Generacije računalnikov: elementna baza. Zgodovina generacij računalnikov

Elektronski računalniški tipi strojev v naši državi so razdeljeni na več generacij. Opredelitvene značilnosti pri razvrščanju naprav na določeno generacijo so njihovi elementi in sorte tako pomembnih značilnosti, kot so hitrost, spominska zmogljivost, metode nadzora in obdelave informacij. Delitev računalnikov je pogojna - obstaja precejšnje število modelov, ki po nekaterih znakih pripadajo eni, drugi pa drugi generaciji. Zaradi tega se te vrste računalnikov lahko nanašajo na različne faze razvoja elektronske računalniške tehnologije.

Prva generacija računalnikov

Razvoj računalnikov je razdeljen na več obdobij. Ustvarjanje naprav vsakega obdobja se razlikujejo med seboj po osnovnih elementih in zagotavljanju matematičnega tipa.

Prva generacija računalnikov (1945–1954) so ​​bili elektronski računalniki z uporabo elektronskih svetilk (ti so bili na prvih modelih televizorjev). Ta čas se lahko imenuje obdobje oblikovanja takšne tehnologije.

Večino strojev prve vrste generacije smo imenovali eksperimentalni tipi naprav, ki smo jih ustvarili za testiranje ene ali drugih teorij teorije. Velikost in teža računalniških enot, ki so pogosto potrebovale ločene zgradbe, so se že zdavnaj spremenile v legendo. Uvedba številk v prve stroje je bila izvedena s pomočjo luknjanih kartic, programska kontrola zaporedij zadostnosti funkcij pa je bila izvedena, na primer, v ENIAC-u, kot v računalnikih countable-analitičnega tipa, z uporabo čepov in tipov številčnice. Kljub temu, da je ta programska metoda zahtevala veliko časa za pripravo stroja - za povezave na izbirnih poljih (stikalna plošča) blokov, je dala vse možnosti za izvedbo ENIAC-ovih "sposobnosti" štetja, in z veliko prednostjo se je razlikovala od programske opreme. luknjani trak, kar je značilno za naprave tipa rele.

Kako so te enote delovale?

Zaposleni, ki so bili razporejeni na ta stroj, so bili nenehno blizu nje in spremljali delovanje elektronskih cevi. Toda, takoj ko je vsaj ena žarnica pogorela, se je ENIAC takoj dvignil in prišel v težavo: vsi v naglici so izvedli iskanje izgorele svetilke. Glavni razlog (morda ni bil natančen) za zelo pogosto zamenjavo sijalke je bil naslednji: toplota in luminiscenca žarometov sta pritegnila moljce, letela sta v avto in prispevala k nastanku kratkega stika. Tako je bila prva generacija računalnikov izjemno občutljiva na zunanje pogoje.

Če je zgoraj navedeno res, izraz "hrošči" ("hrošči"), ki pomeni napake v programski in strojni opremi računalniške opreme, že pridobiva nov pomen. Ko so bile vse svetilke v delovnem stanju, bi lahko inženirsko osebje nastavilo ENIAC za vsako nalogo z ročnim spreminjanjem priključkov 6.000 žic. Vse žice je bilo treba ponovno vklopiti, če je bila potrebna drugačna vrsta naloge.

Prvi serijski avtomobili

Prvi masovno proizveden računalnik prve generacije je bil računalnik UNIVAC (Universal Automatic Computer). Razvijalci tega računalnika so bili: John Mauchly (John Mauchly) in J. Presper Eckert (J. Prosper Eckert). To je bila prva vrsta elektronskega digitalnega računalnika za splošno uporabo. UNIVAC, katerega razvojno delo se je začelo leta 1946 in končalo leta 1951, je imel čas dodajanja 120 μs, množenje - 1800 μs in delitve - 3600 μs.

Ti stroji so imeli veliko prostora, porabili so veliko električne energije in so sestavljali veliko število elektronskih svetilk. Na primer, stroj "Strela" je imel 6400 takšnih svetilk in 60 tisoč kosov. polprevodniške diode vrsto Hitrost te generacije računalnikov ni presegla 2-3 tisoč operacij na sekundo, količina RAM-a pa ni bila večja od 2 KB. Samo stroj M-2 (1958) je imel 4 KB RAM-a, njegova hitrost pa je bila 20 tisoč operacij na sekundo.

Računalniki druge generacije - pomembne razlike

Leta 1948 so teoretični fiziki John Bardin in William Shockley skupaj z Bell Telephone Laboratories, vodilnim eksperimentatorjem Walterjem Bratteinom, ustvarili prvi aktivni tranzistor. Gre za točkovno napravo, v kateri so imele tri kovinske antene stik s palico polikristalnega materiala. Tako se je generacija računalnikov začela izboljševati že v tem daljnem času.

Prvi tipi računalnikov, ki so delovali na osnovi tranzistorjev, so se pojavili v poznih petdesetih letih prejšnjega stoletja, do sredine šestdesetih let pa so nastali zunanji tipi naprav z bolj kompaktnimi funkcijami.

Značilnosti arhitekture

Ena od neverjetnih zmožnosti tranzistorja je, da lahko sama opravlja delo za 40 elektronskih žarnic in celo v tem primeru ima večjo hitrost delovanja, dodeli minimalno količino toplote in praktično ne uporablja električnih virov in energije. Skupaj s procesom zamenjave električnih svetilk s tranzistorji smo izboljšali metode shranjevanja informacij. Prišlo je do povečanja pomnilnika in magnetni trak, ki je bil prvič uporabljen v računalniku prve generacije UNIVAC, se je začel uporabljati za uvedbo in odstranjevanje informacij.

Sredi šestdesetih let so informacije shranili na diske. Ogromne vrste dosežkov v računalniška arhitektura dovoljenje za hitro ukrepanje v milijon operacijah na sekundo! Na primer, Stretch (Anglija), Atlas (ZDA) lahko pripišemo tranzistorskim računalnikom druge generacije računalnikov. V tem času, Sovjetska zveza tudi proizvaja ne slabše od zgoraj navedenih naprav (na primer, "BESM-6").

Oblikovanje računalnikov, ki so izdelani z uporabo tranzistorjev, je privedlo do zmanjšanja njihovih dimenzij, mas, stroškov energije in cen za njih, pa tudi do večje zanesljivosti in učinkovitosti. To je prispevalo k širitvi kroga uporabnikov in nomenklaturi nalog. Glede na izboljšane karakteristike, ki jih je imela 2. generacija računalnikov, so razvijalci začeli ustvarjati algoritemske vrste jezikov za inženiring (npr. ALGOL, FORTRAN) in ekonomske izračune (na primer COBOL).

Vrednost OS

Toda tudi na teh stopnjah je bila glavna naloga programskih tehnologij prihraniti vire - računalniški čas in spomin. Da bi rešili ta problem, smo začeli ustvarjati prototipe sodobnih operacijskih sistemov (servisni tipi programskih sklopov, ki zagotavljajo dobro distribucijo računalniških virov pri opravljanju uporabniških nalog).

Vrste prvih operacijskih sistemov (OS) so prispevale k avtomatizaciji dela računalniški operaterji, kar je povezano z izvajanjem uporabniških nalog: vnos programskih besedil v napravo, klicanje potrebnih prevajalcev, klicanje knjižničnih podprogramov, ki so potrebni za program, klicanje povezovalca, da se v podatkovni pomnilnik vnesejo podatki rutin in program glavnega tipa, vnašanje podatkov začetnega tipa itd.

Zdaj, poleg programa in podatkov, je bilo treba v računalnik vpisati tudi drugo generacijo računalnikov, kjer so bili navedeni številni koraki obdelave in seznam informacij o programu in njegovih avtorjih. Po tem so se v naprave začele istočasno izvajati številne naloge za uporabnike (pakete z nalogami), pri katerih je bilo potrebno te vrste operacijskih sistemov razdeliti med te vrste nalog - pojavil se je multiprogramski način za obdelavo podatkov (npr. vrsto, izračune za drugo, v pomnilnik pa lahko vnesemo podatke za tretjo vrsto problema. Tako je 2. generacija računalnika vstopila v zgodovino videza naročenega OS.

Stroji tretje generacije

Z ustvarjanjem tehnologij za izdelavo integriranih vezij je bilo mogoče doseči povečanje hitrosti delovanja in zanesljivosti polprevodniških vezij ter zmanjšanje njihove velikosti, porabljene moči in stroškov. Integrirani tipi mikrovezij so sestavljeni iz več desetih elektronskih elementov, ki so sestavljeni v pravokotne silikonske plošče, dolžina stranice pa ni večja od 1 cm, podobna plošča (kristali) pa je nameščena v majhno plastično ohišje, katere dimenzije je mogoče določiti le s številom nog "(Sklepi iz vhodnih in izhodnih elektronskih vezij, ustvarjenih na kristalih).

Zaradi teh okoliščin je zgodovina razvoja računalnikov (računalniška generacija) dosegla velik preboj. To je omogočilo ne le izboljšati kakovost dela in znižati stroške univerzalnih naprav, ampak tudi ustvariti stroje majhnega, enostavnega, poceni in zanesljivega tipa mini računalnika. Takšne enote so bile prvotno namenjene zamenjavi krmilnikov s strojno izvedenimi nalogami v krmilnih krogih vseh objektov, v avtomatiziranih procesnih krmilnih sistemih, eksperimentalnem tipu za pridobivanje in obdelavo podatkov, različnih krmilnih kompleksih v mobilnih objektih itd.

Glavna točka v tistem času je bila poenotenje strojev s strukturnimi in tehnološkimi parametri. Tretja generacija računalnikov začne izdajati svoje serije ali družine, združljive tipe modelov. Nadaljnje skoke v razvoju matematične in programske opreme podpirajo izdelavo šaržnih programov za rešljivost tipičnih problemov, problemsko usmerjen programski jezik (za rešljivost problemov določenih kategorij). Tako so prvič izdelani programski sistemi - vrste operacijskih sistemov (ki jih je razvil IBM), na katerih deluje tretja generacija računalnikov.

Stroji četrte generacije

Uspešen razvoj elektronskih naprav je privedel do nastanka velikih integriranih vezij (LSIs), kjer je imel en kristal nekaj deset tisoč elementov električnega tipa. To je prispevalo k dejstvu, da so obstajale nove generacije računalnikov, katerih elementarna baza je imela veliko pomnilnika in majhne cikle za izvrševanje ukazov: uporaba pomnilniških bajtov v enem delovanju stroja se je začela močno zmanjševati. Ker pa stroški programiranja praktično niso bili zmanjšani, je bila glavna naloga reševanje človeških virov, ne pa strojne.

Ustvarjeni so bili novi tipi operacijskih sistemov, ki so programerjem omogočali, da so programsko opremo razbrali neposredno za računalniškimi zasloni (v dialoškem načinu), kar je olajšalo delo uporabnikov in pospešilo razvoj nove programske opreme. Ta trenutek je povsem v nasprotju s koncepti primarnih stopenj informacijskih tehnologij, ki so uporabljale računalnike prve generacije: »procesor opravlja le količino dela za obdelavo podatkov, ki ga ljudje načeloma ne morejo izvajati, masivni račun«. Začeli smo slediti drugačnim trendom: »Vse, kar lahko naredimo s stroji, morajo opravljati; ljudje opravljajo le tisti del dela, ki ga ni mogoče avtomatizirati. "

Leta 1971 je bilo izdelano veliko integrirano vezje, kjer je bil v celoti lociran procesor elektronskega računalnika enostavnih arhitektur. Obstajajo resnične priložnosti za umeščanje v eno veliko integrirano vezje (na enem samem čipu) skoraj vseh elektronskih naprav, ki niso kompleksne v računalniški arhitekturi, to je možnost množičnih izdaj preprostih naprav po dostopnih cenah (brez upoštevanja stroškov zunanjih naprav). Tako je nastala četrta generacija računalnikov.

Pojavilo se je veliko poceni (ročnih tipkovnic) in krmilnih naprav, ki so opremljene z enim ali več velikimi integriranimi vezji, ki vsebujejo procesorje, velikost pomnilnika in sistem povezav z aktuatorji izvršnega tipa v nadzornih objektih.

Programi, ki so nadzorovali dobavo goriv za avtomobilske motorje, gibanje elektronskih igrač ali vnaprej določene načine pranja perila, so bili nameščeni v računalniški pomnilnik ali pri izdelavi podobnih tipov krmilnikov ali neposredno v podjetjih, ki proizvajajo avtomobile, igrače, pralne stroje itd. d.

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se je začela proizvodnja univerzalnih računalniških sistemov, ki so jo sestavljali procesorji, pomnilniški prostori, vmesniška vezja z I / O napravo, nameščeno v eno veliko integrirano vezje (računalniki z enim čipom) ali v nekaterih velikih integriranih vezjih, nameščenih na enem. tiskana vezja tip (enojne plošče). Posledica tega je bila, da se je pri širjenju četrte generacije računalnikov ponavljalo stanje, ki se je pojavilo v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ko so prvi mini-računalniki odvzeli del dela v velikih univerzalnih elektronskih računalnikih.

Značilne lastnosti računalnikov četrte generacije

1. Večprocesorski način.
2. Obdelava tipa vzporedno-serijsko.
3. Vrste jezikov na visoki ravni.
4. Pojav prvih računalniških omrežij.

Specifikacije teh naprav

1. Povprečna zakasnitev signala 0,7 ns / In.
2. Glavna vrsta pomnilnika je polprevodnik. Čas nastanka podatkov iz te vrste pomnilnika je 100–150 ns. Zmogljivosti - 1012–1013 znakov.
3. Uporaba strojne izvedbe operacijskih sistemov.
4. Modularne konstrukcije so se začele uporabljati za orodja tipa programske opreme.

Osebni računalnik je aprila 1976 prvič ustvaril Steve Jobs, zaposleni v podjetju Atari, in Stephen Wozniak, zaposlen v Hewlett-Packardu. Na osnovi integriranih 8-bitnih elektronskih igralnih krmilnikov so ustvarili najpreprostejši programiran v jeziku BASIC, igralni računalnik tipa Apple, ki je imel izjemen uspeh. V začetku leta 1977 je bila registrirana družba Apple Comp, ki je od takrat začela s proizvodnjo prvih svetovnih osebnih računalnikov Apple. Zgodovina generacije računalnikov označuje ta dogodek kot najpomembnejši.

Trenutno se Apple ukvarja z izdajo osebnih računalnikov Macintosh, ki za večino parametrov presegajo vrste računalnikov IBM PC.

PC v Rusiji

V naši državi se uporabljajo predvsem računalniki IBM PC. Ta trenutek je pojasnjen z naslednjimi razlogi:

1. Do zgodnjih devetdesetih let prejšnjega stoletja Združene države niso dovolile, da bi Sovjetska zveza dobila napredne informacijske tehnologije, ki so vključevale zmogljive računalnike Macintosh.
2. Naprave Macintosh so bile veliko dražje od IBM-ovega računalnika (trenutno imajo približno enake stroške).
3. IBM-ov PC je razvil množico aplikacijskih programov, kar olajša njihovo uporabo na najrazličnejših področjih.

Peta vrsta računalniške generacije

Pozno Osemdeseta zgodovina razvoja računalnika (računalniška generacija) označuje novo stopnjo - pojavlja se naprava pete generacije. Pojav teh naprav je povezan s prehodi na mikroprocesorje. Z vidika strukturnih konstrukcij je značilna maksimalna decentralizacija kontrol, ko govorimo o programski opremi in matematični programski opremi - prehodih za delo v programski sferi in lupini.

Delovanje pete generacije računalnikov - 10 ⁸ –10 ⁹ operacij na sekundo. Za to vrsto agregata je značilna večprocesorska struktura, ki je izdelana na mikroprocesorjih poenostavljenih tipov, ki uporabljajo množino (polje odločitve ali okolje). Razvite vrste elektronskih računalnikov, ki so osredotočene na visoko raven jezikov.

V tem obdobju obstajata dve nasprotujoči funkciji: personalizacija in kolektivizacija virov (kolektivni dostop do omrežja).

Zaradi vrsta operacijskega sistema ki zagotavlja preprostost komunikacije z elektronskimi računalniki pete generacije, ogromna baza aplikativnih programov iz različnih področij človeške dejavnosti, kot tudi nizke računalniške cene, postanejo nepogrešljiva dobrina za inženirje, raziskovalce, ekonomiste, zdravnike, agronome, učitelje, urednike, tajnike in celo otroke.

Razvoj danes

O šestem in novejših generacijah razvoja računalnikov lahko le še sanjajo. Ti vključujejo nevroračunalnike (vrste računalnikov, ki temeljijo na omrežjih nevronskega tipa). Ne morejo še obstajati samostojno, vendar se aktivno modelirajo na računalnikih sodobnega tipa.