Файл: ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ. История развития средств вычислительной техники в мире.pdf

7. Упрощением эксплуатации, появлением вычислительных центров с большим штатом обслуживающего персонала. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена целиком всей платы, а не каждого элемента в отдельности, как в ЭВМ предыдущего поколения.

8. Программированием: в качестве программного обеспечения стали использоваться языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

Появилась новая специальность – оператор ЭВМ. Программисты уже не работали в зале, а отдавали свои программы на перфокартах или магнитных лентах специально обученным операторам.

Появился широкий набор библиотечных программ, решающих разнообразные математические задачи. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ, которые в дальнейшем переросли в современные операционные системы.

9. Значительным уменьшением потребляемой электроэнергии. Ламповая машина типа «Стрела» требовала порядка 120 кВт, полупроводниковая «Минск-2» потребляла всего 4 кВт.

10. Надежностью полупроводниковых приборов: они реже выходили из строя, почти никогда не «перегорали», благодаря чему увеличилось время безотказной работы ЭВМ.

11. Режимом работы: способностью полупроводниковых приборов работать при комнатной температуре и их более высокой надежностью создавались чрезвычайно удобные и выгодные условия эксплуатации ЭВМ. Полупроводниковую технику можно было просто выключать и включать, как телевизор или радиоприемник, только при необходимости работы. Не нужны уже были большие ремонтные бригады, специальные наладчики и частый профилактический ремонт.^[14]

Рисунок 7 – ЭВМ «Минск-22»

Машины второго поколения отличались программной несовместимостью, затруднявшей организацию крупных информационных систем. Поэтому всередине 60-хг. начали переходить к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.^[15]

2.2.3 Третье поколение ЭВМ

Третье поколение компьютеров разрабатывалось с 1964г. по1974г. на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).

Машины третьего поколения – это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы – микросхемы. В машинах третьего поколения развитые операционные системы, обладающие возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ.

Многими задачами управления памятью, устройствами и ресурсами стала заниматься операционная система или же непосредственно сама машина.

Примерами машин третьего поколения являются семейства IBM-360 (рис. 8),IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и пр.

ЭВМ третьего поколения отличаются следующими особенностями:

1. Элементной базой: интегральными схемами малой (10–100 компонентов на кристалле) и средней (100–1000 компонентов на кристалле) степени интеграции.

2. Быстродействием: от сотен тысяч до миллионов операций в секунду.

3. Объемом оперативной памяти – от 16 до 8192 Кб.

4. Габаритами: внешнее оформление ЕС ЭВМ схоже с ЭВМ второго поколения. ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, немного превышающих человеческий рост. Размещение их также требует специально оборудованного машинного зала. А малые ЭВМ представлены в основном двумя стойками приблизительно в полтора человеческих роста и дисплеем. Для них не нужно было, как и для ЕС ЭВМ, специально оборудованного помещения.

5. Программным обеспечением: шестью базовыми языками – Фортран-4, Алгол-60, Кобол-65, ПЛ-1, РПГ, Ассемблер. Вместе с машинами с 1973г. поставляли операционную систему ОС ЕС, обеспечивавшую мультипрограммный режим с фиксированным (до 15) числом задач – MFT, а вскоре и переменным числом задач(MVT).

6. Возможностью параллельной работы устройств и, как следствие, возможностью работы нескольких пользователей в режиме разделения времени. Во многих вычислительных центрах появились дисплейные залы, где каждый программист в определенное время мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени. Как и прежде, основным оставался режим пакетной обработки задач.

7. Эксплуатацией: более оперативно производился ремонт стандартных неисправностей, но из-за большой сложности системной организации требовался штат высококвалифицированных специалистов. Незаменима стала роль системного программиста.

8. Новыми устройствами внешней памяти: с увеличенной емкостью и скоростью передачи данных. Первые устройства внешней памяти на магнитных дисках появились в начале 1960-х гг., после разработки в 1956г. фирмой IBM плавающих магнитных головок на магнитной подушке. Емкость магнитных дисков стала на порядок больше емкости магнитных барабанов, применявшихся ранее.

9. Устройствами ввода: графическими оптическими читающими устройствами.

10. Изменениями в структуре ЭВМ: вместе с микропрограммным способом управления используются принципы модульности и магистральности. Принцип модульности - это построение компьютера на основе набора модулей - конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Магистральность - способ связи между модулями компьютера, т.е. все входные и выходные устройства соединены одними и теми же проводами (шинами). Это прообраз современной системной шины.

11. Резким снижением цен на аппаратное обеспечение, вызванное главным образом использованием интегральных схем.

Быстродействие машин внутри семейства может быть от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Емкость оперативной памяти донескольких сотен тысяч слов.^[16]

2.2.4 Четвертое поколение ЭВМ

Этот период самый длительный – с конца 70-х гг.ХХ в. по настоящее время. ЭВМ четвертого поколения отличаются следующими характерными особенностями:

1. Элементной базой: большими и сверхбольшими интегральными схемами (от десятков до сотен тысяч компонентов на кристалле).

2. Быстродействием: от десятков до сотен миллионов операций в секунду.

3. Габаритами: или персональный компьютер – на одном рабочем столе или мэйнфреймы и суперкомпьютеры в огромных машинных залах.

4. Программным обеспечением: появились объективно ориентированные языки программирования.

5. Эксплуатацией – совместимостью ПО снизу доверху – принципом открытой архитектуры, предусматривающим возможность дополнения имеющихся аппаратных средств без смены старых или их модификации без замены всего компьютера.

Наиболее важным в концептуальном отношении критерием, по которому эти компьютеры отличаются от машин третьего поколения, является то, что машины четвертого поколения проектировались с расчетом эффективного использования современных высокоуровневых языков и упрощения процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратном отношении в них широко использованы сверхбольшие интегральные схемы в качестве элементной базы, а также быстродействующие запоминающие устройства с произвольной выборкой емкостью в десятки гигабайт (рис. 10).^[17]

Рисунок 10 – ЭВМ 4-го поколения IBMPC 5150

C точки зрения структуры машины этого поколения являются многопроцессорными и многомашинными комплексами, работающими на общей памяти и общем поле внешних устройств. Быстродействие составляет десятки миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти порядка до нескольких гигабайт. В табл. 3 приведены основные характеристики и примеры ЭВМ разных поколений.

Таблица 3 - Поколения ЭВМ

2.2.5 Компьютеры пятого поколения

Прогресс в развитии вычислительной техники с первого по четвертое поколение был связан с развитием элементной базы. Переход к компьютерам пятого поколения предполагает переход к новым технологиям и архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта. Определение требований к компьютерам пятого поколения чрезвычайно трудно, поскольку они все еще находятся в стадии разработки.

В 1982г. в Японии был учрежден комитет по разработке компьютеров новых поколений (ICOT), разработавший план создания компьютера пятого поколения. Предполагалось, что к1991г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта.^[18]

Компьютеры пятого поколения по определению Комитета должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) создания развитого человеко-машинного интерфейса (распознавания речи, образов);

2) развития логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

3) создания новых технологий в производстве сверхбольших интегральных схем;

4) создания архитектур компьютеров и вычислительных комплексов с новыми возможностями:

• взаимодействия с ЭВМ с помощью естественного языка, человеческой речи и графических изображений;
• способностью системы обучаться, производить ассоциативную обработку информации, делать логические суждения, вести «разумную» беседу с человеком в форме вопросов и ответов;
• способностью системы «понимать» содержимое базы данных, при этом превращаемой в базу знаний, и использовать эти знания при решении задач.

Эти возможности ЭВМ пятого поколения (машин баз знаний, универсальных решателей задач и пр.) должны были быть реализованы аппаратно-программно. В настоящее время идет дальнейшее совершенствование технологии производства микросхем и вычислительной техники. Продолжается дальнейшее развитие архитектур компьютеров. Интенсивные разработки ведутся по многим направлениям. Особенностью этих архитектур является то, что все они основаны не на кремниевых технологиях.

Технологии, способные значительно увеличивать производительность компьютеров, состоят из:

• создания молекулярных компьютеров;
• создания биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);
• разработки квантовых компьютеров;
• разработки оптических компьютеров.^[19]

Заключение

Доэлектронная история вычислительной техники состоит из трех периодов:

• домеханического (с пещерных времен до середины XVII в.);
• механического (с середины XVII в. до конца XIX в.);
• электромеханического (с конца XIX в. до 40-х гг. XX в.).

Переход на безынерционные электронные элементы в вычислительной технике вызвал существенный прогресс. Вычислительные машины, построенные на электронных триггерных схемах, использующих вакуумные триоды, открыли новое направление в вычислительной технике, их стали называть «электронными вычислительными машинами».

Существует своеобразная периодизация развития ЭВМ – они делятся на поколения. Поколение ЭВМ – это все типы и модели ЭВМ, построенные на одних и тех же научных и технических принципах. ЭВМ делятся на пять поколений.

Первым поколением ЭВМ считаются машины с архитектурой фон Неймана, построенные на электронных лампах с быстродействием 10–20 тыс. арифметических операций в секунду.

Особенность второго периода – в использовании транзистора в качестве переключательного элемента (вместо вакуумной лампы) с быстродействием до сотен тысяч операций в секунду, появлении основной памяти на магнитных сердечниках и внешней памяти на магнитных барабанах. В это же время были разработаны алгоритмические языки высокого уровня Алгол, Кобол, Фортран, позволившие составление программ без учета типа машины.

Третье поколение компьютеров разрабатывалось с 1964г. по1974г. на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).Машины третьего поколения является семейством машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. Их элементной базой являются интегральные схемы – микросхемы. Машины третьего поколения характеризуются развитыми операционными системами и возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ.