Элементная база ЭВМ

Транскрипт

1 ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ФИО Для ответа на вопросы используем материал учебника (7 класс 1) и видеоролики Заполнить таблицу период ручной время механический электромеханический электронный представители 2. Заполнить таблицу характеристика Годы использования Основной элемент Быстродействие первое второе поколения третье четвертое Количество ЭВМ в мире 3.Установите соответствие между используемой элементной базой и поколениями ЭВМ (соедините стрелками). Элементная база Поколение ЭВМ ЭВМ на транзисторах 1 поколение ЭВМ на интегральных схемах 2 поколение ЭВМ на электронных лампах 3 поколение ЭВМ на больших интегральных схемах 4 поколение a) b) c) d) a) b) c) d) 1. Первым инструментом для счёта можно считать: руку человека; камешки; палочки; арифмометр. 2. Как называлось первое механическое устройство для выполнения четырёх арифметических действий? соробан; суан-пан; семикосточковые счёты; арифмометр. 3.Первая ЭВМ появилась… в 1823 году в 1946 году в 1949 году в 1951 году 4. Первая ЭВМ называлась… МИНСК БЭСМ ЭНИАК IВМ 5. Машины первого поколения были созданы на основе… Транзисторов(полупроводников) электронно-вакуумных ламп зубчатых колес реле 6. Электронной базой ЭВМ второго поколения являются… электронные лампы полупроводники (транзисторы) интегральные микросхемы большие интегральные схемы

2 7.Основной элементной базой ЭВМ третьего поколения являются… большие интегральные схемы электронные лампы интегральные микросхемы полупроводники (транзисторы) 8.Основной элементной базой ЭВМ четвертого поколения являются… полупроводники (транзисторы) электромеханические схемы электровакуумные лампы сверхбольшие интегральные схемы 9. Когда фирмой IBM были созданы первые в мире персональные компьютеры: в 1991 году в 1982 году в 1972 году 10. Массовое производство персональных компьютеров началось… в 40-е годы в 90-е годы в 50-е годы в 80-е годы 11. Сколько поколений ЭВМ принято считать созданными до настоящего времени: три четыре пять 12. Представителем первого поколения ЭВМ был: машина Тьюнинга-Поста, ENIAC, CRONIC, арифмометр «Феликс». 13. Первые ЭВМ были созданы… в 40-е годы в 60-е годы в 70-е годы в 80-е годы 14. Первая ЭВМ в нашей стране появилась… в ХIХ веке в 60-х годах XX века в первой половине XX века в 1951 году 1. Как расшифровывается ЭВМ? 2. Почему современные компьютеры в сотни раз меньше, но при этом в сотни тысяч раз быстрее ЭВМ первого поколения? 3. Почему современные персональные компьютеры стали доступны для массового потребителя? 4. Какой компьютер называется персональным? Почему? 5. Область применения компьютеров первого поколения? Второго? Третьего? Четвертого?

3 Вычислительные приспособления и устройства от древности до наших дней Основными этапами развития вычислительной техники являются: Ручной — до 17 века, Механический — с середины 17 века, Электромеханический — с 90-х годов 19 века, Электронный — с 40 годов 20 века. Ручной период начался на заре человеческой цивилизации. В любой деятельности человек всегда придумывал и создавал самые разнообразные средства, приспособления и орудия труда с целью расширения своих возможностей и облегчения труда. С развитием торговли появилась потребность в счете. Много веков назад для осуществления различных подсчетов человек начал использовать сначала собственные пальцы, затем камешки, палочки, узелки и прочее. Но со временем задачи, стоящие перед ним, усложнялись, и стало необходимым находить способы, изобретать приспособления, которые смогли бы ему помочь в решении данных задач. Одним из первых устройств (V в. до н. э.), облегчавших вычисления, Счетное устройство можно считать специальную доску, названную впоследствии абаком (с инков 3000 лет до н.э. греч. «счетная доска»). Вычисления на ней проводились перемещением костей или камешков в углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости и пр. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э. Одна бороздка соответствовала единицам, другая десяткам и т. д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующий разряд. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от бороздок и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. С его помощью можно было совершать простейшие математические операции сложения и вычитания. Греческий абак Римский абак V в. до н. э. Китайская разновидность абака — суаньпань — появилась в VI веке н.э.; Соробан же это японский абак, происходит от китайского суаньпаня, который был завезен в Японию в XV- XVI веках. XVI в. Создаются русские счеты с десятичной системой счисления. Они претерпевают с веками значительные изменения, но ими продолжают пользоваться вплоть до 80-х годов 20 века. суаньпань (китай) VI веке н.э Соробан (япония) XV- XVI век нэ Русские счёты XVI в

4 В начале XVII века шотландский математик Дж. Непер ввел логарифмы, что оказало революционное влияние на счет. Изобретенная им логарифмическая линейка успешно использовалась еще пятнадцать лет назад, более 360 лет прослужив инженерам. Она, несомненно, является венцом вычислительных инструментов ручного периода автоматизации. XVII — XX век Логарифмические линейки Прямоугольная логарифмическая линейка Круглая логарифмическая линейка Цилиндрические логарифмические линейки различной конструкции Развитие механики в XVII веке стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический способ вычислений. Среди механических устройств выделяют суммирующие машины (умеют складывать и вычитать), множительное устройство (умножает и делит), со временем их объединили в одну — арифмометр (умеют выполнять все 4 арифметических действия). В дневниках гениального итальянца Леонардо да Винчи ( ) уже в наше время был обнаружен ряд рисунков, которые оказались эскизным наброском суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа. В те далекие от нас годы гениальный ученый был, вероятно, единственным на Земле человеком, который понял необходимость создания устройств для облегчения труда при выполнении вычислений. Однако потребность в этом была настолько малой (точнее, ее не было совсем!), что лишь через сто с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи нашелся другой европеец немецкий ученый Вильгельм Шиккард ( ), не читавший, естественно, дневников великого итальянца,

5 который предложил свое решение этой задачи. Причиной, побудившей Шиккарда разработать счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел, было его знакомство с польским астрономом И. Кеплером. Ознакомившись с работой великого астронома, связанной в основном с вычислениями, Шиккард загорелся идеей оказать ему помощь в нелегком труде. В письме на его имя, отправленном в 1623 г., он приводит рисунок машины и рассказывает, как она устроена. Одним из первых образцов таких механизмов были «считающие часы» немецкого математика Вильгельма Шиккарда. В 1623 году он создал машину, которая стала первым автоматическим калькулятором. Машина Шиккарда умела складывать и вычитать шестизначные числа, оповещая звонком о переполнении. К сожалению, данных о дальнейшей судьбе машины история не сохранила. Об изобретениях Леонардо да Винчи и Вильгельма Шиккарда стало известно лишь в наше время. Современникам они были неизвестны. Самой же известной из первых вычислительных машин стала суммирующая машина Блеза Паскаля, который в 1642 г построил модель «Паскалины»- счетной суммирующей машины для восьмизначных чисел. Б.Паскаль начал создавать «Паскалину» в возрасте 19 лет, наблюдая за работой своего отца, который был сборщиком налогов и был вынужден часто выполнять долгие и утомительные расчёты. И его единственной целью было помочь ему в работе. Суммирующая машина Шиккарда (реконструкция по рисунку) 1623 год Суммирующая машина Паскаля 1642 г В 1673 г. немецкий математик Лейбниц создает первый арифмометр, позволяющий выполнять все четыре арифметических операции. «…Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно, притом не прибегая к последовательному сложению и вычитанию», писал В. Лейбниц одному из своих друзей. О машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы. Принцип вычислений оказался удачным, в последствие модель неоднократно дорабатывалась в разных странах разными учеными. И с 1881 г. было организованно серийное производства арифмометров, которые использовались для практических вычислений вплоть до шестидесятых годов XX века.

6 Арифмометр Лейбница 1673 г. Арифмометр Томаса Самой известной моделью серийного производства был арифмометр Феликс, российского производства, получивший в 1900г. на международной выставке в Париже золотую медаль. Арифмометр Однера 1874г. Арифмометр Феликс 1931 г Так же к механическому периоду относят теоретические разработки аналитической машин Бэбиджа, которые не были реализованы из-за отсутствия финансирования. Теоретические разработки относятся к годам. Аналитическая машина должны была стать первой машиной использующей принцип программного управления и предназначавшейся для вычисления любого алгоритма, ввод-вывод планировался с помощью перфокарт, работать она должна была на паровом двигателе. Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей: блок хранения исходных, промежуточных и результирующих данных (склад память); блок обработки данных (мельница арифметическое устройство); блок управления последовательностью вычислений (устройство управления); блок ввода исходных данных и печати результатов (устройства ввода/вывода), что в дальнейшем послужило прообразом структуры всех современных компьютеров. Одновременно с английским ученым работала леди Ада Лавлейс (дочь английского поэта Джорджа Байрона). Она разработала первые программы для машины, заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени. Графиню Лавлейс считают первым программистом, и в ее честь назван язык программирования АДА. Хотя проект не был реализован, он получил широкую известность и высокую оценку ученых. Чарльз Бебидж на целый век обогнал время.

7 ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ История вычислительной техники уникальна, прежде всего, фантастическими темпами развития аппаратных и программных средств. До сих пор работают некоторые программисты, начинавшие еще на ламповых ЭВМ, которые без преувеличения и без кавычек можно назвать древними. В самом деле, дистанция между лазерным принтером и «ЭНИАК» ничуть не меньше, чем между «Мерседесом» и, скажем, Кабриолетом XVII века. Сами лазерные принтеры тоже выглядят дедушками рядом с некоторыми устройствами мультимедиа. И никто не возьмется предсказать, какой будет информационная технология через 1000 лет. Компьютеры 1 поколения ( ) 1941 год Марк I — управляемая вычислительная машина. Выполнение элементарной операции сложения занимало 0,3 секунды, считалось, что марк заменял примерно 20 человек с ручными арифмометрами Эра электронно-вычислительных машин начинается с ЭНИАК первый компьютер, построен в 1945 году в США (дословно ENIAC Electronic Numerical Integrator and Computer электронный числовой интегратор и калькулятор) — первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер, который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач (предыдущие компьютеры имели только часть из этих свойств) г ENIAC первый электронный цифровой компьютер общего назначения, который можно было перепрограммировать для решения широкого спектра задач. К первому поколению обычно относятся машины, созданные в 40 е годы. В их системах использовались электронные лампы (десятки тысяч ламп). Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Для их размещения требовались большие помещения. Устанавливались в крупных научных центрах. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Быстродействие — порядка тыс. операции в секунду. Электронная лампа

8 Первые ЭВМ были слишком дорогими, громоздкими и потому не имели массового применения: они использовались только в крупных научных центрах, в космосе, обороне, в метеорологии. Они производили вычисления со скоростью несколько десятков тысяч операций в секунду, последовательность вычислений задавалась программами. Программы писались на машинном языке, алфавит которого состоял из двух знаков «0» и «1». Программы вводились в ЭВМ с помощью перфокарт или перфолент, результаты вычислений выводились в форме длинных последовательностей нулей и единиц с помощью печатающих устройств. Писать программы на машинном языке и расшифровывать результаты вычислений могли только высококвалифицированные программисты перфокарта перфолента Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволили выполнить сложнейшие расчеты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др. Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета. Эти трудности начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров. Самый тяжелый компьютер весил 27 тонн и занимал зал 200 кв.м (наш класс примерно 70 кв.м.) и введен в эксплуатацию Эккертом и Моули 15 февраля 1946 года. Проработал до 1955 года. Машины первого поколения: ENIAC, МЭСМ (малая электронная счетная машина), БЭСМ (быстродействующая электронная счетная машина), Стрела, Урал, М-20. МЭСМ

9 КИЕВ Компьютеры 2 поколения Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные примерно в гг. На смену электронным лампам пришли транзисторы, которые имеют в десятки и сотни раз меньшие размеры и массу, более высокую надежность и потребляют значительно меньше электричества. Их оперативная память была построена на магнитных сердечника. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитными барабаны и первые магнитные диски. Быстродействие — до сотен тысяч операций в секунду, емкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов. Появились так называемые языки высокого транзистор уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легковоспринимаемом виде. Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык. Появились широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач; мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. На основе мониторных систем в дальнейшем были созданы современные операционные системы. Во втором поколении начинают использоваться магнитные носители информации, алфавитноцифровой дисплей (те он мог воспроизводить только буквы и цифры, но не мог картинки) и клавиатура БЭСМ-6 выпускали почти 20 лет, с 1968-го по 1987-й

10 Для некоторых машин второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60 х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе. Применение транзисторов позволило уменьшить габариты ЭВМ и увеличить их вычислительную мощность. Такие ЭВМ производились малыми сериями и устанавливались в крупных научноисследовательских центрах и ведущих высших учебных заведениях. Однако габариты ЭВМ на транзисторах всё же оставались очень большими для их широкого применения. Компьютеры 3 поколения ( ) Впервые стали использоваться интегральные схемы целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Компьютеры выполняли миллионы операций в секунду. Благодаря этому уменьшились размеры, электроэнергии и стоимость компьютеров. потребление интегральная схема Возможно, наиболее важным критерием различием машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры. Машины третьего поколения это семейства машин с единой архитектурой, т.е программно совместимых. В качестве элементарной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами. Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина. Примерами машин третьего поколения семейства IBM-360,IBM-370, EC ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Емкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов. IBM-360 ЕС ЭВМ

11 В составе ЭВМ третьего поколения были включены удобные устройства ввода-вывода, дисплей на основе электронно-лучевых трубок, накопители информации на магнитных лентах и дисках, графопостроители, т.д. К работе с этими ЭВМ стали подключаться широкий круг специалистов, машины появились в институтах и университетах. Начали создаваться операционные системы, базы данных, языки системы «искусственного интеллекта», стали внедряться системы автоматизированного проектирования. Компьютеры выполняли миллионы операций в секунду. Появляются гибкие магнитные носители информации В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM, на основе которого в СССР была разработана серия ЕС ЭВМ. Компьютеры 4 поколения На рубеже 80-х годов были созданы и выпущены в массовое производство ЭВМ четвертого поколения. Элементарной базой этих ЭВМ стали микропроцессоры большие интегральные микросхемы, которые способны выполнять функции основного блока компьютера процессора. Их можно сравнить с миниатюрным мозгом, работающего по программе заложенной в его памяти. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера микро-эвм, габариты которых позволяют устанавливать их на любом рабочем месте. В составе этих ЭВМ включаются удобные средства накопления информации (магнитные и оптические), ввода и вывода информации: компактные печатающие устройства, мышь, джойстик, удобная клавиатура, цветные графические мониторы, т.д. микропроцессор=большая интегральная схема Наиболее яркими представителями ЭВМ четвертого поколения служат персональные компьютеры. Современные персональные компьютеры могут выполнять несколько миллиардов операций в секунду. Первый персональный компьютер Apple II («дедушка» современных компьютеров Macintosh) был создан в 1977 году. В 1982 году фирма IBM приступила к созданию персональных компьютеров IBM PC («дедушки» современных IBM совместимых компьютеров)

12 Десятки миллионов персональных ЭВМ, установленных в службах сервиса и управления, на производстве и в образовании, требуют овладения компьютерной грамотности от всего населения. 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 нельзя обойтись в большинстве областей деятельности человека. Со временем появляются цветной графический дисплей (примерно к 90-м годам) и сканер Машины четвертого поколения проектировались в расчете на эффективное использование языков программирования высокого уровня и упрощение процесса программирования для конечного пользователя. Компьютеры 5 поколения ЭВМ пятого поколения это машина недалекого будущего. Основное их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. Машины пятого поколения это реализованный искусственный интеллект. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание». Многое уже практически сделано в этом направлении. Разработка следующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных повышений интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Развитие идет также по пути «интеллектуализации» компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного теста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний. Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них это традиционный компьютер, но теперь он лишен связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, так называемый интеллектуальный интерфейс. Его задача понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в рабочую программу для компьютера. Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящих на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещенных на одном кристалле полупроводника.

13 НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ ОТ ДРЕВНОСТИ ДО НАШИХ ДНЕЙ В разные века люди использовали разные носители информации. Самыми первыми носителями информации были, по всей видимости, стены пещер. Наскальные изображения и петроглифы (от греч. petros — камень и glyphe — резьба) изображали животных, охоту и бытовые сцены. Датируются они временем палеолита (до 40 до 10 тыс. лет до нашей эры) На самом деле точно неизвестно, предназначались ли наскальные рисунки для передачи информации, служили простым украшением, совмещали эти функции или вообще нужны были для чего то ещё. Тем не менее это самые старые носители информации, известные сейчас. Камни и стены пещер Если верить археологам, желание записать информацию у человека появилось примерно сорок тысяч лет назад. Самым первым носителем была скала. У этого стационарного хранилища данных была масса достоинств (надежность, устойчивость к повреждениям, большая емкость, высокая скорость считывания) и один недостаток (трудоемкость и неспешность записи). Поэтому с течением времени стали появляться другие носители информации. В конце четвертого тысячелетия до нэ в Месопотамии появились глиняные таблички. Из мягкой глины лепили квадратные или круглые лепешки. Писали на ней остроконечной палочкой (из тростника). Потом ее сушили и обжигали в печи. Папирус Глиняная табличка Папирус — великое изобретение египтян. Появился в начале третьего тысячелетии до н.э. По берегам Нила в изобилии произрастало одноименное болотное растение, похожее на камыш папирус, высотой в 5 метров и толщиной в человеческую руку, из которого и производился материал для письма. В древнем Пергаме в III веке до н.э. (государстве на полуострове Малая Азия, современная Сирия) изобрели новый писчий материал пергамен (пергамент) тонко выделанная кожа молодых животных: коз, овец, телят. Это был очень дорогой, но долговечный материал для

14 письма. (Из одной шкуры теленка получалось 7 8 листов для книги. А для всей книги требовалось все стадо.) Берестяная грамота Пергамент Руси для письма использовали бересту — специально подготовленную березовую кору. Берестяные книги на Руси возникли в 11 веке. В большинстве случаев текст наносился на внутреннюю поверхность коры с помощью заостренного костяного или железного стилоса (писала). Им писали и на бересте, и на восковых табличках, представляющих собой деревянную доску, покрытую слоем воска. На них можно было писать и стирать написанное обратной стороной стилоса. Появились в Риме с 7 века до нэ и использовались до 18 в нэ как материал для кратковременных записей, для хозяйственных пометок и для обучения детей письму. Историки считают, что впервые бумагу из бамбука и шелковичного дерева изготовил в Китае мастер Цай Лунь в 105 году. Бумажный свиток Восковые таблички

15 С развитием техники стали появляться и специфические носители информации. Виниловые пластинки Граммофон 1887 Патефон 1913 Электрофо н (проигрыватель) Вы любите слушать музыку? Тогда вы должны знать, что оптические носители информации — CD диски производятся только с 1982 года (Германия). А до этого пользовались аудиокассетами и виниловыми пластинками (грампластинками). Старейшей грампластинкой в мире теперь считается звукозапись, которая была сделана в 1860 году во Франции. Аудиокассета носитель информации на магнитной ленте) появилась через 100 лет в 1964 году в Германии было их открыто первое массовое производство. Аудиокассета и магнитная лента на бобине Каждый из нас умеет пользоваться флешкой, но ведь Flash память появился совсем недавно — изобретена в 1984 году в Японии. Это карты память для фотоаппаратов, мобильных телефонов, USB-флеш-накопитель. Флеш память магнитофон Оптические диски

16 С развитием компьютерной техники совершенствовались и носители информации. Перфокарты появились задолго до появления компьютеров в 1808 году во Франции и использовались для записи узоров ткацких станков. В 20 веке они стали первыми носителями информации для компьютерной техники. Бумажные: перфолента и перфокарты Перфокарты задают узор ткани для ткацкого станка Перфокарты и перфоленты были вытеснены магнитными носителями информации. В 1971 году появляются гибкие магнитные носители информации — дискеты, разработанные фирмой IBM, США. В 1973 году там же был выпущен знакомый всем жесткий диск. Гибкие магнитные диски: Загрузка первого жесткого диска в 5 МБ в самолет, Жёсткие магнитные диски

17 Между прочим перфокарты не вымерли До сих пор на некоторых фабриках используются ткацкие станки на которых узор задается перфокартами

Поколения ЭВМ. Их краткая характеристика. Элементная база.

Ответ:

(не стоит паниковать при виде этого вопроса – запомнить нужно основные моменты, а выносить их кусками значит лишь кого-то полного понимания картины)

На данный момент существует четыре поколения ЭВМ.

В первом поколении (1943-1959 гг.) элементной базой ЭВМ была электронная лампа, в которой использовался эффект Эдисона.

Электронная лампа – это прибор, работа которого осуществляется за счет изменения потока электронов, двигающихся в вакууме от катода к аноду. Движение электронов происходит за счет термоэлектронной эмиссии – испускания электронов с поверхности нагретых металлов. Здесь используется свойство металлов, которые обладают большой концентрацией свободных электронов с различной энергией, а, следовательно, и скоростями движения. По мере нагревания металла энергия электронов возрастает, и некоторые из них преодолевают потенциальный барьер на границе металла.

В ЭВМ первого поколения оперативная память выполнялась на триггерах, затем на ферритовых сердечниках, быстродействие 5-30 тыс. арифметических операций в секунду.

Память на магнитных сердечниках хранила данные в виде направления намагниченности небольших ферритовых колец. Каждое кольцо сохраняло 1 бит информации, а вся память представляла собой прямоугольную матрицу.

От программиста того времени требовалось хорошее знание архитектуры ЭВМ и ее программных возможностей. Программирование осуществлялось в машинных кодах, позднее на ассемблере и автокоде. Поэтому программирование на ЭВМ первого поколение было уделом избранных, специально подготовленных математиков-программистов.

Первые ЭВМ использовались в основном для научных расчетов.

Машины первого поколения размещались в огромных залах (типа спортивных). Тысячи электронных ламп быстро нагревали помещение, высокая температура снижала надежность ЭВМ.

К концу жизненного цикла первого поколения появился первый язык высокого уровня – ФОРТРАН.

Применение транзисторов в вычислительной технике дало начало второму поколению (1959-1963 гг.) компьютеров. На компьютерах с транзисторами начал действовать закон «10» — улучшение за десять лет всех характеристик компьютера примерно в десять и более раз.

Переход на новую элементную базу оказался неизбежным, так как рост производительности и надежность ЭВМ первого поколения достигли своего максимума. Основные причины, приведшие к необходимости замены электронных ламп, были следующими:

1. Нить накаливания в электронных лампах со временем теряет свои эмиссионные свойства и перегорает. В среднем, срок службы лампы не превышал 10 000 часов. Таким образом, в ЭВМ, состоящей из 104 электронных ламп, в среднем, каждый час, выходила из строя одна электронная лампа.

2. ЭВМ на электронных лампах требуют мощных источников питания, при этом почти 75% энергии растрачивается на тепловых потерях. Это, в свою очередь, приводит к необходимости организации дорогостоящих и сложных систем охлаждения. Транзисторы потребляют на порядок меньше энергии и слабее греются.

3. Большие габариты электронных ламп. Самые миниатюрные радиолампы не позволяли в одном кубическом дециметре разместить более 1000 элементов, в то же время использование транзисторов позволяло на порядок увеличить плотность монтажа.

4. Радиолампы – это хрупкий элемент. Его установка требует осторожности и аккуратности, и с большим трудом поддается автоматизации. В то же время транзисторы гораздо более надежны и прочны, что позволяет легко автоматизировать процесс их производства и монтажа.

Кроме новой элементной базы и быстродействия, второе поколение характеризуется новыми архитектурными решениями и развитием технологии программирования. В ЭВМ второго поколения обеспечивается совмещение функциональных операций, они стали работать в режиме разделения времени. Реализовано совмещение центрального процессора по обработке данных и каналов ввода-вывода, а также распараллеливание операций выборки команд и данных из памяти.

Конец 50-х годов — это начало этапа автоматизации программирования. В это время появляются языки CommercialTranslator, FACT, MathMathic, и 38

программно-ориентированные языки высокого уровня (ЯВУ): Fortran (1955), Algol-60, AKU-400 и др.

В это время были разработаны первые системы пакетной обработки, которые автоматизировали всю последовательность действий оператора по организации вычислительного процесса. Ранние системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными не для обработки данных, а для управления вычислительным процессом.

В 1957 году компанией BellLabs была разработана операционная система Bell Operating System. А в 1962 году была разработана компанией GeneralElectric операционная система General Comprehensive Operating System.

Микроэлектронная технология породила третье поколение ЭВМ (1964-1974 гг.). В этом поколении элементную базу компьютеров образовали так называемые интегральные схемы. Замечательное отличие такой схемы заключается в том, что все ее элементы (транзисторы, резисторы конденсаторы) и соединения между ними создаются на небольшой пластине кристалла (обычно кремния). Технология, использующая процессы травления и напыления, позволяет создавать схемы с чрезвычайно мелкими элементами. Именно поэтому такие схемы и стали называть интегральными микросхемами.

Использование интегральных схем позволило получить ряд преимуществ:

1. Увеличилась надежность ЭВМ. Надежность интегральных схем – на порядок выше надежности аналогичных схем на дискретных 40 компонентах.

2. За счет повышения плотности упаковки электронных схем, уменьшилось время передачи сигнала по проводникам и, как следствие, увеличилось быстродействие ЭВМ.

3. Производство интегральных схем хорошо поддается автоматизации, что при серийном производстве резко уменьшает себестоимость производства и способствует популяризации и расширению области применения ЭВМ.

4. Высокая плотность упаковки электронных схем уменьшила на несколько порядков габариты, массу и потребляемую мощность ЭВМ, что позволило использовать их в недоступных до этого областях науки и техники, таких как авиация и космическая техника.

В ЭВМ третьего поколение уже четко выделяется иерархия памяти. ОЗУ делится на независимые блоки с собственными системами управления, работающие параллельно. Структура оперативной памяти делится на страницы и сегменты. Развивается и внутренняя память процессора – создаются предпосылки к вводу кэширования памяти.

Наряду с совершенствованием логических устройств и памяти, полным ходом шла модернизация устройств ввода-вывода. Быстродействие новых ЭВМ требовало более быстрой и надежной системы ввода-вывода данных, чем устройства чтения перфокарт и телетайпы. На смену им пришли клавиатуры, панели графического ввода, дисплеи со световым карандашом, плазменные панели, растровые графические системы и другие устройства.

К концу 1960-х годов уже был создан целый ряд операционных систем, реализующий множество необходимых функций по управлению ЭВМ. Всего эксплуатировалось более сотни различных ОС.

Среди наиболее развитых операционных систем были:

1. OS/360, разработанная фирмой IBM в 1964 году для управления мейнфреймами;

2. MULTICS– одна из первых операционных систем с разделением времени исполнения программ;

3. UNIX, разработанная в 1969 году и, впоследствии, разросшаяся до целого семейства операционных систем, многие из которых являются одними из самых популярных на сегодняшний день.

Использование операционных систем упростило работу с ЭВМ и способствовало популяризации электронной вычислительной техники.

На ЭВМ III поколения появились системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР), совершенствуются АСУ и АСУТП. Создаются пакеты прикладных программ (ППП) различного назначения. Появляются новые и совершенствуются существующие языки программирования, их количество достигло уже 3000.

Сверхбольшие интегральные схемы стали основой элементарной базы компьютеров четвертого поколения (1975-н.в.). Процессор, реализованный на одной СБИС, получил название микропроцессора.

Парк всех машин четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов: микро-ЭВМ, персональные компьютеры, специальные ЭВМ, ЭВМ общего назначения и супер-ЭВМ. Но из этого многообразия, лишь ПК и супер-ЭВМ определяют лицо четвертого поколения.

ЭВМ четвертого поколения можно характеризовать тремя основными показателями: элементной базой, персональным характером использования (ПК) и нетрадиционной архитектурой (супер-ЭВМ).

Элементная база способствовала миниатюризации ВТ, повышению ее надежности, позволила создавать мини- и микро-ЭВМ по своим возможностям превосходящие большие ЭВМ предыдущего поколения.

Основой для создания ПК стало создание универсального процессора на одном кристалле. Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971 году и содержал 2250 элементов, а в 1974 году был создан микропроцессор Intel 8080, содержащий уже 4500 элементов и послужил основой для создания первого ПК — Altair-8800. Этот компьютер рассылался по почте, стоил 397 долларов и имел возможности для расширения периферийными устройствами. Для Altair-8800 П. Аллен и У. Гейтс создали транслятор с языка Basic.

Начала формироваться ПК-индустрия. Лавинообразно растет программное обеспечение, направленное не только на решение производственных и научных задач, а удовлетворяющее потребности рядовых граждан, в том числе и ПО для развлечений. С каждым годом парк персональных компьютеров увеличивается, появляются все новые модели с новым интуитивно-понятным интерфейсом программного обеспечения, включая операционные системы.

ПК четвертого поколения по своим возможностям уже превосходят многие мощные ЭВМ третьего поколения. Никого уже не удивляет, что память современных ПК превышает уже сотни мегабайт, а память жесткого магнитного диска имеет размерность в гигабайтах и даже в терабайтах. Компьютер оснащен не только дисководами для гибких дисков, но и устройством для считывания информации с компакт-дисков.