Смена поколений ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

СМЕНА ПОКОЛЕНИЙ ЭВМ

Компьютерная грамотность предполагает наличие представления о пяти поколениях ЭВМ, которое Вы получите после ознакомления с данной статьей. Когда говорят о поколениях, то в первую очередь говорят об историческом портрете электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Фотографии в фотоальбоме по истечении определенного срока показывают, как изменился во времени один и тот же человек. Точно так же поколения ЭВМ представляют серию портретов вычислительной техники на разных этапах ее развития. Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти. Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.

ЭВМ первого поколения были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт. Например, одна из первых ЭВМ - ENIAC представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии. Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных.

В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. 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. компьютер поколение эвм программа

Третье 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.

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.

ЭВМ пятого поколения будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ:

1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.

2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.

3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).

4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП).

Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС). Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились. Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем - увидим.

Аналитическая машина Бэббиджа как прообраз первого компьютера.

Она не была построена своим создателем. Однако в ходе работы у Бэббиджа возникла идея создания универсального вычислительного автомата, который должен был работать по программе без вмешательства человека. Такую машину он назвал аналитической. Более 100 лет спустя эта идея была положена в основу создания электронно-вычислительных машин.

В 1834 году Чарльз Бэббидж описал свою аналитическую машину (Analytical Engine). Это был проект компьютера общего назначения с применением перфокарт, а также парового двигателя в качестве источника энергии. Перфокарты представляли из себя куски перфорированного картона. Впервые они были применены в 1804 г. французом Жаккаром для механического ткацкого станка, управляемого последовательностями перфокарт. В соответствии с положениями отверстий на карте челнок совершал определенные движения, придавая ткани соответствующую структуру. Перфокарты были необходимы для автоматизации работы аналитической машины, которая достигается за счет работы по заранее составленной человеком программе.

Именно Чарльз Бэббидж является родоначальником идеи механической машины с программным управлением. Действительно, без автоматического программного управления вычислительным процессом каждую последующую операцию машине должен «подсказывать» человек, нажимая на соответствующие кнопки. А осмысленно человек в самом лучшем случае может делать это 1-2 раза в секунду из-за инерционности своей нервной системы. Следовательно, сколь бы быстро не работали блоки машины, она, выполняя каждую операцию по указанию человека, будет работать медленно - в темпе работы своего хозяина. И только заранее введя в машину программу решения задачи, «научив» ее решать самостоятельно ту или иную задачу, можно добиться, чтобы она считала «без оглядки на человека», со свойственной ей, машине, скоростью.

По проекту 1834 г., разработанному Бэббиджем на бумаге, аналитическая машина включала 4 блока: регистры памяти (по терминологии Бэббиджа store -- хранилище, склад) - это аналог современного запоминающегося устройства (ЗУ) для хранения исходных данных и результатов; арифметический блок (по терминологии Бэббиджа mill -- мельница) - это аналог современного устройства для вычислений; барабан, управляющий операциями машины (control barrel) -- прообраз современного устройства управления (УУ); перфокарты - прототип ввода/вывода информации. Такая схема Вам ничего не напоминает? Ведь это уже практически архитектура электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Остается лишь придумать схему совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Это было сделано 100 лет спустя коллективом ученых во главе с американским математиком Джоном фон Нейманом. Вернемся в 1834 год. Еще не изобретены фотография и электричество, нет телефона и радио. По морям плавают исключительно парусные судна, а на суше лошадь - друг человека. И вдруг - аналитическая машина, то есть, механическое устройство с идеями автоматического программного управления! Человечество смогло это реализовать спустя более 100 лет благодаря появлению электроники. К 1834 г. арифмометр уже был изобретен.

Аналитическая машина отличалась от него наличием регистров, что позволяло ей работать по программе, предварительно составленной человеком. В регистрах сохранялся промежуточный результат вычисления, и с их же помощью выполнялись действия, предписанные «программой». Изобретение регистров предоставляло такие вычислительные возможности, которые поразили Бэббиджа по сравнению с его первой разностной машиной: «Шесть месяцев я составлял проект машины, более совершенной, чем первая. Я сам поражен той вычислительной мощностью, которой она будет обладать; еще год назад я не смог бы в это поверить». Как уже отмечалось, в единую логическую схему Бэббидж увязал арифметическое устройство («мельница»), регистры памяти, объединенные в единое целое («склад»), и третье устройство, которому автор не дал названия. Оно было реализовано с помощью перфокарт трёх типов: операционные карты (англ. operation card) служили для переключения машины между режимами сложения, вычитания, деления и умножения; карты переменных (англ. variable card) управляли передачей информации со «склада» на «мельницу» и обратно; числовые перфокарты могли быть использованы для ввода данных в машину, а также для сохранения промежуточных результатов вычислений, если место на «складе» было ограничено. Кроме того, из операционных карт можно было составить библиотеку функций.

По замыслу автора аналитическая машина должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования. Таким образом, именно Бэббидж стал автором идеи ввода-вывода. Аналитическая машина не была построена. Изобретатель писал в 1851 г.: «Все разработки, связанные с Analytical Engine, выполнены за мой счет. Я провел целый ряд экспериментов и дошел до черты, за которой моих возможностей не хватает. В связи с этим я вынужден отказаться от дальнейшей работы». Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов и около 30 вариантов общей компоновки машины. Очевидно, что изобретатель намного опередил свое время. Не случайно в конце жизни он скажет: «Я готов отдать последние годы своей жизни за то, чтобы прожить три дня через 150 лет, и чтобы мне подробно объяснили принцип работы будущих машин».

Леди Ада Лавлейс и первая компьютерная программа.

На технологической выставке в 1834 г. Чарльз Бэббидж впервые публично заявил о своей новой разработке - аналитической машине, прабабушке современного компьютера. Естественно, его речь была насыщена математическими терминами и логическими выкладками, которые неподготовленному человеку понять было сложно.

Графиня Ада Лавлейс А Ада Лавлейс (1815-1852) не только все поняла, но и забросала Чарльза вопросами по существу проблемы. Бэббидж был поражен остротой ума девушки, к тому же, Ада была почти ровесницей его рано умершей дочери. Кто же была эта девушка?

Ада Августа Лавлейс, урожденная Байрон, родилась 10 декабря 1815 года в семье известного английского поэта лорда Байрона и его жены Анабеллы. Через месяц после рождения ребенка лорд Байрон покинул семью и никогда больше не видел свою дочь. Анабелла сделала все возможное, чтобы ее дочь никогда не стала поэтессой. Она нанимала дочери выдающихся в то время учителей, чтобы заинтересовать ее математикой и музыкой, и вполне в этом преуспела.

Во время тяжелой болезни Ада, на три года потерявшая способность ходить, продолжала свои занятия. В 1834 году на технологической выставке одержимость юной леди математикой обрела воплощение. Открылась новая, отличная возможность при помощи математики заставить машину помогать человеку решать математические задачи! Впоследствии Бэббидж руководил научными занятиями Ады, посылал ей статьи и книги, представляющие интерес, и знакомил со своими работами.

В 1835 году Ада выходит замуж за лорда Кинга, который впоследствии получил титул графа Лавлейса. У них родилось два сына и дочь, но ни дети, ни муж, ни светская жизнь не могли оторвать Аду от ее любимой математики. Не зря ее называли «Повелительницей чисел»! В 1842 г. итальянский математик Луис Менебреа, преподаватель баллистики Туринской артиллеристской академии, опубликовал "Очерк Аналитической машины, изобретенной Чарльзом Бэббиджем". Книга была написана на французском языке, и Бэббидж обратился к Аде Августе с просьбой перевести ее на английский язык. Графиня Лавлейс, резонно рассудив, что ее матери вполне достаточно, чтобы заниматься с внуками и с многочисленным штатом домашней прислуги, с радостью вернулась в мир математики.

Ада Августа решила полностью посвятить себя любимой науке, работе над машиной Бэббиджа и ее широкой популяризации. Кстати, муж ее полностью поддерживал. Наверное, поэтому его фамилия вошла в историю вычислительной техники. В течение девяти месяцев графиня работала над текстом книги, попутно дополнив ее собственными комментариями и замечаниями.

Именно эти комментарии и замечания сделали ее известной в мире науки, а заодно и ввели в историю. В одном из своих примечаний она самостоятельно написала первую в истории человечества компьютерную программу -- алгоритм, представляющий собой список операций для вычисления чисел Бернулли. Предвосхищая "этапы" компьютерного программирования, Ада Лавлейс, так же как и современные математики, начинает с постановки задачи, затем выбирает метод вычисления, удобный для программирования, и лишь затем переходит к составлению программы. "Примечания" Лавлейс заложили основы современного программирования. Одним из важнейших понятий программирования служит понятие цикла, которому она дает следующее определение: "Под циклом операций следует понимать любую группу операций, которая повторяется более одного раза". Организация циклов в программе значительно сокращает ее объем. Без такого сокращения практическое использование аналитической машины было бы нереальным, т. к. она работала с перфокартами, и требовалось бы огромное их количество для каждой решаемой задачи. «Можно с полным основанием сказать, Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок Жаккарда воспроизводит цветы и листья», - писала графиня Лавлейс, одна из немногих, кто понимал, как работает машина и каковы ее перспективы.

Уже в то время Ада Лавлейс отдавала себе полный отчет в колоссальных возможностях универсальной вычислительной машины. Вместе с тем она прекрасно понимала границы этих возможностей: "Желательно предостеречь против преувеличения возможностей аналитической машины. Аналитическая машина не претендует на то, чтобы создавать что-то действительно новое. Машина может выполнить все то, что мы умеем ей предписать. Она может следовать анализу; но она не может предугадать какие-либо аналитические зависимости или истины. Функции машины заключаются в том, чтобы помочь нам получить то, с чем мы уже знакомы". Вместе с тем уже в 40-х годах 19 века она разглядела в машине то, о чем боялся думать ее изобретатель Бэббидж: «Суть и предназначение машины изменятся от того, какую информацию мы в нее вложим. Машина сможет писать музыку, рисовать картины и покажет науке такие пути, которые мы никогда и нигде не видели».

В своей первой и, к сожалению, единственной научной работе Ада Лавлейс рассмотрела большое число вопросов, актуальных и для современного программирования. Примечания графини Лавлейс к книге Луиса Менебреа занимают всего 52 страницы. Собственно, это все, что оставила Ада Лавлейс для истории. Но эта краткость -- сестра огромного таланта. Даже 52 страницы могут перевернуть окружающий мир до неузнаваемости. В середине 70-х гг. 20-го столетия министерство обороны США официально утвердило название единого языка программирования американских вооруженных сил. Язык носит название Ada. С недавнего времени у программистов всего мира появился свой профессиональный праздник. Он так и называется -- «День программиста» -- и празднуется 10 декабря. Как раз в день рождения Ады Лавлейс.

Размещено на Allbest.ru