Покоління ЕОМ: елементна база. Історія поколінь ЕОМ

Електронно-обчислювальні машини діляться на кілька поколінь. Визначальними ознаками при віднесенні до пристроїв певного покоління служать їх елементи та різновиди таких важливих характеристик, як швидкодія, ємність пам’яті, способи управління і переробки інформації. Поділ ЕОМ є умовним – є чимала кількість моделей, які, за одними ознаками, відносяться до одного, за іншими – до іншого виду покоління. В результаті ці види ЕОМ можуть ставитися до різних етапів розвитку техніки електронно-обчислювального типу.

Перше покоління ЕОМ

Розвиток ЕОМ поділяється на кілька періодів. Покоління пристроїв кожного періоду має відмінності один від одного елементними базами і забезпеченням математичного типу. 1 покоління ЕОМ (1945-1954) – електронно-обчислювальні машини на лампах електронного типу (такі були у телевізорах перших моделей). Цей час можна назвати епохою становлення такої техніки. Велика частина машин першого виду покоління називалася експериментальними типами пристроїв, які створювалися з метою перевірки одних або інших положень теорій.
Розмір і вага комп’ютерних агрегатів, які часто потребували окремих будівлях, давно перетворилися на легенду. Введення чисел в перші машини проводилося за допомогою перфокарт, а програмні управління послідовностями здійсненності функцій здійснювалися, наприклад, у ENIAC, як в машинах лічильно-аналітичного типу, за допомогою штекерів і видів набірного поля. Незважаючи те, що подібний метод програмування вимагав безлічі часу для того, щоб підготувати машину – для з’єднань на складальних полях (комутаційної дошці) блоків він давав всі можливості для реалізації рахункових «здібностей» ENIAC’а, і з великою вигодою мав відмінності від методу програмної перфострічки, який характерний для пристроїв релейного типу.

Як працювали ці агрегати

Співробітники, які були приписаними до даній машині, постійно перебували біля неї і здійснювали спостереження за працездатністю електронних ламп. Але, як тільки перегорала хоча б одна лампа, ENIAC відразу ж піднімався, і наполягали клопоти: все в поспіху здійснювали пошук згорілої лампи. Головною причиною (може бути, і не точною) дуже частої заміни ламп була наступна: тепло і світло ламп залучали метеликів, вони залітали всередину машини і сприяли виникненню короткого замикання.
Таким чином, 1 покоління ЕОМ було вкрай вразливим щодо зовнішніх умов. Якщо вищесказане є правдою, то термін «жучки» («жучки»), під яким маються на увазі помилки в програмному і апаратному обладнанні комп’ютерної техніки, набирає вже нове значення. Коли всі лампи знаходилися в робочому стані, інженерний персонал міг зробити налаштування ENIAC на яку-небудь завдання, змінивши вручну підключення 6000 проводів. Всі дроти потрібно було знову перемикати, якщо потрібна завдання іншого типу.

Перші серійні машини

Першою серійно випускалася ЕОМ першого покоління став комп’ютер UNIVAC (Універсальний автоматичний комп’ютер). Розробниками даного комп’ютера були: Джон Мочлі (John Mauchly) і Дж. Преспер Еккерт (J. Prosper Eckert). Це був перший тип електронного цифрового комп’ютера загального призначення. UNIVAC, роботи по розробкам якого почалися в 1946 році і завершилися в 1951 володів часом додавань 120 мкс, множень – 1800 мкс і поділок – 3600 мкс. Дані машини займали багато площі, використовували безліч електроенергії і складалися з величезної кількості ламп електронного типу. Наприклад, машина «Стріла» мала 6400 таких ламп і 60 тисяч штук діодів напівпровідникового типу. Швидкодії цього покоління ЕОМ не перевищували 2-3 тисяч операцій в секунду, обсяги оперативної пам’яті були не більше 2 Кб. Тільки машина «М-2» (1958) мала оперативну пам’ять 4 Кб, а швидкодія її було 20 тисяч операцій в секунду.

ЕОМ другого покоління – істотні відмінності

У 1948 році фізиками-теоретиками Джоном Бардиным і Уїльямом Шоклі, разом з ведучим експериментатором фірми «Белл телефон лабораторіз» Уолтером Браттейном, був створений перший діючий транзистор. Це був прилад точково-контактного типу, в якому три металевих «усика» мали контакт з бруском з полікристалічного матеріалу. Таким чином, покоління ЕОМ почали вдосконалюватися вже в той далекий час.
Перші види комп’ютерів, які працювали на основі транзисторів, відзначають свою появу в кінці 1950 років, а до середини 1960 років було створено зовнішні типи пристроїв з більш компактними функціями.

Особливості архітектури

Однією з дивовижних здібностей транзистора є те, що він один може здійснювати роботу за 40 ламп електронного типу, і навіть у цьому випадку мати більшу швидкість роботи, виділяти мінімальна кількість теплоти, і практично не вживати електричні ресурси і енергію. Разом з процесами заміни ламп електричного типу на транзистори вдосконалювалися способи збереження інформації. Відбулося збільшення обсягу пам’яті, а магнітна стрічка, яка вперше була застосована в ЕОМ першого покоління UNIVAC, почала використовуватися як для введення, так і для виведення інформації.

У середині 1960 років застосовувалося збереження інформації на дисках. Величезні види досягнень в архітектурі комп’ютерів дозволяли отримати швидкі дії в мільйон операцій за секунду! Наприклад, до транзисторним комп’ютерів 2 покоління ЕОМ можна віднести «Стретч» (Англія), «Атлас» (США). У той період Радянський Союз також випускав не поступаються вищевказаних пристроїв (наприклад, «БЭСМ-6»).
Створення ЕОМ, які побудовані за допомогою транзисторів, стало причиною зменшення їх габаритів, маси, витрат енергії і ціни на них, а також збільшило надійність і продуктивність. Це посприяло розширення кола користувачів і номенклатури розв’язуваних завдань.
Враховуючи поліпшені характеристики, якими володіло 2 покоління ЕОМ, розробники почали створювати алгоритмічні види мов для інженерно-технічного (наприклад, АЛГОЛ, ФОРТРАН) і економічного (наприклад, КОБОЛ) виду розрахунків.

Значення ОС

Але навіть на цих етапах головним із завдань технологій програмування було забезпечення економії ресурсів – машинного часу і кількості пам’яті. Для вирішення цієї задачі почали створювати прототипи сучасних операційних систем (комплекси програм службового типу, які забезпечують хороші розподілу ресурсів ЕОМ при виконанні завдань користувача). Види перших операційних систем (ОС) сприяли автоматизації роботи операторів ЕОМ, яка пов’язана з виконанням завдань користувача: введення в пристрій текстів програм, виклики необхідних трансляторів, виклики необхідних для програми бібліотечних підпрограм, виклики конструктора для розміщення даних, підпрограм і програми основного типу в пам’яті ЕОМ, введення даних вихідного типу і т. п. Тепер, крім програми та даних в ЕОМ другого покоління потрібно було вводити ще й інструкцію, де знаходилося перерахування етапів обробки і список відомостей про програму та її авторів. Після цього в пристрої почали вводити одночасно деяку кількість завдань для користувачів (пакети з завданнями), у цих видах операційних систем потрібно було розподілити типи ресурсів ЕОМ між даними типами завдань – виник мультипрограммный режим для обробки даних (наприклад, поки відбувається виведення результатів задачі одного типу, робляться розрахунки для іншого, і в пам’ять можна ввести дані для третього типу завдання). Таким чином, 2 покоління ЕОМ увійшло в історію появою впорядкованих ОС.

Третє покоління машин

За рахунок створінь технології виробництв інтегральних мікросхем (ІС) вийшло домогтися збільшень швидкого дії і рівнів надійності напівпровідникових схем, а також зменшення їх розмірів, споживаних рівнів потужності і вартості. Інтегральні види мікросхем складаються з десятків елементів електронного типу, які зібрані в прямокутних пластинах кремнію, і мають довжиною сторони не більше 1 див. Подібний тип пластини (кристалів) розміщують в пластмасовому корпусі невеликих габарити, розміри в якому можна визначити тільки за допомогою числа «ніжок» (висновків від входу і виходу електронних схем, створених на кристалах).
Завдяки зазначеним обставинам, історія розвитку ЕОМ (покоління ЕОМ) зробила великий прорив. Це дало можливість не тільки для підвищення якості роботи і зниження вартості універсальних пристроїв, але і створити машини малогабаритного, простого, дешевого і надійного типу – міні-ЕОМ. Такі агрегати спочатку були призначені для заміни контролерів апаратно-реалізованих призначень в контурах управління певними об’єктами, в автоматизованих системах управління процесами технологічного типу, системах зборів та обробки даних експериментального типу, різних керуючих комплексах на об’єктах рухомого типу і т. п.
Головним моментом в той час вважалися уніфікації машин з конструктивно-технологічними параметрами. Третє покоління ЕОМ починає випуски своїх серій або сімейств, сумісних типів моделей. Подальші стрибки розвитку математичних і програмних забезпечень сприяють створінням програм пакетного типу для решаемости типових завдань, проблемно орієнтованого програмного мови (для решаемости завдань окремих категорій). Так вперше створюються програмні комплекси – види операційних систем (розроблені IBM), на яких і працює третє покоління ЕОМ.

Машини четвертого покоління

Успішний розвиток електронних пристроїв привело до створення великих інтегральних схем (ВІС), де один кристал мав пару десятків тисяч елементів електричного типу. Це сприяло тому, що з’явилися нові покоління ЕОМ, елементна база яких мала великий обсяг пам’яті і малі цикли для виконання команд: використання байтів пам’яті в однієї машинної операції почало різко знижуватися.
Але, так як витрати на програмування практично не мали скорочень, то на перший план ставилися завдання економії ресурсів людського, а не машинного типу. Створювалися операційні системи нових видів, які дозволяли програмістам робити налагодження своїх програм прямо за дисплеями ЕОМ (у діалоговому режимі), і це сприяло полегшенню роботи користувачів і прискорення розробок нового програмного забезпечення. Цей момент повністю суперечив концепціям первинних етапів інформаційних технологій, які використовували ЕОМ першого покоління: «процесором виконується тільки той обсяг роботи обробок даних, який люди принципово не можуть виконати, – масовий рахунок». Стали простежуватися тенденції іншого типу: «Все, що здійснюється машинами, вони повинні виконувати; людьми виконується тільки та частина робіт, що неможливо автоматизувати». У 1971 році була виготовлена велика інтегральна схема, де повністю розміщувався процесор електронно-обчислювальної машини простих архітектур. Стали реальними можливості для розміщень в одній великій інтегральній схемі (на одному кристалі) практично всіх пристроїв електронного типу, які не є складними в архітектурі ЕОМ, тобто можливості серійних випусків простих пристроїв за доступними цінами (не враховуючи вартості пристроїв зовнішнього типу). Так було створено 4 покоління ЕОМ. З’явилося багато дешевих (кишенькових клавішних ЕОМ) і керуючих пристроїв, які облаштовані на одній-єдиній або декількох великих інтегральних схемах, що містять процесори, обсяги пам’яті і систему зв’язків з датчиками виконавчого типу в об’єктах управління. Програми, які керували подачами палива в двигуни автомобілів, рухами електронних іграшок або заданими режимами прання білизни, встановлювалися в пам’ять ЕОМ або при виготовлення подібних видів контролерів, чи безпосередньо на підприємствах, які займаються випуском автомобілів, іграшок, пральних машин і т. д. Протягом 1970 років почалося виготовлення і універсальних обчислювальних систем, які складалися з процесора, обсягів пам’яті, схем сполучень з пристроєм вводу-виводу, розміщених у єдиній великій інтегральній схемі (однокристальні ЕОМ) або в деяких великих інтегральних схемах, встановлених на одній платі друкованого типу (одноплатні агрегати). В результаті, коли 4 покоління ЕОМ отримало поширення, відбувалося повторення ситуації, що виникла в 1960 роках, коли перші міні-ЕОМ забирали частину робіт у великих універсальних електронно-обчислювальних машинах.

Характерні властивості ЕОМ четвертого покоління

• Мультипроцесорний режим.
• Обробки паралельно-послідовного типу.
• Високорівневі типи мов.
• Поява перших мереж ЕОМ.

Технічні характеристики цих пристроїв

• Середні затримки сигналів 07 нс./ст.
• Основний вид пам’яті – напівпровідниковий. Час виробок даних з пам’яті такого типу – 100-150 нс. Ємності – 1012-1013 символів.
• Застосування апаратної реалізації оперативних систем.
• Модульні побудови почали застосовуватися і для засобів програмного типу.

Вперше персональний комп’ютер був створений в квітні 1976 року Стівом Джобсом, співробітником фірми Atari, і Стівеном Возняком, співробітником фірми Hewlett-Packard. На основі інтегральних 8-бітних контролерів схеми електронної гри, вони створили найпростіший, запрограмований на мові BASIC, комп’ютер ігрового типу «Apple», який мав величезні успіхи. На початку 1977 року була зареєстрована компанія Apple Comp., і з того часу почалося виробництво перших у світі персональних комп’ютерів Apple. Історія покоління ЕОМ відзначає цю подію як найбільш важливе. В даний час фірма Apple займається випуском персональних комп’ютерів Macintosh, які за більшістю параметрів перевершують види комп’ютерів IBM PC.

П’ятий вид покоління ЕОМ

У пізні 1980 роки історія розвитку ЕОМ (покоління ЕОМ) відзначає новий етап – з’являються машини п’ятого виду покоління. Виникнення цих пристроїв пов’язують з переходами до мікропроцесорів. З точки зору структурних побудов характерні максимальні децентралізації управлінь, говорячи про програмних і математичних забезпечення – переходи на роботу в програмній сфері і оболонці. Продуктивність п’ятого покоління ЕОМ – 10 8 -10 9 операцій за секунду. Для цього типу агрегатів характерна багатопроцесорна структура, яка створена на мікропроцесорах спрощених типів, яких застосовується множинне кількість (вирішальне полі або середовище). Розробляються електронно-обчислювальні типи машин, які орієнтовані на високорівневі типи мов. В цей період існують і застосовуються дві протилежні функції: персоніфікації та колективізації ресурсів (колективні доступи до мережі). З-за виду операційної системи, яка забезпечує простоту спілкування з електронно-обчислювальними машинами п’ятого покоління, величезної бази програм прикладного типу з різних сфер людської діяльності, а також низьких цін ЕОМ стає незамінною приналежністю інженерів, дослідників, економістів, лікарів, агрономів, викладачів, редакторів, секретарів і навіть дітей.

Читайте також: 10 міфів про техніку та технології

Розвиток в наші дні

Про шосте і нові покоління розвитку ЕОМ можна поки що тільки мріяти. Сюди можна віднести нейрокомп’ютери (види комп’ютерів, які створені на основі мереж нейронного типу). Вони поки не можуть існувати самостійно, але активним чином моделюються на комп’ютерах сучасного типу.

За матеріалами it-news.kr.ua