Generacje komputerów: podstawa elementu. Historia pokoleń komputerów

Elektroniczne typy komputerów w naszym kraju są podzielone na kilka generacji. Cechami definiującymi przy klasyfikacji urządzeń do określonej generacji są ich elementy i odmiany o tak ważnych cechach jak szybkość, pojemność pamięci, metody sterowania i przetwarzania informacji. Podział komputerów jest warunkowy - istnieje znaczna liczba modeli, które według niektórych znaków należą do jednego, według innych - do innego rodzaju pokolenia. W rezultacie tego typu komputery mogą odnosić się do różnych etapów rozwoju elektronicznej technologii komputerowej.

Pierwsza generacja komputerów

Rozwój komputerów dzieli się na kilka okresów. Generowanie urządzeń każdego okresu różni się od siebie bazami elementów i zapewnieniem typu matematycznego.

Pierwszą generacją komputerów (1945-1954) były komputery elektroniczne z lampami elektronicznymi (były to pierwsze modele telewizorów). Ten czas można nazwać erą powstawania takiej technologii.

Większość maszyn pierwszego typu nazywa się eksperymentalnymi typami urządzeń, które zostały stworzone do testowania jednej lub wielu teorii teorii. Rozmiar i waga jednostek komputerowych, które często potrzebowały oddzielnych budynków, dawno temu zamieniły się w legendę. Wprowadzanie liczb do pierwszych maszyn odbywało się za pomocą kart dziurkowanych, a programowe sterowanie sekwencjami satysfakcjonujących funkcje wykonywano, na przykład, w ENIAC, jak w komputerach typu analitycznie zliczającego, przy użyciu wtyczek i typów klawiatury. Pomimo, że ta metoda programowania wymagała dużo czasu na przygotowanie maszyny - dla połączeń na polach wybierania (tablica przełączająca) bloków, dała wszystkie możliwości realizacji "możliwości" liczenia ENIAC, a z wielką przewagą różniła się od metody oprogramowania taśma perforowana, która jest typowa dla urządzeń typu przekaźnikowego.

Jak działają te jednostki?

Pracownicy, którzy zostali przypisani do tej maszyny, byli ciągle blisko niej i monitorowali działanie lamp elektronowych. Ale gdy tylko jedna lampa przepaliła się, ENIAC natychmiast podniosła się i wpadła w kłopoty: wszyscy w pośpiechu przeprowadzili poszukiwania wypalonej lampy. Głównym powodem (być może niedokładnym) częstej wymiany lampy było: ciepło i luminescencja lamp przyciągała ćmy, latały w samochodzie i przyczyniały się do wystąpienia zwarcia. Tak więc pierwsza generacja komputerów była wyjątkowo podatna na warunki zewnętrzne.

Jeśli powyższe jest prawdziwe, termin "błędy" ("błędy"), który oznacza błędy w oprogramowaniu i sprzęcie sprzętowym sprzętu komputerowego, nabiera już nowego znaczenia. Gdy wszystkie lampy były w dobrym stanie technicznym, personel techniczny mógł ustawić ENIAC dla każdego zadania, ręcznie zmieniając połączenia 6000 przewodów. Wszystkie przewody należy ponownie włączyć, jeśli wymagany był inny typ zadania.

Pierwsze seryjne samochody

Pierwszym masowo produkowanym komputerem pierwszej generacji był komputer UNIVAC (Universal Automatic Computer). Twórcami tego komputera byli: John Mauchly (John Mauchly) i J. Presper Eckert (J. Prosper Eckert). Był to pierwszy typ elektronicznego komputera cyfrowego do ogólnego użytku. UNIVAC, którego prace rozwojowe rozpoczęły się w 1946 r., A zakończył w 1951 r., Miał czas dodatkowy 120 μs, multiplikacje - 1800 μs i podziały - 3600 μs.

Maszyny te zajmowały dużo miejsca, zużywały dużo energii elektrycznej i składały się z ogromnej liczby lamp elektronowych. Na przykład maszyna "Strela" miała 6400 takich lamp i 60 tysięcy sztuk. diody półprzewodnikowe typ Szybkość tej generacji komputerów nie przekraczała 2-3 tysięcy operacji na sekundę, ilość pamięci RAM wynosiła nie więcej niż 2 KB. Tylko maszyna M-2 (1958) miała 4 KB pamięci RAM, a jej prędkość wynosiła 20 tysięcy operacji na sekundę.

Komputery drugiej generacji - znaczące różnice

W 1948 roku, teoretycy fizyków John Bardin i William Shockley, wraz z Bell Telephone Laboratories prowadzącym eksperymentatora Walter Brattein, stworzyli pierwszy aktywny tranzystor. Było to urządzenie punktowe, w którym trzy metalowe anteny miały kontakt z prętem z polikrystalicznego materiału. W ten sposób generowanie komputerów zaczęło się poprawiać już w tak odległym czasie.

Pierwsze typy komputerów, które pracowały na bazie tranzystorów, odnotowały ich pojawienie się pod koniec lat 50. XX wieku, a do połowy lat 60. XX wieku stworzono zewnętrzne typy urządzeń o bardziej kompaktowych funkcjach.

Funkcje architektury

Jedną z niesamowitych zdolności tranzystora jest to, że może on sam wykonywać pracę na 40 lampach typu elektronicznego, a nawet w tym przypadku mieć większą szybkość działania, alokować minimalną ilość ciepła i praktycznie nie używać zasobów elektrycznych i energii. Wraz z procesem wymiany lamp elektrycznych na tranzystory poprawiono metody przechowywania informacji. Nastąpiło zwiększenie pamięci, a taśma magnetyczna, która została po raz pierwszy zastosowana w komputerze pierwszej generacji UNIVAC, zaczęła być używana zarówno do wprowadzania i usuwania informacji.

W połowie lat 60. informacje były przechowywane na dyskach. Ogromne rodzaje osiągnięć w architektura komputerowa pozwala uzyskać szybkie działania w milionach operacji na sekundę! Na przykład, Stretch (Anglia), Atlas (USA) można przypisać komputerom tranzystorowym drugiej generacji komputerów. W tym czasie Związek Radziecki wytwarzał także nie gorsze od powyższych urządzeń (na przykład "BESM-6").

Tworzenie komputerów zbudowanych przy użyciu tranzystorów doprowadziło do zmniejszenia ich wymiarów, mas, kosztów energii i cen, a także zwiększenia niezawodności i wydajności. Przyczyniło się to do rozszerzenia zakresu użytkowników i nomenklatury zadań. Biorąc pod uwagę ulepszoną charakterystykę komputerów drugiej generacji, programiści zaczęli tworzyć algorytmiczne typy języków dla inżynierii (na przykład ALGOL, FORTRAN) i ekonomiczne (na przykład COBOL) rodzaje obliczeń.

Wartość OS

Ale nawet na tych etapach głównym zadaniem technologii programowania było oszczędzanie zasobów - czasu i pamięci komputera. Aby rozwiązać ten problem, zaczęliśmy tworzyć prototypy nowoczesnych systemów operacyjnych (kompleksy oprogramowania typu usług, które zapewniają dobrą dystrybucję zasobów komputera podczas wykonywania zadań użytkownika).

Rodzaje pierwszych systemów operacyjnych (OS) przyczyniły się do automatyzacji pracy operatorzy komputerów, co jest związane z wykonywaniem zadań użytkownika: wprowadzanie tekstów programu do urządzenia, wywoływanie wymaganych translatorów, wywoływanie podprogramów bibliotecznych wymaganych dla programu, wywoływanie linkera do umieszczania danych procedur i programu głównego typu w pamięci komputera, wprowadzanie danych typu początkowego, itp.

Teraz, oprócz programu i danych, komputer drugiej generacji musiał również wprowadzić instrukcję, gdzie było wyliczenie kroków przetwarzania oraz lista informacji o programie i jego autorach. Następnie rozpoczęto jednoczesne wprowadzanie szeregu zadań dla użytkowników (pakietów z zadaniami) jednocześnie do urządzeń. W tego typu systemach konieczne było rozdzielanie typów zasobów komputerowych pomiędzy tego typu zadania - pojawił się tryb multiprogramowy do przetwarzania danych (na przykład typ, obliczenia są dokonywane dla innego, a dane dla trzeciego typu problemu mogą zostać wprowadzone do pamięci). Tak więc druga generacja komputera weszła w historię pojawiania się zamówionego systemu operacyjnego.

Maszyny trzeciej generacji

Tworząc technologie wytwarzania układów scalonych (IC), można było osiągnąć wzrost szybkości działania i niezawodności obwodów półprzewodnikowych, a także zmniejszenie ich rozmiarów, zużycia poziomów mocy i kosztów. Zintegrowane typy mikroukładów składają się z dziesiątek elementów elektronicznych, które są zmontowane w prostokątnych płytach krzemowych i mają długość boku nie większą niż 1 cm. Podobny rodzaj płytki (kryształy) umieszcza się w małym plastikowym pudełku, którego wymiary można określić tylko za pomocą liczby nóżek "(Wnioski z wejścia i wyjścia układów elektronicznych tworzonych na kryształach).

Z tego powodu historia rozwoju komputerów (generacja komputerów) dokonała wielkiego przełomu. Umożliwiło to nie tylko poprawę jakości pracy i obniżenie kosztów urządzeń uniwersalnych, ale także stworzenie maszyn małego, prostego, taniego i niezawodnego typu minikomputera. Jednostki takie początkowo miały zastąpić kontrolery zaimplementowanymi sprzętowo w obwodach kontrolnych dowolnych obiektów, w zautomatyzowanych procesowych systemach sterowania procesami, eksperymentalnych systemach gromadzenia i przetwarzania danych, różnych kompleksach kontrolnych w urządzeniach mobilnych itp.

Głównym punktem w tamtym czasie było ujednolicenie maszyn o parametrach strukturalnych i technologicznych. Trzecia generacja komputerów rozpoczyna wydawanie serii lub rodzin, kompatybilnych typów modeli. Dalsze skoki w rozwoju oprogramowania matematycznego i programowego wspierają tworzenie programów typu wsadowego w celu rozwiązania typowych problemów, zorientowanego na problem języka programowania (w celu rozwiązania problemów niektórych kategorii). Tak więc po raz pierwszy tworzone są systemy oprogramowania - typy systemów operacyjnych (opracowanych przez IBM), na których działa trzecia generacja komputerów.

Maszyny czwartej generacji

Pomyślny rozwój urządzeń elektronicznych doprowadził do powstania wielkoskalowych układów scalonych (LSI), w których jeden kryształ posiadał kilka dziesiątek tysięcy elementów elektrycznych. Przyczyniło się to do tego, że istniały nowe generacje komputerów, których podstawa bazowa miała dużą ilość pamięci i małe cykle do wykonywania poleceń: wykorzystanie pamięci w jednej operacji na maszynie zaczęło gwałtownie spadać. Ponieważ jednak koszty programowania praktycznie nie były ograniczone, głównym zadaniem było oszczędzanie zasobów ludzkich, a nie maszynowych.

Stworzono nowe typy systemów operacyjnych, które umożliwiły programistom debugowanie swoich programów zaraz za wyświetlaczami komputerowymi (w trybie dialogowym), co pomogło w usprawnieniu pracy użytkowników i przyspieszeniu rozwoju nowego oprogramowania. Ta chwila kompletnie zaprzeczyła koncepcjom podstawowych etapów technologii informatycznych, które wykorzystywały komputery pierwszej generacji: "procesor wykonuje tylko ilość pracy przetwarzania danych, której ludzie nie mogą wykonać z zasady, ogromny rachunek". Zaczęli podążać za trendami innego rodzaju: "Wszystko, co mogą zrobić maszyny, muszą wykonać; ludzie wykonują tylko tę część pracy, której nie można zautomatyzować. "

W 1971 r. Wyprodukowano duży układ scalony, w którym całkowicie zainstalowano procesor elektronicznego komputera o prostych architekturach. Istnieją rzeczywiste możliwości umieszczenia w jednym dużym układzie scalonym (na jednym chipie) prawie wszystkich urządzeń elektronicznych, które nie są skomplikowane w architekturze komputerowej, to jest możliwość masowego wydania prostych urządzeń w przystępnych cenach (nie biorąc pod uwagę kosztów urządzeń zewnętrznych). Tak więc powstała 4. generacja komputerów.

Pojawiło się wiele tanich (podręcznych klawiatur) i urządzeń sterujących, które są wyposażone w jeden lub kilka dużych układów scalonych zawierających procesory, wielkości pamięci i system połączeń z siłownikami typu wykonawczego w obiektach kontrolnych.

Programy kontrolujące dostawę paliw do silników samochodowych, ruchy zabawek elektronicznych lub z góry określone tryby prania zostały zainstalowane w pamięci komputera lub w produkcji podobnych kontrolerów lub bezpośrednio w przedsiębiorstwach produkujących samochody, zabawki, pralki itp. d.

W latach siedemdziesiątych rozpoczęto produkcję uniwersalnych systemów komputerowych składającą się z procesora, woluminów pamięci, obwodów interfejsu z urządzeniem I / O umieszczonym w jednym dużym układzie scalonym (komputery jednoukładowe) lub w niektórych dużych układach scalonych zainstalowanych na jednym urządzeniu. płytka drukowana typ (jednostki jednopłytowe). W rezultacie, gdy czwarta generacja komputerów stała się rozpowszechniona, nastąpiło powtórzenie sytuacji, która pojawiła się w latach sześćdziesiątych, kiedy pierwsze minikomputery zabrały część pracy w dużych uniwersalnych komputerach elektronicznych.

Charakterystyczne właściwości komputerów czwartej generacji

1. Tryb wieloprocesorowy.
2. Przetwarzanie typu równoległego-szeregowego.
3. Języki wysokiego poziomu.
4. Pojawienie się pierwszych sieci komputerowych.

Specyfikacje tych urządzeń

1. Średnie opóźnienie sygnału 0,7 ns / In.
2. Głównym typem pamięci jest półprzewodnik. Czas generowania danych z tego typu pamięci wynosi 100-150 ns. Pojemności - 1012-1013 znaków.
3. Zastosowanie sprzętowej implementacji systemów operacyjnych.
4. Modułowe konstrukcje zaczęto stosować do narzędzi typu oprogramowania.

Komputer osobisty został stworzony po raz pierwszy w kwietniu 1976 r. Przez Steve'a Jobsa, pracownika Atari, oraz Stephena Woźniaka, pracownika firmy Hewlett-Packard. Opierając się na zintegrowanych 8-bitowych kontrolerach gier elektronicznych, stworzyli najprostszy, zaprogramowany w języku BASIC, komputer do gier firmy Apple, który odniósł olbrzymi sukces. Na początku 1977 roku zarejestrowano firmę Apple Comp. Od tego czasu rozpoczęła się produkcja pierwszych komputerów osobistych Apple na świecie. Historia generacji komputerów oznacza to wydarzenie jako najważniejsze.

Obecnie firma Apple zajmuje się wydaniem komputerów osobistych Macintosh, które dla większości parametrów przekraczają typy komputerów IBM PC.

PC w Rosji

W naszym kraju używane są głównie typy komputerów IBM PC. Ta chwila jest wyjaśniona z następujących powodów:

1. Do początku lat 90. Stany Zjednoczone nie zezwalały na dostarczanie zaawansowanych technologii informacyjnych do Związku Radzieckiego, w tym do potężnych komputerów Macintosh.
2. Urządzenia Macintosh były znacznie droższe niż komputery IBM (obecnie mają ten sam koszt).
3. Komputer IBM PC opracował wiele programów typu aplikacji, co ułatwia ich stosowanie w wielu różnych dziedzinach.

Piąty rodzaj generowania komputerów

Późno Historia rozwoju komputera (generacji komputerowej) w latach osiemdziesiątych wyznacza nowy etap - pojawiają się maszyny piątej generacji. Pojawienie się tych urządzeń wiąże się z przejściami do mikroprocesorów. Z punktu widzenia konstrukcji strukturalnych charakterystyczna jest maksymalna decentralizacja sterowania, mówiąc o oprogramowaniu i oprogramowaniu matematycznym - przejścia do pracy w sferze oprogramowania i powłoki.

Wydajność piątej generacji komputerów - 10 8-10 operacji na sekundę. Ten rodzaj agregatu charakteryzuje się strukturą wieloprocesorową, która jest tworzona na mikroprocesorach typów uproszczonych, które używają liczby mnogiej (pole decyzji lub środowisko). Opracowano elektroniczne typy komputerów, które koncentrują się na językach wysokiego poziomu.

W tym okresie istnieją dwie przeciwstawne funkcje: personalizacja i kolektywizacja zasobów (zbiorowy dostęp do sieci).

Z powodu typ systemu operacyjnego co zapewnia prostotę komunikacji z komputerami piątej generacji, ogromną bazę programów aplikacyjnych z różnych sfer działalności ludzkiej, a także niskie ceny komputerów stają się nieodzownym atutem inżynierów, badaczy, ekonomistów, lekarzy, agronomów, nauczycieli, redaktorów, sekretarek, a nawet dzieci.

Rozwój dzisiaj

O szóstym i nowszych generacjach rozwoju komputerów można tylko marzyć do tej pory. Należą do nich neurokomputery (typy komputerów opartych na sieciach neuronowych). Nie mogą jeszcze istnieć niezależnie, ale są aktywnie wzorowane na komputerach współczesnego typu.