Все поколения эвм детальное описание каждого поколения

Класс машин 4 поколения компьютеров

Четвертое поколение ЭВМ

Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора .

Микропроцессор — это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера — процессора

Микропроцессор — это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память.

Первоначально микропроцессоры стали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты . Такие микропроцессоры осуществляют автоматическое управление работой этой техники.

Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микроЭВМ

МикроЭВМ относятся к машинам четвертого поколения.

Существенным отличием микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна.

Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.

Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются персональные компьютеры

Появление феномена персональных компьютеров связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка.

В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году — Apple-2.

Сущность того, что такое персональный компьютер, кратко можно сформулировать так:

ПК — это микроЭВМ с «дружественным» к пользователю аппаратным и программным обеспечением.

В аппаратном комплекте ПК используется

цветной графический дисплей,

манипуляторы типа «мышь»,

удобные для пользователя компактные диски (магнитные и оптические).

Программное обеспечение позволяет человеку легко общаться с машиной, быстро усваивать основные приемы работы с ней, получать пользу от компьютера, не прибегая к программированию.

Общение человека и ПК может принимать форму игры с красочными картинками на экране, звуковым сопровождением.

Неудивительно, что машины с такими свойствами быстро приобрели популярность, причем не только среди специалистов.

ПК становится такой же привычной бытовой техникой, как радиоприемник или телевизор. Их выпускают огромными тиражами, продают в магазинах.

С 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM.

Ее конструкторам удалось создать такую архитектуру, которая стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer).

В конце 80-х — начале 90-х годов большую популярность приобрели машины фирмы Apple Corporation марки Macintosh. В США они широко используются в системе образования.

Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания.

Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением.

С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых уже становится невозможным обойтись в большинстве областей деятельности человека.

Есть и другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения. Это — суперЭВМ. Машины этого класса имеют быстродействие 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 машин к этой серии относится многопроцессорный вычислительный комплекс ЭЛЬБРУС.

Источник статьи: http://www.sites.google.com/site/istoriasozdaniakomputera2/cetvertoe-pokolenie-evm

Технологические особенности первого поколения ЭВМ

Какие критерии обычно использовались для определения первого поколения компьютерных разработок? Прежде всего, компьютерные эксперты считают, что основу компонентов составляют вакуумные трубки. Машины первого поколения также имели некоторые характерные внешние особенности — большие размеры и очень высокое энергопотребление.

Их вычислительная мощность также была относительно скромной — несколько тысяч герц. В то же время компьютеры первого поколения содержали множество функций, которые присутствуют и в современных компьютерах. В частности, это машинный код, который позволяет программировать команды, а также записывать данные в память (с помощью перфокарт и электростатических трубок).

Первое поколение компьютеров требовало высочайшей квалификации от человека, использующего их. Это требовало не только специальных знаний (перфокарты, механическое кодирование и т.д.), но, как правило, и знаний в области электротехники.

Как уже упоминалось, компьютеры первого поколения уже имели рабочую память (RAM), но она была чрезвычайно мала и состояла только из сотен или в лучшем случае тысяч байт. Первые модули оперативной памяти для компьютеров вряд ли можно было назвать электронными компонентами. Это были ртутные емкости в виде трубок. Кристаллы памяти фиксировались в определенных точках и таким образом сохраняли данные. Но вскоре после изобретения первого компьютера появились более сложные запоминающие устройства на основе ферритовых сердечников.

Второе поколение ЭВМ

Годы применения 1950-е – 1965-й год

Элементная база: транзисторы

Габариты: несколько кубических метров, вес — сотни килограммов

Скорость: десятки тысяч операций в секунду.

Особенности: упрощение программирования

В 1956 году американцы Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике. Результатом их исследований стало создание полупроводникового триода, или транзистора электронного полупроводникового устройства, которое при помощи самого малого входного сигнала могло управлять мощными токами в выходной цепи – транзистор мог генерировать мощный сигнал, управлять им, преобразовывать. Все это раньше требовало множества вакуумных ламп, а теперь устройство для управления сигналом умещалось на небольшой плате.

Наряду с транзисторными схемами вскоре появились и устройства с магнитными сердечниками и барабанами: это еще не современный жесткий диск, но, если привести пример из области эволюции, то это уже та рыба, которая попыталась дышать воздухом и двигаться при помощи плавников по суше.

Радикально уменьшился размер вычислительных машин, снизился расход электроэнергии и очень существенно возросла скорость вычислений: производительность поднялась до 30 тысяч операций в секунду. Новые скорости и возможности сделали возможными создание языков программирования совершенно нового уровня. Такими стали Фортран, Алгол и Кобол. Это и ускорило работу машин, и сделало программирование более доступным видом деятельности, именно с со второго поколения ЭВМ можно считать программирование отдельной профессией. Новая технология позволила внести в сам процесс машинного мышления принципиальное новшество: операционную систему. Это новшество расширило сферы применения компьютеров почти до полной универсальности. В крупных компаниях впервые компьютерам доверили бухгалтерию.

Основные недостатки ЭВМ второго поколения:

— несмотря на снижение габаритов и выделение меньшего количества тепла, они все же требовали установки систем охлаждения

— транзисторная техника требовала постоянного технического обслуживания, интегральные схемы периодически сгорали

— сферы применения ЭВМ второго поколения оставались ограниченными

— покупку ЭВМ могли себе позволить только компании и государственные ведомства, устройства оставались дорогими и чрезмерно крупными для домашнего использования

— ввод данных по-прежнему осуществлялся механическими устройствами и перфокартами

Чем обусловлено появление

Четвертое поколение компьютеров появилось после изобретения микропроцессора в 1971 году американской компанией Intel. Первоначально микропроцессоры использовались в промышленных, автомобильных и аэрокосмических приложениях. Большие интегрированные системы автоматизируют управление самолетами, двигателями и автомобилями.

Компьютеры на базе крупномасштабных интегрированных систем состояли из следующих компонентов:

• плата памяти и дополнительное запоминающее устройство;
• основная панель со сверхбольшой интегральной системой и местом для доппамяти;
• интерфейсы печатной платы и платы дисковода;
• дисковод с функцией считывания и записи информации на магнитные носители;
• внешние магнитные или гибкие носители данных;
• панель для ввода информации.

Все вычислительные устройства были соединены единой шиной. Она состояла из линий передачи информации, силовых и управляющих сигналов. Это облегчило создание компьютера. Передача данных осуществлялась с помощью утилит.

Процессор и основная память составляют сердце персонального компьютера. Основная память состояла из постоянной памяти и функциональной памяти. Постоянная память записывала и хранила программы, которые постоянно использовались.

Внешние устройства ПК подключались через адаптеры. Вход/выход осуществлялся через контроллеры. Автономный доступ к основной памяти обеспечивался контроллером прямого доступа.

На каких элементах построены, устройство, структурная схема

Компьютеры на больших интегральных системах состояли из следующих компонентов:

• плата памяти и дополнительное запоминающее устройство;
• основная панель со сверхбольшой интегральной системой и местом для доппамяти;
• интерфейсы печатной платы и платы дисковода;
• дисковод с функцией считывания и записи информации на магнитные носители;
• внешние магнитные или гибкие носители данных;
• панель для ввода информации.

Все устройства компьютера объединяла единая шина. Она состояла из линии передачи информации, сигналов питания и управления. Это облегчило структуру ЭВМ. Передачу данных производилась с помощью сервисных программ.

Процессор и основное запоминающее устройство были основой ядра персонального компьютера. Основная память состояла из постоянной и оперативной. Постоянное запоминающее устройство записывало и хранило постоянно используемые программы.

Второе поколение. Компьютеры на транзисторах (1955-1965)

Быстродействие: сотни тысяч операций в секунду.

По сравнению с электронными лампами использование транзисторов позволило уменьшить размеры вычислительной техники, повысить надежность, увеличить скорость работы (до 1 млн. операций в секунду) и почти свести на нет теплоотдачу. Развиваются способы хранения информации: широко используется магнитная лента, позже появляются диски. В этот период была замечена первая компьютерная игра.

Первый компьютер на транзисторах TX стал прототипом для компьютеров ветки PDP фирмы DEC, которые можно считать родоначальниками компьютерной промышленности, т.к появилось явление массовой продажи машин. DEC выпускает первый миникомпьютер (размером со шкаф). Зафиксировано появление дисплея.

Фирма IBM также активно трудится, производя уже транзисторные версии своих компьютеров.

Компьютер 6600 фирмы CDC, который разработал Сеймур Крей, имел преимущество над другими компьютерами того времени – это его быстродействие, которое достигалось за счет параллельного выполнения команд.

Достоинства и недостатки

IV поколение ЭВМ имеет две линии развития — ПК и суперкомпьютеры. У каждого вида есть свои плюсы и минусы.

Достоинства суперкомпьютеров:

• быстродействие в миллиарды операций в секунду;
• возможность обработки большого количества информации.

Недостаток суперЭВМ: стоимость в десятки миллионов долларов.

Достоинства персональных компьютеров:

• небольшая цена;
• компактность;
• удобный интерфейс;
• универсальный набор функция для бытового применения ПК;
• простое для пользователя программное обеспечение;
• надежность и простота ремонта.

Недостатки ПК:

• ограниченные возможности работе с большим объемом данных;
• вычислительная мощность микроЭВМ не всегда подходит для решения задач с большим количеством элементов.

Самые первые серийные машины

Первой серийно выпускавшейся ЭВМ первого поколения стал компьютер UNIVAC (Универсальный автоматический компьютер). Разработчиками данного компьютера были: Джон Мочли (John Mauchly) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert). Это был первый тип электронного цифрового компьютера общего назначения. UNIVAC, работы по разработкам которого начались в 1946 году и завершились в 1951, обладал временем сложений 120 мкс, умножений – 1800 мкс и делений – 3600 мкс.

Данные машины занимали много площади, использовали множество электроэнергии и состояли из огромной численности ламп электронного типа. К примеру, машина «Стрела» имела 6400 таких ламп и 60 тысяч штук диодов полупроводникового типа. Быстродействия этого поколения ЭВМ не превышали 2–3 тысяч операций в секунду, объемы оперативной памяти были не больше 2 Кб. Только машина «М-2» (1958) имела оперативную память 4 Кб, а быстродействие ее было 20 тысяч операций в секунду.

Пятое поколение компьютеров (с 1985 и по наше время)

Отличительные признаки V -го поколения:

1. Новые технологии производства.
2. Отказ от традиционных языков программирования таких, как Кобол и Фортран в пользу языков с повышенными возможностями манипулирования символами и с элементами логического программирования (Пролог и Лисп).
3. Акцент на новые архитектуры (например, на архитектуру потока данных).
4. Новые способы ввода-вывода, удобные для пользователя (например, распознавание речи и образов, синтеза речи, обработка сообщений на естественном языке)
5. Искусственный интеллект (то есть автоматизация процессов решения задач, получения выводов, манипулирования знаниями)

Именно на рубеже 80-90-х сформировался альянс Windows-Intel. Когда в начале 1989 г. Intel выпустила микропроцессор 486, производители компьютеров не стали дожидаться примера со стороны IBM или Compaq. Началась гонка, в которую вступили десятки фирм. Но все новые компьютеры были чрезвычайно похожи друг на друга — их объединяла совместимость с Windows и процессоры от Intel.

Распространение мобильных устройств

В 1980-х и 2000-х годах персональные компьютеры и настольные компьютеры стали обычным явлением. Они были установлены в офисах, школах и домах, их стоимость стала приемлемой, а размер — компактным. Программное обеспечение, работающее на этих компьютерах, также стали доступнее. Вскоре микропроцессоры вышли из под монополизации настольными компьютерами и перешли на другие платформы.

Сначала появился ноутбук, а затем планшеты и смартфоны, консоли, встроенные системы, смарт-карты, которые стали популярными из-за необходимости использования Интернета во время движения. Согласно недавним исследованиям, мобильные телефоны составляли 60% всех цифровых устройств по всему миру.

Компьютеры второго поколения: 1950-1960-е годы

ЭВМ второго поколения представляли собой компьютеры, в которых вместо вакуумных ламп использовались транзисторы. Это и была элементная база второго поколения. Новые компьютеры были лучше, чем их предшественники во многом из-за сравнительно небольшого размера, скорости и более низкой стоимости. Транзисторы являются строительными блоками практически любого микрочипа, а также они более надежные, энергоэффективные и способны проводить электричество быстрее и лучше, чем вакуумные трубки.

Как и трубки, элементная база ЭВМ второго поколения, включавшая транзисторы, являлась переключателями или электронными затворами, которые используются для усиления или управления током или включения или выключения электрических сигналов. Транзисторы называются полупроводниками, поскольку они содержат элементы, которые находятся между проводниками и изоляторами.

Направления развития компьютеров

Первое поколение (1940-ые — 1954-ый гг.)

Элементной базой первого поколения являются электронные лампы. Компьютеры первого поколения были огромными по величине (насчитывали тысячи электронных ламп) и занимали большие площади (до сотен квадратных метров), потребляли огромное количество электроэнергии и соответственно выделяли большое количество тепла. Ламповые компьютеры были ненадежными, поскольку лампы часто перегорали. Скорость обработки информации – десятки тысяч операций в секунду. Программирование компьютеров первого поколения осуществлялось на языке машинных команд, и было трудоемким занятием.

В конце 1930-х годов были разработаны принципы построения ЭВМ на основе механических арифмометров и табуляторов. В 1940 году под руководством Конрада Цюзе была создана ЭВМ Z1, в 1941 году – Z2. Эти ЭВМ использовались для расчетов военных нужд Германии. В 1943 в Англии году создана машина «Колосс» для дешифровки сообщений немецких войск. В 1948 г. был выпущен компьютер «Марк-1» Манчестерского университета, способный запоминать программы. EDSAC – первая английская ЭВМ с архитектурой Джон фон Неймана создана в 1949 году.

ENIAС (Electronic Numerical Integrator and Computer) – создан в 1946 году, потребляемая им мощность — 127 кВт, вес — 27 тонн, размещался он на площади около 167 м2. Его производительность составляла 5000 операций в секунду. Среднее время работы до отказа системы было около 20 часов. Программирование на ENIAС осуществлялось штеккерно-коммутационным способом, то есть блоки машины соединялись на коммутационной доске проводниками.

Рисунок 1. Компьютер ENIAС. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В нашей стране первая ЭВМ называлась МЭСМ — (малая электронная счетная машина). МЭСМ создана в 1951 году под руководством конструктора Сергея Алексеевича Лебедева. Под руководством С.А. Лебедева в 50-х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина), БЭСМ-2, М-20. Вычислительная мощность М-20 составляла 20 000 операций в секунду.

В 1951 году Ferranti выпустила «Марк 1» для расчетов траекторий баллистических ракет. В 1956 году создана ЭВМ «Pegasus», использующая регистры общего назначения. В 1952 году фирма IBM выпустила IBM-701- промышленный компьютер, который содержал четыре тысячи электронных ламп. Первая ЭВМ для коммерческого использования UNIAC была создана в 1951 году.

Механические устройства для вычислений

Как техническое средство вычислительная техника берет начало от арифмометров – механических вычислительных устройств, выполняющих поразрядные операции умножения, деления, сложения и вычитания. Известны «Считающие часы», созданные немецким ученым Вильгельмом Шиккардом (1623 г.), «Паскалина» – изобретение французского механика Блеза Паскаля (1642 г.), «Ступенчатый вычислитель» Готфрида Вильгельма Лейбница (1673 г).

Рис. 2. Арифмометр.

Итогом механического периода вычислительных приборов стала разработка английского ученого Чарльза Беббиджа, ставшая прообразом современного компьютера. Задумка аналитической машины, представляла собой проект вычислительного устройства общего назначения, в котором в качестве носителя информации использовались перфокарты. Эта машина, хоть и не была построена при жизни ученого, послужила примером для создания современных компьютеров.

Следующей вехой в развитии вычислительных комплексов явилось использование электромеханических устройств. Первым представителем семейства электромеханических машин стал табулятор Холлерита, разработанный в 1887 г, позволявший автоматизировать и ускорить обработку статистической информации.

Происхождение и историяЧетвертое поколение

Изобретение микропроцессорного чипа привело к появлению четвертого поколения компьютеров. Это привело к разработке микрокомпьютера или персонального компьютера.

Первый микропроцессор, Intel 4004, был разработан американской компанией Intel в 1971 году.

Технология VLSI (Very Large Scale Integration) позволила создать полный процессор или основную память в одной интегральной схеме, которую можно было производить массово и по очень низкой цене.

Это привело к появлению новых классов машин, таких как персональные компьютеры и высокопроизводительные параллельные процессоры с тысячами процессоров.

Первое поколение. Компьютеры на электронных лампах (194х-1955)

Быстродействие: несколько десятков тысяч операций в секунду.

Особенности:

• Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тысячи, то машины имели огромные размеры.
• Поскольку ламп много и они имеют свойство перегорать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышедшей из строя лампы.
• Лампы выделяют большое количество тепла, следовательно, вычислительные машины требуют специальные мощные охладительные системы.

Примеры компьютеров:

Колоссус – секретная разработка британского правительства (в разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это первый в мире электронный компьютер, хотя и не оказавший влияние на развитие компьютерной техники (из-за своей секретности), но помог победить во Второй мировой войне.

Эниак. Создатели: Джон Моушли и Дж. Преспер Экерт. Вес машины 30 тонн. Минусы: использование десятичной системы счисления; множество переключателей и кабелей.

Эдсак. Достижение: первая машина с программой в памяти.

Whirlwind I. Слова малой длины, работа в реальном времени.

Компьютер 701 (и последующие модели) фирмы IBM. Первый компьютер, лидирующий на рынке в течение 10 лет.

ЭВМ на интегральных схемах

В 1964 году компания IBM выпустила первые шесть аппаратов IBM-360 на интегральных схемах, которые положили начало в классификации ЭВМ появлению третьего поколения. Затраты на исследования и разработку составили около 500 млн долларов.

• DOS — рассчитана на небольшие компьютеры;
• OS/360 — разработана для крупных вычислительных машин.

До конца шестидесятых годов было выпущено два десятка усовершенствованных разновидностей аппаратов IBM-360. В новых машинах впервые была использована кеш-память, а 195 модификация была выполнена на монолитных схемах.

Параллельно с американской фирмой машины нового вида производили другие страны. Европейские социалистические страны и Куба подписали документ о совместной работе в области вычислительных технологий. Результатом стал выпуск современных моделей компьютеров семейства ЕС.

Самым удачным был аппарат ЕС-1065, система которого состояла из четырех процессоров и имела память 16 Мбайт. Основу конструкции составляли интегральные схемы ИС-500, которые обеспечивали производительность 4—5 млн действий в сек. Появление дисплея гораздо облегчило процедуру ввода-вывода данных и ускорило работу с компьютером.

Что такое четвертое поколение компьютеров?

Четвертое поколение компьютеров началось с использования микропроцессоров в компьютерных системах. Изобретение микропроцессора произвело революцию в мире компьютеров, поскольку на одном кремниевом чипе можно было разместить от сотен до тысяч интегральных схем. В конечном итоге это позволило производителям разработать очень компактные компьютеры, которые легко помещались на столе.

Микропроцессоры обычно разрабатывались с использованием технологий LSI (Large Scale Integration) и VLSI (Very Large Scale Integration), что позволило интегрировать около 5000 транзисторов и множество других элементов схемы в один чип — микропроцессор. Благодаря микропроцессорам компьютеры четвертого поколения были сведены к минимуму, что привело к развитию микрокомпьютеров.

Примечание. Микропроцессор — это блок управления, обычно используемый в микрокомпьютерах, встроенный в небольшой чип, который может выполнять арифметические и логические операции и поддерживать связь с другими подключенными устройствами. Он был разработан в 1971 году Федерико Фаггином, Марсианом (Тедом) Хоффом, Стэнли Мазором и Масатоши Шимой.

Микропроцессоры использовались в качестве основного компонента компьютеров с 1971 по 1980 год. Хотя они все еще используются в компьютерах сегодня, они больше не считаются основной технологией. Поэтому периодом четвертого поколения компьютеров принято считать 1971-1980 годы.

Помимо небольших размеров, компьютеры четвертого поколения были еще более мощными, надежными и дешевыми. В конечном итоге это привело к широкому распространению персональных компьютеров (ПК). Это означало, что компьютерные системы стали доступны для массовой аудитории благодаря своей мобильности. Кроме того, в ПК использовались распределенные операционные системы, основанные на разделении времени и сетевом взаимодействии. Что касается языков, то в компьютерах четвертого поколения использовались языки высокого уровня, такие как C, C++, DBASE и другие.