Įvadas

1. Pirmoji kompiuterių karta 1950-1960 m

2. Antroji kompiuterių karta: 1960-1970 m

3. Trečios kartos kompiuteriai: 1970-1980 m

4. Ketvirtoji kompiuterių karta: 1980-1990 m

5. Penktos kartos kompiuteriai: nuo 1990 m. iki dabar

Išvada

Įvadas

Nuo 1950 metų kas 7-10 metų buvo kardinaliai atnaujinami projektavimo-technologiniai ir programiniai-algoritminiai kompiuterių konstravimo ir naudojimo principai. Šiuo atžvilgiu teisėta kalbėti apie kompiuterių kartas. Paprastai kiekvienai kartai gali būti skiriama 10 metų.

Kompiuteriai nuėjo ilgą evoliucijos kelią elementų bazės (nuo lempų iki mikroprocesorių), taip pat naujų galimybių atsiradimo prasme, plečiant jų naudojimo apimtį ir pobūdį.

Kompiuterių skirstymas į kartas – tai labai sąlyginis, laisvas skaičiavimo sistemų klasifikavimas pagal techninės ir programinės įrangos išsivystymo laipsnį bei ryšio su kompiuteriu būdus.

Pirmoji kompiuterių karta apima šeštojo dešimtmečio sandūroje sukurtas mašinas: grandinėse buvo naudojami vakuuminiai vamzdžiai. Komandų buvo nedaug, valdikliai paprasti, o RAM talpa ir našumo rodikliai žemi. Našumas yra apie 10-20 tūkstančių operacijų per sekundę. Įvedimui ir išvedimui buvo naudojami spausdinimo įrenginiai, magnetinės juostos, perforuotos kortelės ir perforuoto popieriaus juostos.

Antrajai kompiuterių kartai priskiriamos tos mašinos, kurios buvo sukurtos 1955–1965 m. Jie naudojo ir vakuuminius vamzdžius, ir tranzistorius. RAM buvo sukurta ant magnetinių branduolių. Tuo metu pasirodė magnetiniai būgnai ir pirmieji magnetiniai diskai. Atsirado vadinamosios aukšto lygio kalbos, kurių priemonės leidžia vaizdžiai, lengvai suprantama forma aprašyti visą skaičiavimų seką. Atsirado didelis rinkinys bibliotekos programų, skirtų įvairiems matematiniams uždaviniams spręsti. Antrosios kartos mašinos pasižymėjo programinės įrangos nesuderinamumu, dėl kurio buvo sunku organizuoti dideles informacines sistemas, todėl 60-ųjų viduryje buvo pereita prie kompiuterių, kurie būtų suderinami su programine įranga ir pastatyti ant mikroelektroninės technologinės bazės, kūrimo.

Trečios kartos kompiuteriai. Tai po 60-ųjų sukurtos mašinos, turinčios vieną architektūrą, t.y. suderinama programinė įranga. Atsirado multiprogramavimo galimybės, t.y. kelių programų vykdymas vienu metu. Trečiosios kartos kompiuteriai naudojo integrinius grandynus.

Ketvirtosios kartos kompiuteriai. Tai dabartinė kompiuterių karta, sukurta po 1970 m. 4-osios kartos mašinos buvo sukurtos taip, kad efektyviai naudotų šiuolaikines aukšto lygio kalbas ir supaprastintų programavimo procesą galutiniam vartotojui.

Kalbant apie aparatinę įrangą, jie pasižymi didelių integrinių grandynų naudojimu kaip elementariu pagrindu ir didelės spartos laisvosios prieigos saugojimo įrenginiais, kurių talpa yra keli MB.

4-osios kartos mašinos yra kelių procesorių, kelių mašinų kompleksai, veikiantys išoriniu maitinimu. atmintis ir bendrasis laukas išt. prietaisai. Našumas siekia dešimtis milijonų operacijų per sekundę, atmintis – kelis milijonus žodžių.

Jau prasidėjo perėjimas prie penktosios kartos kompiuterių. Jį sudaro kokybinis perėjimas nuo duomenų apdorojimo prie žinių apdorojimo ir pagrindinių kompiuterio parametrų padidinimas. Pagrindinis dėmesys bus skiriamas „žvalgybai“.

Iki šiol tikrasis sudėtingiausių neuroninių tinklų demonstruojamas „intelektas“ yra žemesnis už slieko lygį, tačiau, kad ir kokios ribotos šiandien būtų neuroninių tinklų galimybės, daugybė revoliucinių atradimų gali būti visai šalia.

1. Pirmoji kompiuterių karta 1950-1960 m

Loginės grandinės buvo sukurtos naudojant atskirus radijo komponentus ir elektroninius vakuuminius vamzdžius su kaitinimo siūlu. Laisvosios kreipties atminties įrenginiuose buvo naudojami magnetiniai būgnai, akustinės ultragarsinės gyvsidabrio ir elektromagnetinės vėlinimo linijos bei katodinių spindulių vamzdžiai (CRT). Kaip išoriniai saugojimo įrenginiai buvo naudojami magnetinių juostų diskai, perfokortos, perforuotos juostos ir kištukiniai jungikliai.

Šios kartos kompiuterių programavimas buvo atliktas dvejetainėje skaičių sistemoje mašinine kalba, tai yra, programos buvo griežtai orientuotos į konkretų mašinos modelį ir „mirdavo“ kartu su šiais modeliais.

XX amžiaus šeštojo dešimtmečio viduryje pasirodė į mašiną orientuotos kalbos, tokios kaip simbolinės kodavimo kalbos (SCL), kurios leido vietoj dvejetainių komandų ir adresų žymėjimo naudoti jų sutrumpintą žodinį (raidžių) žymėjimą ir dešimtainius skaičius. 1956 metais buvo sukurta pirmoji aukšto lygio programavimo kalba matematinėms problemoms spręsti – Fortrano kalba, o 1958 metais – universali programavimo kalba Algol.

Kompiuteriai, pradedant UNIVAC ir baigiant BESM-2 bei pirmaisiais Minsko ir Uralo kompiuterių modeliais, priklauso pirmajai kompiuterių kartai.

2. Antroji kompiuterių karta: 1960-1970 m

Loginės grandinės buvo pastatytos ant diskrečiųjų puslaidininkinių ir magnetinių elementų (diodų, bipolinių tranzistorių, toroidinių ferito mikrotransformatorių). Kaip projektavimo ir technologinis pagrindas buvo naudojamos spausdintinės grandinės (plokštės iš folijos getinakso). Plačiai paplitęs blokinis mašinų projektavimo principas, leidžiantis prie pagrindinių įrenginių prijungti daugybę skirtingų išorinių įrenginių, o tai suteikia didesnį lankstumą naudojant kompiuterius. Elektroninių grandinių laikrodžio dažnis padidėjo iki šimtų kilohercų.

Pradėti naudoti išoriniai standžiųjų magnetinių diskų įrenginiai1 ir diskeliai - tarpinis atminties lygis tarp magnetinių juostų ir RAM.

1964 metais pasirodė pirmasis kompiuterio monitorius – IBM 2250. Tai buvo vienspalvis ekranas su 12 x 12 colių ekranu ir 1024 x 1024 pikselių raiška. Jo kadrų dažnis buvo 40 Hz.

Kompiuterių pagrindu sukurtos valdymo sistemos reikalavo iš kompiuterių didesnio našumo, o svarbiausia – patikimumo. Klaidų aptikimo ir taisymo kodai bei įmontuotos valdymo grandinės plačiai naudojamos kompiuteriuose.

Antrosios kartos mašinos buvo pirmosios, įdiegusios paketinio apdorojimo ir nuotolinio informacijos apdorojimo būdus.

Pirmasis kompiuteris, kuriame vietoj vakuuminių vamzdžių iš dalies buvo naudojami puslaidininkiniai įrenginiai, buvo SEAC (Standards Eastern Automatic Computer) aparatas, sukurtas 1951 m.

60-ųjų pradžioje puslaidininkinės mašinos buvo pradėtos gaminti SSRS.

3. Trečios kartos kompiuteriai: 1970-1980 m

1958 m. Robertas Noyce'as išrado mažą silicio integrinį grandyną, kuriame mažame plote galėjo tilpti dešimtys tranzistorių. Vėliau šios grandinės tapo žinomos kaip mažos apimties integrinės grandinės (SSI). Ir jau šeštojo dešimtmečio pabaigoje kompiuteriuose imta naudoti integrinius grandynus.

3 kartos kompiuterių loginės grandinės jau buvo visiškai sukurtos ant mažų integrinių grandynų. Elektroninių grandinių laikrodžio dažniai padidėjo iki kelių megahercų. Sumažėjo maitinimo įtampa (voltų vienetai) ir mašinos suvartojama galia. Labai padidėjo kompiuterių patikimumas ir greitis.

Atsitiktinės prieigos atmintinėse buvo naudojamos mažesnės ferito šerdys, ferito plokštės ir magnetinės plėvelės su stačiakampe histerezės kilpa. Diskiniai įrenginiai plačiai naudojami kaip išoriniai saugojimo įrenginiai.

Atsirado dar du saugojimo įrenginių lygiai: trigerių registruose esantys itin laisvosios kreipties atminties įrenginiai, turintys milžinišką greitį, bet mažą talpą (dešimtys skaičių), ir didelės spartos talpyklos atmintis.

Kadangi integruotos grandinės plačiai naudojamos kompiuteriuose, technologinę pažangą skaičiavimo srityje galima stebėti naudojant gerai žinomą Moore'o dėsnį. Vienas iš Intel įkūrėjų Gordonas Moore'as 1965 metais atrado įstatymą, pagal kurį tranzistorių skaičius viename luste padvigubėja kas 1,5 metų.

Dėl didelio 3 kartos kompiuterių techninės ir loginės struktūros sudėtingumo jie dažnai buvo pradėti vadinti sistemomis.

Taigi pirmieji šios kartos kompiuteriai buvo IBM sistemų modeliai (daugelis IBM 360 modelių) ir PDP (PDP 1). Sovietų Sąjungoje, bendradarbiaujant su Savitarpio ekonominės pagalbos tarybos šalimis (Lenkija, Vengrija, Bulgarija, Rytų Vokietija ir kt.), pradėti kurti Vieningos sistemos (ES) ir mažųjų kompiuterių sistemos (SM) modeliai. būti gaminamas.

Trečiosios kartos kompiuteriuose didelis dėmesys skiriamas programavimo sudėtingumo mažinimui, programų vykdymo mašinose efektyvumui, operatoriaus ir mašinos ryšio gerinimui. Tai užtikrina galingos operacinės sistemos, pažangi programavimo automatika, efektyvios programų pertraukimo sistemos, laiko pasidalijimo darbo režimai, realaus laiko darbo režimai, kelių programų darbo režimai ir nauji interaktyvūs ryšio režimai. Taip pat pasirodė efektyvus vaizdo terminalas, skirtas ryšiui tarp operatoriaus ir mašinos - vaizdo monitorius arba ekranas.

Daug dėmesio skiriama kompiuterių veikimo patikimumui ir patikimumui didinti bei jų priežiūrai palengvinti. Patikimumą ir patikimumą užtikrina plačiai naudojami kodai su automatiniu klaidų aptikimu ir taisymu (Hamingo korekcijos kodai ir cikliniai kodai).

Modulinė kompiuterių organizacija ir jų operacinių sistemų modulinė konstrukcija sukūrė plačias galimybes keisti kompiuterinių sistemų konfigūraciją. Šiuo atžvilgiu atsirado nauja skaičiavimo sistemos „architektūros“ samprata, kuri apibrėžia šios sistemos loginį organizavimą vartotojo ir programuotojo požiūriu.

4. Ketvirtoji kompiuterių karta: 1980-1990 m

Revoliucinis įvykis kuriant trečiosios kartos mašinų kompiuterines technologijas buvo didelių ir labai didelių integrinių grandynų (Large Scale Integration - LSI ir Very Large Scale Integration - VLSI), mikroprocesoriaus (1969) ir asmeninio kompiuterio sukūrimas. Nuo 1980 m. beveik visi kompiuteriai buvo pradėti kurti mikroprocesorių pagrindu. Populiariausiu kompiuteriu tapo asmeninis kompiuteris.

Kompiuterių loginės integrinės grandinės buvo pradėtos kurti remiantis vienpoliais lauko efekto CMOS tranzistoriais su tiesioginėmis jungtimis, veikiančiais mažesnėmis elektros įtampų amplitudėmis (voltų vienetais), sunaudojančiais mažiau energijos nei dvipoliais ir taip leidžiančiais įgyvendinti daugiau pažangios nanotechnologijos (tais metais – mikronų mastelio vienetais).

Pirmąjį asmeninį kompiuterį 1976 m. balandį sukūrė du draugai – „Atari“ darbuotojas Steve'as Jobe'as (g. 1955 m.) ir „Hewlett-Packard“ dirbęs Stefanas Wozniakas (g. 1950 m.). Remdamiesi integruotu 8 bitų populiaraus elektroninio žaidimo kietai lituotos grandinės valdikliu, vakarais dirbdami automobilių garaže, jie pagamino paprastą Apple žaidimų kompiuterį, užprogramuotą BASIC, kuris sulaukė didžiulės sėkmės. 1977 m. pradžioje buvo įregistruota „Apple Co.“ ir pradėtas gaminti pirmasis pasaulyje asmeninis kompiuteris „Apple“.

5. Penktos kartos kompiuteriai: nuo 1990 m. iki dabar

Šiame kurse išsamiai aptariamos šiuolaikinės kartos kompiuterių architektūros ypatybės.

Trumpai tariant, pagrindinę penktosios kartos kompiuterio koncepciją galima suformuluoti taip:

1. Kompiuteriai su itin sudėtingais mikroprocesoriais, turinčiais lygiagrečią vektorinę struktūrą, vienu metu vykdančius dešimtis nuoseklių programos komandų.

2. Kompiuteriai su daugybe šimtų lygiagrečiai veikiančių procesorių, leidžiančių konstruoti duomenų ir žinių apdorojimo sistemas, efektyvias tinklo kompiuterių sistemas.

Šeštoji ir vėlesnės kompiuterių kartos

Elektroniniai ir optoelektroniniai kompiuteriai, turintys masinį lygiagretumą, neuroninę struktūrą, su paskirstytu daugelio (dešimties tūkstančių) mikroprocesorių tinklu, modeliuojančiu neuroninių biologinių sistemų architektūrą.

Išvada

Visi kompiuterių kūrimo etapai sutartinai skirstomi į kartas.

Pirmoji karta buvo sukurta vakuuminių elektros lempų pagrindu, mašina buvo valdoma iš nuotolinio valdymo pulto ir perfokortelių naudojant mašininius kodus. Šie kompiuteriai buvo patalpinti keliose didelėse metalinėse spintelėse, kurios užėmė ištisus kambarius.

Trečioji karta pasirodė XX amžiaus 60-aisiais. Kompiuterio elementai buvo pagaminti puslaidininkinių tranzistorių pagrindu. Šios mašinos apdorojo informaciją valdomos programomis asamblėjos kalba. Duomenys ir programos buvo įvedami iš perfokortelių ir perfojuostų.

Trečioji karta buvo atlikta su mikroschemomis, kuriose vienoje plokštėje yra šimtai ar tūkstančiai tranzistorių. Trečiosios kartos mašinos pavyzdys yra ES kompiuteris. Šių mašinų veikimas buvo valdomas iš raidinių ir skaitmeninių terminalų. Valdymui buvo naudojamos aukšto lygio kalbos ir asamblėja. Duomenys ir programos buvo įvedami tiek iš terminalo, tiek iš perfokortelių ir perfojuostų.

Ketvirtoji karta buvo sukurta didelių integrinių grandynų (LSI) pagrindu. Ryškiausi ketvirtosios kartos kompiuterių atstovai yra asmeniniai kompiuteriai (PC). Universalus vieno vartotojo mikrokompiuteris vadinamas asmeniniu. Bendravimas su vartotoju buvo vykdomas naudojant spalvotą grafinį ekraną, naudojant aukšto lygio kalbas.

Penktoji karta yra pagrįsta itin didelio masto integriniais grandynais (VLSI), kurie išsiskiria didžiuliu loginių elementų tankiu lustoje.

Spėjama, kad ateityje plačiai paplis informacijos įvedimas į kompiuterį iš balso, bendravimas su mašina natūralia kalba, kompiuterinis matymas, mašinų prisilietimas, išmaniųjų robotų ir robotizuotų įrenginių kūrimas.

Lentelė - Pagrindinės įvairių kartų kompiuterių charakteristikos

Per 50 metų atsirado kelios kompiuterių kartos, kurios pakeitė viena kitą. Spartią VT plėtrą visame pasaulyje lemia tik pažangi elementų bazė ir architektūriniai sprendimai.
Kadangi kompiuteris yra sistema, susidedanti iš techninės ir programinės įrangos, natūralu, kad karta suprantama kaip kompiuterių modeliai, pasižymintys tais pačiais technologiniais ir programiniais sprendimais (elementų bazė, loginė architektūra, programinė įranga). Tuo tarpu daugeliu atvejų VT klasifikuoti pagal kartas pasirodo labai sunku, nes riba tarp jų iš kartos į kartą vis labiau neryški.
Pirmoji karta.
Elemento pagrindas yra elektroniniai vamzdeliai ir relės; RAM buvo atliekama naudojant šlepetus, vėliau ferito branduolius. Patikimumas mažas, reikėjo aušinimo sistemos; Kompiuteriai turėjo didelius matmenis. Našumas - 5 - 30 tūkst. aritmetinių op/s; Programavimas – kompiuteriniuose koduose (mašinų kode), vėliau atsirado autokodai ir asembleriai. Programavimu užsiėmė siauras matematikų, fizikų ir elektronikos inžinierių ratas. Pirmosios kartos kompiuteriai daugiausia buvo naudojami moksliniams ir techniniams skaičiavimams.

Antroji karta.
Puslaidininkinių elementų bazė. Patikimumas ir našumas žymiai padidėja, matmenys ir energijos sąnaudos sumažėja. Įvesties/išvesties įrenginių ir išorinės atminties kūrimas. Nemažai progresyvių architektūrinių sprendimų ir tolesnė programavimo technologijų plėtra – laiko pasidalijimo režimas ir multiprogramavimo režimas (derinant centrinio procesoriaus darbą duomenų apdorojimui ir įvesties/išvesties kanalus, taip pat komandų ir duomenų gavimo iš atminties operacijų lygiagrečiavimą)
Jau antroje kartoje ėmė aiškiai matytis kompiuterių skirstymas į mažus, vidutinius ir didelius. Ženkliai išsiplėtė kompiuterių taikymo sritis problemoms spręsti – planavimui, ekonominiam, gamybos procesų valdymui ir kt.
Kuriamos automatizuotos valdymo sistemos (ACS) įmonėms, ištisoms pramonės šakoms ir technologiniams procesams (ACS). 50-ųjų pabaigoje atsirado daugybė į problemas orientuotų aukšto lygio programavimo kalbų (HLP): FORTRAN, ALGOL-60 ir kt. Programinės įrangos kūrimas buvo pasiektas kuriant įvairių standartinių programų bibliotekas. programavimo kalbos ir įvairiems tikslams, monitoriai ir dispečeriai, skirti valdyti kompiuterio veikimo režimus, planuoti jo išteklius, kurie padėjo pagrindą naujos kartos operacinių sistemų koncepcijoms.

Trečioji karta.
Elementų bazė ant integrinių grandynų (IC). Atsiranda daugybė kompiuterių modelių, kurie yra suderinami su programine įranga iš apačios į viršų ir turi vis daugiau galimybių nuo modelio iki modelio. Kompiuterių ir jų periferinės įrangos loginė architektūra tapo sudėtingesnė, o tai žymiai išplėtė funkcionalumą ir skaičiavimo galimybes. Operacinės sistemos (OS) tampa kompiuterio dalimi. Daugelį atminties, įvesties/išvesties įrenginių ir kitų išteklių valdymo užduočių pradėjo perimti OS arba tiesiogiai kompiuterio aparatinė įranga. Programinė įranga tampa galinga: atsiranda įvairios paskirties duomenų bazių valdymo sistemos (DBVS), projektavimo automatizavimo sistemos (CAD), tobulinamos automatizuotos valdymo sistemos, procesų valdymo sistemos. Daug dėmesio skiriama įvairios paskirties taikomųjų programų paketų (APP) kūrimui.
Kuriamos kalbos ir programavimo sistemos. Pavyzdžiai: - IBM/360 modelių serija, JAV, serijinė gamyba - nuo 1964 m. -ES kompiuteriai, SSRS ir CMEA šalys nuo 1972 m.
Ketvirta karta.
Elementų baze tampa didelio masto (LSI) ir itin didelio masto (VLSI) integriniai grandynai. Kompiuteriai jau buvo sukurti efektyviam programinės įrangos naudojimui (pavyzdžiui, UNIX tipo kompiuteriai, geriausiai panardinami į UNIX programinę aplinką; Prolog mašinos, orientuotos į dirbtinio intelekto užduotis); modernios atominės elektrinės. Telekomunikacijų informacijos apdorojimas sparčiai vystosi gerinant ryšio kanalų, naudojančių palydovinį ryšį, kokybę. Kuriami nacionaliniai ir tarpnacionaliniai informaciniai ir kompiuterių tinklai, leidžiantys kalbėti apie visos žmonių visuomenės kompiuterizavimo pradžią.
Tolimesnį kompiuterinių technologijų intelektualizavimą lemia labiau išplėtotų žmogaus ir kompiuterio sąsajų, žinių bazių, ekspertinių sistemų, lygiagretaus programavimo sistemų ir kt.
Elementų bazė leido pasiekti didelę sėkmę miniatiūrizuojant, padidinant kompiuterių patikimumą ir našumą. Atsirado mikro ir mini kompiuteriai, pranokę ankstesnės kartos vidutinio dydžio ir didelių kompiuterių galimybes gerokai mažesnėmis sąnaudomis. VLSI pagrindu sukurtų procesorių gamybos technologija paspartino kompiuterių gamybos tempus ir leido kompiuterius pristatyti plačioms visuomenės masėms. Atsiradus universaliam procesoriui viename luste (mikroprocesorius Intel-4004, 1971), prasidėjo asmeninio kompiuterio era.
Pirmuoju kompiuteriu galima laikyti Altair-8800, sukurtą Intel-8080 pagrindu, 1974 m. E.Robertsas. P. Allenas ir W. Gatesas sukūrė vertėją iš populiariosios Basic kalbos, gerokai padidinę pirmojo kompiuterio intelektą (vėliau įkūrė garsiąją kompaniją Microsoft Inc). 4-osios kartos veidą daugiausia nulemia superkompiuterių sukūrimas, pasižymintis dideliu našumu (vidutinis greitis 50–130 megaflopų. 1 megaflops = 1 mln. operacijų per sekundę su slankiuoju kableliu) ir netradicine architektūra (lygiagretinimo principas pagrįstas konvejerinis komandų apdorojimas) . Superkompiuteriai naudojami sprendžiant matematinės fizikos, kosmologijos ir astronomijos problemas, modeliuojant sudėtingas sistemas ir kt. Kadangi galingi kompiuteriai vaidina ir toliau vaidins svarbų perjungimo vaidmenį tinkluose, tinklo problemos dažnai aptariamos kartu su klausimais apie superkompiuterius , superkompiuteriai - Kompiuteriai gali būti vadinami Elbrus serijos įrenginiais, PS-2000 ir PS-3000 kompiuterių sistemomis, turinčiomis iki 64 procesorių, valdomų bendru komandų srautu, našumas siekė 200 megaflopų. Tuo pačiu metu, atsižvelgiant į šiuolaikinių superkompiuterių projektų, kuriems reikalingi intensyvūs fundamentiniai tyrimai kompiuterių mokslo, elektroninių technologijų, aukštų gamybos standartų ir didelių finansinių išlaidų, kūrimo ir įgyvendinimo sudėtingumą, atrodo labai mažai tikėtina, kad šalies viduje. superkompiuteriai bus sukurti artimiausioje ateityje, pagal pagrindines charakteristikas nenusileidžiantys geriausiems užsienio modeliams.
Pažymėtina, kad kompiuterių gamybai pereinant prie IP technologijos, lemiamas kartų akcentas vis labiau pereina nuo elementų bazės prie kitų rodiklių: loginės architektūros, programinės įrangos, vartotojo sąsajos, taikymo sričių ir kt.
Penkta karta.

Trečios kartos kompiuteriai

Sparčiai besivystančiai aviacijai, kosmoso technologijoms ir kitoms mokslo ir technikos sritims reikėjo miniatiūrinių, patikimų ir greitų skaičiavimo įrenginių. Todėl tolimesnė elektroninės skaičiavimo technologijos plėtra reikalavo naujų technologijų kūrimo, ir tokia technologija netruko atsirasti. Nauji našumo, patikimumo ir miniatiūrizavimo proveržiai buvo įmanomi dėl integrinių grandynų technologijos, kuri žymėjo perėjimą prie trečiosios kompiuterių kartos, sukurtos 1964–1974 m.

Integrinių grandynų naudojimas suteikė daug privalumų:

1. Padidėjo kompiuterio patikimumas. Integrinių grandynų patikimumas yra eilės tvarka didesnis nei panašių grandynų, naudojančių atskirus komponentus, patikimumą. Patikimumo padidėjimą pirmiausia lemia sumažėjusios tarpgrandinės jungtys, kurios yra viena iš silpniausių kompiuterio dizaino grandžių. Padidėjęs patikimumas, savo ruožtu, žymiai sumažino kompiuterio eksploatavimo išlaidas.

2. Didinant elektroninių grandinių pakavimo tankį, sutrumpėjo signalo perdavimo išilgai laidininkų laikas ir dėl to padidėjo kompiuterio greitis.

3. Integrinių grandynų gamyba puikiai tinka automatizuoti, o tai masinėje gamyboje smarkiai sumažina gamybos sąnaudas ir prisideda prie kompiuterių taikomųjų programų populiarinimo ir išplėtimo.

4. Didelis elektroninių grandinių pakavimo tankis sumažino kompiuterių matmenis, svorį ir energijos suvartojimą keliomis eilėmis, o tai leido jas naudoti anksčiau neprieinamose mokslo ir technikos srityse, tokiose kaip aviacija ir kosmoso technologijos.

Nepaisant akivaizdžių integrinių grandynų technologijos naudojimo pranašumų, praktiškai jos plačiai naudojamos kompiuteriuose po 12 metų, 1952 m. sukūrus integrinio grandyno koncepciją, kurią 1952 m. paskelbė Geoffrey Dummeris iš Didžiosios Britanijos gynybos ministerijos. Tačiau Dammeris tik išreiškė mintį sukurti elektroninius elementus vieno bloko pavidalu, naudojant puslaidininkių sluoksnius iš tos pačios medžiagos, ir nenurodė, kaip praktiškai sudėti kelis elementus viename monolite. 1956 metais Dammeris bandė savo idėjas paversti realybe, tačiau jo sukurti įrenginiai pasirodė neveiksmingi.

Išsakytas idėjas praktiškai pavyko įgyvendinti Jackui Kilby iš Texas Instruments ir Robertui Noyce'ui iš nedidelės įmonės Fairchild Semiconductor.

1958 m. gegužę Jackas Kilby įsidarbino „Texas Instruments“, kur pradėjo kurti tranzistorius, kondensatorius ir rezistorius (anksčiau dirbo „Centrab“ ir dalyvavo tranzistorinių klausos aparatų gamyboje). Vieną dieną komandai, kurioje dirbo Džekas Kilbis, buvo pavesta ištirti alternatyvių mikromodulių kūrimo galimybes. Buvo pasiūlyti įvairūs variantai ir Kilby, apmąstęs problemą, priėjo prie išvados, kad įmonei būtų pelningiausia gaminti tik puslaidininkinius elementus, o rezistoriai ir kondensatoriai galėtų būti pagaminti iš tos pačios medžiagos kaip ir aktyvieji elementai, ir įdėti juos viename monolitiniame tos pačios medžiagos bloke. Svarstydamas šią idėją Džekas sugalvojo multivibratoriaus grandinės topologiją. Taigi 1958 metų liepos 24 d Gimė idėja praktiškai įgyvendinti integrinį grandyną.

Apibūdinęs savo idėjas savo viršininkams, Džekui buvo pavesta sukurti prototipą, kuris įrodytų jo skaičiavimų pagrįstumą. Tada iš atskirų germanio elementų buvo sukurta paleidimo grandinė. 1958 m. rugpjūčio 28 d. Jackas Kilby pademonstravo maketą Willisui Adcockui.

Gavęs vadovų patvirtinimą, Kilbis pradėjo kurti tikrą monolitinį integrinį grandyną – fazės poslinkio generatorių.

Lygiagrečiai su Jacku Kilby, Robertas Noyce'as kūrė integrinį grandyną. Robertui labai nepatiko atskirų elementų gamybos technologija. Jis teigė, kad daug darbo reikalaujantis procesas, kai silicio plokštelė supjaustoma į atskirus elementus, o vėliau sujungiama į vieną grandinę, atrodė gana beprasmiška. Noyce'as pasiūlė atskirus kristalo tranzistorius atskirti vieną nuo kito su atvirkštinio poslinkio pn sandūromis ir padengti paviršių izoliuojančiu oksidu. Atskirų elementų kontaktas buvo vykdomas per zonas, išgraviruotas izoliaciniame okside pagal specialų modelį mikroschemos paviršiuje. Šios sekcijos buvo sujungtos viena su kita plonomis aliuminio linijomis.

Kilby sukūrė savo lustą ir kreipėsi dėl patento šiek tiek anksčiau nei Noyce, tačiau Noyce technologija buvo apgalvotesnė ir patogesnė, o paraiškos dokumentai buvo ruošiami atidžiau. Dėl to Noyce išradimo patentą gavo anksčiau – 1961 metų balandį, o Kilbis – tik 1964 metų birželį.

Po to sekę daugybė bandymų ir karas už teisę būti laikomas technologijos išradėju baigėsi taikiai. Galiausiai Apeliacinis teismas patvirtino Noyce'o pretenziją į technologinį viršenybę, tačiau nusprendė, kad Kilby buvo priskiriamas prie pirmosios veikiančios mikroschemos sukūrimo.

Serijinė integrinių grandynų gamyba pradėta 1961 m., tuo pat metu JAV oro pajėgų užsakymu „Texas Instruments“ sukūrė pirmąjį eksperimentinį kompiuterį, pagrįstą integriniais grandynais. Kūrimas truko 9 mėnesius ir buvo baigtas 1961 m. Kompiuteris turėjo tik 15 komandų, buvo unicast, laikrodžio dažnis 100 KHz, atminties talpa tik 30 skaičių, skaičiams pavaizduoti panaudota 11 dvejetainių skaitmenų, energijos sąnaudos tik 16 W, svoris 585 g, užimtas tūris buvo 100 kubinių centimetrų.

Pirmieji integriniai grandynai buvo mažo tankio, tačiau laikui bėgant jų gamybos technologija buvo tobulinama ir tankis padidėjo. Trečiosios kartos kompiuteriai naudojo mažo ir vidutinio tankio integrinius grandynus, kurie leido sujungti šimtus elementų į vieną lustą. Tokios mikroschemos galėtų būti naudojamos kaip atskiros veikimo grandinės – registrai, dekoderiai, skaitikliai ir kt.

Integrinių grandynų atsiradimas leido patobulinti antrosios kartos kompiuterių blokinę schemą. Taigi glaudžiai sujungti valdymo įrenginiai (CU) ir aritmetinis-loginis blokas (ALU) buvo sujungti į vieną bloką, kuris tapo žinomas kaip procesorius. Be to, procesorius galėjo turėti kelis aritmetinius-loginius įrenginius, kurių kiekvienas atliko savo funkciją, pavyzdžiui, vienas ALU buvo orientuotas į darbą su sveikaisiais skaičiais, kitas – į slankiojo kablelio skaičius, trečias – į adresus. Taip pat gali būti keli valdymo įrenginiai, vienas centrinis ir keli periferiniai, naudojami atskiriems kompiuterių blokams valdyti.

Dažnai kompiuteriai buvo sudaryti iš kelių procesorių, kurie leido visiškai išnaudoti naujas galimybes lygiagrečiai sprendžiant problemas.

Trečiosios kartos kompiuteriuose atminties hierarchija jau aiškiai išsiskiria. RAM yra padalinta į nepriklausomus blokus su savo valdymo sistemomis, veikiančiomis lygiagrečiai. RAM struktūra yra padalinta į puslapius ir segmentus. Vystosi ir vidinė procesoriaus atmintis – kuriamos prielaidos įvesti atminties talpyklą.

Išoriniai saugojimo įrenginiai (ESD) jungiami per specialų selektorių kanalų valdiklį (SCC). Jų pajėgumas ir greitis žymiai padidėja. Taigi 1973 m. birželį IBM 3340 kietasis diskas buvo išleistas kaip išorinis saugojimo įrenginys.

Pavara buvo sandari – tai apsaugojo darbinius diskų paviršius nuo dulkių ir nešvarumų, todėl galvutes buvo galima pastatyti labai arti magnetinio disko paviršiaus. Pirmą kartą buvo pritaikytas aerodinaminės magnetinės galvutės principas, kuris, veikiamas aerodinaminės jėgos, tiesiogine prasme sklandė virš kietojo disko besisukančio paviršiaus.

Visa tai leido žymiai padidinti įrašymo tankį (iki 1,7 Mbit kvadratiniame colyje) ir padidinti talpą iki 30 MB (nekeičiamoje laikmenoje). Diskas taip pat turėjo keičiamą laikmeną, kurios talpa 30 MB.

Kartu su loginių įrenginių ir atminties tobulėjimu įsibėgėjo įvesties/išvesties įrenginių modernizavimas. Naujų kompiuterių greitis reikalavo greitesnės ir patikimesnės duomenų įvesties/išvesties sistemos nei perfokortelių skaitytuvai ir teletipai. Juos pakeitė klaviatūros, grafinės įvesties plokštės, šviesos rašiklio ekranai, plazminės plokštės, rastrinės grafikos sistemos ir kiti įrenginiai.

Platus išorinių įrenginių asortimentas, gana didelis jų greitis ir poreikis atskirti įvesties/išvesties operacijas nuo skaičiavimo proceso, todėl buvo sukurtas specializuotas multiplekso kanalo valdiklis (MCC), kuris leido procesoriams dirbti lygiagrečiai su duomenų I/O. O.

Apibendrinta trečios kartos kompiuterio blokinė schema, iliustruojanti tai, kas išdėstyta aukščiau, parodyta toliau pateiktoje diagramoje.

Diagramoje:

UVV – įvesties-išvesties įrenginys;
RAM – vienas ar daugiau laisvosios kreipties atminties įrenginių;
ALU – vienas ar keli aritmetiniai-loginiai vienetai;
CU - vienas ar keli valdymo įrenginiai;
MK - multiplekso kanalo valdiklis (kanalas lėtiems įrenginiams prijungti);
SK - selektorių kanalų valdiklis (kanalas greitųjų įrenginių prijungimui);
ESD yra išorinis saugojimo įrenginys.

Integruotų technologijų naudojimas gerokai sumažino kompiuterių savikainą, o tai iš karto paskatino paklausos padidėjimą. Daugelis organizacijų įsigijo kompiuterius ir sėkmingai juos eksploatavo. Svarbus veiksnys yra noras standartizuoti ir išleisti visas kompiuterių serijas, kurios yra suderinamos su programine įranga iš apačios į viršų.

Yra didžiulis taikomosios programinės įrangos produktų poreikis, o kadangi programinės įrangos rinka dar neišsivysčiusi, o beveik neįmanoma rasti paruoštos, patikimos ir pigios programinės įrangos, programavimo populiarumas ir paklausa išaugo milžiniškai. kompetentingi programinės įrangos kūrėjai. Kiekviena įmonė stengiasi suburti savo programuotojų personalą, atsiranda specializuotų komandų, kurios kuria programinę įrangą ir siekia užimti dar neišnaudotą nišą sparčiai augančių kompiuterinių technologijų arenoje.

Programinės įrangos rinka sparčiai vystosi, kuriami programinės įrangos paketai standartinėms problemoms spręsti, į problemas orientuotos programavimo kalbos ir ištisos programinės įrangos sistemos kompiuterių darbui valdyti, kurios vėliau bus vadinamos operacinėmis sistemomis.

Pirmosios operacinės sistemos pradėjo atsirasti dar antrosios kartos kompiuterių laikais. Taigi 1957 metais Bell Labs sukūrė operacinę sistemą BESYS (Bell Operating System). O 1962 m. „General Electric“ sukūrė GCOS (General Comprehensive Operating System) operacinę sistemą, skirtą dirbti pagrindiniuose kompiuteriuose. Tačiau visa tai buvo tik būtinos sąlygos kuriant tikrai populiarias ir paklausias operacines sistemas. Iki septintojo dešimtmečio pabaigos jau buvo sukurta nemažai operacinių sistemų, įgyvendinančių daugelį kompiuteriui valdyti būtinų funkcijų. Iš viso buvo naudojama daugiau nei šimtas skirtingų operacinių sistemų.

Tarp labiausiai išsivysčiusių operacinių sistemų buvo:

OS/360 1964 m. sukūrė IBM, kad valdytų pagrindinius kompiuterius;

MULTIKAS- viena pirmųjų operacinių sistemų su laiko pasidalijimo programomis;

UNIX, sukurta 1969 m., o vėliau išaugusi į visą operacinių sistemų šeimą, kurių daugelis šiandien yra vienos populiariausių.

Operacinių sistemų naudojimas supaprastino darbą su kompiuteriais ir prisidėjo prie elektroninės skaičiavimo technologijos populiarinimo.

Atsižvelgiant į tai, kad JAV, Europoje, Japonijoje ir kitose šalyse labai išaugo susidomėjimas elektronine kompiuterija, SSRS pažanga šioje mokslo srityje sumažėjo. Taigi 1969 m. Sovietų Sąjunga sudarė susitarimą dėl bendradarbiavimo kuriant vieningą kompiuterių sistemą, kurios modelis buvo vienas geriausių tuo metu kompiuterių - IBM360. SSRS dėmesys užsienio pasiekimams vėliau lėmė didelį atsilikimą kompiuterių technologijų srityje.

Tarp trečiosios kartos kompiuterių svarbiausi pokyčiai buvo:

IBM sistema – 360– visa šeima kompiuterių, kurių gamyba pradėta 1964 m. Visi šeimos modeliai turėjo vieną komandų sistemą ir skyrėsi vienas nuo kito RAM kiekiu ir našumu bei buvo universalūs, galintys išspręsti tiek sudėtingas logines problemas, tiek būti naudingi atliekant ekonominius skaičiavimus. Kompiuterio universalumas atsispindi jo pavadinime. 360 reiškia 360 laipsnių, t.y. jos gebėjimas dirbti bet kuria kryptimi. „System-360“ sukūrimo kaina siekė apie 5 milijardus JAV dolerių, o tai dvigubai daugiau nei JAV išleido per Antrąjį pasaulinį karą Manheteno projektui, kurio tikslas buvo sukurti atominę bombą. IBM 360 kūrimo projektas buvo antras pagal kainą po Apollo programos. IBM 360 architektūra pasirodė itin sėkminga ir iš esmės nulėmė skaičiavimo technologijų plėtros kryptį;

PDP8- mini kompiuteris, kurį 1965 m. kovo 22 d. sukūrė Digital Equipment Corporation (DEC). Sąvoka „mini“ yra santykinė. Šis kompiuteris buvo maždaug šaldytuvo dydžio, tačiau, palyginti su kitais elektroninių kompiuterių atstovais, jo dydis buvo tikrai miniatiūrinis. Šis projektas buvo komerciškai labai pelningas. Iš viso buvo parduota apie 50 000 šio automobilio kopijų. PDP-8 sistema turėjo daug panašių sprendimų – klonų visame pasaulyje. Taigi SSRS buvo sukurti keli šio kompiuterio analogai: Elektronika-100, Saratov-2 ir kt.;

Nairis 3- vienas pirmųjų trečios kartos kompiuterių, savarankiškai sukurtų SSRS. Ši plėtra buvo išleista 1970 m. Jerevano matematinių mašinų tyrimų institute. Jame buvo naudojama supaprastinta mašinų kalba, kad būtų lengviau programuoti. Taip pat buvo galima įvesti kai kuriuos uždavinius matematine kalba;

ES KOMPIUTERIS- vieninga elektroninių kompiuterių sistema, pagrįsta sėkminga ir gerai patikrinta IBM System-360 architektūra. Pirmieji šios serijos automobiliai buvo sukurti SSRS 1971 m. Pirmųjų pavyzdžių našumas svyravo nuo 2 750 operacijų per sekundę (EC-1010) iki 350 000 operacijų per sekundę (EC-1040). Vėliau produktyvumas buvo padidintas iki kelių dešimčių milijonų operacijų per sekundę, tačiau praktiškai visi šie pokyčiai buvo sustabdyti praėjusio amžiaus dešimtajame dešimtmetyje po SSRS žlugimo;

ILLIAC 4– vienas produktyviausių trečios kartos kompiuterių. ILLIAC 4 buvo sukurtas 1972 m. Ilinojaus universitete ir turėjo 64 procesorių konvejerinę architektūrą. Kompiuteris buvo skirtas dalinių diferencialinių lygčių sistemai išspręsti ir turėjo apie 200 milijonų operacijų per sekundę greitį.

Šį sąrašą galima tęsti, tačiau akivaizdu, kad kompiuteriai jau tvirtai ir ilgam įžengė į mūsų gyvenimą, o tolesnio jų tobulėjimo ir tobulėjimo negalima sustabdyti. Tobulėjant integrinių grandynų gamybos technologijai, elementų tankis palaipsniui didėjo. Pradėjo atsirasti itin didelių integrinių grandynų, o trečios kartos kompiuterius, pastatytus ant mažo ir vidutinio tankio integrinių grandynų, pamažu pradėjo keisti ketvirtos kartos kompiuteriai su didelėmis ir itin didelėmis integrinėmis grandinėmis.

Bibliografija

1. Kompiuterinių technologijų raidos istorija. Lanina E.P. ISTU, Irkutskas – 2001 m

2. Kompiuterinių technologijų plėtra. Apokin I.A. M., „Mokslas“, 1974 m

3. Techninė išvaizda.

4. Metodininkas.

6. Nuo abacus iki kompiuterio. R. S. Guteris. Leidykla „Žinios“, Maskva 1981 m.

1949 m. Anglijoje sukūrus EDSAC modelį, buvo duotas galingas impulsas bendrosios paskirties kompiuterių kūrimui, o tai paskatino kompiuterių modelių, sudarančių pirmąją kartą, atsiradimą daugelyje šalių. Per daugiau nei 40 kompiuterinių technologijų (KT) plėtros metų atsirado kelios kompiuterių kartos, kurios pakeitė viena kitą.

Pirmosios kartos kompiuteriai kaip elementinę bazę naudojo vakuuminius vamzdžius ir reles; RAM buvo atliekama ant šlepečių, vėliau ferito branduolių; našumas, kaip taisyklė, buvo 5-30 tūkst. aritmetinių op/s; jiems buvo būdingas mažas patikimumas, reikalingos aušinimo sistemos ir dideli matmenys. Programavimo procesas pareikalavo didelių įgūdžių, gerai išmanyti kompiuterio architektūrą ir jos programines galimybes. Šio etapo pradžioje buvo naudojamas programavimas kompiuteriniais kodais (mašininis kodas), vėliau atsirado autokodai, surinkėjai. Paprastai moksliniams ir techniniams skaičiavimams buvo naudojami pirmosios kartos kompiuteriai, o pats programavimo procesas buvo labiau panašus į meną, kuriuo užsiėmė labai siauras matematikų, elektros inžinierių ir fizikų ratas.

EDSAC kompiuteris, 1949 m

2 kartos kompiuteris

Pirmojo tranzistoriaus sukūrimas JAV 1948 m. liepos 1 d. nenumatė naujo VT raidos etapo ir pirmiausia buvo susijęs su radijo inžinerija. Iš pradžių tai buvo daugiau kaip naujo elektroninio įrenginio prototipas, reikalaujantis rimtų tyrimų ir tobulinimo. O jau 1951 metais William Shockley pademonstravo pirmąjį patikimą tranzistorių. Tačiau jų savikaina buvo gana didelė (iki 8 USD už vienetą), ir tik išsivysčius silicio technologijoms jų kaina smarkiai nukrito, o tai padėjo paspartinti elektronikos miniatiūrizavimo procesą, kuris paveikė ir VT.

Visuotinai priimta, kad antroji karta prasideda nuo kompiuterio RCA-501, kuris pasirodė 1959 metais JAV ir buvo sukurtas puslaidininkinių elementų pagrindu. Tuo tarpu dar 1955 metais tarpžemyninei balistinei raketai ATLAS buvo sukurtas borto tranzistorinis kompiuteris. Nauja elementų technologija leido smarkiai padidinti VT patikimumą, sumažinti jo matmenis ir energijos sąnaudas bei žymiai padidinti našumą. Tai leido sukurti kompiuterius su didesnėmis loginėmis galimybėmis ir produktyvumu, o tai prisidėjo prie kompiuterių taikomųjų programų, skirtų ekonominio planavimo, gamybos procesų valdymo ir kt. problemoms spręsti, išplėtimo. Antrosios kartos rėmuose – kompiuterių diferenciacija. į mažus, vidutinius ir didelius tampa vis aiškiau. 50-ųjų pabaiga pasižymi programavimo automatizavimo etapo pradžia, dėl kurios atsirado programavimo kalbos Fortran (1957), Algol-60 ir kt.

3 kartos kompiuteris

Trečioji karta siejama su kompiuterių, turinčių elementarią bazę ant integrinių grandynų (IC), atsiradimu. 1959 m. sausio mėn. Jackas Kilby sukūrė pirmąją IC, kuri buvo plona 1 cm ilgio germanio plokštelė. Siekdamas parodyti integruotos technologijos galimybes, „Texas Instruments“ JAV oro pajėgoms sukūrė borto kompiuterį, kuriame yra 587 IC ir tūris (40). cm3) 150 kartų mažesnis nei panašus seno tipo kompiuteris. Tačiau Kilby IC turėjo nemažai reikšmingų trūkumų, kurie buvo pašalinti tais pačiais metais pasirodžius Roberto Noyce'o plokščioms IC. Nuo tos akimirkos IC technologija pradėjo savo triumfo žygį, užfiksuodama vis naujas šiuolaikinės elektronikos ir pirmiausia kompiuterinių technologijų dalis.

Programinė įranga, užtikrinanti kompiuterio funkcionavimą įvairiais darbo režimais, tampa žymiai galingesnė. Atsiranda sukurtos duomenų bazių valdymo sistemos (DBVS), projektavimo automatizavimo sistemos (CAD); Daug dėmesio skiriama įvairios paskirties taikomųjų programų paketų (APP) kūrimui. Toliau atsiranda naujų kalbų ir programavimo sistemų, kuriamos esamos.

4 kartos kompiuteris

4-osios kartos VT dizainas ir technologinis pagrindas yra didelio masto (LSI) ir itin didelio masto (VLSI) integriniai grandynai, sukurti atitinkamai 70-80 m. Tokiuose IC viename kristale (luste) jau yra dešimtys, šimtai tūkstančių ir milijonai tranzistorių. Tuo pačiu metu LSI technologija buvo iš dalies naudojama ankstesnės kartos projektuose (IBM/360, ES Computer Series-2 ir kt.). Svarbiausias konceptualus kriterijus, pagal kurį 4 kartos kompiuteriai gali būti atskirti nuo 3 kartos kompiuterių, yra tas, kad pirmieji buvo sukurti, tikintis efektyviai naudoti šiuolaikinius kompiuterius ir supaprastinti probleminio programuotojo programavimo procesą. Kalbant apie aparatinę įrangą, jiems būdingas platus IC technologijos naudojimas ir didelės spartos saugojimo įrenginiai. Žymiausia ketvirtos kartos kompiuterių serija galima laikyti IBM/370, kuris, skirtingai nei ne mažiau gerai žinomas 3 kartos IBM/360 serijas, turi labiau išvystytą komandų sistemą ir platesnį mikroprogramavimo panaudojimą. Senesniuose 370 serijos modeliuose buvo įdiegtas virtualios atminties įrenginys, leidžiantis vartotojui sukurti neribotų RAM išteklių vaizdą.

Asmeninio kompiuterio (PC) fenomenas datuojamas 1965 m., kai buvo sukurtas pirmasis mini kompiuteris PDP-8, kuris atsirado universalizavus specializuotą mikroprocesorių, skirtą branduoliniam reaktoriui valdyti. Aparatas greitai išpopuliarėjo ir tapo pirmuoju masinės gamybos šios klasės kompiuteriu; 70-ųjų pradžioje automobilių skaičius viršijo 100 tūkstančių vienetų. Kitas svarbus žingsnis buvo perėjimas nuo mini kompiuterių prie mikrokompiuterių; šis naujas VT struktūrinis lygis pradėjo formuotis aštuntojo dešimtmečio sandūroje, kai LSI atsiradimas leido sukurti universalų procesorių viename luste. Pirmasis mikroprocesorius Intel-4004 buvo sukurtas 1971 m., jame buvo 2250 elementų, o pirmasis universalus mikroprocesorius Intel-8080, kuris buvo mikrokompiuterių technologijos standartas ir sukurtas 1974 m., jau turėjo 4500 elementų ir buvo pagrindas sukurti pirmieji kompiuteriai. 1979 metais buvo išleistas vienas galingiausių ir universaliausių 16 bitų mikroprocesorių Motorolla-68000 su 70 000 elementų, o 1981 metais – pirmasis Hewlett Packard 32 bitų mikroprocesorius su 450 tūkstančių elementų.

PC Altair-8800

Pirmuoju kompiuteriu galima laikyti Altair-8800, sukurtą remiantis Intel-8080 mikroprocesoriumi 1974 metais Edwardo Robertso. Kompiuteris buvo išsiųstas paštu, kainavo tik 397 USD ir buvo plečiamas periferiniais įrenginiais (tik 256 baitai RAM!!!). „Altair-8800“ Paulas Allenas ir Billas Gatesas sukūrė vertėją iš populiarios „Basic“ kalbos, žymiai padidindami pirmojo kompiuterio intelektą (vėliau jie įkūrė dabar garsiąją „Microsoft Inc.“). Įrengus asmeninį kompiuterį spalvotu monitoriumi, buvo sukurtas konkuruojantis kompiuterio modelis Z-2; praėjus metams po pirmojo Altair-8800 PC pasirodymo, daugiau nei 20 skirtingų kompanijų ir firmų prisijungė prie kompiuterių gamybos; Pradėjo formuotis kompiuterių pramonė (pati kompiuterių gamyba, jų pardavimas, periodiniai ir neperiodiniai leidiniai, parodos, konferencijos ir kt.). O jau 1977 metais į masinę gamybą buvo pradėti trys kompiuterių modeliai Apple-2 (Apple Computers), TRS-80 (Tandy Radio Shark) ir PET (Commodore), kuriais netrukus tapo iš pradžių konkurse atsilikusi Apple. kompiuterių gamybos lyderis (jo Apple-2 modelis sulaukė didžiulės sėkmės). Iki 1980 m. „Apple Corporation“ įžengė į Volstritą su didžiausiu akciniu kapitalu ir 117 mln. USD metinėmis pajamomis.

Tačiau jau 1981 metais IBM, siekdama neprarasti masinės rinkos, pradėjo gaminti dabar plačiai žinomus asmeninius kompiuterius IBM PC/XT/AT ir PS/2, kurie atvėrė naują asmeninių kompiuterių technologijų erą. Milžiniškam IBM įžengimas į asmeninių kompiuterių pramonės areną perkelia asmeninių kompiuterių gamybą pramoniniu pagrindu, o tai leidžia išspręsti daugybę vartotojui svarbių klausimų (standartizavimas, unifikavimas, sukurta programinė įranga ir kt.), įmonė didelį dėmesį skyrė jau gamindama IBM/360 serijas ir IBM/370. Galime pagrįstai manyti, kad per trumpą laikotarpį, praėjusį nuo Altair-8800 debiuto iki IBM asmeninio kompiuterio, prie VT prisijungė daugiau žmonių nei per visą ilgą laikotarpį - nuo Babage's Analytical Engine iki pirmųjų IP išradimo.

Pirmuoju kompiuteriu, kuris atidarė pačią superkompiuterių klasę, galima laikyti Amdahl 470V16 modelį, sukurtą 1975 metais ir suderinamą su IBM serija. Mašina naudojo efektyvų lygiagretinimo principą, pagrįstą konvejeriniu komandų apdorojimu, o elementų bazė naudojo LSI technologiją. Šiuo metu superkompiuterių klasė apima modelius, kurių vidutinis greitis ne mažesnis kaip 20 megaflops (1 megaflops = 1 mln. slankiojo kablelio operacijų per sekundę). Pirmasis tokio našumo modelis buvo iš esmės unikalus ILLIAC-IV kompiuteris, sukurtas 1975 metais JAV ir kurio maksimalus greitis siekė apie 50 megaflopų. Šis modelis turėjo didžiulę įtaką tolesniam superkompiuterių su matricos architektūra kūrimui. Ryškus puslapis superkompiuterių istorijoje siejamas su S. Cray serija „Cray“, kurios pirmasis modelis „Cray-1“ buvo sukurtas 1976 m., o didžiausias greitis siekė 130 megaflopų. Modelio architektūra buvo pagrįsta vektoriniu ir skaliariniu duomenų apdorojimo konvejeriniu principu su elementine baze VLSI. Būtent šis modelis padėjo pagrindą šiuolaikinių superkompiuterių klasei. Pažymėtina, kad nepaisant daugybės įdomių architektūrinių sprendimų, modelio sėkmė buvo pasiekta daugiausia dėl sėkmingų technologinių sprendimų. Vėlesni modeliai Cray-2, Cray X-MP, Cray-3, Cray-4 padidino serijos našumą iki maždaug 10 tūkstančių megaflopų, o Cray MP modelis, naudojant naują architektūrą su 64 procesoriais ir elementarią bazę ant naujų silicio lustų, turėjo didžiausią našumą apie 50 gigaflopų.

Ekskursiją į šiuolaikinės karo technikos istoriją užbaigiant viena ar kita atskirų jos etapų detale, reikėtų pateikti keletą reikšmingų pastabų. Visų pirma, vyksta vis sklandesnis perėjimas iš vienos kompiuterių kartos į kitą, kai naujosios kartos idėjos subręsta iki vienokio ar kitokio laipsnio ir netgi įgyvendinamos ankstesnėje kartoje. Tai ypač pastebima perėjus prie IC technologijos VT gamybai, kai lemiamas kartų akcentas vis labiau pereina nuo elementų bazės prie kitų rodiklių: loginės architektūros, programinės įrangos, vartotojo sąsajos, taikymo sričių ir kt. Įvairiausios VT pasirodo, kurios charakteristikos netelpa į tradicines klasifikavimo sistemas; susidaro įspūdis, kad esame savotiško kompiuterinių technologijų universalizacijos pradžioje, kai visos jos klasės siekia išlyginti savo skaičiavimo galimybes. Daugelis penktosios kartos elementų vienu ar kitu laipsniu būdingi šiandien.

Kompiuterių raida skirstoma į kelis laikotarpius. Kiekvieno laikotarpio kompiuterių kartos skiriasi viena nuo kitos savo elementaria baze ir programine įranga.

Pirmos kartos kompiuteriai

Pirmosios kartos (1945-1958) kompiuteriai buvo pastatyti ant elektroninių vamzdžių – diodų ir triodų. Dauguma pirmosios kartos mašinų buvo eksperimentiniai įrenginiai ir buvo sukurti tam tikriems teoriniams principams išbandyti. Vakuuminių vamzdžių technologijos panaudojimas, atminties sistemų panaudojimas gyvsidabrio vėlinimo linijose, magnetiniuose būgnuose, katodinių spindulių vamzdeliuose (Williams vamzdeliuose), jų veikimas tapo labai nepatikimas. Be to, tokie kompiuteriai buvo sunkūs ir užimdavo didelius plotus, kartais ištisus pastatus. Duomenims įvesti ir išvesti buvo naudojamos perforuotos juostos ir perfokortos, magnetinės juostos ir spausdinimo įrenginiai.

Buvo įgyvendinta saugomos programos koncepcija. 1-osios kartos kompiuterių programinę įrangą daugiausia sudarė standartinės paprogramės, jų greitis svyravo nuo 10 iki 20 tūkst. /sek.

Šios kartos mašinos: ENIAC (JAV), MESM (SSRS), 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, naudojo daug elektros ir susidėjo iš labai daug vakuuminių vamzdžių. Pavyzdžiui, „Strela“ mašiną sudarė 6400 vakuuminių vamzdžių ir 60 tūkstančių puslaidininkinių diodų vienetų. Jų našumas neviršijo 2-3 tūkstančių operacijų per sekundę, RAM neviršijo 2 KB. Tik M-2 mašina (1958 m.) turėjo 4 KB RAM ir 20 tūkstančių operacijų per sekundę greitį.

Antros kartos kompiuteriai

2 kartos kompiuteriai buvo sukurti 1959-1967 metais. Pagrindinis elementas buvo nebe vakuuminiai vamzdžiai, o puslaidininkiniai diodai ir tranzistoriai, o magnetinės šerdys ir magnetiniai būgnai, tolimi šiuolaikinių kietųjų diskų protėviai, pradėti naudoti kaip atminties įrenginiai. Kompiuteriai tapo patikimesni, padidėjo jų našumas, sumažėjo energijos sąnaudos, sumažėjo bendri mašinų gabaritai.

Atsiradus atminčiai magnetinėse šerdies, jos veikimo ciklas sumažėjo iki dešimčių mikrosekundžių. Pagrindinis struktūros principas – centralizacija. Atsirado didelio našumo prietaisai, skirti darbui su magnetinėmis juostomis ir atminties įrenginiais magnetiniuose diskuose. Be to, atsirado galimybė programuoti algoritminėmis kalbomis. Buvo sukurtos pirmosios aukšto lygio kalbos - Fortran, Algol, Cobol. 2-osios kartos mašinų našumas jau pasiekė 100–5000 tūkst. /sek.

Antros kartos mašinų pavyzdžiai: BESM-6, BESM-4, Minsk-22 - skirti spręsti mokslinio, techninio ir ekonominio planavimo problemas; Minsk-32 (SSRS), M-40 kompiuteris, - 50 - priešraketinės gynybos sistemoms; Ural - 11, - 14, - 16 - bendrosios paskirties kompiuteriai, orientuoti į inžinerinių ir techninių problemų sprendimą.

Trečios kartos kompiuteriai

Trečiosios kartos kompiuteriai (1968-1973) naudojo integrinius grandynus. 60-aisiais plėtojant integrinius grandynus - ištisus įrenginius ir dešimčių ir šimtų tranzistorių rinkinius, pagamintus iš vieno puslaidininkinio kristalo (tai dabar vadinami mikroschemomis), buvo sukurti 3 kartos kompiuteriai. Tuo pačiu metu atsirado puslaidininkinė atmintis, kuri vis dar naudojama asmeniniuose kompiuteriuose kaip operatyvinė atmintis. Integrinių grandynų naudojimas labai padidino kompiuterių galimybes.

Dabar centrinis procesorius turi galimybę dirbti lygiagrečiai ir valdyti daugybę išorinių įrenginių. Kompiuteriai vienu metu galėtų apdoroti kelias programas (daugiaprogramavimo principas). Įdiegus multiprogramavimo principą, interaktyviu režimu tapo įmanoma dirbti dalijimosi laiko režimu. Nuo kompiuterio nutolusiems vartotojams buvo suteikta galimybė, nepriklausomai vienas nuo kito, greitai sąveikauti su įrenginiu.

Kompiuteriai buvo sukurti remiantis mažo integravimo laipsnio (MIS - 10-100 komponentų viename luste) ir vidutinio integravimo laipsnio (SIS - 10-1000 komponentų viename luste) integrinių grandynų pagrindu. Kilo idėja, kuri buvo įgyvendinta, suprojektuoti kompiuterių šeimą su tokia pačia architektūra, kuri daugiausia buvo paremta programine įranga. 60-ųjų pabaigoje pasirodė mini kompiuteriai. 1971 metais pasirodė pirmasis mikroprocesorius. 3 kartos kompiuterių greitis pasiekė apie 1 mln. /sek.

Per šiuos metus kompiuterių gamyba įgavo pramoninį mastą. Pradedant nuo 3 kartos kompiuterių, serijinių kompiuterių kūrimas tapo tradiciniu. Nors tos pačios serijos mašinos labai skyrėsi viena nuo kitos savo galimybėmis ir našumu, jos buvo suderinamos informaciniu, programine ir technine įranga. Tais metais labiausiai paplitusi buvo IBM System/360 šeima. CMEA šalyse buvo gaminami vienos serijos „ES Computer“ kompiuteriai: ES-1022, ES-1030, ES-1033, ES-1046, ES-1061, ES-1066 ir kt. Šios kartos kompiuteriuose taip pat yra „IVM-370“. “, „Elektronika-100/25“, „Elektronika-79“, „SM-3“, „SM-4“ ir kt.

Kompiuterių serijoms programinė įranga buvo labai išplėsta (operacinės sistemos, aukšto lygio programavimo kalbos, taikomosios programos ir kt.). 1969 m. vienu metu pasirodė Unix operacinė sistema ir C programavimo kalba, kuri padarė didžiulę įtaką programinės įrangos pasauliui ir iki šiol išlaiko lyderio pozicijas.

Ketvirtosios kartos kompiuteriai

Ketvirtosios kartos kompiuteriuose (1974–1982 m.) didelio masto integrinių grandynų (LSI – 1000–100000 komponentų viename luste) ir itin didelio masto integrinių grandynų (VLSI – 100000–10000000 komponentų viename luste) naudojimas padidino jų našumą. iki dešimčių ir šimtų milijonų op. /sek.

Šios kartos pradžia laikomi 1975-ieji – Amdahl Corp. išleido šešis AMDAHL 470 V/6 kompiuterius, kuriuose kaip elementinė bazė buvo panaudota LSI. Pradėtos naudoti didelės spartos atminties sistemos integriniuose grandynuose - kelių megabaitų talpos MOS RAM. Jei įrenginys išjungtas, MOS RAM esantys duomenys išsaugomi automatiškai perkeliant į diską. Kai įrenginys įjungiamas, sistema pradeda naudoti įkrovos programą, saugomą ROM (tik skaitymo atmintyje), kuri iškrauna operacinę sistemą ir nuolatinę programinę įrangą į MOS RAM.

4 kartos kompiuterių kūrimas vyko 2 kryptimis: 1 kryptis – superkompiuterių – daugiaprocesorių mašinų kompleksų kūrimas. Tokių mašinų greitis siekia kelis milijardus operacijų per sekundę. Jie gali apdoroti didžiulius informacijos kiekius. Tai apima kompleksus ILLIAS-4, CRAY, CYBER, Elbrus-1, Elbrus-2 ir kt. Daugiaprocesoriniai skaičiavimo kompleksai (MCC) Elbrus-2 buvo aktyviai naudojami Sovietų Sąjungoje srityse, kuriose reikėjo atlikti daug skaičiavimų, prieš tai gynybos pramonė.

2 kryptis – tolesnė plėtra LSI ir VLSI mikrokompiuterių ir asmeninių kompiuterių (PC) pagrindu. Pirmieji šių mašinų atstovai yra kompiuteriai iš „Apple“, „IBM - PC“ (XT, AT, PS / 2), vietiniai „Iskra“, „Electronics“, „Mazovia“, „Agat“, „ES-1840“, „ES- 1841" ir tt Nuo šios kartos kompiuteriai pradėti vadinti kompiuteriais. Programinę įrangą papildo duomenų bazės ir bankai.

Penktos kartos kompiuteriai

Penktos kartos kompiuteris yra ateities kompiuteris. 1982 m. Japonijoje buvo priimta vadinamosios penktosios kartos kompiuterių kūrimo programa. Buvo manoma, kad iki 1991 m. bus sukurti iš esmės nauji kompiuteriai, orientuoti į dirbtinio intelekto problemų sprendimą. Prolog kalbos ir kompiuterinio dizaino naujovių pagalba buvo planuota priartėti prie vienos pagrindinių šios informatikos šakos problemų – žinių saugojimo ir apdorojimo problemos sprendimo. Trumpai tariant, penktos kartos kompiuteriams nereikėtų rašyti programų, užtektų „beveik natūralia“ kalba paaiškinti, ko iš jų reikalaujama.

Spėjama, kad jų elementarioji bazė bus ne VLSI, o jų pagrindu sukurti įrenginiai su dirbtinio intelekto elementais. Siekiant padidinti atmintį ir greitį, bus panaudota optoelektronikos ir bioprocesorių pažanga.

Penktos kartos kompiuteriams keliamos visiškai kitos užduotys nei kuriant visus ankstesnius kompiuterius. Jei kompiuterių kūrėjai nuo 1 iki 4 kartos susidūrė su tokiomis užduotimis kaip našumo didinimas skaitinių skaičiavimų srityje, didelės atminties talpos pasiekimas, tai pagrindinė 5 kartos kompiuterių kūrėjų užduotis yra dirbtinio intelekto kūrimas. mašina (gebėjimas daryti logiškas išvadas iš pateiktų faktų), kompiuterių „intelektualizacijos“ plėtra – barjero tarp žmogaus ir kompiuterio pašalinimas.

Deja, Japonijos penktosios kartos kompiuterių projektas pakartojo tragišką ankstyvųjų tyrimų dirbtinio intelekto srityje likimą. Buvo iššvaistyta daugiau nei 50 milijardų jenų investicijų, projektas buvo nutrauktas, o sukurti įrenginiai pasirodė ne ką geresni nei to meto masinės gamybos sistemos. Tačiau projekto metu atlikti tyrimai ir įgyta žinių vaizdavimo bei lygiagrečių išvadų metodų patirtis labai padėjo progresui dirbtinio intelekto sistemų srityje apskritai.

Jau dabar kompiuteriai geba suvokti informaciją iš ranka rašyto ar spausdinto teksto, iš formų, iš žmogaus balso, atpažinti vartotoją pagal balsą, versti iš vienos kalbos į kitą. Tai leidžia kompiuteriais bendrauti visiems vartotojams, net ir neturintiems specialių žinių šioje srityje.

Daugelis dirbtinio intelekto pasiekimų yra naudojami pramonėje ir verslo pasaulyje. Ekspertinės sistemos ir neuroniniai tinklai efektyviai naudojami klasifikavimo užduotims atlikti (SPAM filtravimas, teksto kategorizavimas ir kt.). Genetiniai algoritmai sąžiningai tarnauja žmogui (naudojami, pvz., portfeliams optimizuoti investicinėje veikloje), robotikai (pramonei, taip pat kelių agentų sistemoms. Kitos dirbtinio intelekto sritys, pavyzdžiui, paskirstytas žinių vaizdavimas ir problemų sprendimas internete, yra nemiega: jų dėka per ateinančius kelerius metus galima tikėtis revoliucijos daugelyje žmogaus veiklos sričių.

Šiuo metu kompiuterio įrenginys yra nuotolinė istorija

Greitesnių, pigesnių ir universalesnių procesorių poreikis gamintojus verčia nuolat didinti juose esančių tranzistorių skaičių. Tačiau šis procesas nėra begalinis. Eksponentinį šio skaičiaus augimą, kurį 1973 m. prognozavo Gordonas Moore'as, darosi vis sunkiau išlaikyti. Ekspertai teigia, kad šis dėsnis nustos galioti, kai tik tranzistorių, reguliuojančių informacijos srautą mikroschemoje, vartai taps proporcingi elektrono bangos ilgiui (silicio, ant kurio šiuo metu statoma gamyba, tai yra apie 10 nanometrai). Ir tai įvyks kažkur tarp 2010 ir 2020 m. Kompiuterių architektūrai artėjant prie fizinės ribos tampa vis sudėtingesnė, lustų projektavimo, gamybos ir testavimo išlaidos didėja. Taigi evoliucinio vystymosi stadiją anksčiau ar vėliau pakeis revoliuciniai pokyčiai.

Dėl lenktynių dėl našumo didinimo kyla daug problemų. Opiausias iš jų – perkaitimas itin tankiose pakuotėse, kurį sukelia žymiai mažesnis šilumos perdavimo plotas. Energijos koncentracija šiuolaikiniuose mikroprocesoriuose yra itin didelė. Dabartinės sukurtos šilumos išsklaidymo strategijos, pvz., maitinimo įtampos mažinimas arba pasirinktinis tik būtinų dalių įjungimas mikroschemose, yra neveiksmingos, nebent naudojamas aktyvus aušinimas.

Sumažėjus tranzistorių dydžiui, plonėjo izoliaciniai sluoksniai, o tai reiškia, kad sumažėjo ir jų patikimumas, nes elektronai gali prasiskverbti per plonus izoliatorius (tunelio efektas). Šią problemą galima išspręsti sumažinus valdymo įtampą, bet tik iki tam tikrų ribų.

Šiandien pagrindinė procesoriaus našumo didinimo sąlyga yra paralelizmo metodai. Kaip žinote, mikroprocesorius apdoroja tam tikrą programą sudarančių instrukcijų (komandų) seką. Jei organizuosite lygiagretų (ty vienu metu) instrukcijų vykdymą, bendras našumas žymiai padidės. Lygiagretumo problema sprendžiama konvejerinių skaičiavimų metodais, superskaliarinės architektūros panaudojimu ir šakų numatymu. Kelių branduolių architektūra. Ši architektūra apima kelių paprastų mikroprocesoriaus branduolių integravimą į vieną lustą. Kiekvienas branduolys vykdo savo instrukcijų srautą. Kiekviena mikroprocesoriaus šerdis yra žymiai paprastesnė nei kelių gijų procesoriaus šerdis, todėl lusto projektavimas ir testavimas yra lengvesnis. Tačiau tuo tarpu atminties prieigos problema vis blogėja, todėl reikia pakeisti kompiliatorius.

Kelių gijų procesorius. Šie procesoriai savo architektūra yra panašūs į traserius: visas lustas yra padalintas į apdorojimo elementus, primenančius superskaliarinį mikroprocesorių. Skirtingai nei sekimo procesorius, čia kiekvienas elementas apdoroja instrukcijas iš skirtingų gijų per vieną laikrodžio ciklą ir taip pasiekia gijos lygio lygiagretumą. Žinoma, kiekviena gija turi savo programų skaitiklį ir registrų rinkinį.

„Plytelių“ architektūra. Šalininkai mano, kad programinė įranga turėtų būti kompiliuojama tiesiai į aparatinę įrangą, nes tai užtikrins maksimalų lygiagretumą. Šis metodas reikalauja gana sudėtingų kompiliatorių, kurie dar nebuvo sukurti. Procesorius šiuo atveju susideda iš daugybės „plytelių“, kurių kiekviena turi savo RAM ir yra sujungta su kitomis „plytelėmis“ tam tikroje grotelėje, kurios mazgus galima įjungti ir išjungti. Instrukcijų vykdymo tvarką nustato programinė įranga.

Daugiaaukštė architektūra. Čia mes kalbame ne apie loginę, o apie fizinę struktūrą. Idėja yra ta, kad lustuose būtų vertikalios mikroschemų „krūvos“, pagamintos naudojant plonasluoksnių tranzistorių technologiją, pasiskolintą iš TFT ekranų gamybos. Tokiu atveju santykinai ilgos horizontalios jungtys paverčiamos trumpomis vertikaliomis, o tai sumažina signalo delsą ir padidina procesoriaus našumą. „Trimačių“ lustų idėja jau buvo įgyvendinta aštuonių aukštų atminties lustų darbinių pavyzdžių pavidalu. Visai gali būti, kad tai priimtina ir mikroprocesoriams, o artimiausiu metu visos mikroschemos bus išplėstos ne tik horizontaliai, bet ir vertikaliai.