Габариты эвм 1 поколения

Компьютеризация — явление, которое наблюдается сейчас, наверное, во всех странах мира. Ее темпы впечатляют. Интересно проследить то, в каких условиях она осуществлялась исторически. Можно ли сказать, что компьютеризация — результат планомерного развития технологий выпуска ЭВМ и программного обеспечения для них? Каковы исторические этапы технологического совершенствования компьютеров?

Что было до компьютеров?

Интересно узнать, какого типа устройства исторически предшествовали ЭВМ. Так, можно отметить, что в 17 веке легендарный французский ученый Паскаль изобрел, как считается, первую счетную машину, которая действовала по механическому принципу. В начале 19 века британский исследователь Бэббидж изобрел первую аналитическую машину. Спустя несколько десятилетий американский инженер Холлерит создал табулятор — электрическую машину, с помощью которой можно было подсчитывать статистические данные. Впоследствии разработки ведущих лабораторий мира в направлении создания устройств, близких к компьютерам в современном понимании, активно продолжались.

Первые компьютеры

Один из первых в мире компьютеров был изобретен другим американским исследователем, Бушем, в 1930 году. История ЭВМ, представляющих собой полноценные цифровые устройства, многими учеными отсчитывается с 1944 года, когда американский профессор Айкнем сконструировал компьютер «Марк-1». Фактически это был девайс, относящийся к ЭВМ 1 поколения. Какие его особенности можно отметить? Прежде всего, наверное, габариты конструкции. Размеры 1 поколения ЭВМ были выдающимися. Так, «Марк-1» имел длину порядка 15 метров, высоту — около 2,5 м. Производительность первого цифрового компьютера по современным меркам была относительно скромной, но его роль в истории мировой индустрии компьютерной техники трудно переоценить. В 1946 году американские военные сконструировали компьютер «Эниак». Размеры 1 поколения ЭВМ на примере данного девайса могут показаться еще более внушительными. Компьютер «Эниак» обладал длиной порядка 30 м и весил 30 тонн.

Нас будут интересовать, конечно, не только размеры 1 поколения ЭВМ, но и иные характеристики соответствующего типа машин. Рассмотрим их, а также последующую историю компьютеров подробнее.

Особенности ЭВМ 1 поколения

Функционировали ЭВМ 1 поколения на основе электронных ламп — прибора, который работает за счет изменения потока частиц, движущихся от катода к аноду. Основной принцип соответствующего перемещения — термоэлектронная эмиссия. С самого начала компьютеры стали конструироваться по принципу распределения логических команд на 0 и 1. Данная схема реализуется до сих пор. Каким же образом она функционировала, когда в качестве основного компонента ПК использовались лампы? Очень просто. На входе лампы образовывалось напряжение, например 2 В. На выходе — меньше, например 1 В. Первое состояние лампы фиксировалось как 1, второе — как 0. Сочетание данных состояний на основе совокупности из десятков тысяч ламп формировало машинный код.

Ламповые компьютеры, то есть те, которые относятся к 1 поколению, могли выполнять порядка 20 тыс. операций в секунду. Много это или не очень? Для сравнения, показатель для современных ПК — миллиарды операций в секунду. Но базовые задачи тех лет, в том числе и в военной сфере, характеристики ЭВМ первого поколения вполне позволяли выполнять.

Компьютеры рассматриваемого типа не характеризовались высокой надежностью. Просто потому, что лампы часто перегорали, их нужно было менять. О гигантских размерах компьютеров мы уже сказали выше. Это предопределяло очень большие трудности с их транспортировкой, с оптимизацией их расположения в здании. Стоимость ЭВМ первого поколения была очень высокой — их приобретение могли позволить себе только крупные бизнесы и правительственные структуры с большим бюджетом. Также ламповые компьютеры характеризовались высокими эксплуатационными расходами — главным образом, в части энергопотребления. Работа на них требовала привлечения высококвалифицированных кадров с последующей выплатой им большой зарплаты. Человек, знающий хотя бы устройство ЭВМ, не говоря об умении программировать компьютер, был востребованным и дорогостоящим специалистом.

Специфика ЭВМ первого поколения также в том, что на данных машинах задействовались отдельные языки программирования. К тому же набор машинных команд был достаточно простым. Как таковые программы — в привычном нам понимании – при работе с ЭВМ соответствующего типа не использовались. Это обуславливалось не только скромной производительностью компьютеров, но также и достаточно низкой технологичностью запоминающих устройств — чаще всего это были перфокарты и магнитные ленты, которые совершенно несопоставимы по скорости работы с привычными нам дисками.

Однако к отмеченным неудобствам инженеры начали активно адаптироваться — главным образом посредством разработки различных алгоритмов автоматизации работы с машинным кодом. Несмотря на низкую производительность ЭВМ первого поколения, эффективность их эксплуатации все же постепенно росла.

ЭВМ 2 поколения

Мировая компьютерная индустрия после отмеченных изобретений продолжила активно развиваться. Изобретение «Марк-1», «Эниака» и других машин — это было только начало. ЭВМ 2 поколения появились уже в начале 60-х годов. Их основная особенность — в них вместо ламп были применены транзисторы. В результате производительность машин выросла. Кроме того, мы помним, что размеры 1 поколения ЭВМ были внушительны. Машины на транзисторах, в свою очередь, существенно уменьшились. Насколько явным оказалось преимущество задействования в структуре компьютеров соответствующих технологических решений? Достаточно лишь сказать, что 1 транзистор был способен заменить порядка 40 ламп. Совершенствовались также и носители информации. Устройство ЭВМ второго поколения могло предполагать использование магнитных дисков, приближенных по структуре и концепции к тем девайсам, которые привычны современному пользователю.

С точки зрения задействования программного обеспечения мировая компьютерная индустрия также сделала шаг вперед, благодаря возможностям соответствующего типа машин. Появились языки, относимые к категории высокого уровня. Программистами были разработаны трансляторы — средства, с помощью которых соответствующие алгоритмы переводились на язык, используемый в машинных командах ЭВМ. Были также реализованы принципы опережающего выполнения некоторых сценариев компьютерных программ. Стали появляться библиотечные приложения, различные мониторные системы, ставшие прообразами современных ОС.

Вместе с тем, несмотря на некоторые попытки унификации задействования программных алгоритмов в различных машинах, разные ЭВМ характеризовались ограниченной совместимостью. Объединить их, условно говоря, в единую сеть и выстроить на ее основе корпоративную информационную систему было очень сложно.

ЭВМ 3 поколения

История ЭВМ 3 поколения начинается с машин, в конструкции которых стали применяться интегральные схемы, каждая из которых, как выяснилось, могла заменить около 1000 транзисторов. Производительность компьютеров значительно выросла. Появилась возможность запускать на ЭВМ несколько программных алгоритмов одновременно. Что такое интегральная схема? Это кристалл из кремния, который имеет площадь порядка 10 кв. мм. По уровню производительности, как было подсчитано, одна ИС фактически была равна компьютеру «Эниак». В числе самых известных компьютеров 3 поколения — ЭВМ, разработанные компанией IBM — машины System 360.

ЭВМ рассматриваемого типа характеризовались гораздо большей степенью взаимной совместимости, чем устройства, рассмотренные нами выше, в том числе и в аспекте программного обеспечения. В компьютерах 3 поколения были реализованы первые полноценные операционные системы, способные выполнять несколько задач одновременно. Многие из аппаратных функций начали передаваться на программный уровень.

ЭВМ 4 поколения

В 70-х годах в массовое производство были запущены так называемые большие интегральные схемы. Какую их особенность можно отметить? Прежде всего ту, что их производительность соответствовала примерно 1000 обычных интегральных схем. В итоге мировая компьютерная индустрия получила возможность выпускать устройства, по размерам и производительности сопоставимые с теми, которыми мы привыкли пользоваться сегодня.

Благодаря повышению производительности фабричных линий по выпуску больших интегральных схем и иных ключевых компонентов ЭВМ, компьютеры постепенно становились дешевле. Если первые и вторые (в 50-е и 60-е годы) поколения ЭВМ были доступны, как мы отметили выше, главным образом, только крупным бизнесам и госструктурам, то в 1970-е ЭВМ стали активно покупать обычные граждане.

Факторы компьютеризации

Компьютеризация стала массовым явлением, особенно с появлением интернета в конце 80-х годов. Ее темпы были тем более динамичными, чем ниже становилась цена девайсов и меньше — их размер. Так, первые ПК, по многим признакам и технологической структуре аналогичные тем, что привычны нам сегодня, появились в середине 70-х и начале 80-х годов. В числе таковых девайсов — IBM PC, ставший прообразом самой распространенной сегодня компьютерной платформы. Они стали ближайшим конкурентом ПК, которые уже активно выпускались компанией Apple. Принципиальная разница между ними — в открытости концепции IBM и закрытости платформы от Apple. С точки зрения программно-аппаратной структуры разница между соответствующими типами ПК в целом невелика. В структуре IBM-платформы присутствуют такие ключевые компоненты, как процессор, ОЗУ, жесткий диск, видео- и звуковая карта, материнская плата. При этом они могут быть заменены на другие — как вариант, более производительные.

Современное поколение компьютеров

Технологический задел, который был заложен инженерами в 70-е годы, оказался настолько значительным, что дальнейшее развитие ЭВМ эксперты и аналитики характеризуют как проходящее в рамках того же 4 поколения. То есть современные высокопроизводительные ПК функционируют, в целом, по тем же принципам, что и устройства 40-летней давности. В отдельных аспектах, таких как, например, размеры ЭВМ, современные компьютеры, безусловно, видятся существенно более технологичными. В устройстве величиной с небольшую тетрадь умещаются вычислительные мощности, значительно превышающие те, что стояли, к примеру, в первых ПК от Apple в 70-е годы.

Преемственность концепций

Но концептуально ПК, используемые нами сегодня, функционируют по схемам, впервые внедренным в ЭВМ 4 поколения. Нет никаких четких критериев, которые бы позволили сказать, что, условно говоря, первый IBM PC и современный ноутбук iMac — это ЭВМ разных поколений. Производительность значительно различается, но концепция, в целом, одна и та же.

На основе платформы, предложенной IBM, реализовано большинство современных десктопов, ноутбуков, моноблоков. По многим критериям также и мобильные девайсы — смартфоны и планшеты – вполне соответствуют IBM-платформе, появившейся в 70-е годы. Так, в каждом из них, как и в ПК, есть процессор, ОЗУ, устройство для хранения данных — аналог жесткого диска.

Трудно сказать даже, что принципиально вырос уровень комфорта пользования компьютерами, если сопоставлять первые образцы ПК 4 поколения и современные модели. Базовые аппаратные элементы управления ЭВМ — клавиатура, мышь — в принципе, за долгие годы не менялись. Появились, конечно, всевозможные тачскрины, бесконтактные дисплеи и прочие экзотические решения. Но не все пользователи относятся к ним в достаточной мере положительно.

Усовершенствовались, конечно, и программные решения — ОС (на первых компьютерах 4 поколения стояли образцы, управляемые из командной строки, сегодня операционные системы включают функциональные графические интерфейсы), прикладные виды ПО. Первые виды соответствующих программ в 70-е годы были очень простыми по структуре.

Сегодня это мощные инструменты реализации производственных задач. Если говорить об играх, то разница также заметна. В 70-е годы это были простейшие аркады, сегодня они позволяют совершать увлекательные погружения в виртуальное пространство. Однако созданы игры, ОС и прикладное ПО по тем же алгоритмам, что и соответствующие решения в ранние годы разработки ЭВМ 4 поколения, часто на тех же языках программирования.

Сравнение поколений ЭВМ

Попробуем наглядно отобразить сравнительные характеристики поколений ЭВМ. Как это можно сделать? Вполне удобный вариант — сравнительная таблица поколений ЭВМ. Она может быть представлена в структуре, отражающей ключевую характеристику компьютера — производительность, а также технологическую базу, на основе которой осуществляются вычисления.

Производительность (операций в секунду)

Первое поколение ЭВМ создавалось на электронных лампах в период с 1944 по 1954 гг.

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. Дело в том, что металлы обладают большой концентрацией свободных электронов, обладающих различной энергией, а, следовательно, и скоростями движения. По мере нагревания металла энергия электронов возрастает, и некоторые из них преодолевают потенциальный барьер на границе металла.

Принцип работы электронной лампы следующий. Если на вход лампы подается логическая единица (например, напряжение 2 Вольта), то на выходе с лампы мы получим либо логический ноль (напряжение менее 1В), или логическую единицу (2В). Логическую единицу получим, если управляющее напряжение отсутствует, так как ток беспрепятственно пройдет от катода к аноду. Если же на сетку подать отрицательное напряжение, то электроны, идущие от катода к аноду, будут отталкиваться от сетки, и, в результате, ток протекать не будет, и на выходе с лампы будет логический ноль. Используя этот принцип, строились все логические элементы ламповых ЭВМ.

В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током, а анодом – небольшой металлический цилиндр. При подаче напряжения на катода под действием термоэлектронной эмиссии с катода начнут исходить электроны, которые в свою очередь будут приниматься анодом.

Подробнее об устройстве и принципе работы электронных ламп можно узнать на сайте "Ее величество лампа. Физика и схемотехника".

Применение электронных ламп резко повысило вычислительные возможности ЭВМ, что способствовало быстрому переходу от первых автоматических релейных вычислительных машин к ламповым ЭВМ первого поколения.

Однако, не обошлось без проблем. Использование электронных ламп омрачала их низкая надежность, высокое энергопотребление и большие габариты. Первые ЭВМ были поистине гигантских размеров и занимали несколько комнат в научно-исследовательских институтах. Обслуживание таких ЭВМ было крайне сложным и трудоемким, постоянно выходили из строя лампы, происходили сбои при вводе данных, и возникало множество других проблем. Не менее сложными и дорогостоящими приходилось делать и системы питания (нужно было прокладывать специальные силовые шины для обеспечения питания ЭВМ и делать сложную разводку, чтобы подвести кабели ко всем элементам), и системы охлаждения (лампы сильно грелись, от чего еще чаще выходили из строя).

Несмотря на это, конструкция ЭВМ быстро развивалась, скорость вычисления достигала нескольких тысяч операций в секунду, емкость ОЗУ – порядка 2048 машинных слов. В ЭВМ первого поколения программа уже хранилась в памяти, и использовалась параллельная обработка разрядов машинных слов.

Создаваемые ЭВМ, в основном, были универсальными и использовались для решения научно-технических задач. Со временем производство ЭВМ становится серийным, и они начинают использоваться в коммерческих целях.

В этот же период происходит становление архитектуры Фон-неймановского типа, и многие постулаты, нашедшие свое применение в ЭВМ первого поколения, остаются популярными и по сей день.

Основные критерии разработки ЭВМ, сформулированные Фон-Нейманом в 1946 году, перечислены ниже:

1. ЭВМ должны работать в двоичной системе счисления;

2. все действия, выполняемые ЭВМ, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательного набора команд. Каждая команда должна содержать код операции, адреса операндов и набор служебных признаков;

3. команды должны храниться в памяти ЭВМ в двоичном коде, так как это позволяет:

а) сохранять промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа в том же запоминающем устройстве, где размещается программа;

б) двоичная запись команд позволяет производить операции над величинами, которыми они закодированы;

в) появляется возможность передачи управления на различные участки программы, в зависимости от результатов вычислений;

4. память должна иметь иерархичную организацию, так как скорость работы запоминающих устройств значительно отстает от быстродействия логических схем;

5. арифметические операции должны выполняться на основе схем, выполняющих только операции сложения, а создание специальных устройств – нецелесообразно;

6. для увеличения быстродействия необходимо использовать параллельную организацию вычислительного процесса, т.е. операции над словами будут производиться одновременно во всех разрядах слова.

Стоит отметить, что ЭВМ первого поколения создавались не с нуля. В то время уже были наработки в области построения электронных схем, например, в радиолокации и других смежных областях науки и техники. Однако, наиболее серьезные вопросы были связаны с разработкой запоминающих устройств. Ранее они практически не были востребованы, поэтому какого-либо серьезного опыта в их разработки накоплено не было. Следовательно, каждый прорыв в разработке запоминающих устройств приводил к серьезному шагу вперед в конструировании ЭВМ, так как разработка быстродействующей и емкой памяти – это неотъемлемое условие разработки мощной и быстродействующей ЭВМ.

Первые ЭВМ использовали в качестве запоминающего устройства – статические триггеры на ламповых триодах. Однако, получить запоминающее устройство на электронных лампах приемлемой емкости требовало неимоверных затрат. Для запоминания одного двоичного разряда требовалось два триода, при этом для сохранения информации они должны были непрерывно потреблять энергию. Это, в свою очередь, приводило к серьезным выделениям тепла и катастрофическому снижению надежности. В результате, запоминающее устройство было крайне громоздким, дорогим и ненадежным.

В 1944 году начал разрабатываться новый тип запоминающих устройств, основанный на использовании ультразвуковых ртутных линий задержки. Идея была заимствована из устройства уменьшения помех от неподвижных предметов и земли, разработанного для радаров во время Второй Мировой Войны.

Чтобы убрать неподвижные объекты с экрана радара отражённый сигнал разделяли на два, один из которых посылался непосредственно на экран радара, а второй задерживался. При одновременном выводе на экран нормального и запаздывающего сигналов любое появлявшееся из-за задержки и обратной полярности совпадение стиралось, оставляя только подвижные объекты.

Задержка сигнала осуществлялась с помощью линий задержки – наполненных ртутью трубок с пьезокристаллическим преобразователем на концах. Сигналы от радарного усилителя посылались на пьезокристалл в одном конце трубки, и тот, получая импульс, генерировал небольшое колебание ртути. Колебание быстро передавалось на другой конец трубки, где другой пьезокристалл его инвертировал и передавал на экран.

Ртуть использовалась, потому что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов. Это минимизировало энергетические потери, происходящие при передаче сигнала от кристалла к ртути и обратно.

Для использования в качестве памяти, ртутные линии задержки были несколько доработаны. На принимающем конце трубки был установлен повторитель, который посылал входной сигнал обратно на вход линии задержки, таким образом, импульс, посланный в систему хранения данных, продолжал циркулировать в линии задержки, а, следовательно, сохранялся бит информации до тех пор, пока было электропитание.

Каждая линия задержки сохраняла не один импульс (бит данных), а целый набор импульсов, количество которых определялось скоростью прохождения импульса через ртутную линию задержки (1450 м/с), длительностью импульсов, интервалом между ними и длинной трубки.

Впервые такое устройство хранения данных было использовано в английской ЭВМ – ЭДСАК, вышедшей в свет в 1949 году.

Память на ртутных линиях задержки была огромным шагом вперед, по сравнению с памятью на ламповых триодах, и привела к скачку в развитии вычислительной техники. Однако, она обладала рядом серьезных недостатков:

1. линии задержки требовали строгой синхронизации с устройством считывания данных. Импульсы должны были поступать на приёмник именно в тот момент, когда компьютер был готов считать их;

2. для минимизации энергетических потерь, происходящих при передаче сигнала в линии задержки, ртуть надо содержать при температуре в 40°C, так как при этой температуре ртути удается достигнуть максимального согласования акустических сопротивлений ртути и пьезокристаллов. Это тяжелая и некомфортная работа;

3. изменение температуры ртути также приводило к уменьшению скорости прохождения звука. Приходилось поддерживать температуру в строго заданных рамках, либо регулировать тактовую частоту компьютера, подстраиваясь под скорость распространения звука в ртути при текущей температуре;

4. сигнал мог отражаться от стенок и концов трубки. Приходилось применять серьезные методы для устранения отражений и тщательно настраивать положение пьезокристаллов;

5. скорость работы памяти на ртутных линиях задержки была невелика и ограничивалась скоростью звука в ртути. В результате, она была слишком медленной и значительно отставала от вычислительных возможностей ЭВМ, что сдерживало их развитие. В результате, скорость ЭВМ с памятью на ультразвуковых ртутных линиях задержки составляла несколько тысяч операций в секунду;

6. ртуть – чрезвычайно токсичный и дорогой материал, применение которого связано с необходимостью соблюдения жестких норм безопасности.

Поэтому требовалась новая, более быстрая память для продолжения развития ЭВМ. Вскоре, после создания первой ЭВМ на ультразвуковых ртутных линиях задержки, начались работы по исследованию нового типа памяти, использующего электронно-лучевые трубки, представляющие собой модификацию осциллографических трубок.

Впервые, способ хранения данных с помощью электронно-лучевых трубок был разработан в 1946 году Фредериком Уильямсом. Изобретение Уильямсона могло сохранять всего один бит и работало следующим образом.

С помощью электронно-лучевой трубки пучок электронов фокусировался на участке пластины, покрытой специальным веществом. В результате, этот участок под действием вторичной эмиссии испускал электроны и приобретал положительный заряд, который сохранялся доли секунды, даже после отключения луча. Если через короткие интервалы времени повторять бомбардировку электронами, то заряд участка можно сохранять столько, сколько потребуется.

Если же луч, не отключая, чуть передвинуть на соседний участок, то электроны, испущенные соседним участком, будут поглощены первым участком, и он примет нейтральный заряд.

Таким образом, в ячейку, состоящую из двух смежных участков, можно быстро записывать 1 бит информации. Ячейка без заряда – 1, ячейка с положительным зарядом – 0.

Для считывания сохраненного бита информации, с противоположной стороны пластины прикреплялись электроды, измеряющие величину изменения заряда ячейки, а сама ячейка подвергалась повторному воздействию лучом электронов. В результате, независимо от первоначального состояния, она получала положительный заряд. Если ячейка уже имела положительный заряд, то изменение ее заряда было меньше, чем, если бы она имела нейтральный заряд. Анализируя величину изменения заряда, определяли значение сохраненного в этой ячейке бита.

Однако, процесс считывания данных уничтожал информацию, сохраненную в ячейке, поэтому после операции чтения приходилось повторно записывать данные. В этом процесс работы с памятью на электронно-лучевых трубках был очень похож на работу с современной динамической памятью.

Первый компьютер с такой памятью появился летом 1948 года и позволял сохранять до тридцати двух тридцати двух разрядных двоичных слов.

Со временем память на электронно-лучевых трубках была заменена памятью с магнитными сердечниками. Этот тип памяти был разработан Дж. Форрестером и У. Папяном, и введен в эксплуатацию в 1953 году.

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.

В простейшем случае устройство памяти было следующим.

Вдоль строк матрицы через кольца пропускались провода возбуждения (на рисунке они выделены зеленым цветом). Аналогичные провода пропускались через кольца вдоль столбцов матрицы (синий цвет).

Ток, проходящий через эти провода, устанавливал направление намагниченности колец. Причем, сила тока была такова, что один провод не мог изменить направление намагниченности, а, следовательно, направление намагниченности изменялось только в кольце, находящемся на пересечении красного и синего провода. Это было необходимо, так как на каждый провод возбуждения было нанизано несколько десятков ферритовых колец, а изменять состояние нужно было только в одном кольце.

Если в выбранном кольце изменять состояние намагниченности не требовалось, то подавали ток в провод запрета (красный цвет) в направлении, противоположном току в проводах возбуждения. В результате, сумма токов была недостаточной для изменения намагниченности кольца.

Таким образом, в каждом колечке могли храниться 1 или 0, в зависимости от направления намагниченности.

Для считывания данных с выбранного ферритового кольца, на него по проводам возбуждения подавались такие импульсы тока, что их сумма приводила к намагниченности кольца в определенном направлении, независимо от первоначального намагничивания.

При изменении намагниченности кольца в проводе считывания возникал индукционный ток. Измеряя его, можно было определить, насколько изменилось направление намагниченности в кольце, а, следовательно, узнать хранимое им значение.

Как видите, процесс считывания уничтожал данные (также, как и в современной динамической памяти), поэтому после считывания было необходимо заново записать данные.

Вскоре, этот тип памяти стал доминирующим, вытеснив электронно-лучевые трубки и ультразвуковые ртутные линии задержки. Это дало еще один скачок в производительности ЭВМ.

Дальнейшее развитие и совершенствование ЭВМ позволило им прочно занять свою нишу в области науки и техники.

К числу передовых ЭВМ первого поколения можно отнести:

ENIAC – первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер, созданный в 1946 году по заказу армии США в лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. В эксплуатацию введен 14 февраля 1946 года;

EDVAC — одна из первых электронных вычислительных машин, разработанная в лаборатории баллистических исследований армии США, представленная публике в 1949 году;

EDSAC — электронная вычислительная машина, созданная в 1949 году в Кембриджском Университете (Великобритания) группой во главе с Морисом Уилксом;

UNIVAC – универсальный автоматический компьютер, созданный в 1951 году Д. Моучли и Дж. Преспер Эккерт;

IAS – ЭВМ Института Перспективных Исследований, разработанная под руководством Дж. Неймана в 1952 году;

Whirlwind – ЭВМ, созданная в Массачусетском Технологическом Университете в марте 1951 года;

МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина – первая отечественная ЭВМ, созданная в 1950 году С.А. Лебедевым;

БЭСМ – Большая Электронная Счетная Машина, разработанная Институтом Точной Механики и Вычислительной Техники Академии наук СССР.

Все эти и многие другие вычислительные машины первого поколения подготовили надежную стартовую площадку для победного марша ЭВМ по всему миру.

Стоит отметить, что не было резкого перехода от ЭВМ первого поколения на электронных лампах к ЭВМ второго поколения на транзисторах. Электронные лампы постепенно заменялись, вытесняясь твердотельными транзисторами. В первую очередь, были вытеснены электронные лампы из устройств хранения данных, а затем постепенно они вытеснялись из арифметико-логических устройств.

Слева, схематично изображен переход от чисто ламповых ЭВМ к ЭВМ второго поколения.

За время существования ламповых ЭВМ их структура, изображенная на рисунке ниже, не претерпела серьезных изменений. Переход ко второму поколению ЭВМ также не внес существенных изменений в их структурное построение. В основном, изменилась только элементная база. Серьезные изменения структуры построения ЭВМ начались ближе к третьему поколению ЭВМ, когда начали появляться первые интегральные схемы.

С помощью устройства ввода данных (УВв), в ЭВМ вводились программы и исходные данные к ним. Введенная информация целиком или полностью запоминалась в оперативном запоминающим устройстве (ОЗУ). Затем, при необходимости, она заносилась во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), откуда по мере надобности могла подгружаться в ОЗУ.

После ввода данных или считывания их из ВЗУ, программная информация, команда за командой, считывалась из ОЗУ и передавалась в устройство управления (УУ).

Устройство управления дешифрировало команду, определяло адреса операндов и номер следующей команды, которую нужно было считать из ОЗУ. Затем, путем принудительной координации всех элементов ЭВМ, УУ организовывало исполнение команды и запрашивало следующую. Цепи сигналов управления показаны на рисунке штриховыми линиями.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняло арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является вычислительное ядро, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др.

Промежуточные результаты, полученные после выполнения отдельных команд, сохранялись в ОЗУ. Результаты, полученные после выполнения всей программы вычисления, передавались на устройство вывода (УВыв). В качестве УВыв использовались: экран дисплея, принтер, графопостроитель и т.д.

Как видно из приведенной выше структурной схемы, ЭВМ первого поколения имели сильную централизацию. Устройство управления отвечало не только за выполнение команд, но и контролировало работу устройств ввода и вывода данных, пересылку данных между запоминающими устройствами и другие функции ЭВМ. Также были жестко стандартизированы форматы команд, данных и циклов выполнения операций.

Все это позволяло несколько упростить аппаратуру ЭВМ, ужасно сложную, громоздкую и без изысков организации вычислительного процесса, но значительно сдерживало рост их производительности.

Первая ЭВМ на электронных лампах была создана в США и называлась ЭНИАК. Она оказала существенное влияние на направление развития вычислительной техники. Вскоре, за примером США последовали и многие другие промышленно-развитые страны (Великобритания, Швейцария, СССР и др.), уделявшие развитию вычислительной техники в послевоенный период много внимания.

Однако, наибольшее значение в развитии вычислительной техники оказали исследования, проводимые в США, СССР и Великобритании. В других же странах, например во Франции, ФРГ, Японии, ЭВМ, относящиеся к первому поколению, не получили серьезного развития. В частности, для ФРГ, Испании и Японии даже трудно отделить рамки перехода от ЭВМ первого поколения к ЭВМ второго поколения, так как, наряду с первыми ламповыми ЭВМ, в конце пятидесятых годов начинали создаваться и первые ЭВМ на полупроводниковой основе.

Список используемой литературы

1. История развития вычислительной техники. Ланина Э.П. ИрГТУ, Иркутск – 2001 г.

2. Развитие вычислительной техники. Апокин И.А. М., "Наука", 1974 г.

3. Курс физики. Трофимова Т.И. Москва "Высшая школа", 2001 г.

Приспособления для счёта

Вестоницкая кость" Суан-пан (китайские счеты) Русские счеты Серобян (японские счеты)

Собранная часть Разностной

Механический арифмометр "Феликс -М"

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

I II ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ

элементная база , т. е из каких в основном элементов они построены, •

важнейшие характеристики : быстродействие, объем оперативной памяти, программное обеспечение, устройства ввода-вывода.

Деление ЭВМ на поколения условное. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим – к другому поколению.

• Элементная база – электронно-вакуумные лампы.

• Соединение элементов – навесной монтаж проводами.

• Габариты – ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов.

• Быстродействие – 10-20 тыс. операций в секунду.

• Эксплуатация – сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.

• Программирование – машинные коды.

• Оперативная память – до 2 Кбайт.

• Ввод и вывод данные с помощью перфокарт, перфолент.

23 декабря 1947 года трое сотрудников исследовательской лаборатории Bell Telephone Laboratories Джон Бардин, Уолтер Бремен и Уильям Шокли продемонстрировали свое изобретение, получившее название транзистор.

Грейс Хоппер – офицер ВМФ США и руководитель группы программистов, в то время капитан (в дальнейшем единственная женщина в ВМФ – адмирал) разработала первую транслирующую программу, которую она назвала компилятором .

Эта программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме

Морис Уилкс в Великобритании на конференции в Манчестерском университете представил доклад "наилучший метод конструирования автоматической машины", в которой представил идею микропрограммирования

М.Уилкс совместно с Д.Уиллером и С.Гиллом написали первый учебник по программированию."Составление программ для электронных счетных машин" (русский перевод – 1953 год).

1955 год. создание первой ЭВМ на транзисторах «Традис». «Традис» – первый транзисторный компьютер фирмы "Белл телефон лабораторис" – содержал 800 транзисторов, каждый из которых был заключен в отдельный корпус.

1958 г. – в СССР создана ЭВМ М-20 со средним быстродействием 20 тыс. операций в секунду – самая мощная ЭВМ 50-х годов в Европе.

II ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ

• Элементная база – полупроводниковые элементы (транзисторы)

• Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж.

• Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек

• Быстродействие – 100 – 500 тыс. операций в секунду.

• Эксплуатация – вычислительные центры со специальным штат ом обслуживающего персонала, появилась новая специальность – оператор ЭВМ.

• Программирование – на алгоритмических языках, появление ОС.

• Оперативная память – 2 – 32 Кбайт.

• Введен принцип разделения времени.

• Введен принцип микропрограммного управления.

• Недостаток – несовместимость программного обеспечения.

1958 год Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга изобретают интегральную схему.

1961 год в продажу поступила первая выполненная на пластине кремния интегральная схема (ИС).

1962 год.Стив Рассел разработал первую компьютерную игру Star War.

1964 год. Фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения. Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью 1965 год – начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM 360 (США).

1964 год. Фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения. Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью . 1965 год – начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM 360 (США).

1965 год Профессорами Дартмутского колледжа Томом Куртцем и Джоном Кемени для обучения студентов, незнакомых с вычислительной техникой был разработан язык BASIC (Beginners all-parpouse sumbolic instraction code – многоцелевой язык символических инструкций для начинающих).

1967 год Создание высокопроизводительной и оригинальной по архитектуре вычислительной системы БЭСМ-6 , под руководством С.А. Лебедева и В.А. Мельникова. В ЭВМ БЭСМ-6 использовались 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых диодов.

Имела исключительно высокое быстродействие – 1 млн. операций в секунду.

1969 год. Фирма IBM разделила понятия: аппаратные средства (hardware) и программные средства (software).

Фирма начала продавать программное обеспечение отдельно от железа, положив начало индустрии программного обеспечения.

Сотрудники фирмы Bell Laboratories Кен Томпсон и Деннис Ритчи приступили к разработке операционной системы UNIX.

В 1972 году Bell Laboratories начала выпускать официальные версии UNIX.

29 октября 1969 года День рождения сети ИНТЕРНЕТ.
В этот день была предпринята самая первая попытка дистанционного подключения к компьютеру, находившемуся в исследовательском центре Стэндфордского университета (SRI), с другого компьютера, который стоял в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Удаленные друг от друга на расстояние 500 километров, SRI и UCLA стали первыми узлами будущей сети ARPANet.
Затем к сети подключили еще два узла: Калифорнийский университет Санта-Барбары (UCSB) и Университет штата Юта (UTAH) . Октябрь 1971 года

Американский инженер Рэй Томлинсон отправил с одного компьютера на другой послание с содержанием "QWERTYUIOP" (набор клавиш верхней строки стандартной клавиатуры). Письмо дошло и, таким образом, открыло новую главу в истории человеческого общения – электронную почту.

Первым в истории адресом электронной почты был tomlinson@bbn-tenexa. Знак "@" – это разделитель адреса электронной почты, который называется "эт- символ " (at-sign).. В русском он называется "собакой", в Германии "висящей обезьяной", в Греции – "маленькой уткой", в Дании – "хоботом слона", в Польше – «кошечкой», в Турции – «розочкой».

1971 год Фирма IBM выпустила первый гибкий магнитный диск. Коллектив под руководством Алана Шугарта придумывает первый, восьмидюймовый флоппи-диск (емкостью 80 Кбайт).

Элементная база – интегральные схемы.

• Соединение элементов – печатные платы.

• Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.

• Быстродействие –1-10 млн. операций в секунду.

• Эксплуатация – вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность – системный программист.

• Программирование – алгоритмические языки, ОС.

• Оперативная память – 64 Кбайт.

• Применяется принцип разделения времени, принцип модульности. принцип микропрограммного управления, принцип магистральности

• Появление магнитных дисков, дисплеев, графопостроителей.

1971 год Фирмой Intel (США) создан первый микропроцессор (МП) – программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС.
Автором микропроцессора Intel-4004 – многокристальной схемы, содержащей все основные компоненты центрального процессора, являлся Эдвард Хофф.
Процессор 4004 был 4-битный и мог выполнять 60 тыс. операций в секунду.

1975 год. Молодые американцы Стив Возняк и Стив Джобс организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров Apple ("Яблоко"), предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей.

1976 год. Появилась дискета диаметром 5,25 дюйма. Говорят, что ее размеры соответствуют размерам салфеток для коктейля, которыми пользовались разработчики, обсуждавшие детали нового проекта в одном из бостонских баров.

Объявление о выпуске корпорацией IBM компьютерной системы – IBM Personal Computer.

Впервые на полуо ф ициаль н о м уровне было применено словосочетание Personal Computer (PC) Дэвид Брэ дли встроил в клавиатурный код команду для «горячей» перезагрузки и придумал ++ : «Система могла зависать, и единственный способ справиться с этим состоял в том, чтобы выключить ее» Билл Гейтс сделал эту комбинацию знаменитой».

1983 год. Фирма Microsoft выпустила свою первую мышь Bus Mouse для IBM PC, кроме того, фирма разработала интерфейс и драйвер.

Фирма Microsoft выпустила первую версию графической операционной среды Windows.

Фирма Microsoft выпустила первую версию графической операционной среды Windows.

1985 год Появилась система Excel (электронные таблицы). Появился первый русский текстовый процессор Лексикон.

1986 год На клавиатуре впервые появляются клавиши управления курсором (до того обходились без них!) и отдельный блок с цифровыми клавишами. Спасибо Apple. 1988 год. Появление первого вируса-"червя", поражающего почту. 1989 год. Microsoft выпустила текстовый процессор WORD. Разработан формат графических файлов GIF.

1990 год. Родилась World W > Тим Бернерс-Ли разработал язык HTML– язык разметки гипертекста.

1993 год Фирма Intel выпустила 64-разрядный микропроцессор Pentium, который состоял из 3,1 млн. транзисторов и мог выполнять 112 млн. операций в секунду. 1995 год Появилась операционная система Windows 95. 1996 год. Фирма Microsoft выпустила Internet Explorer 3.0.

• Элементная база – большие интегральные схемы (БИС).

• Соединение элементов – печатные платы.

• Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки.

• Быстродействие – 10 -100 млн. операций в секунду.

• Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.

• Программирование – базы и банки данных.

• Оперативная память – 2 -5 Мбайт.

• Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.

ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ V ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ

Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний, создание экспертных систем. Архитектура будет содержать два блока: Традиционный компьютер и интеллектуальный интерфейс, задача которого понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

n В настоящее время уже изобрели компьютер управляемый глазами; n Компьютер, который набирает текст под диктовку человека…. Но все эти компьютеры не обладают искусственным интеллектом. До сих пор не создано компьютера, управляемого мыслью. Пока ученые не изобретут технологию материализации мысли «компьютеры пятого» поколения будут фантастикой.

Подготовить сообщение о развитии вычислительной техники

Подготовить сообщение о развитии сети Интернет

Подготовить сообщение о вкладе российских ученых в развитие вычислительной техники