Что такое эвм? поколения эвм

История компьютера кратко

На протяжении всей истории существования человека он то и дело пытался совершенствовать мир вокруг, чтобы улучшить свою жизнь сделать ее проще и комфортнее. История создания компьютера – это прежде всего стремление человека изобрести устройство для решения задач, непосильных для человеческого разума. И как показывает практика, задача эта исполнена на «ура».

Если вы думаете, что компьютер появился несколько десятилетий назад, то глубоко заблуждаетесь, ведь его история насчитывает несколько столетий. Конечно же, первые предки современного ПК были очень примитивными и даже язык не поворачивается назвать их «компьютерами», но не пройдя всех этих этапов становления он, возможно, не стал таким чудом техники.

Итак, первым созданным компьютером в истории человечества считается машина для подсчетов Блеза Паскаля, возникшая в 1642 году. Это был первый примитивный калькулятор, который помогал изобретателю слагать и вычитать. Изобретение Паскаля считается нулевым этапом в разработке компьютеров и для своего времени это было прогрессивное устройство, ведь ранее никаких попыток механизировать вычисления не было.

Придуманный Паскалем «компьютер» назвали «Паскалина» и представлял он собой ящик с многочисленными шестернями. С помощью колесиков прибор позволял вводить числа от 0 до 9, а в верхней части корпуса, после ввода исходных данных, показывался результат.

Аппарат Паскаля – первый компьютер

Первое поколение компьютеров (1938-1960гг)

Начало второй мировой войны послужило толчком к пониманию стратегической роли вычислительных машин. Правительства разных стран инициировали проекты, направленные на развитие вычислительной техники. В 1938 году в Германии под руководством инженера Конрада Цузе была создана первая в мире вычислительная машина $Z1$. Она была разработана на основе механических арифмометров. Чуть позже одна за другой появились ее усовершенствованные модели $Z2$, $Z3$ и $Z4$. Все они использовалась для выполнения расчетов при проектировании уранового атомного реактора, баллистических ракет и самолетов. Практически одновременно в Великобритании завершается создание вычислительной машины «Colossus», которая была предназначена для расшифровки сообщений Вермахта. И немецкие модели и английская модель были разработаны исключительно для решения узких задач и не могли применяться широко.

В $1944$ году американец Говард Эйкен усовершенствовал немецкие изобретения при помощи электромеханического реле. Теперь механические детали перемещались электромагнитным сигналом. Компьютер был назван «Mark I» и использовался, как и немецкий предшественник, для баллистических расчетов. Одно вычисление на Mark I требовало порядка $5$ секунд.

В $1946$ году американские ученые Джон Мокли и Джон Эккерт догадались заменить электромеханические реле на электронные вакуумные лампы. Так появился электронный вычислительный интегратор и калькулятор ЭНИАК. Лампы позволили увеличить его скорость работы в $1000$ раз в сравнении с Mark I. ЭНИАК помогал решать все те же баллистические и аэродинамические задачи. Длина ЭНИАКа составляла $30$м., объем – $85м^3$,вес-$30$ тонн.

Рисунок 1.

Определение 1

Первый компьютер, предназначенный для коммерческого использования, появился в $1951$ году в США. Назвали его УНИАК – универсальный автоматический компьютер.

Параллельно в СССР также велись независимые работы по созданию компьютеров. В начале $50$-х под руководством академика С.А.Лебедева были созданы МЭСМ (малая электронная счетная машина) и БЭСМ (большая электронная счетная машина).

Все эти вычислительные машины относятся к первому поколению. Они работали на радиодеталях и вакуумных лампах, в качестве запоминающих устройств использовали магнитные ленты и перфокарты. В каждой был свой собственный способ записи программ – машинный язык, который мог использоваться только для этой модели компьютера. Следовательно, программы написанные для одного компьютера, не могли повторно использоваться на другом.

ЭВМ третьего поколения

Это поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.

В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.

Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.

В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике.

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

Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.

Сколько поколений ЭВМ существует

На сегодняшний день выделяют пять поколений ЭВМ. Для наглядности основные различия между ними представлены в таблице.

Оптические (фотонные) компьютеры. Гипотетические устройства, производящие вычисления с помощью фотонов. Фотоны в 10 раз быстрее электрических сигналов, поэтому оптические компьютеры должны получиться сверхскоростными. Сегодня человечество пользуется компьютерами четвертого поколения.

Пятое поколение ЭВМ — понятие весьма условное. Считается, что пока его не существует — для создания новейших компьютеров необходимо появление принципиально иной элементной базы. Работы активно ведутся по нескольким направлениям:

1. Квантовые компьютеры. Позволят вести несколько вычислений параллельно за счет того, что в квантовом состоянии каждый бит может быть одновременно и нулем, и единицей.
2. Нейрокомпьютеры. По аналогии с работой человеческого мозга, искусственные нейронные сети компьютера будут обеспечивать высокую скорость вычислений и самообучение системы.

Примечание

Компьютеры пятого поколения существуют лишь в проекте — на сегодняшний день в их разработке не преуспела ни одна страна.

Третье поколение компьютеров (1970-1980гг)

В $1959$ году Джек Килби предложил технологию изготовления гибридных интегральных схем. Чуть позже Робертом Нойсом была запатентована технология изготовления монолитной интегральной схемы, которая позволяла разместить на площади $10 \ мм^2$ десятки тысяч транзисторов. Теперь один кристалл мог выполнять такую же работу, как и тридцатитонный ЭНИАК. С конца $60$-х эти технологии стали применяться при производстве компьютеров.

Рисунок 3.

Модели «IBM 360» компании IBM стали первыми компьютерами этого поколения. В СССР примерно в это же время начался серийный выпуск компьютеров модели ЕС (единой системы). Новое поколение компьютеров хорошо зарекомендовало себя для решения проектных задач.

Четвертое поколение

Как только появились микропроцессоры, стали разрабатываться компьютеры четвертого поколения, а термин ЭВМ практически перестал использоваться. В то время фирма Intel создала микросхему Intel-4004, которая стала первым устройством такого типа от известного производителя.

Четвертый вид машин начался с того, что производители компании Busicom из Японии заказали Intel 12 микросхем для применения в различных вычислительных машинах. Был изготовлен четырехразрядный микропроцессор с тактовой частотой 0,75 МГц, что позволяло кодировать цифры, символы и этого вполне хватало для вычислительных машин. Но для компьютера нужны были более мощные интегральные схемы.

Для кодирования цифр, символов и слов необходим был восьмиразрядный процессор, который был разработан в 1972 году. С их выпуском стало возможным производить персональные компьютеры (ПК), потребность в которых возросла в то время. Так появились первые ПК семейства Apple.

В первых девайсах память хранилась на магнитофонных кассетах, так как у самого ПК объем составлял всего 8 Кбайт. За десять лет фирма продала около 2 млн машин. Больших успехов в выпуске компьютеров нового поколения достигла и IBM. Начиная с 1980 года, эта компания стала лидером на рынке ПК, а ее архитектура стала международным стандартом.

Сейчас строится пятое поколение компьютеров, к которым относятся девайсы, устроенные по принципу человеческого мозга и управляемые голосом. Особенно большие усилия прикладывают японские специалисты, но успеха пока они не добились.

Поколения ЭВМ — что понимается под термином

Электронно-вычислительные машины принято делить на поколения. Исследуя их, можно проследить историю развития информационных технологий: понять, как менялась компьютерная отрасль на протяжении многих лет и насколько грандиозного архитектурного и программного прогресса достигло человечество меньше чем за сто лет.

Определение

Поколение ЭВМ — качественный скачок в развитии электронно-вычислительной техники.

Деление на поколения осуществляется прежде всего на основе элементной базы, то есть элементов, из которых построена та или иная модель машины, а также ряда технологических характеристик:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

• скорости вычислений;
• объема памяти;
• способов ввода;
• переработки информации и т. д.

Разумеется, деление ЭВМ на поколения весьма условно и по сути отражает тот прогресс, которого удалось достичь специалистам в компьютерной отрасли.

Четвертое поколение. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)

Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.

Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось развитие программного обеспечения, чтобы личность могла использовать компьютер в соответствие со своей фантазией.

В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.

Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.

Второе поколение компьютеров (1960-1970гг)

Базовым элементом этого поколения стали полупроводниковые приборы — диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы.

Один транзистор заменял $40$ ламп, работал со скоростью в несколько десятков тысяч операций в секунду и потреблял мало электроэнергии. Применение транзисторов резко сократило габариты компьютеров и сделало их более дешевыми.

Рисунок 2.

Более низкая стоимость расширила круг пользователей, поэтому именно в это время разработчики компьютеров заговорили о необходимости программной совместимости. Вскоре появились первые универсальные языки программирования – Фортран, Алгол, Кобол. Теперь уже компьютеры могли широко использоваться в промышленности и банковском деле для выполнения рутинных операций. В 1964 году появился первый монитор.

Первое поколение

Ламповые ЭВМ стали первыми вычислительными машинами, выпуск которых начался в начале 50-х годов прошлого столетия. Примерно в то время люди начале массово узнавать, что такое ЭВМ.

В Советском Союзе представителем таких машин стал МЭСМ. Руководил разработкой данного компьютера Лебедев. Вскоре на его основе был разработан новый представитель того поколения ЭВМ — БЭСМ. Для серийного производства данная машина получила некоторые улучшения. Она была названа БЭСМ-2.

В Соединенных Штатах о том, что такое ЭВМ, знали также многие. Представителем первого поколения электронных вычислительных машин стал «Эдвак». Однако он значительно уступал по параметрам отечественному компьютеру. Связано это было с тем, что БЭСМ-2 применял новые принципы построения. Советская машина могла совершать около десяти тысяч операций в секунду.

Структурно первое поколения ЭВМ было очень схожим с машиной фон Неймана. Конечно, параметры были во много раз хуже, чем у современных самых малофункциональных представителей компьютерной техники. Программы для ЭВМ первого поколения составлялись при помощи машинного кода.

Представители таких машин отличались огромными габаритами и высоким потреблением энергии. Цена машины являлась неподъемной для простых пользователей. Кроме этого, управлять ими мог только специально обученный оператор ЭВМ, так как все программы были сложны для понимания. Поэтому использовались они лишь учеными для каких-либо научно-технических задач.

Вскоре появились первые языки программирования: символическое кодирование и автокоды.

Ламповые разработки

На первом этапе развития ЭВМ выпускались модели, собранные на основе электронных ламп. Первый аппарат начали собирать в 1947 году, носивший название UNIAC, расшифровка которого — Universal Automatic Computer. Создавали его на базе ЭВМ ENIAC и EDVIAC. Основные характеристики:

1. Тактовая частота — 2,25 МГц.
2. Количество электронных ламп — 5 тыс. штук.
3. Объем памяти — 1 тыс. двенадцатиразрядных чисел.

Предназначался этот аппарат специально для переписи населения США. Чтобы увеличить скорость действия памяти будущих ЭВМ, ученые начали исследовать характеристики ферритовых колец. Впервые их применили в аппарате «Whirlwind-1», который представлял собой два куба с магнитными сердечниками.

Эти элементы обеспечивали хранение 2048 слов для шестнадцатиразрядных двоичных чисел. В середине XX века известная фирма IBM создала первую промышленную ЭВМ IBM-701. Основной частью машины являются 4 тыс. электронных ламп и 12 тыс. германиевых диодов, которые гораздо ускорили быстродействие компьютера.

Второй серийный компьютер IBM-704 отличался высокой скоростью обработки информации. Особенностью машины IBM-709 считалось то, что по своей архитектурной схеме она была сходна с аппаратами второго и третьего поколения.

Так, в 1957 году был разработан и внедрен популярный язык программирования «Фортран», который способствовал расширению сфер применения компьютеров. В Советском Союзе первым компьютером был БЭСМ-2, поступление которого в серийное производство началось в 1956 году. В нем использовались ртутные линии, которые позволяли проводить до 8 тыс. операций в секунду.

1.2. Механический период

Эскиз механического тринадцатиразрядного суммирующего устройства с десятью колесами был разработан еще Леонардо да Винчи (1452— 1519). По этим чертежам в наши дни фирма IBM в целях рекламы построила работоспособную машину.

Первая механическая счетная машина была изготовлена в 1623 г. профессором математики Вильгельмом Шиккардом (1592—1636). В ней были механизированы операции сложения и вычитания, а умножение и деление выполнялось с элементами механизации. Но машина Шиккарда вскоре сгорела во время пожара. Поэтому биография механических вычислительных устройств ведется от суммирующей машины, изготовленной в 1642 г. Блезом Паскалем.

В 1673 г. другой великий математик Готфрид Лейбниц разработал счетное устройство, на котором уже можно было умножать и делить.

В 1880г. В.Т. Однер создает в России арифмометр с зубчаткой с переменным количеством зубцов, а в 1890 году налаживает массовый выпуск усовершенствованных арифмометров, которые в первой четверти 19-ого века были основными математическими машинами, нашедшими применение во всем мире. Их модернизация «Феликс» выпускалась в СССР до 50-х годов.

Мысль о создании автоматической вычислительной машины, которая бы работала без участия человека, впервые была высказана английским математиком Чарльзом Бэббиджем (1791—1864) в начале XIX в. В 1820—1822 гг. он построил машину, которая могла вычислять таблицы значений многочленов второго порядка.

1.2.1 .Машина Блеза Паскаля.

Считается, что первую механическую машину, которая могла выполнять сложение и вычитание, изобрел в 1646г. молодой 18-летний французский математик и физик Блез Паскаль. Она называется «паскалина».

Формой своей машина напоминала длинный сундучок. Она была достаточно громоздка, имела несколько специальных рукояток, при помощи которых осуществлялось управление, имела ряд маленьких колес с зубьями. Первое колесо считало единицы, второе — десятки, третье – сотни и т.д. Сложение в машине Паскаля производится вращением колес вперед. Двигая их обратно, выполняется вычитание.

1.2.2. Машина Готфрида Лейбница

Следующим шагом было изобретение машины, которая могла выполнять умножение и деление. Такую машину изобрел в 1671 г. немец Готфрид Лейбниц. Хоть машина Лейбница и была похожа на «Паскалину», она имела движущуюся часть и ручку, с помощью которой можно было крутить специальное колесо или цилиндры, расположенные внутри аппарата. Такой механизм позволил ускорить повторяющиеся операции сложения, необходимые для умножения. Само повторение тоже осуществлялось автоматически.

1.2.3. Перфокарты Жаккара

Французский ткач и механик Жозеф Жаккар создал первый образец машины, управляемой введением в нее информацией. В 1802 г. он построил машину, которая облегчила процесс производства тканей со сложным узором. При изготовлении такой ткани нужно поднять или опустить каждую из ряда нитей. После этого ткацкий станок протягивает между поднятыми и пущенными нитями другую нить. Затем каждая из нитей опускается или поднимается в определенном порядке и станок снова пропускает через них нить. Этот процесс многократно повторяется до тех пор, пока не будет получена нужная длина ткани с узором. Для задания узора на ткани Жаккар использовал ряды отверстий на картах. Если применялось десять нитей, то в каждом ряду карты предусматривалось место для десяти отверстий. Карта закреплялась на станке в устройстве, которое могло обнаруживать отверстия на карте. Это устройство с помощью щупов проверяло каждый ряд отверстий на карте. Информация на карте управляла станком.

1.2.4. Разностная машина Чарльза Бэббиджа

В 1822 г. англичанин Чарльз Бэббидж построил счетное устройство, которое назвал разностной машиной. В эту машину вводилась информация на картах. Для выполнения ряда математических операций в машине применялись цифровые колеса с зубьями. Десять лет спустя Бэббидж спроектировал другое счетное устройство, гораздо более совершенное, которое назвал аналитической машиной.

В первой половине XIX века английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство — Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь выполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, как в ткацких станках), и иметь “склад” для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии — память). Бэббидж не смог довести до конца работу — она оказалась слишком сложной для техник того времени.

Кто, когда и где создал ЭВМ?

Кто же создал первый в мире компьютер — ЭВМ? Идею Чарльза Беббиджа в 1888 году использовал американец Герман Холлерит, основатель компании International Business Machines Corporation (IBM). Он создал первую электромеханическую счётную машину, которую назвали табулятором. Она считывала информацию с перфокарт, обрабатывая и сортируя полученные данные. В 1890 году табулятор использовался в американской переписи населения. И если раньше на эту работу штат из пятисот сотрудников тратил семь лет, то Герман Холлерит и его помощники произвели расчёт всего за один месяц. Поэтому ответом на вопросы, где создали ЭВМ, в какой стране, будет: США.

Герман Холлерит и его машина

В 1944 по заказу ВМФ США инженеры из IBM создают вычислительную машину «Марк I». Она весит примерно 4,5 тонн, её высота составляет 2,5 метров. Считывая информацию с перфорированной бумажной ленты, «Марк I» за короткое время выполнял операции с большими данными без вмешательства человека. Машина работала с десятичными числами до двадцати трёх разрядов. Кроме этого, возможность программирования, по мнению учёных, делает её первым программируемым компьютером.

Кстати, как и все великие изобретения, компьютер окружен спорами: люди не пришли к единому мнению, кто создал ЭВМ. Вот версии…

ЭВМ второго поколения

Транзисторы

В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.

В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.

В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров.

В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.

ЭВМ четвертого поколения

Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2.

Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания.

С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика.

Нулевое поколение. Механические вычислители

Предпосылки к появлению компьютера формировались, наверное, с древних времен, однако нередко обзор начинают со счетной машины Блеза Паскаля, которую он сконструировал в 1642 г. Эта машина могла выполнять лишь операции сложения и вычитания. В 70-х годах того же века Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, умеющую выполнять операции не только сложения и вычитания, но и умножения и деления.

В XIX веке большой вклад в будущее развитие вычислительной техники сделал Чарльз Бэббидж. Его разностная машина, хотя и умела только складывать и вычитать, зато результаты вычислений выдавливались на медной пластине (аналог средств ввода-вывода информации). В дальнейшем описанная Бэббиджем аналитическая машина должна была выполнять все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода-вывода (прямо таки компьютер … только механический), а главное могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась в устройстве ввода). Программы для аналитической машины писала Ада Ловлейс (первый известный программист). На самом деле машина не была реализована в то время из-за технических и финансовых сложностей. Мир отставал от хода мыслей Бэббиджа.

В XX веке автоматические счетные машины конструировали Конрад Зус, Джорж Стибитс, Джон Атанасов. Машина последнего включала, можно сказать, прототип ОЗУ, а также использовала бинарную арифметику. Релейные компьютеры Говарда Айкена: «Марк I» и «Марк II» были схожи по архитектуре с аналитической машиной Бэббиджа.

Цифровые компьютеры

В 1936 Конрад Цузе внес свой вклад в развитие рассматриваемой темы. Он весьма значителен. Ученый из Германии создал линию цифровых компьютеров серии Z. Они имели собственную ограниченную память и возможности программирования.

В 1939 возникло второе поколение соответствующего девайса. Изображения машины в ходе Второй Мировой Войны были уничтожены. Работали Z2 на реле.

В 1941 появилось третье Z-поколение. Это – первый работающий компьютер, управляемый программным обеспечением. В такой форме «девайс» является прародителем современных ПК.

Во времена Второй Мировой Войны в Великобритании изобрели дешифратор «Энигмы». Получил название «Колосс». Предусматривал использование элементной базы из ламп и перфолент. На этом английский вклад закончился.

Также в свет вышел ENIAC, родом из Америки. Это – первый компьютер общего назначения. Производительность и скорость вычислений была относительно долгая, но быстрее, чем раньше. Разработка велась с 1943 по 1945.

ЭВМ четвертого поколения

Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2.

Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания.

С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика.