пристрої пам’яті великої ємності. Швидкодія машин зросла до десятків і сотень мільйонів операцій за секунду.

У 1981 році американська фірма IBM (International Business Machins) — представила свій перший персональний комп’ютер — IBM PC (IBM Personal Computer).

Перший персональний комп’ютер коштував 1565 доларів, був простий у використанні і займав порівняно мало місця. IBM 5150 був оснащений процесором Intel 8088 з тактовою частотою 4,77 мегагерца і передвстановленою оперативною пам’яттю розміром 16 або 64 кілобайт. У першому ПК не було вінчестера, а дисковод купувався за окрему плату. Вже за перший рік продажів кількість реалізованих комп’ютерів перевалило за 130 тисяч.

До четвертого покоління радянських ЕОМ можна віднести ЄС-1015, ЄС-1025, ЄС–1035, ЄС–1045, ЄС–1055, ЄС–1065. Персональні комп’ютери: Електроніка-85, Іскра–226, ЄС–1840, ЄС–1841, ЄС–1842. До цього покоління належить і багато­процесорний комп’ютер «Ельбрус», якого згодом замінив «Ельбрус–2». Обчислювальна потужність цієї машини, як для четвертого покоління, була дуже великою. Він мав близько 64 мегабайт оперативної пам’яті, міг виконувати до 5 мільйонів операцій з рухомою точкою на секунду. Пропускна здатність шини — до 120 Мб/с.

П’яте покоління на базі великих інтегральних схем. ЕОМ створюють на базі супервеликих інтегральних схем, де щільність розміщення — сотні тисяч і мільйони елементів на один квадратний сантиметр. Використовують оптоелектроніку й нові принципи організації комп’ютерної системи. Щоб показати, якими темпами йде розвиток мікропроцесорної техніки, наведемо лише чотири цифри: мікропроцесор, виготовлений фірмою Intel у 1974 році, містив 4 500 транзисторів, у 1978 — 29 000, у 1989 — понад 1 мільйон, а зараз ця цифра становить 1 мільярд, що дозволить реалізувати обчислювальну потужність у квадрильйони операцій за секунду (петафлопс). Список найпотужніших суперкомп’ютерів постійно оновлюється. Принагідно зазначимо, що cучасні найпотужніші у світі обчислювальні системи використовують операційну систему Linux.