Была разработана концепция компьютерной сети. По мере того как компьютеры становились все мощнее, их можно было объединять в сети, что в конечном итоге привело к развитию Интернета.
Поколения компьютеров — история развития вычислительной техники
В короткой истории компьютерных технологий можно выделить несколько периодов, основанных на базовых компонентах, используемых для создания компьютера. Деление времени на периоды в некотором смысле условно, поскольку пока старое поколение компьютеров еще производилось, новое поколение набирало обороты.
Можно выделить общие тенденции в развитии компьютеров:
- Увеличение количества элементов на единицу площади.
- Уменьшение размеров.
- Увеличение скорости работы.
- Снижение стоимости.
- Развитие программных средств, с одной стороны, и упрощение, стандартизация аппаратных – с другой.
Нулевое поколение. Механические вычислители
Предпосылки для появления компьютера, вероятно, были заложены еще в древности, но часто обзор начинают с измерительной машины Блеза Паскаля, которую он построил в 1642 году. Эта машина могла выполнять только операции сложения и вычитания. В 1770-х годах Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, которая могла выполнять не только сложение и вычитание, но также умножение и деление.
В XIX веке Чарльз Бэббидж внес важный вклад в будущее развитие вычислительных машин. Его разностная машина могла только складывать и вычитать, но результаты вычислений она сжимала на медной пластине (по аналогии с инструментами ввода-вывода). Аналитическая машина, описанная Бэббиджем, выполняла бы все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода/вывода (как компьютер… только механический) и, что самое главное, могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась на устройстве ввода). Программы для анализирующей машины были написаны Адой Лавлейс (первым известным программистом). В то время машина фактически не использовалась из-за технических и финансовых трудностей. Мир остался позади мыслительного процесса Бэббиджа.
В двадцатом веке автоматические счетные машины были разработаны Конрадом Сусом, Джорджем Стибитсом и Джоном Атанасовым. Машина последнего содержала, так сказать, прототип рабочей памяти, а также использовала двоичную арифметику. Релейный компьютер Говарда Эйкена.
Первое поколение. Компьютеры на электронных лампах (194х-1955)
Скорость: десятки тысяч операций в секунду.
Характеристики:
- Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тысячи, то машины имели огромные размеры.
- Поскольку ламп много и они имеют свойство перегорать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышедшей из строя лампы.
- Лампы выделяют большое количество тепла, следовательно, вычислительные машины требуют специальные мощные охладительные системы.
Компьютерные примеры:
Colossus, секретная разработка британского правительства (в ее разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это первый в мире компьютер, который не оказал влияния на развитие компьютерных технологий (из-за своей секретности), но способствовал победе во Второй мировой войне.
Эниак, создатели: Джон Маусли и Дж. Преспер Эккерт. Машина весила 30 тонн. Недостатки: Использование десятичной системы счисления; множество выключателей и проводов.
Эдсак Достижение: первая машина с программой в памяти.
Торнадо I. Короткие слова, работа в реальном времени.
Компьютер IBM 701 (и более поздние модели). Первый компьютер, лидировавший на рынке в течение 10 лет.
История развития ЭВМ четвертого поколения
Появление четвертого поколения компьютеров датируется 1971 годом. Компонентами компьютеров этого поколения были микропроцессоры.
Микропроцессор — это очень большая интегрированная система. Он работает в соответствии с заложенной в память программой. По своим возможностям микропроцессор может заменить функциональность процессора.
Микрокомпьютер представляет собой комбинацию микропроцессора, модуля ввода/вывода и модуля внешней памяти. Скорость компьютеров той эпохи достигала 100 миллионов операций в секунду.
Внимание! Если профессор обнаружит плагиат в вашей работе, у вас будут большие неприятности (вплоть до исключения). Если вы не можете написать работу самостоятельно, закажите ее здесь.
Особенностью машин поколения IV был их небольшой размер и относительно низкая цена. Это стало предпосылкой для разработки первых персональных компьютеров.
Персональный компьютер — это автономное рабочее устройство с универсальными функциями.
В 1976 году молодой американской компанией Apple был выпущен первый компьютер. Компьютер, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком, назывался Apple 1.
Микрокомпьютер Apple имел следующие характеристики:
- цветной дисплей;
- мышь в качестве манипулятора;
- удобная клавиатура;
- магнитные и оптические компактные диски.
С появлением компьютеров спрос на мейнфреймы снизился. Лидер в производстве мэйнфреймов, компания IBM, затем разработала микрокомпьютеры. В 1981 году компания выпустила IBM PC, микрокомпьютер с собственной операционной системой Microsoft. Устройство было основано на 16-битном процессоре Intel 8088. Он имел монохромный текстовый дисплей и два дисковых накопителя на 160 килобайт. IBM PC имел 64 Кбайт оперативной памяти. Открытая архитектура этой модели стала эталоном на международном рынке персональных компьютеров для бизнеса.
В 1984 году компания Apple выпустила свой первый компьютер Macintosh. Это семейство компьютеров широко использовалось в сфере образования в США.
К четвертому поколению компьютеров относятся и так называемые суперкомпьютеры. Компьютеры этого типа характеризуются производительностью до миллиардов операций в секунду. Первые суперкомпьютеры. К этой категории относится отечественный многопроцессорный комплекс «Эльбрус».
Достоинства и недостатки
Поколение IV имеет два направления развития — персональные компьютеры и суперкомпьютеры. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Преимущества суперкомпьютеров:
- быстродействие в миллиарды операций в секунду;
- возможность обработки большого количества информации.
Недостатки суперкомпьютеров: стоимость в десятки миллионов долларов.
Преимущества персональных компьютеров:
- небольшая цена;
- компактность;
- удобный интерфейс;
- универсальный набор функция для бытового применения ПК;
- простое для пользователя программное обеспечение;
- надежность и простота ремонта.
Недостатки персональных компьютеров:
- ограниченные возможности работе с большим объемом данных;
- вычислительная мощность микроЭВМ не всегда подходит для решения задач с большим количеством элементов.
Чем обусловлено появление
Четвертое поколение компьютеров появилось после изобретения микропроцессора в 1971 году американской компанией Intel. Первоначально микропроцессоры использовались в промышленных, автомобильных и аэрокосмических приложениях. Большие интегрированные системы автоматизируют управление самолетами, двигателями и автомобилями.
Компьютеры на базе крупномасштабных интегрированных систем состояли из следующих компонентов:
- плата памяти и дополнительное запоминающее устройство;
- основная панель со сверхбольшой интегральной системой и местом для доппамяти;
- интерфейсы печатной платы и платы дисковода;
- дисковод с функцией считывания и записи информации на магнитные носители;
- внешние магнитные или гибкие носители данных;
- панель для ввода информации.
Все вычислительные устройства были соединены единой шиной. Она состояла из линий передачи информации, силовых и управляющих сигналов. Это облегчило создание компьютера. Передача данных осуществлялась с помощью утилит.
Процессор и основная память составляют сердце персонального компьютера. Основная память состояла из постоянной памяти и функциональной памяти. Постоянная память записывала и хранила программы, которые постоянно использовались.
Внешние устройства ПК подключались через адаптеры. Вход/выход осуществлялся через контроллеры. Автономный доступ к основной памяти обеспечивался контроллером прямого доступа.
Происхождение и историяЧетвертое поколение
Изобретение микропроцессорного чипа привело к появлению четвертого поколения компьютеров. Это привело к разработке микрокомпьютера или персонального компьютера.
Первый микропроцессор, Intel 4004, был разработан американской компанией Intel в 1971 году.
Технология VLSI (Very Large Scale Integration) позволила создать полный процессор или основную память в одной интегральной схеме, которую можно было производить массово и по очень низкой цене.
Это привело к появлению новых классов машин, таких как персональные компьютеры и высокопроизводительные параллельные процессоры с тысячами процессоров.
Персональные компьютеры
В 1981 году компания IBM поручила Intel производство микропроцессора для нового компьютера IBM PC. Это был микропроцессор Intel 8086.
Этот компьютер мог выполнять 240 000 арифметических операций в секунду. Хотя он был намного медленнее, чем компьютеры семейства IBM 360, он стоил всего 4000 долларов по сегодняшним ценам. Такое соотношение цены и производительности привело к взрыву на рынке микрокомпьютеров.
В 1996 году компьютер Intel Pentium Pro мог обрабатывать 400 000 000 слагаемых в секунду. Это было примерно в 210 000 раз быстрее, чем у ENIAC.
Графический пользовательский интерфейс
По сути, это был интерфейс, в котором обычный пользователь взаимодействовал с компьютером с помощью визуальных пиктограмм, а не набирал команды на языке программирования.
Это сделало компьютер намного проще в использовании, и больше людей смогли воспользоваться этой технологией.
Программное обеспечение, которое работало на этих компьютерах, также было доступно практически бесплатно.
Первые ЭВМ
В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе разработал устройство под названием Z1, а в 1942 году выпустил улучшенную версию — Z2. В 1943 году британцы изобрели собственную вычислительную машину и назвали ее Colossus. Некоторые эксперты склонны считать первыми компьютерами британские и немецкие машины. В 1944 году американцы также разработали компьютер на основе информации, полученной из Германии. Компьютер, разработанный в США, назывался Mark I.
В 1946 году американским инженерам удалось совершить небольшую революцию в разработке компьютеров, создав ламповый компьютер ENIAC, который был в 1000 раз мощнее, чем Mark I. Следующей известной американской разработкой стал UNIAC 1951 года, главной особенностью которого было то, что это был первый компьютер, который использовался как коммерческий продукт.
Кстати, в то время советские инженеры, работавшие в Академии наук Украины, уже изобрели свой компьютер. Наша разработка называлась MESM, и ее производительность, по мнению экспертов, была самой высокой среди компьютеров, построенных в Европе.
Технологические особенности первого поколения ЭВМ
Какие критерии обычно использовались для определения первого поколения компьютерных разработок? Прежде всего, компьютерные эксперты считают, что основу компонентов составляют вакуумные трубки. Машины первого поколения также имели некоторые характерные внешние особенности — большие размеры и очень высокое энергопотребление.
Их вычислительная мощность также была относительно скромной — несколько тысяч герц. В то же время компьютеры первого поколения содержали множество функций, которые присутствуют и в современных компьютерах. В частности, это машинный код, который позволяет программировать команды, а также записывать данные в память (с помощью перфокарт и электростатических трубок).
Первое поколение компьютеров требовало высочайшей квалификации от человека, использующего их. Это требовало не только специальных знаний (перфокарты, механическое кодирование и т.д.), но, как правило, и знаний в области электротехники.
Как уже упоминалось, компьютеры первого поколения уже имели рабочую память (RAM), но она была чрезвычайно мала и состояла только из сотен или в лучшем случае тысяч байт. Первые модули оперативной памяти для компьютеров вряд ли можно было назвать электронными компонентами. Это были ртутные емкости в виде трубок. Кристаллы памяти фиксировались в определенных точках и таким образом сохраняли данные. Но вскоре после изобретения первого компьютера появились более сложные запоминающие устройства на основе ферритовых сердечников.
Второе поколение ЭВМ
Какова дальнейшая история развития компьютера? Сменилось несколько поколений компьютеров. В 1960-х годах начали появляться компьютеры, работающие не только на вакуумных трубках, но и на полупроводниках. Тактовые частоты микрочипов значительно возросли — 100 тысяч герц и более считались обыденностью. Первые магнитные диски появились как альтернатива перфокартам. В 1964 году компания IBM выпустила уникальный продукт — автономный компьютерный монитор с довольно приличными характеристиками: диагональ 12 дюймов, 1024 x 1024 пикселей и частота дискретизации 40 Гц.
Что особенного в третьем поколении компьютеров? Прежде всего, перевод компьютеров с ламп и полупроводников на интегральные схемы, которые используются во многих других электронных устройствах, помимо компьютеров.
Впервые возможности интегральных схем были представлены миру в 1959 году благодаря усилиям инженера Джека Килби и компании Texas Instruments. Джек создал небольшую конструкцию на металлической пластине германия, которая заменит сложные полупроводниковые конструкции. Компания Texas Instruments, в свою очередь, разработала компьютер на основе аналогичных пластин. Самое примечательное, что он был в 150 раз меньше полупроводникового компьютера сопоставимой производительности. Дальнейшее развитие получила технология интегральных схем. Важную роль в этом сыграли исследования Роберта Нойса.
В частности, эти аппаратные компоненты позволили значительно уменьшить размеры компьютера. Результатом стало значительное увеличение производительности компьютера. Третье поколение характеризуется появлением компьютеров с тактовой частотой в мегагерцовом диапазоне. Также было снижено энергопотребление компьютеров.
Дальнейшее развитие получили технологии записи и обработки данных в основной памяти. В области основной памяти ферритовые элементы стали более просторными и технологичными. Сначала появились прототипы, а затем и первые версии дискет, которые использовались в качестве внешних носителей информации. Кэш-память вошла в архитектуру компьютера; окно экрана стало стандартным средством взаимодействия между пользователем и компьютером.
Продолжалась разработка компонентов программного обеспечения. Появились интегрированные операционные системы, было разработано более разнообразное прикладное программное обеспечение, а в вычислительную технику была внедрена концепция многозадачности. С появлением третьего поколения компьютеров появились такие программы, как системы управления базами данных и программное обеспечение для автоматизации проектных работ. Существует все больше языков программирования и сред, в которых создается программное обеспечение.
Что такое четвертое поколение компьютеров?
Четвертое поколение компьютеров началось с использования микропроцессоров в компьютерных системах. Изобретение микропроцессора произвело революцию в мире компьютеров, поскольку на одном кремниевом чипе можно было разместить от сотен до тысяч интегральных схем. В конечном итоге это позволило производителям разработать очень компактные компьютеры, которые легко помещались на столе.
Микропроцессоры обычно разрабатывались с использованием технологий LSI (Large Scale Integration) и VLSI (Very Large Scale Integration), что позволило интегрировать около 5000 транзисторов и множество других элементов схемы в один чип — микропроцессор. Благодаря микропроцессорам компьютеры четвертого поколения были сведены к минимуму, что привело к развитию микрокомпьютеров.
Примечание. Микропроцессор — это блок управления, обычно используемый в микрокомпьютерах, встроенный в небольшой чип, который может выполнять арифметические и логические операции и поддерживать связь с другими подключенными устройствами. Он был разработан в 1971 году Федерико Фаггином, Марсианом (Тедом) Хоффом, Стэнли Мазором и Масатоши Шимой.
Микропроцессоры использовались в качестве основного компонента компьютеров с 1971 по 1980 год. Хотя они все еще используются в компьютерах сегодня, они больше не считаются основной технологией. Поэтому периодом четвертого поколения компьютеров принято считать 1971-1980 годы.
Помимо небольших размеров, компьютеры четвертого поколения были еще более мощными, надежными и дешевыми. В конечном итоге это привело к широкому распространению персональных компьютеров (ПК). Это означало, что компьютерные системы стали доступны для массовой аудитории благодаря своей мобильности. Кроме того, в ПК использовались распределенные операционные системы, основанные на разделении времени и сетевом взаимодействии. Что касается языков, то в компьютерах четвертого поколения использовались языки высокого уровня, такие как C, C++, DBASE и другие.
Что такое микроэлектроника
Электроника прошла несколько этапов развития, с несколькими поколениями компонентов: дискретная вакуумная электроника, дискретная полупроводниковая электроника, электроника интегральных схем (микроэлектроника), интегральная функциональная электроника (функциональная микроэлектроника).
Запасы электронных компонентов постоянно растут. Каждое из вышеупомянутых поколений, появившееся в определенный момент времени, продолжает развиваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие электронных изделий идет от поколения к поколению в направлении функционального усложнения, повышения надежности и долговечности, уменьшения габаритных размеров, веса, стоимости и энергопотребления, упрощения технологии и улучшения параметров электронных устройств.
Современный этап развития электроники характеризуется широким использованием интегральных схем (ИС). Это связано со значительным повышением сложности требований и задач, решаемых электронными устройствами, что привело к увеличению количества их компонентов. Количество компонентов постоянно увеличивается. Разрабатываемые сегодня сложные системы содержат десятки миллионов компонентов. В этих условиях проблемы повышения надежности устройств и их компонентов, миниатюризации электронных компонентов и усложнения устройств становятся чрезвычайно важными. Микроэлектроника успешно решает эти проблемы.
Развитие микроэлектроники в самостоятельную науку стало возможным благодаря использованию богатого опыта и фундамента индустрии дискретных полупроводников. Однако с развитием полупроводниковой электроники стали очевидны серьезные ограничения в применении электронных явлений и систем на их основе. В результате микроэлектроника быстро развивается как в плане совершенствования интегральной полупроводниковой технологии, так и в плане использования новых физических явлений.
Разработка интегральной схемы — достаточно сложный процесс, требующий решения целого ряда научно-технических задач. Решаются вопросы, связанные с выбором конкретной технологической реализации интегральных схем, с учетом характеристик разрабатываемой схемы, возможностей и ограничений различных производственных процессов и технико-экономического обоснования для массового производства.
Эти вопросы решаются с помощью двух основных категорий микросхем — полупроводниковых и гибридных. Эти две категории могут иметь различные конструктивные варианты, каждый из которых имеет определенные преимущества и недостатки с точки зрения дизайна и конструкции. Полупроводниковые и гибридные ИС дополняют друг друга по конструкции и электрическим свойствам и могут одновременно использоваться в одних и тех же радиоэлектронных узлах. Полупроводниковые ИС в основном используются в массовом производстве различных интегральных схем с низким энергопотреблением, особенно для компьютеров. Гибридные ИС заняли доминирующее положение в мощных схемах и устройствах СВЧ, где может использоваться как толстопленочная технология, не требующая жестких допусков и высокой точности осаждения и обработки слоев, так и тонкопленочная технология, обеспечивающая осаждение очень маленьких элементов слоя.
