Понедельник , 30 марта 2020
Новости
Главная / Студентам / ААС / Лекция 3. Эволюция ЭВМ

Лекция 3. Эволюция ЭВМ

Начиная с 1950 года каждые 7-10 лет кардинально обновлялись конструктивно-технологические и программно-алгоритмические принципы построения и использования ЭВМ. В связи с этим правомерно говорить о поколениях вычислительных машин. Условно каждому поколению можно отвести 10 лет.

3.1 Первое поколение ЭВМ: 1950-1960 годы

Логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах с нитью накала.

В оперативных запоминающих устройствах использовались магнитные барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электроннолучевые трубки (ЭЛТ); позже – магнитные ферритовые сердечники.

В качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы.

Напряжения питания компьютерных схем составляли десятки – сотни вольт, а в случае использования ЭЛТ и киловольты. Машины потребляли несколько десятков киловатт. Они имели центральное устройство управления (УУ), обеспечивающее строго последовательную работу всех основных устройств. Тактовая частота работы УУ была в пределах десятков – сотен килогерц. Ввод-вывод информации осуществлялся с перфокарт, перфолент, магнитных лент или с клавиатуры.

Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке, то есть программы были жестко ориентированы на конкретную модель машины и «умирали» вместе с этими моделями.

Только в середине 50-х годов появились машинно-ориентированные языки типа языков символического кодирования (ЯСК), позволявшие вместо двоичной записи команд и адресов использовать их сокращенную словесную (буквенную) запись и десятичные числа. В 1956 году был создан первый язык программирования высокого уровня для математических задач – язык ФОРТРАН, а в 1958 году – универсальный язык программирования АЛГОЛ.

Надежность машин первого поколения была крайне низкой – несколько десятков часов наработки на отказ. Для поддержания приемлемого уровня надежности машины требовали регулярного ежесуточного профилактического обслуживания, во время которого выявлялись и заменялись потенциально ненадежные элементы (еженедельное обслуживание было более тщательным, нежели ежесуточное, а ежемесячное еще более трудоемким).

Организационно ЭВМ эксплуатировались в составе вычислительных центров, причем для эффективного использования каждой ЭВМ необходим был штат 10-20 программистов (программы с одной машины на другую, как правило, не переносились).

Названные ранее ЭВМ, начиная UNIVAC и заканчивая БЭСМ-2 и первыми моделями ЭВМ «Минск» и «Урал», относятся к первому поколению вычислительных машин.

3.2 Второе поколение ЭВМ: 1960-1970 годы

Логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы). В качестве конструктивно-технологической основы использовались схемы с печатным монтажом (платы из фольгированного гетинакса). Широко стал использоваться блочный принцип конструирования машин, который позволяет подключать к основным устройствам большое число разнообразных внешних устройств, что обеспечивает большую гибкость использования компьютеров.

Появились первые операционные системы и алгоритмические языки машинно-ориентированного низкоуровневого (ассемблеры) и высокоуровневого программирования (Кобол, Бейсик и др.). Программы стали переносимыми с одного типа компьютера на другой.

В машинах второго поколения были впервые реализованы режимы пакетной обработки и телеобработки информации.

Основные направления совершенствования ЭВМ второго поколения:

  1. Переход на полупроводниковую элементную базу и печатный монтаж.
  2. Блочный принцип конструирования и унификация ячеек и блоков ЭВМ.
  3. Облегчение программирования для ЭВМ.
  4. Ориентация ЭВМ не только на вычислительную работу, но и на работу с массивами информации.
  5. Повышение надежности работы машин, использование кодов с обнаружением и исправлением ошибок и встроенных схем контроля.
  6. Расширение областей применения ЭВМ.

3.3 Третье поколение ЭВМ: 1970-1980 годы

Ввиду существенного усложнения как аппаратной, так и логической структуры ЭВМ 3-го поколения часто стали называть системами.

Первыми ЭВМ этого поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и DEC (PDP 1).

В вычислительных машинах третьего поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоемкости программирования, эффективности исполнения программ в машинах и улучшению общения оператора с машиной. Это обеспечивается мощными операционными системами, развитой системой автоматизации программирования, эффективными системами прерывания программ, режимами работы с разделением машинного времени, режимами работы в реальном времени, мультипрограммными режимами работы и новыми интерактивными режимами общения. Появилось и эффективное видеотерминальное устройство общения оператора с машиной – видеомонитор или дисплей.

3.4 Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990 годы

Революционным событием в развитии компьютерных технологий четвертого поколения машин было создание больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем (Large Scale Integration – LSI и Very Large Scale Integration – VLSI), микропроцессора (1969 г.) и персонального компьютера. Начиная с 1980 года практически все ЭВМ стали создаваться на основе микропроцессоров. Самым востребованным компьютером стал персональный.

Оперативная память стала строиться не на ферритовых сердечниках, а на интегральных CMOS-транзисторных схемах, причем непосредственно запоминающим элементом в них служила паразитная емкость между электродами (затвором и истоком) этих транзисторов.

3.5 Пятое поколение ЭВМ: 1990 год – настоящее время

Особенности архитектуры современного поколения компьютеров подробно рассматриваются в данном учебнике. Кратко основную концепцию ЭВМ пятого поколения можно сформулировать следующим образом.

  1. Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы.
  2. Компьютеры со многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы.

3.6 Шестое и последующие поколения ЭВМ

Электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

В табл. 1 показана эволюция технологий использования компьютерных систем.

Таблица 1 – Эволюция компьютерных информационных технологий