Сколько поколений ЭВМ существует, этапы развития вычислительной техники

Поколения ЭВМ — что понимается под термином

Электронно-вычислительные машины принято делить на поколения. Исследуя их, можно проследить историю развития информационных технологий: понять, как менялась компьютерная отрасль на протяжении многих лет и насколько грандиозного архитектурного и программного прогресса достигло человечество меньше чем за сто лет.

Определение

Поколение ЭВМ — качественный скачок в развитии электронно-вычислительной техники.

Деление на поколения осуществляется прежде всего на основе элементной базы, то есть элементов, из которых построена та или иная модель машины, а также ряда технологических характеристик:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

  • скорости вычислений;
  • объема памяти;
  • способов ввода;
  • переработки информации и т. д.

Разумеется, деление ЭВМ на поколения весьма условно и по сути отражает тот прогресс, которого удалось достичь специалистам в компьютерной отрасли.

Краткая история развития вычислительной техники

В истории ЭВМ принято выделять несколько условных этапов, каждый из которых был связан с появлением принципиально новых электронно-вычислительных машин.

1 этап (1938-1954)

С началом Второй мировой войны в разных странах запустились проекты по развитию ЭВМ. В Германии в 1938 году инженер Конрад Цузе на основе механических арифмометров создал первую вычислительную машину Z1.

Позже появились усовершенствованные версии Z2, Z3 и Z4 — их назначением было выполнение расчетов при проектировании уранового атомного реактора, а также баллистического ракетного оружия и военных самолетов.

Примерно в это же время Англия создала вычислительную машину «Colossus» — она выполняла дешифровку сообщений Вермахта.

В 1944 году Говард Эйкен, американский инженер, усовершенствовал немецкие изобретения, добавив к ним электромеханическое реле — механические детали машины стали перемещаться при помощи электромагнитного сигнала. Американская машина «Mark I» предназначалась для баллистических расчетов — на одно вычисление уходило всего пять секунд.

Определение

Электромеханические реле — элементы, в которых электрический сигнал вызывает механическое перемещение подвижных частей, что приводит к замыканию или размыканию исполнительных контактов.

В 1946 американцы Джон Мокли и Джон Эккерт заменили механическое реле на вакуумные лампы, увеличив скорость работы вычислительной техники в 1000 раз. Так появился калькулятор ЭНИАК (ENIAC) с автоматическим вводом данных с перфокарт — первый компьютер, который можно было перепрограммировать для других задач. Машина весила почти 30 тонн и была сложной в обслуживании, тем не менее ENIAC дал принципиально новый толчок развитию компьютерной техники.

Примечание

Термин «жучки», или «баги» (англ. bugs), то есть сбои в работе компьютеров, связан с ЭНИАК. Частой причиной его поломок были мотыльки, которых привлекал свет: они залетали внутрь аппарата и вызывали короткое замыкание.

В 1951 году американцы начали серийное производство UNIVAC I (аббревиатура от UNIVersal Automatic Computer I) — универсальных автоматических компьютеров для правительственных учреждений, университетов и частных корпораций. Весили машины 13 тонн.

СССР вел собственные разработки ЭВМ. В 1950-х годах академик С. А. Лебедев спроектировал быстродействующие МЭСМ и БЭСМ (малая и большая электронно-счетные машины), которые выполняли 3000 оп/мин. и 8000 оп/с соответственно.

2 этап (1953-1958)

Со временем лампы в ЭВМ заменили полупроводники. Новые аппараты использовались для решения научно-технических задач и управления производственным процессом: в промышленности, банковских и других учреждениях, где требовалось выполнять много рутинных вычислений.

В качестве полупроводников использовались:

  • диоды;
  • биполярные транзисторы;
  • ферриторвые микротрансформаторы.

Полупроводники существенно снизили размеры и потребляемую мощность электронно-вычислительной техники, так как одна единица заменяла целых 40 ламп. Увеличилась скорость выполняемых операций — до нескольких десятков тысяч в секунду. Новая техника стала дешевле, расширив круг пользователей, что заставило задуматься над программной совместимостью.

Примечание

В 1957 году в корпорации IBM под руководством Джона Бэкуса был создан первый универсальный язык программирования высокого уровня — Фортран (FORTRAN). Позже появились Алгол и Кобол.

Появились процессоры ввода-вывода, благодаря чему ЦП была освобождена от управления этими операциями. Для эффективного управления ресурсами ЭВМ стали использоваться операционные системы (ОС).

Именно в этот период университеты ввели обучение профессии специалиста по информатике.

3 этап (1959-1970)

На смену транзисторам пришли гибридные интегральные микросхемы. Технологию предложил Джек Килби, американский электротехник и нобелевский лауреат по физике. В этом же году Роберт Нойс создал монолитную интегральную схему.

Примечание

Интегральные микросхемы позволяли разместить десятки элементов на пластине площадью в несколько сантиметров. Благодаря этому повысилась производительность, значительно уменьшились размеры и стоимость электронно-вычислительных машин.

Увеличение мощности позволило использовать на одной ЭВМ несколько программ одновременно — для этого были расширены функции операционной системы.

Также велись активные работы в сфере программирования. Создавались:

  • теоретические основы программирования;
  • разные виды компиляторов;
  • базы данных;
  • операционные системы;
  • пакеты прикладных программ, предназначенных для различных областей жизни;
  • семейства ЭВМ, то есть машины, совместимые между собой на аппаратном и программном уровнях.
Примечание

Первыми семействами ЭВМ стали американская IBM System 360 и ее советский аналог ЕС ЭВМ — они применялись для решения проектных задач.

4 этап (1970-1980)

70-е годы ознаменовались работами по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), умещавших на одном кристалле целые десятки тысяч элементов.

Изобретение БИС и СБИС привело к значительному уменьшению габаритов и стоимости техники и увеличению производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту.

В начале 70-х компания Intel выпустила микропроцессор i4004 — так появились микропроцессорные ЭВМ.

Определение

Микропроцессоры — программные управляемые устройства для обработки информации. Они способны реализовать все функции процессора на одном-единственном кристалле, в то время как процессорам старых типов требуется большое количество микросхем.

В 1976 году сотрудники компании Hewlett-Packard — Стив Джобс и Стефан Возняк — создали первый персональный компьютер, предназначенный для работы в однопользовательском режиме. Изобретение было названо «Apple», а годом позже Джобс зарегистрировал компанию с тем же именем и начал серийное производство персональных компьютеров.

Примечание

Популярность персональных компьютеров сделала невыгодным производство больших электронно-вычислительных машин, поэтому IBM отказалась от них и вслед за Apple занялась выпуском ПК.

Пятый этап (1980 - настоящее время)

Аппараты предыдущих поколений совершенствовались за счет увеличения количества элементов на единице площади. Следующее поколение ЭВМ должно быть ориентировано на распределенные вычисления (взаимодействие огромного числа процессоров) и имитировать человеческое мышление. Но добиться этого пока не удалось.

В 80-х годах Япония приступила к созданию компьютеров нового типа. Их основной принцип — параллельные вычисления, многопроцессорность и переход от процедурных языков программирования к логическим, чтобы сделать программы самообучаемыми и создать искусственный интеллект. Проект закончился провалом. Не лучше успехи были в СССР, создавшем многопроцессорный аппарат под названием «Марс».

Примечание

Оказалось, что использование параллельной работы процессоров почти не увеличивает производительность. Логические языки программирования тоже не оправдали ожиданий, так как для создания самообучаемых программ все равно требовали стандартных процедурных ходов.

Тем не менее, появление параллельных вычислений можно считать большим прогрессом в эволюции ЭВМ.

В 1990-х началось активное развитие облачных технологий — этому способствовало значительное увеличение пропускной способности интернета.

Начало XXI века стало эрой мобильных устройств — смартфонов и сотовых телефонов.

Активно развивается робототехника. В 80-х годах роботы начали использоваться на производстве. Сегодня они находят применение в разных сферах: обслуживании, медицине, на потоковых линиях, опасном производстве, в военной технике.

Сколько поколений ЭВМ существует

На сегодняшний день выделяют пять поколений ЭВМ. Для наглядности основные различия между ними представлены в таблице.

Характеристика поколения ЭВМ
 

Оптические (фотонные) компьютеры. Гипотетические устройства, производящие вычисления с помощью фотонов. Фотоны в 10 раз быстрее электрических сигналов, поэтому оптические компьютеры должны получиться сверхскоростными. Сегодня человечество пользуется компьютерами четвертого поколения.

Пятое поколение ЭВМ — понятие весьма условное. Считается, что пока его не существует — для создания новейших компьютеров необходимо появление принципиально иной элементной базы. Работы активно ведутся по нескольким направлениям:

  1. Квантовые компьютеры. Позволят вести несколько вычислений параллельно за счет того, что в квантовом состоянии каждый бит может быть одновременно и нулем, и единицей.
  2. Нейрокомпьютеры. По аналогии с работой человеческого мозга, искусственные нейронные сети компьютера будут обеспечивать высокую скорость вычислений и самообучение системы.
Примечание

Компьютеры пятого поколения существуют лишь в проекте — на сегодняшний день в их разработке не преуспела ни одна страна.

В каком поколении ЭВМ появился монитор

Появление первого компьютерного монитора пришлось на второе поколение ЭВМ. Честь изобретения принадлежит американской компании IBMВ, которая в 1964 году выпустила коммерческую дисплейную станцию IBM-2250 — она использовалась в машинах серии System/360. Модель имела векторный монохромный дисплей размерами 12х12 дюймов, с разрешением 1024 на 1024 точки и частотой обновления 40 Гц.

Примечание

Качество изображения на первом мониторе разительно отличалось от современных компьютеров: чтобы увеличить производительность, символы, цифры и буквы на экране были разделены на отдельные отрезки и максимально упрощены.

За форматирование символов на экране отвечали специальные подпрограммы, заложенные в память дисплейной станции IBM-2250. Центральному процессору ЭВМ достаточно было указать, какие символы, в каком порядке и где вывести на экране, а расчет отображаемой картинки и управление катодным лучом производились в самой дисплейной станции, что существенно разгружало компьютер.

Благодаря чему происходит смена поколений ЭВМ

Смена поколений электронно-вычислительных машин связана с несколькими факторами:

  • совершенствованием элементной базы;
  • технологическим прогрессом (ростом производительности, увеличением объема памяти);
  • изменениями в архитектуре, расширением круга задач, решаемых ЭВМ;
  • изменением способа взаимодействия между пользователем и ЭВМ.

Смена поколений ЭВМ обусловлена углублением знаний о мире и постоянным развитием научных технологий. Но, пожалуй, ее главной движущей силой является то, что человек постоянно совершенствуется, его потребности растут, а желание упростить свою жизнь и сделать ее максимально комфортной становится все сильнее. Если первая вычислительная техника освобождала людей от простых, но рутинных обязанностей, то сегодня от компьютеров требуется гораздо больше: они выполняют самые разные функции — от развлекательных и информационных до коммуникативных. А с развитием искусственного интеллекта человек сможет переложить на машины даже мыслительный процесс и необходимость принятия рациональных решений.

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 2.33 (Голосов: 3)

Заметили ошибку?

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»