 |
|
ПОКОЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
| Поколение ЭВМ – период развития вычислительной техники, отмеченный относительной стабильностью архитектуры и технических решений. Смена поколений ЭВМ обычно связана с переходом на новую элементную базу, что приводит к скачку в росте основных характеристик ЭВМ. |
| Признаки отличающие одно поколение от другого: 1. элементная база, 2. быстродействие, 3. объем оперативной памяти, 4. устройства ввода-вывода, 5. программное обеспечение. |
| Поколение | Элементная база | Быстродействие (операций в секунду) Объем ОП | Устройства ввода-вывода | Программное обеспечение | Примеры |
| Первое поколение, после 1946 года | Электронные лампы, реле | 3х105 64 Кб | Пульт управления, перфокарта | Машинные языки, однопользовательский режим | ENIAC, MARK-3, SWAC, IAS, BINAC, UNIVAC, MANIAC, WhirlWind-1, ORDVAC, IBM 701 (США) Gamma-40 (Франция) LEO, DEDUCE (Англия) МЭСМ, БЭСМ, Минск-1, Урал-2, М-20 (СССР) |
| Второе поколение, после 1955 года | Транзисторы | 3х106 512 Кб | Перфокарты, перфоленты, АЦПУ, магнитный барабан, магнитные ленты | Алгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режим | IBM 701, RCA-501, IBM 7090, LARC, Stretch; (США) ATLAS (Англия) Раздан, Наири, Минск, МИР, Урал, Днепр, М-400, БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22, Минск-32 (СССР) |
| Третье поколение, после 1964 года | Интегральные схемы (ИС) | 3х107 16 МГб | Видеотерминальные системы, магнитные диски | Операционные системы, режим разделения времени | PDP-8,PDP-11,B3500, IBM 360 (США) ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ (СССР) |
| Четвертое поколение, после 1975 года | Большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) | более 3х107 более 16 МГб | Цветной графический дисплей, графопостроители, мышь, магнитные диски, сканер, оптические, лазерные устройства, устройство голосовой связи, Flash-карты | Базы и банки данных, персональный режим работы, сетевая обработка данных | ILLIAS 4, Cray-серией, Burroghs (США) ЕС 1191, ЕС 1766,Эльбрус (СССР) |
| Пятое поколение, начало проектирования 1982 год | Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) | Экспертные системы | ? ? ? |
Поколения ЭВМВ соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в таблице.
| Поколения ЭВМ | ||||
| Параметры сравнения | первое | Второе | Третье | Четвертое |
| Период времени | 1946-1959 | 1960-1969 | 1970-1979 | С 1980 года |
| Элементная база (для УУ, АЛУ) | Электронные (ли эектрические) лампы | Полупроводник и (транзисторы) | Интегральные схемы | Большие интегральные схемы (БИС) |
| Основной тип ЭВМ | Большие | Большие | Малые (мини) | Микро |
| Основные устройства ввода | Пульт, перфокарточный и перфоленточный ввод | Добавился алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура | Алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура | Цветной графический дисплей, сканер, клавиатура |
| Основные устройства вывода | Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод | Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод | Графопостроитель, принтер | Графопостроитель, принтер |
| Внешняя память | Магнитные ленты, барабаны, перфоленты и перокарты | Добавился магнитный диск | Перфоленты, магнитный диск | Магнитные и оптические диски |
| Ключевые решения в ПО | Универсальные языки программирования, трансляторы | Пакетные операционные системы, оптимизирующие трансляторы | Интерактивные дружественность ОС, структури- ПО, сетевые ОС рованные языки программирования | |
| Режим работы ЭВМ | Однопрограммный | Пакетный | Разделения вре- мени | Персональная работа и сетевая обработка данных |
| Цель использования Эвм | Научно- технические расчеты | Технические и экономические расчеты | Управления и экономические расчеты | Телекоммуникации, информационное обслуживание и управление |
ЭВМ первого поколенияобладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники. Основной недостаток этих ЭВМ рассогласование быстродействия внутренней памяти и АЛУ и УУ за счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более медленным компонентом — внутренней памятью — в снижало общий эффект. Уже в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток путем асинхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваема информация «сбрасывается в буфер» в буфер, освобождая устройство для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы устройств ввода-вывода использовалась собственная память. Существенным функциональным ограничением ЭВМ первого поколения являлась ориентация па выполнение арифметических операций. При попытках приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными. Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовал и машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. Кконцу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации в программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов. Программы выполнялись позадачно т. е. оператору надо было следить за ходом решения задачи и при достижении конца самому инициировать выполнение следующей задачи. Начало современной эры использования ЭВМ в нашей стране относят к 1950 году, когда в институте электротехники
АН УССР под руководством С.А. Лебедева была создана первая отечественная ЭВМ под названием МЭСМ — Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ, Стрела, Урал, М-2. Второе поколениеЭВМ — это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ. Получает дальнейшее развитие принцип автономии — он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода. Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т. е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени. Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированых систем, обладающих свойством переносимости, т. е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса. Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства — системное ПО. Цель создания системного ПО — ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программы за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенным и для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы МS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет). К отечественным ЭВМ второго поколения относятся «Проминь» , «Минск», «Раздан», «Мир». В 70-х годах возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения.В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап- переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности. Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применеюния, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных — СуБД. Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач. Обеспечить режим разделения времен позволил новый вид операционных систем, поддерживающих мультипрограмм ирование. Мультипрограммирование это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простанивает, как это происходило при последовательном выполнению программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому такие операционные системы носили интерактивный характер, когда в процессе диалога с ЭВМ пользователь решал свои задачи. С 1980 года начался современный, четвертый этап, для которого характерны переход к большим интегральным схемам, создание серий недорогих микроЭВМ, разработка суперЭВМ для высокопроизводительных вычислений. Наиболее значительным стало появление персональных ЭВМ, что позволило приблизить ЭВМ к своему конечному пользователю. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки “дружественного” программного обеспечения. Возникают операционные системы, поддерживающие графический интерфейс, интеллектуальные пакеты прикладных программ, операционные оболочки. В связи с возросшим спросом на программное обеспечение совершенствуются технологии его разработки – появляются развитые системы программирования, инструментальные среды пользователя. В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных операционных систем. В сетевых операционных системах хорошо развиты средства защиты информации от несаннкционнированого доступа. Распределенные операционные системы обладают схожими с сетевыми системами функциями работы с файлами и другими ресурсами удаленных компьютеров, но там слабее выражены средства защиты.
Классификация ЭВМ
Число классификаций ЭВМ велико, и они постоянно обновляются и совершенствуются. Однако мала вероятность появления такой исчерпывающей классификации ЭВМ, как, например, созданная Д.И. Менделеевым «Периодическая таблица химических элементов», которая позволяет предсказать свойства неизвестного пауке химического элемента.
Компьютеры могут быть классифицированы по различным признакам, в частности, по:
1. 
этапам создания и элементной базе (на Электромагнитных реле, электронных лампах, транзисторах, микросхемах малой степени интеграции, микросхемах большой степени интеграции);
2. размерам и вычислительной мощности (суперЭВМ, большие ЭВМ или мейн-фреймы, малые ЭВМ, микроЭВМ, портативные или наколенные компьютеры - Lap Top, компьютеры-блокноты - Note Book, электронные секретари- Hand Help, карманные компьютеры - Palm Top);
3. принципу действии (аналоговые вычислительные машины - АВМ, цифровые вычислительные машины - ЦВМ, гибридные вычислительные машины - ГВМ);
4. степени доступности (персональные и коллективные ЭВМ);
5. 
назначению (серверы и рабочие станции - клиенты);
6. функциональным возможностям (универсальные, проблемно-ориентированные и специализированные ЭВМ);
7. по числу потоков и команд (STSD, MSB, S1MD, MIMD);
Дадим небольшие комментарии к каждой классификации.
Первая электронная вычислительная машина была построена в середине 40-х годов XX столетия на электронных вакуумных лампах. Для ЭВМ первого поколения характерными чертами были большая потребляемая мощность и невысокая надежность, вызванная частыми отказами электронных ламп, ЭВМ второго поколения были построены на полупроводниковых элементах - транзисторах.
ЭВМ третьего и четвертого поколении использовали соответственно микросхемы малой и большой степени интеграции (эти микросхемы отличались числом элементов, размещенных в одном корпусе, на одной подложке).
Исторически первыми появились большие ЭВМ. Скорее это название было связано с габаритами ЭВМ. Что касается производительности первых машин, то по современным понятиям их возможности были чрезвычайно малы.
Появление в 70-х годах XX столетия малых ЭВМ било обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области микроэлектроники, а с другой — неиспользованной избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложении. Малые ЭВМ использовались чаще всего для управления технологическими процессами предприятий. Они были компактнее и дешевле больших ЭВМ.
Изобретение микропроцессора привело к появлению в 70-х годах XX столетия еще одного класса машин - микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех классах ЭВМ, Наибольшую популярность в настоящее время получили персональные мнкроЭВМ - ПЭВМ, например, производства фирмы IBM с процессорами фирмы Intel - Pentium.
Вес самых малогабаритных переносных и карманных микроЭВМ составляет всего 200—300 г.
Для решения сложных задач: прогнозирование метеообстановки, управления оборонными комплексами, моделирования ядерных испытаний и др. - были разработаны наиболее сложные и мощные машины - суперЭВМ.
Создать высокопроизводительную суперЭВМ на одном микропроцессоре не удается из-за ограничения скорости распространения электромагнитных волн (ограничение тактовой частоты процессора) и температурного барьера.
Поэтому суперЭВМ проектируют в виде многопроцессорных вычислительных систем; (МПВС). При этом одновременно (параллельно) работает несколько тысяч (даже сотен тысяч) процессоров, увеличивая тем самым суммарную производительность системы. Заметам, что уже ведется разработка суперЭВМ, которая будет содержать миллион процессоров. Зримо представить грандиозность подобного сооружения можно, прочитав книгу Брауна «Цифровая крепость». МПВС имеют несколько разновидностей:
1. векторные МПВС, в которых все процессоры Р одновременно выполняют одну команду 1 над различными данными П – однократный поток команд с многократным потоком данных - SIMD (Single instruction Stream/J Multiple Data Stream);
2. конвейерные МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции I над последовательным потоком обрабатываемых данных D; по принятой классификации такие МПВС относятся к системам c многократным потоком команд и однократным потоком данных - MISE (Multiple Instruction Stream / Single Data Stream);
3. матричные МПВС, в которых процессоры Р одновременно выполняют разные операции I над несколькими потоками обрабатываемых данных; D - многократный поток команд с многократным потоком данных - MIMD (Multiple Instruction Stream / Multiple Data Stream).
Вероятно, здесь же уместно упомянуть традиционные для многих пользователей ПЭВМ однопроцессорные SISD ЭВМ, которые по числу обрабатываемых потоков команд и данных являются простейшими.
Аббревиатура SISD (Single Instruction Stream / Single Data Stream) означает одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся машины фон-неймановского типа. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных,
Универсальные ЭВМ предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются наиболее сложными и дорогими машинами. Для проблемно-ориентированных ЭВМ характерно ограничение машинных ресурсов применительно к определенному классу задач. Такие ЭВМ используются в автоматизированных системах управление технологическими процессами (АСУТП), автоматизированных системах учёных исследований (АСНИ), системах автоматизированного проектирования (САПР), в автоматизированных рабочих местах (АРМ). Специализированные ЭВМ служат для решения узкого класса задач (или даже одной задачи), требующих многократного повторения рутинных операций (например, продажа билетов на транспорте, управление коммутацией па автоматической телефонной станции, статистическая обработка информации в измерительном приборе).
В цифровых вычислительных машинах (ЦВМ) информация циркулирует в виде двоичных сигналов (кодов), с помощью которых представляются буквы, числа, знаки препинания, математические символы, управляющие сигналы, графические изображения, звуковые картины и т, д. Все данные и команды в конечном счете заменяются сигналами двух уровней - высокого и низкого, которые принято называть единицами и нулями.
В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) электрические; сигналы имеют непрерывный характер. О результатах вычислений судят величине электрических напряжений на выходе операционных, усилителей, которые составляют основу АВМ.
Гибридные вычислительные машины (ГВМ) - это комбинированные машины, которые работают с информацией, представленной и цифровой, и в аналоговой формах.
Сервер (Server) - компьютер, предоставляющий услуги другом компьютеру - клиенту (рабочей станции). С помощью сервера другие компьютеры получают доступ к базам данных, находящимся на сервере, принтерам и факсам, подключенным к серверу. Среди компьютеров различай почтовые серверы, серверы печати, файл-серверы, серверы доменных и т. п.
Почтовые серверы служат для организации электронной почты. Именно на жестких дисках таких серверов создаются почтовые ящики, куда приходят сообщения для пользователей.
К серверам печати подключены принтеры, и они предоставляют услуги для других компьютеров, пользователи которых распечатывают свои документы с помощью серверов печати.
Файл-серверы являются хранилищами информации (файлов). По запросу клиентов они пересылают необходимые файлы, которые хранятся жестком диске. Существуют серверы приложений, которые, по запросу клиентов выполняют некоторую программу, а клиенту отсылают только результаты. Серверы доменных имен расположены в Internet. Они принимают пользователя доменное имя (например, www.sport.ru) и преобразуют цифровой IP-адрес. Маршрутизаторы используют IP-адрес для определен пути, по которому будет передано сообщение.
В заключение еще раз отметим, что рассмотренные классификацию известной мере условны, так как границы между группами ЭВМ размыты и очень подвижны во времени.