МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Татарский Институт Содействия Бизнесу

Реферат по информатики на тему:

История вычислительной техники: четвертое поколение.

Выполнил: Группа И-017 Шайдуллин Айрат

Преподаватель: Козин Александр Николаевич

Казань 2001

Первые приспособления. О том, когда человечество научилось считать мы можем строить лишь догадки. Но можно с уверенностью сказать, что для простого подсчета наши предки использовали пальцы рук, способ который мы с успехом используем до сих пор. А как поступить в том случае если вы хотите запомнить результаты вычислений или подсчитать то чего больше чем пальцев рук. В этом случае можно сделать насечки на дереве или на кости. Скоре всего так и поступали первые люди, о чем и свидетельствуют археологические раскопки. Пожалуй самым древним из найденных таких инструментов считается кость с зарубками найденная в древнем поселении Дольни Вестоници на юго-востоке Чехии в Моравии. Этот предмет получивший название «вестоницкая кость» предположительно использовался за 30 тыс. лет до н. э. Несмотря на то, что на заре человеческих цивилизаций, были изобретены уже довольно сложные системы исчисления использование засечек для счета продолжалось еще довольно таки долго. Так, к примеру за 2 тыс. лет до н.э. на коленях статуи шумерского царя Гудеа была высечена линейка, поделенная на шестнадцать равных частей. Одна из этих частей была в свою очередь поделена на две, вторая на три, третья на четыре, четвертая на пять, а пятая на шесть равных частей. При этом в пятой части длина каждого деления составляла 1 мм.

Первое поколение ЭВМ
(1948 - 1958 гг. )

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появилась первая электронная вычислительная машина. За этот 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 всего 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 всего 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 всего 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, деление ЭВМ на поколения в определенной мере условно. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим - к другому поколению. И все же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники.

Первое поколение ЭВМ (1948 - 1958 гг.)

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 , БЭCМ -1, М-1, М-2, М-З, “Стрела ”, “Минск -1”, “Урал -1”, “Урал-2”, “Урал-3”, M-20, "Сетунь Раздан ". Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2-3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти-2К или 2048 машинных слов (1K=1024) длиной 48 двоичных знаков. В 1958 г. появилась машина M-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 магнитном барабане. Они были опутаны проводами и имели время доступа 1х10 -3 с. Производственные системы и компиляторы пока не появились. В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках. Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой.

Второе поколение ЭВМ (1959 - 1967 гг.)

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 счет развития программного обеспечения. Появились также специализированные машины, например 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 , обладающая быстродействием около миллиона операций в секунду и оперативной памятью от 32К до 128К (в большинстве машин используется два сегмента памяти по 32К каждый).

Данный период характеризуется широким применением транзисторов и усовершенствованных схем памяти на сердечниках. Большое внимание начали уделять созданию системного программного обеспечения, компиляторов и средств ввода-вывода. В конце указанного периода появились универсальные и достаточно эффективные компиляторы для Кобола, Фортрана 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 этот период возникла профессия специалиста по информатике, и многие университеты стали предоставлять возможность получения образования в этой области.

Третье поколение ЭВМ (1968 - 1973 гг.)

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

В СССР в 70-е 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 (IBM-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.

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 миниЭВМ 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 миниЭВМ. На большую вычислительную машину реального времени возлагаются задачи планирования (наблюдения) в иерархической системе с целью координации управления подсистемами и обработки центральных данных об объекте.

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

Применение распределенных вычислительных систем явилось базой для децентрализации решения задач, связанных с обработкой данных на заводах, в банках и других учреждениях. Вместе с тем для данного периода характерным является хронический дефицит кадров, подготовленных в области электронных вычислительных машин. Это особенно касается задач, связанных с проектированием распределенных вычислительных систем и систем реального времени.

Четвертое поколение ЭВМ (1974 - 1982 гг.)

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.

Характерной чертой данного периода явилось резкое снижение цен на аппаратное обеспечение. Этого удалось добиться главным образом за счет использования интегральных схем. Обычные электрические соединения с помощью проводов при этом встраивались в микросхему. Это позволило получить значение времени доступа до 2х10 -9 с. В этот период на рынке появились удобные для пользователя рабочие станции, которые за счет объединения 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.

Программное обеспечение для малых вычислительных машин вначале было совсем элементарным, однако уже к 1968 г. 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 той или иной форме успешно не применялись. Их функции на производстве очень многообразны; так, можно указать простые системы сбора данных, автоматизированные испытательные стенды, системы управления процессами. Следует подчеркнуть, что управляющая вычислительная машина теперь все чаще вторгается в область коммерческой обработки данных, где применяется для решения коммерческих задач.

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 все чаще основывалось на методах планирования и специальных методах программирования.

К этому поколению можно отнести ЭВМ ЕС : ЕС-1015, -1025, -1035, -1045, -1055, -1065 (“Ряд 2”), -1036 , -1046, -1066 , СМ-1420 , -1600 , -1700 , все персональные ЭВМ (“Электроника МС 0501”, “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 объем оперативной памяти до 64 Мб. У "Эльбрус-2" производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мс лов (слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода -вывода - 120 Мб/с.

“ ЭЛЬБРУС-1 ”

В состав семейства многопроцессорных вычислительных комплексов входит система Эльбрус-1 с производительностью от 1,5 млн. операций в сек до 10 млн. операций в сек и высокопроизводительная система Эльбрус-2 с суммарным быстродействием более 100 млн. операций в сек. Системы Эльбрус-1 и Эльбрус-2 построены на одних и тех же структурных принципах, их модули функционально идентичны, а их процессоры имеют одинаковую систему команд и одинаковую по функциям единую операционную систему (ЕОС).

“ЭЛЬБРУС-2”

Симметричный Многопроцессорный (10 процессоров) вычислительный комплекс "Эльбрус-2" на матричных ECL БИС, выпущен в 1985 г. (В.С. Бурцев). Производительностью 125 млн. оп/сек (MIPS), емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мс лов (слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода - 120 Мб/с. Применялся в Центре управления космическими полетами, в области ядерных исследований (Арзамас-16, Челябинск-70) и на объектах Министерства обороны.

ЕС-1045

1979 г. - начало выпуска в Ереване и Казане модели ЕС-1045. Главный конструктор А.Т. Кучукян.

Область применения: вычислительные центры предприятий, объединений, ведомств. Решение научно-технических планово-экономических и информационно-логических задач.

Основные характеристики.

Элементная база: интегральные микросхемы малой и средней степени интеграции. Производительность - 660 тыс. операций в секунду 800 тыс. операций. Суммарная пропускная способность каналов - 5 Мб/с. Объем буферного ЗУ, имеющего цикл 120 нс - 8 Кб. Объем оперативного ЗУ - 1-4 Мб. Цикл ОЗУ - 1,2 мкс. Ширина выборки из ОЗУ - 144 разряда. Акселератор, ускоряющий выполнение 25 "длинных" машинных операций. Возможность подключения матричного процессора ЕС-2345. Средства прямого управления для создания двухмашинных комплексов. Универсальный интерфейс для связи с внешними устройствами. Пять совмещенных с процессором блок-мультиплексных каналов с общей пропускной способностью 5 Мб/с. Два встроенных адаптера канал - канал. Накопители на сменных магнитных дисках емкостью 29 и 100 Мб. Накопители на магнитных лентах с плотностью записи 32 и 64 импульсов на 1 мм. Автоматическая система контроля и диагностики электропитания, осуществляющая автоматическое измерение и программное изменение напряжений вторичных источников питания. Занимаемая основным комплектом площадь - 120 кв. м. Рабочая температура окружающего воздуха - 5-40С. Мощность, потребляемая ЭВМ, - 35 кВА.

ЕС -1035Б

Электронная вычислительная машина ЕС-1035Б, относящаяся к ЕС ЭВМ «Ряд-2», предназначена для решения широкого круга научно-технических, экономических и других задач и может быть успешно применена в систе­мах пакетной обработки данных коллективного пользования, в развитых системах телеобработки данных, в системах реального времени. ЕС-1035Б выпускается в НРБ. Программное обеспечение ЕС-1035 может работать под управлением операционной системы типа ДОС ЕС ил ОС ЕС. Последняя наиболее эффективно функционирует на моделях ЕС ЭВМ с большим объемом основ­ной памяти (256-512Кбайт). Эта система обеспечивает работу в одно­программном режиме и режимах мультипрограммирования с фиксирован­ным или переменным числом задач. ОС ЕС планирует очередность выполнения задач соответственно заданным приоритетам и реализует динамиче­ское распределение ресурсов.

О днако серьезные машины работают не только с цифрами, но и с текстом. Для того чтобы закодировать все цифры, буквы и специальные символы необходимо было увеличить разрядность процессора. В результате в 1972 году появился восьмиразрядный i8008, а в 1974 был разработан i8080. Этот восьмиразрядный микропроцессор был выполнен по NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor) технологии, а его тактовая частота не превышала 2 МГц. У него было более широкое множество микрокоманд. Кроме того, это был первый микропроцессор, который мог делить числа. Процессор i8080 оказал значительное влияние на дальнейшее развитие вычислительной техники. Таким образом история развития электроники подошла к созданию персональных компьютеров. Во второй половине 70-х гг. сложилась благоприятная ситуация для их появления на рынке. Ощущалась потребность в недорогих ЭВМ, способных поддерживать одно рабочее место. Многие персональные компьютеры того времени базировались на 8-разрядных процессорах, таких как i8080 и его дальнейшей разработкой компанией Zilog Corporation - Z80. Стандартом операционной системы для персональных компьютеров стала разработанная компанией Digital Research CP/M (Control Program for Microcomputers). Она была сделана по образу операционных систем больших ЭВМ, но размеры были гораздо меньше, что давало возможность работать на микропроцессоре.

Какими должны быть компьютеры 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. Компьютеры будут 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 позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.

Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них - это традиционный компьютер. Но теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином "интеллектуальный интерфейс" . Его задача - понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера. Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещённых на одном кристалле полупроводника.

Литература:

http://www.pokolenia.ok.ru

http://www.bdxc.ru/konkurs/russian/generate.htm

Еще из раздела Информатика, программирование:

• Реферат: Разработка базы данных для объекта автоматизации: гомеопатическая аптека
• Контрольная работа: Текстовый редактор Microsoft Word (основы работы)

За более чем 60 лет, прошедших с того момента, когда идея создания электронных вычислительных машин возникла независимо друг от друга у ученых четырех наиболее развитых в техническом отношении стран – СССР, США, Великобритании и Германии, – вычислительная техника прошла долгий путь совершенствования: от занимавших целую комнату «шкафов» до миниатюрных, но намного превосходящих их по возможностям мобильных компьютеров, умещающихся в кармане пиджака.

Все многообразие разновидностей ЭВМ, созданных за время их «эволюции», принято делить на несколько «поколений» в зависимости от применяемой при их создании элементной базы (радиолампы, транзисторы, микросхемы), а также в зависимости от структуры, возможностей и областей применения самих ЭВМ. В настоящее время традиционно выделяют пять поколений ЭВМ, однако в ближайшем будущем, возможно, эта классификация будет изменена или дополнена.

Поколения ЭВМ
Поколения ЭВМ	Время появления первых ЭВМ поколения, типичный представитель	Максимальное быстродействие, операций в секунду	Основа элементной базы	Основные устройства ввода-вывода информации	Типичные языки программирования
I	1945–1954: ЭНИАК (США), БЭСМ, МЭСМ, «Урал» (СССР)	10 3 –10 4	Электронная лампа	Пульт управления, перфокарты	Машинный код
II	1955–1963:CDC 660, IBM 7090 (США), «Сетунь» (СССР)	10 4 –10 6	Транзистор	Перфокарты	Ассемблер
III	1964–1966: IBM/360 (США), серия ЕС ЭВМ (СССР)	10 5 –10 7	Малая интегральная схема (ИС), 2–5 транзисторов	Алфавитно-цифровой терминал	Ассемблер, процедурные языки высокого уровня
IV	1976–1979: Apple, IBM PC (США)	10 6 и выше	Большая ИС (БИС), 10 2 и более транзисторов; Сверхбольшие ИС (СБИС); микропроцессоры	Цветной графический дисплей, клавиатура, мышь, магнитные и оптические накопители	Процедурные языки высокого уровня; инструментальные и прикладные программы
V	1990 – ???		Оптические и квантовые схемы	Голосовой интерфейс	Непроцедурные языки высокого уровня, «искусственный интеллект»

1.4.1. Первое поколение

К первому поколению обычно относят ЭВМ, созданные на рубеже 1950-х годов и построенные на электронных лампах, хотя первая такая ЭВМ – ENIAC (английская аббревиатура, означающая «электронный цифровой интегратор и вычислитель») – была построена в США Дж. Моучли и Дж. Эккертом еще в 1945 году. По скорости вычислений она значительно превосходила релейные счетные машины того времени, но программировалась аппаратным способом – при помощи штеккерно-коммутационной панели (программа формировалась путем соответствующего соединения проводами тех или иных блоков машины). Только в 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой фон Неймана (с программой, хранящейся в памяти в виде последовательности закодированных команд) – английская ЭВМ EDSAC, а годом позже появилась аналогичная американская машина EDVAC. Однако эти две ЭВМ существовали в единственных экземплярах, и лишь в 1950-х годах в развитых странах мира началось серийное производство ЭВМ первого поколения.

В СССР первая ЭВМ такого типа была создана в 1951 году академиком С.А. Лебедевым, эта машина называлась МЭСМ (аббревиатура, означающая «малая электронная счетная машина»). Позже под руководством академика Лебедева в 1950-х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 («большая электронная счетная машина»), БЭСМ-2, М-20.

Компьютеры первого поколения стали значительным шагом вперед по сравнению с ранними моделями механических и электрических релейных счетных машин, прежде всего благодаря реализации идеи программного управления вычислениями – путем ввода в память требуемой последовательности кодов команд, но без изменения каждый раз структурной схемы ЭВМ. Для ввода-вывода программ и данных обычно использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и алфавитно-цифровые печатающие устройства. Но машины на электронных лампах имели огромные размеры и низкую надежность, потребляя при этом большое количество электроэнергии. Приобретение такого компьютера было по силам только крупным государственным учреждениям или фирмам.

Хотя компьютеры первого поколения обеспечивали быстродействие около 10-20 тысяч операций в секунду, набор команд для написания программ в них был небольшим, а какое-либо стандартное программное обеспечение практически отсутствовало. Более того, еще практически не существовало сколько-нибудь стандартных языков программирования – программы нужно было писать на языке машинных кодов, в соответствии с числовыми кодами команд процессора конкретной модели ЭВМ, так что программы, написанные для одного компьютера, невозможно было использовать на компьютере другой модели.

Как правило, ЭВМ первого поколения предназначались для решения каких-либо специальных задач (например, для расшифровки перехваченных вражеских радиограмм во время Второй мировой войны) или для выполнения расчетов для целых производственных и исследовательских коллективов. Желающие воспользоваться возможностями такой ЭВМ в своей работе должны были передавать задания математикам-программистам, формализующим задачи и составляющим программы, после чего созданная программа вводилась операторами с пульта управления машиной, а затем производились ее отладка и исполнение. Процесс отладки был достаточно длительным и носил итерационный (многошаговый) характер, а если получивший результаты расчетов специалист обнаруживал в постановке задачи ошибку или требовалось изменить исходные данные, то весь процесс приходилось производить заново.

Опыт использования машин первого поколения выявил существенный разрыв между значительным временем, затрачиваемым на разработку программ, и сравнительно небольшим временем выполнения расчетов по ним компьютером. Для решения этой проблемы потребовалась разработка средств автоматизации программирования и различных обслуживающих программ, упрощающих работу с ЭВМ, придающих ей характер диалога оператора с компьютером.

1.4.2. Второе поколение

Второе поколение ЭВМ представляют компьютеры, созданные в 1955–1965 годах с использованием как электронных ламп, так и отдельных транзисторных логических элементов. Они оснащались устройствами оперативной памяти на магнитных сердечниках, стал расширяться диапазон используемого периферийного оборудования ввода-вывода программ и данных – появились устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски. Быстродействие ЭВМ второго поколения достигало сотен тысяч операций в секунду, емкость памяти – нескольких десятков тысяч байтов.

Чтобы упростить создание программ, был создан язык программирования Ассемблер, позволяющий задать всю необходимую последовательность действий при помощи некоторого набора текстовых команд, понятных оператору и обычно представляющих собой аббревиатуры английских названий соответствующих действий. Соответственно, для преобразования текста программы (листинга), написанного на Ассемблере, в необходимую последовательность команд процессора компьютер должен быть оснащен специальной программой – транслятором .

Появился также широкий набор стандартных («библиотечных») программ для решения различных математических задач, были созданы мониторные системы, реализующие диалоговый режим трансляции, отладки и исполнения программ, а для некоторых машин второго поколения были созданы первые операционные системы. Однако ЭВМ второго поколения были несовместимы между собой по командам процессора, так что возможность создания универсальных, машинно-независимых программ все еще отсутствовала. А значительная сложность программирования на Ассемблере по-прежнему требовала при общении между пользователем и ЭВМ специалиста-оператора в качестве «посредника».

1.4.3. Третье поколение

ЭВМ третьего поколения были созданы после 1960 года на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС), или микросхемах . Такие схемы представляют собой цельные микрокристаллы полупроводника, на которых при помощи целого ряда высокоточных микроопераций вытравливаются или напыляются сверхминиатюрные аналоги обычных транзисторов и иных полупроводниковых элементов. Первые ИС содержали в себе десятки, а позже – сотни, диодов, транзисторов, резисторов и пр.

Первой ЭВМ третьего поколения считается серийно выпускавшаяся со второй половины 1960-х годов американской фирмой IBM машина IBM/360. Немного позже, в 1970-х годах, в СССР и других европейских социалистических странах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ («Единая система ЭВМ») по образцу IBM/360. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду; активно стал применяться новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски, появились новые типы устройств ввода-вывода: цветные графические дисплеи и графопостроители.

Вместе с тем переход к третьему поколению связан прежде всего с существенными изменениями архитектуры ЭВМ. Машины третьего поколения – это семейства компьютеров с единой архитектурой, то есть полностью программно совместимых между собой в пределах данного семейства. Появилась также возможность одновременного (точнее, параллельного) выполнения нескольких программ на одной машине; такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным). Кроме того, ЭВМ третьего поколения уже оснащались развитыми операционными системами, обеспечивающими решение задач управления памятью, устройствами и ресурсами компьютера.

В 1970-е годы появились и быстро стали популярными малые (мини) ЭВМ. Типичным их представителем была машина серии PDP-11 американской фирмы DEC. Ее советскими аналогами стали серия СМ ЭВМ («Семейство малых ЭВМ»), а позже – хорошо всем известные семейства: ДВК, БК-0010 – БК-0011М, УКНЦ и пр. Решающим преимуществом мини-ЭВМ стали их небольшие размеры и стоимость, а также более высокая надежность по сравнению с «большими» машинами, поэтому уже во второй половине 1970-х годов мини-ЭВМ обогнали их по объемам производства. Существенно расширились и области применения ЭВМ – появились базы данных, первые системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ).

Чтобы упростить создание программ, появились так называемые языки высокого уровня , позволяющие задать всю необходимую последовательность действий при помощи некоторого стандартного, машинно-независимого набора команд, понятных оператору и обычно представляющих собой английские названия соответствующих действий или записи математических выражений в общепринятом виде. Соответственно, для преобразования листинга программы на языке высокого уровня в исполняемые программы для конкретного типа процессора потребовались более сложные программы-трансляторы, чем для Ассемблера. Однако для ЭВМ третьего поколения все еще оставалась нерешенной проблема программной совместимости (для исполняемых программ, по наборам команд процессоров) между разными семействами ЭВМ.

1.4.4. Четвертое поколение

Четвертое поколение соответствует нынешним ЭВМ, разработанным после 1970 года. Для них характерно широкое использование больших и сверхбольших интегральных схем (БИС, СБИС) в качестве элементной базы, и прежде всего – микропроцессоров. Микропроцессор (о его создании впервые объявила в 1971 году американская фирма Intel) – это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока ЭВМ – процессора. Кроме того, специализированные микропроцессоры сегодня встраивают в различные технические и бытовые устройства – от станков и автомобилей до фотоаппаратов и микроволновых печей – для автоматического управления работой этой техники.

Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, можно получить новый тип компьютера – микроЭВМ. Самой популярной их разновидностью являются персональные компьютеры (ПЭВМ, ПК). Первые серийные ПЭВМ – Apple-1 и Apple-2 – были разработаны американскими специалистами Стивом Джобсом и Стивом Возняком в 1976 и 1977 годах. А с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПЭВМ стала американская фирма IBM, специалистам которой удалось создать фактически международный стандарт архитектуры профессиональных ПЭВМ, реализованный в виде компьютеров семейства IBM PC (Personal Computer).

В аппаратном комплекте ПЭВМ используются цветной графический дисплей, манипуляторы типа «мышь» и «джойстик», удобная клавиатура, накопители на магнитных и оптических дисках для хранения информации. Программное обеспечение персонального компьютера специально ориентировано на пользователей, не являющихся специалистами в области компьютерной техники, и позволяет легко освоить ПЭВМ и общаться с ней. Тем самым был сделан важный шаг, позволяющий пользователям – «потребителям» возможностей компьютера – взаимодействовать с ним без каких-либо посредников и даже (благодаря специально разработанным прикладным программам) решать необходимые задачи, не прибегая к программированию. Благодаря этому ПЭВМ сегодня стали такой же привычной бытовой техникой, как радиоприемник или телевизор. Именно ПЭВМ сделали компьютерную грамотность массовым явлением и привели к рождению самого понятия «информационные технологии», без которых уже становится невозможным обойтись в большинстве областей деятельности человека.

Другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения – это суперЭВМ. Машины такого класса имеют быстродействие в сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Первой суперЭВМ четвертого поколения была американская машина ILLIAC-4, за ней появились CRAY, CYBER и др. Из отечественных ЭВМ к этой линии относится многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус».

1.4.5. Пятое поколение

ЭВМ пятого поколения – это машины ближайшего будущего. Их разработка производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных (лазеры, голография) и квантовых принципов.

Однако основным качеством ЭВМ пятого поколения должен стать ее высокий «интеллектуальный уровень»: реализация искусственного интеллекта, возможности голосового общения с пользователем, машинного «зрения» и «осязания». Компьютеры такого класса будут способны распознавать рукописный текст и вводимое с подключенных видеокамер изображение окружающей обстановки, узнавать пользователя по голосу и распознавать его словесные команды, осуществлять синхронный голосовой перевод с одного языка на другой и пр.

В компьютерах пятого поколения должен произойти качественный переход от обработки данных к обработке знаний, к возможности общения пользователя с компьютером не на формальном языке команд и стандартных манипуляций, а на свободном, естественном языке словесного общения, жестов, а возможно, и эмоций.

Функционально архитектура компьютеров пятого поколения должна будет содержать два основных блока: «традиционный» компьютер и осуществляющий его связь с пользователем блок «интеллектуального интерфейса», задача которого – понять написанное или произнесенное на естественном языке условие задачи (причем не обязательно только расчетной!) и автоматически сформировать алгоритм, необходимый для ее решения; такие возможности могут быть достигнуты благодаря нейрокомпьютерным технологиям.

Среди других задач разработчиков ЭВМ пятого поколения можно указать централизацию вычислений с помощью беспроводных компьютерных сетей (основная работа ложится на мощные компьютеры, с которыми взаимодействуют управляемые пользователями мини-компьютеры, в основном обеспечивающие функции ввода-вывода данных), создание распределенных вычислительных систем (решение сложной задачи ведется десятками объединенных в сеть компьютеров, каждому из которых «поручена» часть этой задачи), создание персональных «электронных помощников», постоянно сопровождающих каждого человека с самого рождения (например, надеваемых и вживленных ПЭВМ) и др., вплоть до «искусственных людей» – кибернетических систем, способных автономно функционировать и даже, возможно, наделенных эмоциями.