Bevezetés

1. Számítógépek első generációja 1950-1960

2. Számítógépek második generációja: 1960-1970-es évek

3. Számítógépek harmadik generációja: 1970-1980-as évek

4. Számítógépek negyedik generációja: 1980-1990

5. Számítógépek ötödik generációja: 1990-től napjainkig

Következtetés

Bevezetés

1950 óta 7-10 évente radikálisan frissítik a számítógépek felépítésének és használatának tervezési-technológiai és szoftver-algoritmikus elveit. Ebben a tekintetben jogos a számítógépek generációiról beszélni. Hagyományosan minden generációhoz 10 év jár.

A számítógépek hosszú evolúciós utat jártak be az elembázis (a lámpáktól a mikroprocesszorokig), valamint az új képességek megjelenése, használatuk körének és jellegének kiterjesztése szempontjából.

A számítógépek generációkra bontása a számítástechnikai rendszerek nagyon feltételes, laza osztályozása a hardver és szoftver fejlettségi foka, valamint a számítógéppel való kommunikáció módja szerint.

A számítógépek első generációjába az 50-es évek fordulóján készült gépek tartoznak: az áramkörökben vákuumcsöveket használtak. Kevés parancs volt, a kezelőszervek egyszerűek, a RAM kapacitása és a teljesítménymutatók alacsonyak voltak. A teljesítmény körülbelül 10-20 ezer művelet másodpercenként. A bevitelhez és a kiadáshoz nyomtatóeszközöket, mágnesszalagokat, lyukkártyákat és lyukpapírszalagokat használtak.

A számítógépek második generációjába azok a gépek tartoznak, amelyeket 1955-65 között terveztek. Vákuumcsöveket és tranzisztorokat is használtak. A RAM mágneses magokra épült. Ekkor jelentek meg a mágneses dobok és az első mágneses korongok. Megjelentek az úgynevezett magas szintű nyelvek, amelyek eszközei lehetővé teszik a számítások teljes sorozatának vizuális, könnyen érthető formában történő leírását. Számos könyvtári program jelent meg különféle matematikai feladatok megoldására. A második generációs gépekre a szoftver-inkompatibilitás volt jellemző, ami megnehezítette a nagy információs rendszerek rendszerezését, így a 60-as évek közepén megtörtént az átállás a szoftverkompatibilis, mikroelektronikai technológiai bázisra épülő számítógépek létrehozására.

A számítógépek harmadik generációja. Ezek a 60-as évek után készült gépek, amelyek egyetlen architektúrájúak, pl. szoftver kompatibilis. Megjelentek a multiprogramozási lehetőségek, pl. több program egyidejű végrehajtása. A harmadik generációs számítógépek integrált áramköröket használtak.

Számítógépek negyedik generációja. Ez a számítógépek jelenlegi generációja, amelyet 1970 után fejlesztettek ki. A 4. generációs gépeket úgy tervezték, hogy hatékonyan használják a modern, magas szintű nyelveket és leegyszerűsítsék a programozási folyamatot a végfelhasználó számára.

Hardver tekintetében jellemző rájuk a nagyméretű integrált áramkörök elemi alapként való felhasználása, valamint a nagy sebességű, több MB kapacitású, véletlen hozzáférésű tárolóeszközök jelenléte.

A 4. generációs gépek többprocesszoros, több gépből álló komplexumok, amelyek külső áramról működnek. memória és általános mező ext. eszközöket. A teljesítmény eléri a több tízmillió műveletet másodpercenként, a memória - több millió szót.

A számítógépek ötödik generációjára való átállás már megkezdődött. Ez az adatfeldolgozásról a tudásfeldolgozásra való minőségi átmenetből és a számítógép alapvető paramétereinek növeléséből áll. A fő hangsúly az „intelligencián” lesz.

A mai napig a legbonyolultabb neurális hálózatok által mutatott tényleges "intelligencia" egy földigiliszta szintje alatt van, azonban bármennyire is korlátozottak ma a neurális hálózatok képességei, számos forradalmi felfedezés a közelben lehet.

1. Számítógépek első generációja 1950-1960

A logikai áramköröket különálló rádióalkatrészek és izzószálas elektronikus vákuumcsövek segítségével hozták létre. A véletlen hozzáférésű memóriaeszközök mágneses dobokat, akusztikus ultrahangos higany- és elektromágneses késleltetési vonalakat, valamint katódsugárcsöveket (CRT) használtak. Külső tárolóeszközként mágnesszalagos meghajtókat, lyukkártyákat, lyukszalagokat és dugaszolható kapcsolókat használtak.

A számítógépek ezen generációjának programozása kettes számrendszerben, gépi nyelven történt, vagyis a programok szigorúan a gép egy adott modelljére koncentráltak, és ezekkel a modellekkel együtt „haltak meg”.

Az 1950-es évek közepén megjelentek a géporientált nyelvek, például a szimbolikus kódolási nyelvek (SCL), amelyek lehetővé tették a rövidített verbális (betűs) jelölések és decimális számok használatát a parancsok és címek bináris jelölése helyett. 1956-ban létrehozták az első magas szintű programozási nyelvet a matematikai problémák megoldására - a Fortran nyelvet, 1958-ban pedig az univerzális programozási nyelvet, az Algol.

A számítógépek, kezdve az UNIVAC-tól a BESM-2-ig és a minszki és urali számítógépek első modelljéig, a számítógépek első generációjába tartoznak.

2. Számítógépek második generációja: 1960-1970-es évek

A logikai áramkörök diszkrét félvezető és mágneses elemekre (diódák, bipoláris tranzisztorok, toroid ferrit mikrotranszformátorok) épültek. Tervezési és technológiai alapként nyomtatott áramkörök (fólia getinax lapok) szolgáltak. Széles körben elterjedt a géptervezés blokk elve, amely lehetővé teszi nagyszámú különböző külső eszköz csatlakoztatását a fő eszközökhöz, ami nagyobb rugalmasságot biztosít a számítógépek használatában. Az elektronikus áramkörök órajel-frekvenciája több száz kilohertzre nőtt.

Elkezdték használni a mágneses merevlemezeken1 és hajlékonylemezeken lévő külső meghajtókat – ez egy köztes memóriaszint a mágnesszalagos meghajtók és a RAM között.

1964-ben jelent meg az első számítógép-monitor - az IBM 2250. Ez egy monokróm kijelző volt, 12 x 12 hüvelykes képernyővel és 1024 x 1024 pixeles felbontással. 40 Hz-es képfrekvenciával rendelkezett.

A számítógépeken alapuló vezérlőrendszerek nagyobb teljesítményt, és legfőképpen megbízhatóságot követeltek a számítógépektől. A számítógépekben széles körben elterjedtek a hibaérzékelő és -javító kódok és a beépített vezérlőáramkörök.

A második generációs gépek voltak az elsők, amelyek az információ kötegelt feldolgozását és távfeldolgozását alkalmazták.

Az első számítógép, amely részben félvezető eszközöket használt vákuumcsövek helyett, az 1951-ben létrehozott SEAC (Standards Eastern Automatic Computer) gép volt.

A 60-as évek elején félvezető gépeket kezdtek gyártani a Szovjetunióban.

3. Számítógépek harmadik generációja: 1970-1980-as évek

1958-ban Robert Noyce feltalálta a kisméretű szilícium integrált áramkört, amely több tucat tranzisztort képes elhelyezni egy kis területen. Ezeket az áramköröket később Small Scale Integrated Circuit (SSI) néven ismerték. És már a 60-as évek végén elkezdték használni az integrált áramköröket a számítógépekben.

A 3. generációs számítógépek logikai áramkörei már teljes egészében kis integrált áramkörökre épültek. Az elektronikus áramkörök órajel-frekvenciája több megahertzre nőtt. A tápfeszültség (volt egységekben) és a gép által fogyasztott teljesítmény csökkent. A számítógépek megbízhatósága és sebessége jelentősen megnőtt.

A véletlen hozzáférésű memóriák kisebb ferritmagokat, ferritlemezeket és mágneses filmeket használtak négyszögletes hiszterézishurokkal. A lemezmeghajtókat széles körben használják külső tárolóeszközként.

A tárolóeszközök további két szintje jelent meg: a trigger regisztereken lévő ultra-random access memória eszközök, amelyek óriási sebességgel, de kis kapacitással (tíz számok) és nagy sebességű gyorsítótárral rendelkeznek.

Az integrált áramkörök számítógépekben való elterjedése óta a számítástechnika technológiai fejlődése a jól ismert Moore-törvény segítségével figyelhető meg. Az Intel egyik alapítója, Gordon Moore 1965-ben fedezett fel egy törvényt, amely szerint az egy chipben lévő tranzisztorok száma 1,5 évente megduplázódik.

A 3. generációs számítógépek hardverének és logikai felépítésének jelentős összetettsége miatt ezeket gyakran rendszernek kezdték nevezni.

Így ennek a generációnak az első számítógépei az IBM rendszerek (számos IBM 360 modell) és a PDP (PDP 1) modelljei voltak. A Szovjetunióban a Kölcsönös Gazdasági Segítségnyújtás Tanácsának országaival (Lengyelország, Magyarország, Bulgária, Kelet-Németország stb.) együttműködve megkezdték az Egységes Rendszer (EU) és a kis számítógépek rendszerének (SM) modelljeit. előállítani.

A harmadik generációs számítógépeknél jelentős figyelmet fordítanak a programozás bonyolultságának csökkentésére, a gépekben történő programvégrehajtás hatékonyságára, valamint a kezelő és a gép közötti kommunikáció javítására. Ezt nagy teljesítményű operációs rendszerek, fejlett programozási automatizálás, hatékony programmegszakító rendszerek, időmegosztásos üzemmódok, valós idejű üzemmódok, többprogramos üzemmódok és új interaktív kommunikációs módok biztosítják. Megjelent egy hatékony videoterminál eszköz a kezelő és a gép közötti kommunikációhoz - videomonitor vagy kijelző.

Nagy figyelmet fordítanak a számítógép működésének megbízhatóságának és megbízhatóságának növelésére, karbantartásuk megkönnyítésére. A megbízhatóságot és megbízhatóságot az automatikus hibadetektáló és -javító kódok (Hamming korrekciós kódok és ciklikus kódok) elterjedt alkalmazása biztosítja.

A számítógépek moduláris felépítése és operációs rendszereik moduláris felépítése bőséges lehetőséget teremtett a számítógépes rendszerek konfigurációjának megváltoztatására. Ezzel kapcsolatban a számítási rendszer „architektúrájának” egy új fogalma jelent meg, amely a felhasználó és a programozó szemszögéből határozza meg ennek a rendszernek a logikai felépítését.

4. Számítógépek negyedik generációja: 1980-1990

A harmadik generációs gépek számítástechnikájának fejlesztésében forradalmi esemény volt a nagy és nagyon nagy integrált áramkörök (Large Scale Integration - LSI és Very Large Scale Integration - VLSI), egy mikroprocesszor (1969) és egy személyi számítógép létrehozása. 1980 óta szinte minden számítógépet mikroprocesszorok alapján gyártanak. A legnépszerűbb számítógép személyi számítógép lett.

A számítógépekben a logikai integrált áramköröket a közvetlen csatlakozású, egypólusú térhatású CMOS tranzisztorok alapján kezdték létrehozni, amelyek kisebb amplitúdójú elektromos feszültséggel (volt egységekkel) működnek, kevesebb energiát fogyasztanak, mint a bipolárisak, és ezáltal több áramkör megvalósítását teszik lehetővé. fejlett nanotechnológiák (azokban az években - mikron egységnyi léptékben).

Az első személyi számítógépet 1976 áprilisában készítette két barátja, Steve Jobe (sz. 1955), az Atari alkalmazottja és Stefan Wozniak (sz. 1950), aki a Hewlett-Packardnál dolgozott. Egy népszerű elektronikus játék keményforrasztott áramkörének integrált 8 bites vezérlője alapján, esténként egy autógarázsban dolgozva elkészítettek egy egyszerű, BASIC nyelven programozott Apple játékgépet, ami óriási sikert aratott. 1977 elején bejegyezték az Apple Co.-t, és megkezdődött a világ első személyi számítógépének, az Apple-nek a gyártása.

5. Számítógépek ötödik generációja: 1990-től napjainkig

Ez a kurzus részletesen tárgyalja a számítógépek modern generációjának architektúrájának jellemzőit.

Az ötödik generációs számítógép alapkoncepciója röviden a következőképpen fogalmazható meg:

1. Ultrakomplex mikroprocesszorokon futó számítógépek párhuzamos vektoros szerkezettel, amelyek egyidejűleg több tucat szekvenciális programutasítást hajtanak végre.

2. Számítógépek sok száz párhuzamosan működő processzorral, lehetővé téve adat- és tudásfeldolgozó rendszerek, hatékony hálózati számítógépes rendszerek kiépítését.

A számítógépek hatodik és azt követő generációi

Elektronikus és optoelektronikai számítógépek masszív párhuzamossággal, neurális felépítéssel, nagyszámú (több tízezer) mikroprocesszorból álló elosztott hálózattal, amelyek neurális biológiai rendszerek architektúráját modellezik.

Következtetés

A számítógépfejlesztés minden szakaszát hagyományosan generációkra osztják.

Az első generációt vákuumos elektromos lámpák alapján hozták létre, a gépet távirányítóról és lyukkártyákról vezérelték gépi kódok segítségével. Ezeket a számítógépeket több nagy fémszekrényben helyezték el, amelyek egész helyiségeket foglaltak el.

A harmadik generáció a 20. század 60-as éveiben jelent meg. A számítógépes elemek félvezető tranzisztorok alapján készültek. Ezek a gépek Assembly nyelvű programok irányítása alatt dolgozták fel az információkat. Az adatokat és a programokat lyukkártyáról és lyukszalagról vitték be.

A harmadik generációt több száz vagy több ezer tranzisztort tartalmazó mikroáramkörökön hajtották végre. A harmadik generációs gépre példa az ES számítógép. Ezeknek a gépeknek a működését alfanumerikus terminálokról vezérelték. Az ellenőrzéshez magas szintű nyelveket és Assembly-t használtak. Mind a terminálról, mind a lyukkártyákról és lyukszalagokról érkeztek adatok és programok.

A negyedik generációt nagyméretű integrált áramkörök (LSI) alapján hozták létre. A számítógépek negyedik generációjának legkiemelkedőbb képviselői a személyi számítógépek (PC-k). Az univerzális egyfelhasználós mikroszámítógépet személyesnek nevezzük. A felhasználóval való kommunikáció magas szintű nyelveket használó színes grafikus kijelzőn keresztül történt.

Az ötödik generáció ultra-nagyméretű integrált áramkörökön (VLSI) alapul, amelyeket a chipen található logikai elemek kolosszális sűrűsége különböztet meg.

Feltételezések szerint a jövőben széles körben elterjedt lesz az információ hangból történő bevitele a számítógépbe, a géppel való természetes nyelvű kommunikáció, a számítógépes látás, a gépi érintés, az intelligens robotok és roboteszközök létrehozása.

táblázat - A különböző generációk számítógépeinek főbb jellemzői

Az 50 év alatt a számítógépek több generációja jelent meg, amelyek egymást váltották fel. A VT rohamos fejlődését világszerte csak a fejlett elembázis és építészeti megoldások határozzák meg.
Mivel a számítógép hardverből és szoftverből álló rendszer, természetes, hogy egy generációt olyan számítógépes modellként értünk, amelyet azonos technológiai és szoftveres megoldások (elembázis, logikai architektúra, szoftver) jellemeznek. Mindeközben számos esetben nagyon nehéznek bizonyul a VT generációk szerinti besorolása, mert nemzedékről nemzedékre egyre inkább elmosódik közöttük a határvonal.
Első generáció.
Az elem alapja elektronikus csövek és relék; A RAM-ot flip-flopokon, később ferritmagokon hajtották végre. A megbízhatóság alacsony, hűtőrendszerre volt szükség; A számítógépeknek jelentős méretei voltak. Teljesítmény - 5 - 30 ezer aritmetikai op/s; Programozás - számítógépes kódokban (gépi kód), később megjelentek az autokódok és az assemblerek. A programozást matematikusok, fizikusok és elektronikai mérnökök szűk köre végezte. Az első generációs számítógépeket elsősorban tudományos és műszaki számításokhoz használták.

Második generáció.
Félvezető elem alap. A megbízhatóság és a teljesítmény jelentősen nő, a méretek és az energiafogyasztás csökken. Bemeneti/kimeneti lehetőségek és külső memória fejlesztése. Számos progresszív építészeti megoldás és a programozási technológia továbbfejlesztése - időmegosztási mód és többprogramozási mód (az adatfeldolgozás központi processzorának és a bemeneti/kimeneti csatornáknak a munkáját, valamint a parancsok és adatok memóriából történő lekéréséhez szükséges műveletek párhuzamosítását kombinálva)
A második generációban kezdett világosan megjelenni a számítógépek kis, közepes és nagy csoportokra való megkülönböztetése. Jelentősen bővült a számítógépek problémamegoldó alkalmazási köre - tervezés, gazdasági, gyártási folyamatirányítás stb.
Vállalkozások, teljes iparágak és technológiai folyamatok (ACS) automatizált vezérlőrendszerei (ACS) készülnek. Az 50-es évek végét számos problémaorientált magas szintű programozási nyelv (HLP) megjelenése jellemzi: FORTRAN, ALGOL-60 stb. programozási nyelvek és különféle célokra monitorok és diszpécserek a számítógép működési módjának vezérlésére, erőforrásainak tervezésére, amelyek megalapozták a következő generációs operációs rendszerek koncepcióit.

Harmadik generáció.
Elembázis integrált áramkörökön (IC). Számítógépes modellek sora jelenik meg, amelyek alulról felfelé szoftverrel kompatibilisek, és modellről modellre növekvő képességekkel rendelkeznek. A számítógépek és perifériáik logikai architektúrája összetettebbé vált, ami jelentősen kibővítette a funkcionalitást és a számítási lehetőségeket. Az operációs rendszerek (OS) a számítógép részévé válnak. A memória, a bemeneti/kimeneti eszközök és egyéb erőforrások kezelésének számos feladatát az operációs rendszer vagy közvetlenül a számítógép hardvere vette át. A szoftverek erősödnek: megjelennek az adatbázis-kezelő rendszerek (DBMS), a különféle célú tervezési automatizálási rendszerek (CAD), javulnak az automatizált vezérlőrendszerek és folyamatirányító rendszerek. Nagy figyelmet fordítanak a különféle célú alkalmazási programcsomagok (APP) létrehozására.
Nyelvek és programozási rendszerek fejlődnek.Példák: - IBM/360 modellek sorozata, USA, sorozatgyártás - 1964 óta; -EU Computers, a Szovjetunió és a KGST országok 1972 óta.
Negyedik generáció.
Az elembázis nagyméretű (LSI) és ultranagyméretű (VLSI) integrált áramkörökké válik. A számítógépeket már korábban is a szoftverek hatékony felhasználására tervezték (például UNIX-szerű számítógépek, amelyek legjobban belemerülnek a UNIX szoftverkörnyezetbe; a Prolog gépek a mesterséges intelligencia feladatokra koncentráltak); modern atomerőművek. A távközlési információfeldolgozás gyorsan fejlődik a műholdas kommunikációt használó kommunikációs csatornák minőségének javításával. Nemzeti és transznacionális információs és számítógépes hálózatok jönnek létre, amelyek lehetővé teszik, hogy az emberi társadalom egészének számítógépesedésének kezdetéről beszéljünk.
A számítástechnika további intellektualizálását meghatározza a fejlettebb ember-számítógép interfészek, tudásbázisok, szakértői rendszerek, párhuzamos programozási rendszerek stb.
Az elembázis nagy sikereket tett lehetővé a miniatürizálás terén, növelve a számítógépek megbízhatóságát és teljesítményét. Megjelentek a mikro- és miniszámítógépek, amelyek lényegesen alacsonyabb áron felülmúlják az előző generációs közepes és nagy számítógépek képességeit. A VLSI alapú processzorok gyártási technológiája felgyorsította a számítógépgyártás ütemét, és lehetővé tette a számítógépek megismertetését a társadalom széles tömegeivel. Az egyetlen chipen lévő univerzális processzor (Intel-4004 mikroprocesszor, 1971) megjelenésével megkezdődött a PC korszaka.
Az első PC-nek az Intel-8080 alapján készült Altair-8800 tekinthető 1974-ben. E. Roberts. P. Allen és W. Gates a népszerű Basic nyelvből készített fordítót, jelentősen növelve az első PC intelligenciáját (később megalapították a híres Microsoft Inc. céget). A 4. generáció arculatát nagyban meghatározza a nagy teljesítmény (átlagsebesség 50 - 130 megaflop. 1 megaflop = 1 millió művelet másodpercenként lebegőpontos) és a nem hagyományos architektúra (a párhuzamosítás elve alapján) szuperszámítógépek létrehozása. parancsok csővezetékes feldolgozása) . A szuperszámítógépeket matematikai fizika, kozmológia és csillagászat problémák megoldására, komplex rendszerek modellezésére stb. használják. Mivel a nagy teljesítményű számítógépek fontos kapcsolószerepet játszanak és töltenek be a hálózatokban, a hálózati kérdéseket gyakran a szuperszámítógépekre vonatkozó kérdésekkel együtt tárgyalják. , szuperszámítógépek - A számítógépek az Elbrus sorozatú gépek, a PS-2000 és PS-3000 számítógéprendszerek, amelyek akár 64 processzort tartalmaznak, melyeket közös parancsfolyam vezérel, számos feladaton 200 megaflop nagyságrendű teljesítményt értek el. Ugyanakkor tekintettel a modern szuperszámítógépes projektek fejlesztésének és megvalósításának bonyolultságára, amelyek intenzív alapkutatást igényelnek a számítástechnika, az elektronikai technológiák, a magas gyártási színvonal és a komoly pénzügyi költségek terén, nagyon valószínűtlennek tűnik, hogy a hazai belátható időn belül szuperszámítógépeket hoznak létre, a főbb jellemzők szerint, amelyek nem alacsonyabbak a legjobb külföldi modelleknél.
Megjegyzendő, hogy a számítógépgyártás IP technológiájára való átállással a generációk meghatározó hangsúlya az elembázisról egyre inkább más mutatók irányába tolódik el: logikai architektúra, szoftver, felhasználói felület, alkalmazási területek stb.
Ötödik generáció.

A számítógépek harmadik generációja

A gyorsan fejlődő repülés, űrtechnika és a tudomány és a technika más területei miniatűr, megbízható és gyors számítástechnikai eszközöket igényeltek. Ezért az elektronikus számítástechnika továbbfejlesztése új technológia kidolgozását tette szükségessé, és az ilyen technológia megjelenése sem volt lassú. A teljesítmény, a megbízhatóság és a miniatürizálás terén új áttörést tett lehetővé az integrált áramköri technológia, amely az 1964 és 1974 között létrehozott számítógépek harmadik generációjára való átállást jelentette.

Az integrált áramkörök használata számos előnnyel jár:

1. A számítógép megbízhatósága nőtt. Az integrált áramkörök megbízhatósága egy nagyságrenddel nagyobb, mint a diszkrét komponenseket használó hasonló áramkörök megbízhatósága. A megbízhatóság növekedése elsősorban az áramkörök közötti kapcsolatok csökkenésének köszönhető, amelyek az egyik leggyengébb láncszem a számítógép tervezésében. A megnövekedett megbízhatóság pedig a számítógép üzemeltetési költségeinek jelentős csökkenéséhez vezetett.

2. Az elektronikus áramkörök csomagolási sűrűségének növelésével a vezetők mentén lecsökkent a jelátvitel ideje, és ennek következtében nőtt a számítógép sebessége.

3. Az integrált áramkörök gyártása jól illeszkedik az automatizáláshoz, amely a tömeggyártásban jelentősen csökkenti a gyártási költségeket, és hozzájárul a számítógépes alkalmazások körének népszerűsítéséhez és bővítéséhez.

4. Az elektronikai áramkörök nagy csomagolási sűrűsége több nagyságrenddel csökkentette a számítógépek méreteit, tömegét és energiafogyasztását, ami lehetővé tette azok alkalmazását a tudomány és a technika addig elérhetetlen területein, mint például a repülés és az űrtechnika.

Az integrált áramköri technológia használatának nyilvánvaló előnyei ellenére a gyakorlatban a számítógépekben való széles körű alkalmazásuk 12 évvel később kezdődött, miután Geoffrey Dummer, a brit védelmi minisztérium munkatársa 1952-ben kidolgozta az integrált áramkör koncepcióját. Dammer azonban csak azt az ötletet fogalmazta meg, hogy egyetlen blokk formájában, ugyanabból az anyagból félvezető rétegek felhasználásával elektronikus elemeket hozzon létre, és azt nem jelölte meg, hogy a gyakorlatban hogyan lehet több elemet egyetlen monolitban elhelyezni. 1956-ban Dammer megpróbálta megvalósítani elképzeléseit, de az általa kifejlesztett eszközökről kiderült, hogy nem működtek.

Jack Kilbynek a Texas Instruments-től és Robert Noyce-nak a Fairchild Semiconductor kisvállalattól sikerült a gyakorlatban is megvalósítani a felvázolt ötleteket.

1958 májusában Jack Kilby elhelyezkedett a Texas Instruments-nél, ahol tranzisztorok, kondenzátorok és ellenállások fejlesztésébe kezdett (korábban a Centralabnál dolgozott, és tranzisztor alapú hallókészülékek gyártásában vett részt). Egy nap a csapat, amelynek Jack Kilby dolgozott, azt a feladatot kapta, hogy vizsgálja meg az alternatív mikromodulok létrehozásának lehetőségeit. Különböző lehetőségeket javasoltak, és Kilby a problémán töprengve arra a következtetésre jutott, hogy az lenne a legjövedelmezőbb, ha a cég csak félvezető elemeket gyártana, és az ellenállásokat és a kondenzátorokat ugyanabból az anyagból lehetne elkészíteni, mint az aktív elemeket, és elhelyezni. azokat egyetlen monolitikus blokkban, azonos anyagból. Miközben ezen az ötleten gondolkodott, Jack előállt egy multivibrátor áramköri topológiával. Tehát 1958. július 24 Megszületett az integrált áramkör gyakorlati megvalósításának ötlete.

Miután felvázolta elképzeléseit feletteseinek, Jack azt a feladatot kapta, hogy készítsen prototípust számításai érvényességének bizonyítására. Ezután diszkrét germánium elemekből kioldó áramkört építettek. 1958. augusztus 28-án Jack Kilby bemutatta az elrendezést Willis Adcocknak.

Felettesei jóváhagyását követően Kilby elkezdett létrehozni egy valódi monolit integrált áramkört - egy fáziseltolásos oszcillátort.

Jack Kilbyvel párhuzamosan Robert Noyce integrált áramkört fejlesztett. Robert igazán nem szerette a diszkrét elemek előállításának technológiáját. Elmondta, hogy az a munkaigényes eljárás, amikor a szilícium lapkát egyes elemekre vágják, majd egyetlen áramkörbe kapcsolják, meglehetősen értelmetlennek tűnt. Noyce azt javasolta, hogy egy kristályban különálló tranzisztorokat különítsenek el egymástól fordított torzítású p-n átmenetekkel, és fedjék le a felületet szigetelő oxiddal. Az egyes elemek közötti érintkezés a szigetelő-oxidba maratott területeken keresztül történt a mikroáramkör felületén egy speciális minta szerint. Ezeket a szakaszokat vékony alumínium vonalak kötötték össze egymással.

Kilby megalkotta a chipjét, és Noyce-nál valamivel korábban kért szabadalmat, azonban Noyce technológiája átgondoltabb és kényelmesebb volt, a bejelentési dokumentumokat pedig körültekintőbben készítették el. Ennek eredményeként Noyce korábban - 1961 áprilisában, Kilby - csak 1964 júniusában kapott szabadalmat a találmányra.

Az ezt követő számos próba és a technológia feltalálójának tekintett jogért folytatott háború békével végződött. Végül a Fellebbviteli Bíróság helyt adott Noyce technológiai elsőbbségi igényének, de úgy ítélte meg, hogy Kilby nevéhez fűződik az első működő mikroáramkör létrehozása.

Az integrált áramkörök sorozatgyártása 1961-ben kezdődött, ekkor az első integrált áramkörökre épülő kísérleti számítógépet a Texas Instruments készítette az Egyesült Államok légiereje megbízásából. A fejlesztés 9 hónapig tartott, és 1961-ben fejeződött be. A számítógép csak 15 parancsot tartalmazott, unicast volt, az órajel frekvenciája 100 KHz, a tárolókapacitás csak 30 szám, 11 bináris számjegyet használtak a számok ábrázolására, a fogyasztás mindössze 16 W, a tömeg 585 g, a foglalt térfogata 100 köbcenti volt.

Az első integrált áramkörök alacsony sűrűségűek voltak, de idővel a gyártási technológiát finomhangolták, és a sűrűség nőtt. A harmadik generációs számítógépek alacsony és közepes sűrűségű integrált áramköröket használtak, amelyek lehetővé tették több száz elem egy chipben való egyesítését. Az ilyen mikroáramkörök külön működési áramkörökként használhatók - regiszterek, dekóderek, számlálók stb.

Az integrált áramkörök megjelenése lehetővé tette a második generációs számítógépek blokkdiagramjának javítását. Így a szorosan összekapcsolt vezérlőeszközök (CU) és egy aritmetikai-logikai egység (ALU) egyetlen egységbe kerültek, amely processzorként vált ismertté. Sőt, a processzornak több aritmetikai-logikai eszköze is lehet, amelyek mindegyike ellátta a saját funkcióját, például az egyik ALU az egész számokkal, a másik a lebegőpontos számokkal, a harmadik pedig a címekkel foglalkozott. Több vezérlőeszköz is lehet, egy központi és több periféria, amelyek az egyes számítógépblokkok vezérlésére szolgálnak.

A számítógépek gyakran több processzorból álltak, ami lehetővé tette az új lehetőségek teljes kihasználását a párhuzamos problémamegoldásban.

A harmadik generációs számítógépekben a memóriahierarchia már egyértelműen megkülönböztethető. A RAM független blokkokra van osztva saját vezérlőrendszerekkel, amelyek párhuzamosan működnek. A RAM szerkezete oldalakra és szegmensekre oszlik. A processzor belső memóriája is fejlődik - a memória-gyorsítótár bevezetésének előfeltételei készülnek.

A külső tárolóeszközök (ESD) egy speciális választócsatorna-vezérlőn (SCC) keresztül csatlakoznak. Kapacitásuk és sebességük jelentősen megnő. Így 1973 júniusában megjelent az IBM 3340 merevlemez külső tárolóeszközként.

A meghajtó tömített volt - ez megvédte a lemezek munkafelületeit a portól és a szennyeződésektől, ami lehetővé tette a fejek nagyon közel helyezését a lemez mágneses felületéhez. Először alkalmazták az aerodinamikus mágneses fej elvét, amely szó szerint a merevlemez forgó felülete fölött lebegett aerodinamikai erő hatására.

Mindez lehetővé tette a felvételi sűrűség jelentős növelését (akár 1,7 Mbit per négyzethüvelyk), és a kapacitás 30 MB-ra növelését (nem cserélhető adathordozón). A meghajtó 30 MB kapacitású cserélhető adathordozóval is rendelkezik.

A logikai eszközök és a memória fejlesztésével párhuzamosan javában zajlott a bemeneti/kimeneti eszközök korszerűsítése. Az új számítógépek sebessége gyorsabb és megbízhatóbb adatbeviteli/kimeneti rendszert igényelt, mint a lyukkártya-olvasók és a teletípusok. Helyükre billentyűzetek, grafikus beviteli panelek, fénytoll kijelzők, plazma panelek, rasztergrafikus rendszerek és egyéb eszközök kerültek.

A perifériaeszközök széles választéka, viszonylag nagy sebességük, valamint az I/O műveletek és a számítási folyamat elkülönítésének szükségessége egy speciális multiplex csatornavezérlő (MCC) létrehozásához vezetett, amely lehetővé tette a processzorok számára, hogy párhuzamosan dolgozzanak az adat I/O-vel. O.

Egy harmadik generációs számítógép általánosított blokkvázlata, amely a fentieket szemlélteti, az alábbi ábrán látható.

A diagramon:

UVV – bemeneti-kimeneti eszköz;
RAM – egy vagy több véletlen hozzáférésű memóriaeszköz;
ALU - egy vagy több aritmetikai-logikai egység;
CU - egy vagy több vezérlőeszköz;
MK - multiplex csatornavezérlő (csatorna lassú eszközök csatlakoztatásához);
SK - választócsatorna-vezérlő (csatorna a nagy sebességű eszközök csatlakoztatásához);
Az ESD egy külső tárolóeszköz.

Az integrált technológiák alkalmazása jelentősen csökkentette a számítógépek költségeit, ami azonnal a kereslet növekedéséhez vezetett. Sok szervezet vásárolt számítógépeket és sikeresen üzemeltette azokat. Fontos tényező a szabványosítás iránti vágy és az alulról felfelé szoftverrel kompatibilis számítógépek teljes sorozatának kiadása.

Óriási igény van az alkalmazásszoftver-termékekre, és mivel a szoftverpiac még nem fejlődött ki, kész, megbízható és olcsó szoftvereket szinte lehetetlen találni, gigantikusan megnőtt a programozás népszerűsége és a kereslet. hozzáértő szoftverfejlesztők. Minden vállalkozás arra törekszik, hogy saját programozói stábját szervezze meg, szakosodott csapatok jönnek létre, amelyek szoftvereket fejlesztenek, és arra törekednek, hogy elfoglalják a még kiaknázatlan rést a gyorsan növekvő számítástechnika arénájában.

A szoftverpiac rohamosan fejlődik, szabványos problémák megoldására szoftvercsomagokat, problémaorientált programozási nyelveket és teljes szoftverrendszereket hoznak létre a számítógépek működésének kezelésére, amelyeket később operációs rendszereknek nevezünk.

Az első operációs rendszerek már a második generációs számítógépek idejében kezdtek megjelenni. Így 1957-ben a Bell Labs kifejlesztette a BESYS (Bell Operating System) operációs rendszert. 1962-ben pedig a General Electric kifejlesztette a GCOS (General Comprehensive Operating System) operációs rendszert, amelyet nagyszámítógépeken való használatra terveztek. De ezek mind csak előfeltételei voltak az igazán népszerű és keresett operációs rendszerek létrehozásának. Az 1960-as évek végére már számos operációs rendszert hoztak létre, amelyek a számítógép kezeléséhez szükséges számos funkciót megvalósították. Összesen több mint száz különféle operációs rendszert használtak.

A legfejlettebb operációs rendszerek közé tartoztak:

OS/360, amelyet az IBM fejlesztett ki 1964-ben a nagyszámítógépek kezelésére;

MULTIKUSOK- az egyik első operációs rendszer időmegosztó programokkal;

UNIX, amelyet 1969-ben fejlesztettek ki, majd az operációs rendszerek egész családjává nőtte ki magát, amelyek közül sok ma a legnépszerűbbek közé tartozik.

Az operációs rendszerek használata leegyszerűsítette a számítógépekkel való munkát, és hozzájárult az elektronikus számítástechnika népszerűsítéséhez.

Az Egyesült Államokban, Európában, Japánban és más országokban az elektronikus számítástechnika iránti érdeklődés jelentős növekedése mellett a Szovjetunióban e tudományterület fejlődése visszaesett. Így 1969-ben a Szovjetunió megállapodást kötött az Egységes Számítógépes Rendszer fejlesztésében való együttműködésről, amelynek modellje abban az időben az egyik legjobb számítógép volt - az IBM360. A Szovjetunió külföldi vívmányokra való összpontosítása ezt követően jelentős lemaradáshoz vezetett a számítástechnika területén.

A harmadik generációs számítógépek közül a legjelentősebb fejlesztések a következők voltak:

IBM rendszer - 360- számítógépek egész családja, melynek gyártása 1964-ben kezdődött. A család minden modellje egyetlen parancsrendszerrel rendelkezett, és különböztek egymástól a RAM mennyiségében és a teljesítményben, és univerzálisak voltak, képesek voltak összetett logikai problémák megoldására és hasznosak voltak a gazdasági számításokban. A számítógép sokoldalúsága a nevében is tükröződik. A 360 360 fokot jelent, azaz. képes bármilyen irányban dolgozni. A System-360 fejlesztésének költsége körülbelül 5 milliárd dollár volt, ami kétszer annyi, mint amennyit az Egyesült Államok a második világháború alatt az atombomba létrehozását célzó Manhattan Projektre költött. Az IBM 360 létrehozására irányuló projekt költsége a második volt az Apollo program után. Az IBM 360 architektúra rendkívül sikeresnek bizonyult, és nagymértékben meghatározta a számítástechnika fejlődési irányát;

PDP8- a Digital Equipment Corporation (DEC) által 1965. március 22-én kifejlesztett miniszámítógép. A "mini" kifejezés relatív. Ez a számítógép megközelítőleg akkora volt, mint egy hűtőszekrény, de az elektronikus számítógépek más képviselőihez képest mérete valóban miniatűr volt. Ez a projekt üzletileg nagyon jövedelmező volt. Ebből az autóból összesen mintegy 50 000 példányt adtak el. A PDP-8 rendszerben sok hasonló megoldás volt – klónok a világ minden tájáról. Tehát a Szovjetunióban ennek a számítógépnek számos analógját fejlesztették ki: Elektronika-100, Saratov-2 stb.;

Nairi 3- az egyik első harmadik generációs számítógép, amelyet önállóan fejlesztettek ki a Szovjetunióban. Ezt a fejlesztést 1970-ben adták ki a Jereváni Matematikai Gépek Kutatóintézetében. Egyszerűsített gépi nyelvet használt, hogy megkönnyítse a programozást. Matematikai nyelven is be lehetett írni néhány feladatot;

ES SZÁMÍTÓGÉP- elektronikus számítógépek egységes rendszere, amely az IBM System-360 sikeres és jól bevált architektúrájára épül. A sorozat első autóit a Szovjetunióban hozták létre 1971-ben. Az első minták teljesítménye 2750 művelet/másodperc (EC-1010) és 350.000 művelet/s (EC-1040) között mozgott. Ezt követően a termelékenységet több tízmillió művelet/másodpercre emelték, de a Szovjetunió összeomlása után a kilencvenes években gyakorlatilag mindezek a fejlesztések leálltak;

ILLIAC 4– az egyik legtermelékenyebb harmadik generációs számítógép. Az ILLIAC 4-et 1972-ben hozták létre az Illinoisi Egyetemen, és 64 processzorból álló pipeline architektúrával rendelkezett. A számítógépet egy parciális differenciálegyenlet-rendszer megoldására szánták, sebessége körülbelül 200 millió művelet volt másodpercenként.

Ez a lista folytatható, de egyértelmű, hogy a számítógépek már szilárdan és hosszú időre bekerültek az életünkbe, továbbfejlesztésük, fejlesztésük nem állítható meg. Az integrált áramköri gyártástechnológia fejlődésével fokozatosan nőtt az elemek sűrűsége. Megjelentek a szupernagy integrált áramkörök, és a harmadik generációs, kis és közepes sűrűségű integrált áramkörökre épülő számítógépeket fokozatosan felváltották a negyedik generációs, nagy és szupernagy integrált áramkörökön működő számítógépek.

Bibliográfia

1. A számítástechnika fejlődésének története. Lanina E.P. ISTU, Irkutszk – 2001

2. Számítástechnika fejlesztése. Apokin I.A. M., „Tudomány”, 1974

3. Techie megjelenés.

4. Módszerész.

6. Az abakuszról a számítógépre. R. S. Guter. "Knowledge" kiadó, Moszkva 1981.

Az EDSAC modell 1949-es angliai megalkotása után erőteljes lendületet kapott az általános célú számítógépek fejlesztése, ami számos országban ösztönözte az első generációt alkotó számítógépmodellek megjelenését. A számítástechnika (CT) több mint 40 éves fejlődése során a számítógépek több generációja jelent meg, amelyek egymást váltották fel.

Az első generációs számítógépek vákuumcsöveket és reléket használtak elemi alapként; A RAM-ot flip-flopokon, később ferritmagokon végezték; a teljesítmény általában 5-30 ezer aritmetikai művelet/s tartományban volt; alacsony megbízhatóság, hűtési rendszert igényeltek és jelentős méretek jellemezték őket. A programozási folyamat jelentős készségeket, a számítógép-architektúra és szoftveres képességeinek jó ismeretét igényelte. Ennek a szakasznak az elején a számítógépes kódokban (gépi kódokban) történő programozást alkalmazták, majd megjelentek az autokódok és az assemblerek. Általában az első generációs számítógépeket használták tudományos és műszaki számításokhoz, és maga a programozási folyamat is inkább művészethez hasonlított, amelyet matematikusok, villamosmérnökök és fizikusok nagyon szűk köre gyakorolt.

EDSAC számítógép, 1949

2. generációs számítógép

Az első tranzisztor létrehozása az USA-ban 1948. július 1-jén nem jelentett új szakaszt a VT fejlődésében, és elsősorban a rádiótechnikához kapcsolódott. Eleinte inkább egy új elektronikus eszköz prototípusa volt, amely komoly kutatást és finomítást igényel. És már 1951-ben William Shockley bemutatta az első megbízható tranzisztort. Ezek költsége azonban meglehetősen magas volt (legfeljebb 8 dollár darabonként), és csak a szilíciumtechnológia fejlődése után esett le meredeken az ára, ami elősegítette az elektronikai miniatürizálás folyamatának felgyorsítását, ami a VT-t is érintette.

Általánosan elfogadott, hogy a második generáció az RCA-501 számítógéppel kezdődik, amely 1959-ben jelent meg az USA-ban, és félvezető elem alapú. Eközben még 1955-ben létrehoztak egy fedélzeti tranzisztoros számítógépet az ATLAS interkontinentális ballisztikus rakétához. Az új elemtechnológia lehetővé tette a VT megbízhatóságának drámai növelését, méreteinek és energiafogyasztásának csökkentését, valamint a termelékenység jelentős növelését. Ez lehetővé tette a nagyobb logikai képességekkel és termelékenységgel rendelkező számítógépek létrehozását, ami hozzájárult a számítógépes alkalmazások körének bővüléséhez a gazdaságtervezési, gyártási folyamatirányítási stb. problémák megoldására. A második generáció keretein belül a számítógépek differenciálása Kicsire, közepesre és nagyra egyre egyértelműbbé válik. Az 50-es évek végét a programozás automatizálási szakaszának kezdete jellemzi, ami a Fortran (1957), az Algol-60 stb. programozási nyelvek megjelenéséhez vezetett.

3. generációs számítógép

A harmadik generáció az integrált áramkörökre (IC) elemi alapú számítógépek megjelenéséhez kapcsolódik. 1959 januárjában Jack Kilby megalkotta az első IC-t, amely egy vékony, 1 cm hosszú germánium lemez volt.Az integrált technológia képességeinek demonstrálására a Texas Instruments az amerikai légierő számára készített egy fedélzeti számítógépet, amely 587 IC-t és egy térfogatot (40 cm3) 150-szer kisebb, mint egy hasonló, régi típusú számítógép. De a Kilby IC-nek számos jelentős hiányossága volt, amelyeket ugyanabban az évben Robert Noyce sík IC-inek megjelenésével megszüntettek. Ettől a pillanattól kezdve az IC technológia megkezdte diadalmenetét, és a modern elektronika és mindenekelőtt a számítástechnika egyre több új szakaszát ragadja meg.

A számítógép különböző üzemmódokban történő működését biztosító szoftver jelentősen erősebbé válik. Megjelennek a fejlett adatbázis-kezelő rendszerek (DBMS), a tervezési automatizálási rendszerek (CAD); Nagy figyelmet fordítanak a különféle célú alkalmazási programcsomagok (APP) létrehozására. Folyamatosan új nyelvek és programozási rendszerek jelennek meg, és a meglévőket fejlesztik.

4. generációs számítógép

A 4. generációs VT tervezési és technológiai alapja a nagyméretű (LSI) és az ultra-nagyméretű (VLSI) integrált áramkörök, amelyeket a 70-80-as években készítettek. Az ilyen IC-k már több tíz, százezer és millió tranzisztort tartalmaznak egy kristályon (chipen). Ugyanakkor az LSI technológiát részben használták az előző generációs projektekben (IBM/360, ES Computer Series-2 stb.). A 4. generációs számítógépek és a 3. generációs számítógépek leglényegesebb elvi kritériuma, hogy az előbbieket azzal az elvárással tervezték, hogy hatékonyan használják a modern számítógépeket, és leegyszerűsítsék a programozási folyamatot a problémás programozó számára. Hardver tekintetében az IC technológia széleskörű használata és a nagy sebességű tárolóeszközök jellemzik őket. A negyedik generációs számítógépek leghíresebb sorozatának az IBM/370 tekinthető, amely a szintén jól ismert 3. generációs IBM/360 sorozattal ellentétben fejlettebb parancsrendszerrel és szélesebb körű mikroprogramozással rendelkezik. A 370-es sorozat régebbi modelljeiben egy virtuális memóriaeszközt valósítottak meg, amely lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy korlátlan RAM-erőforrás látszatát keltse.

A személyi számítógép (PC) jelensége az első miniszámítógép, a PDP-8 megalkotásáig nyúlik vissza, 1965-ben, amely egy atomreaktor vezérlésére szolgáló speciális mikroprocesszor univerzalizálása eredményeként jelent meg. A gép gyorsan népszerűségre tett szert, és az első sorozatban gyártott számítógép lett ebből az osztályból; a 70-es évek elején az autók száma meghaladta a 100 ezer darabot. További fontos lépés volt a miniszámítógépekről a mikroszámítógépekre való átállás; a VT ez az új szerkezeti szintje a 70-es évek fordulóján kezdett kialakulni, amikor az LSI megjelenése lehetővé tette egy univerzális processzor létrehozását egyetlen chipen. Az első Intel-4004 mikroprocesszort 1971-ben hozták létre, és 2250 elemet tartalmazott, az első univerzális Intel-8080 mikroprocesszor pedig, amely a mikroszámítógép-technológia szabványa volt és 1974-ben készült, már 4500 elemet tartalmazott, és alapul szolgált a első PC-k. 1979-ben megjelent az egyik legerősebb és legsokoldalúbb 16 bites mikroprocesszor, a Motorolla-68000 70 000 elemmel, 1981-ben pedig a Hewlett Packard első 32 bites mikroprocesszora 450 ezer elemmel.

PC Altair-8800

Az első PC-nek az Altair-8800 tekinthető, amelyet az Intel-8080 mikroprocesszor alapján készített 1974-ben Edward Roberts. A számítógépet postázták, mindössze 397 dollárba került, és perifériákkal bővíthető volt (csak 256 bájt RAM!!!). Az Altair-8800-hoz Paul Allen és Bill Gates a népszerű Basic nyelvből készített fordítót, jelentősen növelve az első PC intelligenciáját (később megalapították a ma már híres Microsoft Inc-t). A PC színes monitorral való felszerelése egy konkurens PC-modell, a Z-2 megalkotásához vezetett; egy évvel az első Altair-8800 PC megjelenése után több mint 20 különböző vállalat és cég csatlakozott a PC-gyártáshoz; Kezdett formálódni a PC-ipar (maga PC-gyártás, értékesítésük, időszaki és nem időszaki kiadványok, kiállítások, konferenciák stb.). És már 1977-ben tömeggyártásba került három PC-modell Apple-2 (Apple Computers), TRS-80 (Tandy Radio Shark) és PET (Commodore), amelyek közül hamarosan a versenyben lemaradt Apple lett. vezető szerepet tölt be a PC-gyártásban (az Apple-2 modellje óriási sikert aratott). 1980-ra az Apple Corporation a legnagyobb alaptőkével és 117 millió dolláros éves bevétellel lépett be a Wall Streetre.

De már 1981-ben az IBM, hogy elkerülje a tömegpiac elvesztését, elkezdte gyártani ma már széles körben ismert IBM PC/XT/AT és PS/2 PC-sorozatait, amelyek a személyi számítógépes technológia új korszakát nyitották meg. Az óriás IBM belépése a PC-ipar színterére a PC-gyártást ipari alapokra helyezi, ami számos, a felhasználó számára fontos kérdés (szabványosítás, egységesítés, kifejlesztett szoftverek stb.) megoldását teszi lehetővé, amihez a cég már az IBM/360 sorozat és az IBM/370 gyártása során is nagy figyelmet fordított. Joggal hihetjük, hogy az Altair-8800 debütálásától az IBM PC-ig eltelt rövid idő alatt többen csatlakoztak a VT-hez, mint a teljes hosszú időszak alatt – a Babage Analytical Engine-től az első IP feltalálásáig.

Az első számítógépnek, amely magát a szuperszámítógép-osztályt megnyitotta, az 1975-ben készült Amdahl 470V16 modell tekinthető, amely kompatibilis az IBM sorozattal. A gép a parancsok pipeline feldolgozására épülő hatékony párhuzamosítási elvet, az elembázis pedig LSI technológiát használt. Jelenleg a szuperszámítógépek osztályába olyan modellek tartoznak, amelyek átlagos sebessége legalább 20 megaflop (1 megaflop = 1 millió lebegőpontos művelet másodpercenként). Az első ilyen teljesítményű modell a nagyrészt egyedülálló ILLIAC-IV számítógép volt, amelyet 1975-ben készítettek az USA-ban, és körülbelül 50 megaflops maximális sebességgel. Ez a modell óriási hatással volt a mátrix architektúrájú szuperszámítógépek későbbi fejlesztésére. A szuperszámítógépek történetének fényes lapja kapcsolódik az S. Cray Cray sorozatához, amelynek első modelljét, a Cray-1-et 1976-ban hozták létre, csúcssebessége 130 megaflop volt. A modell architektúrája a vektoros és skaláris adatfeldolgozás pipeline elvén alapult elemi bázison VLSI-n. Ez a modell alapozta meg a modern szuperszámítógépek osztályát. Megjegyzendő, hogy számos érdekes építészeti megoldás ellenére a modell sikere elsősorban a sikeres technológiai megoldásoknak köszönhető. Az ezt követő Cray-2, Cray X-MP, Cray-3, Cray-4 modellek mintegy 10 ezer megaflopra hozták a sorozat teljesítményét, a Cray MP modell pedig új architektúrát használva 64 processzorral és új szilícium chipekre épülő elemi alappal. csúcsteljesítménye körülbelül 50 gigaflop volt.

A modern haditechnika-történeti kirándulást annak egyes szakaszainak egy-egy részletével lezárva, több lényeges megjegyzést kell tenni. Mindenekelőtt egyre gördülékenyebb az átmenet a számítógépek egyik generációjáról a másikra, amikor az új generáció ötletei valamilyen szinten beérnek, sőt az előző generációban meg is valósulnak. Ez különösen a VT gyártásánál az IC technológiára való átállás során szembetűnő, amikor a generációk meghatározó hangsúlya az elembázisról egyre inkább más mutatók irányába tolódik el: logikai architektúra, szoftver, felhasználói felület, alkalmazási területek stb. A legváltozatosabb VT megjelenik, amelynek jellemzői nem illeszkednek a hagyományos osztályozási keretek közé; az a benyomásunk támad, hogy a számítástechnika egyfajta univerzalizálásának az elején járunk, amikor minden osztálya arra törekszik, hogy kiegyenlítse számítási képességeit. Az ötödik nemzedék számos eleme ilyen vagy olyan mértékben jellemző ma.

A számítógépek fejlődése több korszakra oszlik. Az egyes korszakok számítógép-generációi elemi bázisukban és szoftvereikben különböznek egymástól.

Számítógépek első generációja

A számítógépek első generációja (1945-1958) elektronikus csövekre - diódákra és triódákra - épült. Az első generációs gépek többsége kísérleti eszköz volt, és bizonyos elméleti elvek tesztelésére készültek. A vákuumcsöves technológia alkalmazása, a memóriarendszerek alkalmazása higanykésleltető vonalakon, mágnesdobokon, katódsugárcsöveken (Williams csövek) nagyon megbízhatatlanná tette működésüket. Ezenkívül az ilyen számítógépek nehezek voltak, és nagy területeket, néha egész épületeket foglaltak el. Az adatbevitelhez és -kiadáshoz lyukszalagokat és lyukkártyákat, mágnesszalagokat és nyomtatóeszközöket használtak.

Megvalósult a tárolt program koncepciója. Az 1. generációs számítógépek szoftverei főleg szabványos szubrutinokból álltak, sebességük 10-20 ezer művelet között mozgott. /sec.

Ennek a generációnak a gépei: ENIAC (USA), MESM (Szovjetunió), BESM-1, M-1, M-2, M-Z, "Strela", "Minsk-1", "Ural-1", "Ural-2" ", "Ural-3", M-20, "Setun", BESM-2, "Hrazdan", IBM - 701, sok áramot használtak, és nagyon sok vákuumcsőből állt. Például a Strela gép 6400 vákuumcsőből és 60 ezer darab félvezető diódából állt. Teljesítményük nem haladta meg a 2-3 ezer műveletet másodpercenként, a RAM nem haladta meg a 2 KB-ot. Csak az M-2 gép (1958) rendelkezett 4 KB RAM-mal és 20 ezer művelet/másodperc sebességgel.

A számítógépek második generációja

A 2. generációs számítógépeket 1959-1967 között fejlesztették ki. A fő elem már nem a vákuumcsövek, hanem a félvezető diódák és tranzisztorok voltak, memóriaeszközként pedig a mágneses magokat és mágnesdobokat, a modern merevlemezek távoli őseit kezdték használni. Megbízhatóbbá váltak a számítógépek, nőtt a teljesítményük, csökkent az energiafogyasztás, csökkentek a gépek összméretei.

A memória megjelenésével a mágneses magokon működési ciklusa több tíz mikroszekundumra csökkent. A struktúra fő elve a központosítás. Megjelentek a mágnesszalagokkal való munkavégzéshez szükséges nagy teljesítményű eszközök és a mágneslemezeken lévő memóriaeszközök. Emellett lehetővé vált az algoritmikus nyelveken történő programozás. Kifejlesztették az első magas szintű nyelveket - Fortran, Algol, Cobol. A 2. generációs gépek teljesítménye már elérte a 100-5000 ezret. /sec.

Példák a második generációs gépekre: BESM-6, BESM-4, Minsk-22 - tudományos, műszaki és gazdasági tervezési problémák megoldására szolgálnak; Minsk-32 (Szovjetunió), M-40 számítógép, - 50 - rakétavédelmi rendszerekhez; Ural - 11, - 14, - 16 - általános célú számítógépek, mérnöki és műszaki problémák megoldására összpontosítottak.

A számítógépek harmadik generációja

A harmadik generációs számítógépek (1968-1973) integrált áramköröket használtak. A 60-as években az integrált áramkörök – egyetlen félvezető kristályon készült, több tíz és száz tranzisztorból álló teljes eszközök és szerelvények (amit ma mikroáramköröknek neveznek) – fejlesztése a harmadik generációs számítógépek megalkotásához vezetett. Ezzel egy időben megjelent a félvezető memória, amelyet a személyi számítógépekben máig használnak működési memóriaként. Az integrált áramkörök használata nagymértékben megnövelte a számítógépek képességeit.

A központi processzor most már képes párhuzamosan dolgozni és számos perifériás eszközt vezérelni. A számítógépek egyszerre több programot is feldolgozhattak (a többprogramozás elve). A multiprogramozási elv megvalósításának eredményeként lehetővé vált az időmegosztásos módban való munkavégzés interaktív módban. A számítógéptől távoli felhasználók lehetőséget kaptak egymástól függetlenül, hogy gyorsan kommunikáljanak a géppel.

A számítógépeket alacsony integrációs fokú (MIS - 10-100 komponens chipenként) és közepes fokú (SIS - 10-1000 komponens chipenként) integrált áramkörök alapján tervezték. Felmerült egy ötlet, amelyet meg is valósítottak, hogy egy azonos architektúrájú számítógépcsaládot tervezzenek, amely főként szoftverekre épült. A 60-as évek végén megjelentek a miniszámítógépek. 1971-ben jelent meg az első mikroprocesszor. A 3. generációs számítógépek sebessége elérte az 1 millió műveletet. /sec.

Ezekben az években a számítógépgyártás ipari méreteket öltött. A 3. generációs számítógépektől kezdve hagyományossá vált a soros számítógépek fejlesztése. Bár az azonos sorozatú gépek képességeikben és teljesítményükben nagyon különböztek egymástól, információs, szoftveres és hardverkompatibilisek voltak. Ezekben az években a legelterjedtebb az IBM System/360 családja volt. A KGST-országok egyetlen sorozatú "ES Computer" számítógépeket gyártottak: ES-1022, ES-1030, ES-1033, ES-1046, ES-1061, ES-1066 stb. Az ebbe a generációba tartozó számítógépek közé tartozik az "IVM-370" is. ", "Electronics-100/25", "Electronics-79", "SM-3", "SM-4" stb.

Számítógépes sorozatoknál a szoftverek nagymértékben bővültek (operációs rendszerek, magas szintű programozási nyelvek, alkalmazási programok stb.). 1969-ben egyszerre jelent meg a Unix operációs rendszer és a C programozási nyelv, amely óriási hatással volt a szoftvervilágra és máig őrzi vezető pozícióját.

Számítógépek negyedik generációja

A negyedik generációs számítógépekben (1974-1982) a nagyméretű integrált áramkörök (LSI - 1000-100000 komponens chipenként) és az ultranagy méretű integrált áramkörök (VLSI - 100000-10000000 komponens per chip) használata növelte a teljesítményüket. tíz- és százmilliókra op. /sec.

Ennek a generációnak a kezdete 1975-nek tekinthető - Amdahl Corp. kiadott hat AMDAHL 470 V/6 számítógépet, amelyek elemi alapként LSI-t használtak. Elkezdték használni az integrált áramkörökön lévő nagy sebességű memóriarendszereket - több megabájt kapacitású MOS RAM-ot. Ha a gép ki van kapcsolva, a MOS RAM-ban lévő adatok automatikusan lemezre átvitellel kerülnek mentésre. A gép bekapcsolásakor a rendszer egy ROM-ban (csak olvasható memória) tárolt indítóprogramot kezd használni, amely az operációs rendszert és a rezidens szoftvert a MOS RAM-ba tölti.

A 4. generációs számítógépek fejlesztése 2 irányba haladt: 1. irány - szuperszámítógépek létrehozása - többprocesszoros gépek komplexumai. Az ilyen gépek sebessége eléri a több milliárd műveletet másodpercenként. Hatalmas mennyiségű információ feldolgozására képesek. Ide tartoznak az ILLIAS-4, CRAY, CYBER, Elbrus-1, Elbrus-2 stb. komplexek. Az Elbrus-2 többprocesszoros számítástechnikai komplexumokat (MCC) a Szovjetunióban aktívan használták azokon a területeken, ahol nagy mennyiségű számítást igényeltek, mindenek előtt a védelmi ipar.

2. irány - továbbfejlesztés LSI és VLSI mikroszámítógépek és személyi számítógépek (PC) alapján. E gépek első képviselői az Apple, az IBM - PC (XT, AT, PS / 2), a hazai "Iskra", "Electronics", "Mazovia", "Agat", "ES-1840", "ES-" számítógépek. 1841" stb. Ettől a generációtól kezdve a számítógépeket számítógépeknek kezdték nevezni. A szoftvert adatbázisok és bankok egészítik ki.

A számítógépek ötödik generációja

Az ötödik generációs számítógép a jövő számítógépe. A számítógépek úgynevezett ötödik generációjának fejlesztési programját 1982-ben fogadták el Japánban. Feltételezték, hogy 1991-re alapvetően új számítógépek jönnek létre, amelyek a mesterséges intelligencia problémáinak megoldására irányulnak. A Prolog nyelv és a számítógépes tervezés újításai segítségével a tervek szerint közel került a számítástechnika ezen ágának egyik fő problémája, a tudás tárolásának és feldolgozásának a megoldása. Röviden: az ötödik generációs számítógépekhez nem kellene programokat írni, hanem elég lenne „szinte természetes” nyelven elmagyarázni, hogy mit is követelnek tőlük.

Feltételezhető, hogy elemi alapjuk nem VLSI lesz, hanem az ezek alapján mesterséges intelligencia elemekkel létrehozott eszközök. A memória és a sebesség növelése érdekében az optoelektronika és a bioprocesszorok fejlesztéseit fogják felhasználni.

Az ötödik generációs számítógépek számára teljesen más feladatok hárulnak, mint az összes korábbi számítógép fejlesztése során. Ha az 1-4 generációs számítógépek fejlesztői olyan feladatokkal szembesültek, mint a termelékenység növelése a numerikus számítások területén, nagy memóriakapacitás elérése, akkor az 5. generációs számítógépek fejlesztőinek fő feladata a mesterséges intelligencia létrehozása. a gép (a bemutatott tényekből logikus következtetések levonásának képessége), a számítógépek "intellektualizálásának" fejlesztése - az ember és a számítógép közötti gát felszámolása.

Sajnos a japán ötödik generációs számítógépes projekt megismételte a mesterséges intelligencia területén végzett korai kutatások tragikus sorsát. Több mint 50 milliárd jen befektetés ment kárba, a projekt leállt, és a kifejlesztett készülékek teljesítménye semmivel sem volt magasabb az akkori sorozatgyártású rendszereknél. A projekt során végzett kutatások és a tudásreprezentációs és párhuzamos következtetési módszerek terén szerzett tapasztalatok azonban nagymértékben segítették az előrelépést a mesterséges intelligencia rendszerek területén általában.

A számítógépek már ma is képesek kézzel írt vagy nyomtatott szövegből, űrlapokból, emberi hangból információt észlelni, hang alapján felismerni a felhasználót, és lefordítani egyik nyelvről a másikra. Ez lehetővé teszi, hogy minden felhasználó kommunikáljon a számítógépekkel, még azok is, akik nem rendelkeznek speciális ismeretekkel ezen a területen.

A mesterséges intelligencia által elért számos előrelépést az iparban és az üzleti világban használják fel. A szakértői rendszereket és a neurális hálózatokat hatékonyan használják osztályozási feladatokra (SPAM-szűrés, szövegkategorizálás stb.). A genetikai algoritmusok lelkiismeretesen szolgálják az embert (pl. befektetési tevékenységeknél portfóliók optimalizálására használják), a robotikát (iparágat, többügynökes rendszereket is. A mesterséges intelligencia más területei, például az elosztott tudásreprezentáció és a problémamegoldás az interneten, nem. alszik: nekik köszönhetően a következő években forradalom várható az emberi tevékenység számos területén.

A jelenlegi szakaszban a számítógépes eszközök távoli előzményei

A gyorsabb, olcsóbb és sokoldalúbb processzorok iránti igény arra kényszeríti a gyártókat, hogy folyamatosan növeljék a bennük lévő tranzisztorok számát. Ez a folyamat azonban nem végtelen. Ennek a számnak a Gordon Moore által 1973-ban megjósolt exponenciális növekedését egyre nehezebb fenntartani. A szakértők szerint ez a törvény megszűnik, amint a chipben az információáramlást szabályozó tranzisztorok kapui arányossá válnak az elektron hullámhosszával (a szilíciumban, amelyre jelenleg a termelés épül, ez körülbelül 10 nanométer). És ez valahol 2010 és 2020 között fog megtörténni. Ahogy a számítógépes architektúrák egyre kifinomultabbá válnak, ahogy közelednek a fizikai határhoz, a chipek tervezésének, gyártásának és tesztelésének költségei nőnek. Így az evolúciós fejlődés szakaszát előbb-utóbb felváltják a forradalmi változások.

A termelékenység növeléséért folytatott verseny eredményeként számos probléma merül fel. Közülük a legégetőbb az ultrasűrű csomagolású túlmelegedés, amelyet a lényegesen kisebb hőátadó terület okoz. A modern mikroprocesszorok energiakoncentrációja rendkívül magas. A termelt hő elvezetésére szolgáló jelenlegi stratégiák, mint például a tápfeszültség csökkentése vagy a mikroáramkörökben csak a szükséges alkatrészek szelektív aktiválása hatástalanok, hacsak nem alkalmaznak aktív hűtést.

A tranzisztorok méretének csökkenésével a szigetelőrétegek vékonyabbá váltak, ami azt jelenti, hogy a megbízhatóságuk is csökkent, mivel a vékony szigetelőkön az elektronok át tudnak hatolni (alagút effektus). Ez a probléma a vezérlőfeszültség csökkentésével megoldható, de csak bizonyos határokig.

Ma a processzorteljesítmény növelésének fő feltétele a párhuzamossági módszerek. Mint ismeretes, a mikroprocesszor olyan utasítások (parancsok) sorozatát dolgozza fel, amelyek egy adott programot alkotnak. Ha az utasítások párhuzamos (vagyis egyidejű) végrehajtását szervezi meg, az általános teljesítmény jelentősen megnő. A párhuzamosság problémáját csővezetékes számítási módszerekkel, szuperskaláris architektúrával és elágazás-előrejelzéssel oldják meg. Többmagos architektúra. Ez az architektúra magában foglalja több egyszerű mikroprocesszor mag integrálását egyetlen chipen. Minden mag végrehajtja a saját utasításfolyamát. Mindegyik mikroprocesszor mag lényegesen egyszerűbb, mint egy többszálú processzormag, ami megkönnyíti a chiptervezést és a tesztelést. De közben a memóriaelérési probléma egyre súlyosbodik, és a fordítókat le kell cserélni.

Többszálú processzor. Ezek a processzorok felépítésében hasonlóak a nyomkövetőkhöz: a teljes chip szuperskaláris mikroprocesszorra emlékeztető feldolgozóelemekre van felosztva. A nyomkövetési processzorral ellentétben itt minden elem egy órajelen belül dolgozza fel a különböző szálakból származó utasításokat, ezáltal szálszintű párhuzamosságot ér el. Természetesen minden szálnak saját programszámlálója és regiszterkészlete van.

"Csempe" építészet. A támogatók úgy vélik, hogy a szoftvereket közvetlenül a hardverbe kell fordítani, mivel ez maximális párhuzamosságot biztosít. Ez a megközelítés meglehetősen bonyolult fordítókat igényel, amelyek még nem készültek el. A processzor ebben az esetben sok „csempéből” áll, amelyek mindegyike saját RAM-mal rendelkezik, és egyfajta rácsban csatlakozik más „csempékhez”, amelyek csomópontjai be- és kikapcsolhatók. Az utasítások végrehajtásának sorrendjét a szoftver határozza meg.

Többszintes építészet. Itt nem logikai, hanem fizikai szerkezetről beszélünk. Az ötlet az, hogy a chipek függőleges "halmazokat" tartalmaznának mikroáramkörökből, amelyek a TFT-kijelzőgyártásból kölcsönzött vékonyréteg-tranzisztoros technológiával készültek. Ebben az esetben a viszonylag hosszú vízszintes összeköttetések rövid függőlegesekké alakulnak, ami csökkenti a jel késleltetését és növeli a processzor teljesítményét. A „háromdimenziós” chipek ötlete már megvalósult nyolcemeletes memóriachipek működő mintái formájában. Elképzelhető, hogy mikroprocesszoroknál is elfogadható, és a közeljövőben az összes mikrochip nem csak vízszintesen, hanem függőlegesen is bővül.