4 поколение компьютеров работало со следующими типами данных десятичными числами
Обновлено: 07.07.2024
Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти. Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.
ЭВМ первого поколения были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.
Например, одна из первых ЭВМ –ENIAC –представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.
Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название - транзистор.
В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.
В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров.
В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.
Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе –интегральных схемах (ИС).
ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.
В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.
Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.
В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике. Микропроцессор– это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ относится к ЭВМ четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2. Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика. ЭВМ пятого поколения будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода оттрадиционной фон-неймановской архитектуры компьютера кархитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный моментсоздано четыре поколения ЭВМ:
- 1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.
- 2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.
- 3- е поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).
- 4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).
Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились. Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.
В четвертое поколение компьютеров относится к типу компьютеров, которые использовались на этапе, начавшемся в 1972 году. Этот этап был основан на микропроцессорных информационных технологиях.
Это поколение компьютеров, над которым все еще работают. Можно сказать, что компьютеры, которые можно увидеть вокруг, являются компьютерами четвертого поколения.
Первые разработки в области компьютерных технологий были основаны на революционных технологических достижениях, движущей силой которых были изобретения и новые технологии. Это поколение, вероятно, лучше рассматривать как эволюционное, чем революционное.
Таким образом, четвертое поколение компьютеров было большим продолжением или улучшением третьего поколения компьютеров.
Рождение микропроцессора произошло одновременно с рождением микрокомпьютера. Это поколение также соответствовало закону Мура, который предсказывал экспоненциальный рост транзисторов в микрочипах, начиная с 1965 года.
Важность
В микропроцессорах сначала использовалась технология крупномасштабной интеграции, а затем технология очень крупномасштабной интеграции для инкапсуляции миллионов транзисторов на одном кристалле.
Технология микропроцессоров теперь присутствует во всех современных компьютерах. Чипы как таковые можно производить дешево и в больших количествах.
Это поколение компьютеров развивалось очень быстро, потому что они были очень универсальными и простыми в использовании.Роль компьютеров была очень полезной, особенно в области промышленности и информационных технологий.
Новый микропроцессор был таким же мощным, как компьютер ENIAC 1946 г. То, что занимало целую комнату в первом поколении, теперь могло уместиться на ладони.
Настольные компьютеры стали обычным явлением. Персональные компьютеры, которые можно увидеть в офисах и домах, относятся к четвертому поколению компьютеров.
Происхождение и историячетвертого поколения
Изобретение микропроцессорного чипа привело к появлению компьютеров четвертого поколения. Это привело к развитию микрокомпьютеров или персональных компьютеров.
Первый микропроцессор, получивший название Intel 4004, был разработан американской компанией Intel в 1971 году.
Технология очень крупномасштабной интеграции (СБИС) сделала обычным производство полного ЦП или основной памяти с одной интегральной схемой, массовое производство по очень низкой цене.
Это привело к появлению новых классов машин, таких как персональные компьютеры и высокопроизводительные параллельные процессоры, содержащие тысячи процессоров.
Персональные компьютеры
В 1981 году IBM выбрала Intel в качестве производителя микропроцессора для своей новой машины IBM-PC. Это был микропроцессор Intel 8086.
Этот компьютер мог выполнять 240 000 сумм в секунду. Хотя он был намного медленнее, чем компьютеры семейства IBM 360, в сегодняшних ценах он стоил всего 4000 долларов. Такое соотношение цены и качества вызвало бум на рынке микрокомпьютеров.
В 1996 году ПК Intel Pentium Pro мог обрабатывать 400000000 сумов в секунду. Это было примерно в 210 000 раз быстрее, чем ENIAC.
Графический пользовательский интерфейс
По сути, это был интерфейс, в котором средний пользователь взаимодействовал с компьютером, используя визуальные значки, вместо того, чтобы вводить команды на языке программирования.
Это сделало использование компьютера намного проще, и, следовательно, больше людей смогли использовать эту технологию.
Программное обеспечение, работающее на этих компьютерах, также было доступно за небольшую плату или даже бесплатно.
Характеристики компьютеров четвертого поколения
- Увеличенное использование компьютера по сравнению с предыдущим поколением.
- Резко увеличилась скорость процессора.
- Клавиатура и видеомонитор стали стандартными устройствами. Мышь стала играть важную роль.
- Размер, стоимость, потребность в энергии и выработка тепла уменьшились по сравнению с предыдущим поколением.
Миниатюризация
Электронный компонент миниатюризации, называемый крупномасштабной интеграцией (LSI), был разработан, чтобы упаковать все больше и больше схем на одном кристалле.
Позднее была представлена очень крупномасштабная интеграция (СБИС) с использованием микропроцессорной технологии.
Многозадачность
В отличие от компьютеров предыдущего поколения, они могут обрабатывать несколько задач, обеспечивая большую универсальность.
Компьютеры воспроизводят видео, отображают изображения, воспроизводят музыку, могут использоваться для серфинга в Интернете и т. Д.
Эта универсальность означает, что они обладают большей вычислительной мощностью. Эта дополнительная мощность была создана с помощью микропроцессора.
Микропроцессоры обладают такой мощностью, потому что они уменьшили размер транзисторов и увеличили количество процессоров, включенных в схему.
Место хранения
Полупроводники, такие как RAM, ROM и кэш-память, использовались в качестве первичной памяти. Основная память увеличена в виде EPROM и SRAM.
Магнитные диски, такие как жесткие диски, гибкие диски, оптические диски (CD, DVD) и флэш-память, использовались в качестве вторичной памяти.
Сети
Возникла концепция компьютерной сети. По мере того, как компьютеры становились более мощными, они могли соединяться друг с другом в сети, что в конечном итоге привело к развитию Интернета.
Было разработано передовое и простое в использовании программное обеспечение для веб-страниц. Кроме того, были развиты электронная почта и мобильная связь.
Оборудование
Четвертое поколение принесло важные достижения в области макрокомпьютеров второго поколения, а также миникомпьютеров третьего поколения, добавив новую категорию машин, которыми были микрокомпьютеры или персональные компьютеры.
С другой стороны, полупроводниковая память заменила память магнитного сердечника. Также были разработаны мышь и портативные устройства.
С использованием микропроцессоров в компьютерах их производительность стала намного быстрее и эффективнее.
Микропроцессор - это микросхема, используемая в компьютере для выполнения всех арифметических или логических функций, выполняемых любой программой.
Интеграция
Это поколение узнало о процессах создания интегральных схем, содержащих тысячи транзисторов на одном кристалле.
При крупномасштабной интеграции (LSI) 1000 устройств можно разместить на кристалле, а при очень крупномасштабной интеграции (VLSI) можно разместить 100 000 устройств на кристалле.
С микропроцессором можно было разместить центральный процессор (ЦП) компьютера на одном кристалле. В простых системах весь компьютер может уместиться на одной микросхеме: процессор, основная память и контроллеры ввода / вывода.
Микросхемы обработки используются для ЦП, а микросхемы памяти - для ОЗУ. Однако было возможно разработать процессоры со встроенной памятью или кеш-памятью на одном кристалле.
Параллельная обработка
Увеличилось использование параллельных процессоров. Эти машины объединяют несколько процессоров для параллельного выполнения вычислений, выполняя более одной инструкции за раз.
Они использовались для научных расчетов, а также для баз данных и файловых серверов.
программного обеспечения
У этих компьютеров был более быстрый язык программирования, что сделало прикладное программное обеспечение для микрокомпьютеров популярным.
Компьютеры использовались для обработки текста, работы с электронными таблицами и доставки графики.
Операционные системы
С другой стороны, IBM стала партнером Билла Гейтса, который купил операционную систему Computer Product, чтобы распространять ее вместе с новым компьютером IBM.
Обе были операционными системами на основе командной строки, где пользователь мог взаимодействовать с компьютером через клавиатуру.
Графический пользовательский интерфейс
Стив Джобс выпустил компьютер Apple Macintosh в 1984 году с улучшенным графическим интерфейсом пользователя, используя идею интерфейса Xerox Alto.
После успеха Apple Microsoft интегрировала версию оболочки Windows в версию операционной системы DOS 1985 года.
Windows использовалась таким образом в течение 10 лет, пока не была изобретена заново с Windows 95. Это была полноценная операционная система со всеми утилитами.
Языки четвертого поколения
В отличие от языков третьего поколения, языки четвертого поколения не являются процедурными, а используют декларативный стиль.
Декларативный стиль предоставляет математическую спецификацию того, что должно быть вычислено, оставляя компилятору множество деталей о том, как должны выполняться вычисления.
Следовательно, большую программу, созданную на языке третьего поколения, можно заменить одним объявлением на языке четвертого поколения.
Изобретения и их авторы
Изобретение технологии LSI и технологии VLSI привело к появлению компьютеров четвертого поколения. Кроме того, в это поколение вошли следующие разработки:
- Графический пользовательский интерфейс.
- Новые операционные системы.
- Различные устройства ввода / вывода и вторичные запоминающие устройства.
Микропроцессор
Он был разработан в 1971 году Тедом Хоффом вместе с Ф. Фаггином и С. Мазором. Они разработали микропроцессор Intel 4004 для корпорации Intel.
Этот микропроцессор содержал 2300 транзисторов. Он положил начало поколению компьютеров, которое продолжается и по сей день.
Альтаир 8800
Это был один из первых микрокомпьютеров. Он был создан в 1975 году компанией Micro Instrumentation Telemetry Systems (MITS).
Эд Робертс разработал его с использованием процессора Intel 8080, который был первым 16-разрядным микропроцессором. Это было первоначальное влияние персональных компьютеров в мире.
Манзана
В 1976 году Стив Возняк разработал первый компьютер Apple (Apple I). Это был небольшой персональный компьютер.
Стив Джобс помог ему продать этот компьютер, а позже помог ему сделать Apple II. Возняк и Джобс были соучредителями Apple.
IBM PC
В 1981 году компания International Business Machine (IBM) представила этот первый домашний компьютер с процессором 4004.
Microsoft
Пол Аллен и Билл Гейтс, основатели Microsoft, начали работу над языком BASIC для ALTAIR 8800.
Впоследствии операционная система DOS принесла компании большой успех. В 1985 году они выпустили Windows 1.0, 16-битную графическую операционную среду.
В 1986 году они запустили программу обработки текстов, баз данных и электронных таблиц под названием Microsoft Works.
Рекомендуемые компьютеры
Сюда входят миникомпьютеры 1970-х годов, такие как PDP-11/03 и PDP-11/34, персональные компьютеры конца 1970-х - начала 1980-х годов, а также макрокомпьютеры, использующие микропроцессоры, такие как IBM z-series.
Xerox Alto
Компьютер Xerox Alto от PARC был выпущен в 1973 году. Это был настоящий персональный компьютер с портом Ethernet, мышью, а также графическим пользовательским интерфейсом с растровыми изображениями, первым в своем роде. Он был оснащен 16-битным чипом от Texas Instruments.
Микрокомпьютеры Apple
Возняк и Джобс разработали Apple II, который был одним из первых массовых и успешных домашних микрокомпьютеров.
Он был первым в серии Apple II. Всего было продано пять миллионов. Он работал с ROM и Integer BASIC. Возняк разработал Disk II в 1978 году, дисковод для гибких дисков.
Компьютер Apple II побудил компании использовать компьютеры больше, потому что он мог запускать программное обеспечение, такое как электронная таблица VisiCalc.
Apple представила Macintosh в 1984 году на базе микропроцессора Motorola 68000. Первоначально он не имел коммерческого успеха, но в конечном итоге стал.
Многие другие модели компьютеров Apple были произведены в четвертом поколении компьютеров. Некоторые были успешными, а другие нет.
IBM PC
В 1981 году IBM выпустила персональный компьютер. Он стал самым продаваемым компьютером и продается по сей день. Это был ПК на базе Windows.
Архитектура IBM PC стала фактически стандартной моделью на рынке, которую другие производители ПК стремились подражать.
Преимущества и недостатки
Преимущество
Наиболее значительные успехи в развитии компьютеров произошли при переходе от третьего поколения к четвертому.
Самым большим преимуществом является то, что большинство населения может иметь дома хотя бы один компьютер благодаря их доступности и достаточному размеру.
- Это высоконадежные компьютеры, небольшие по размеру и более мощные. Они требуют гораздо меньше обслуживания, чем предыдущие поколения.
- Они обладают мощностью быстрой обработки при меньшем потреблении энергии. К тому же они самые дешевые среди всех поколений.
- У них есть внутренний вентилятор для отвода тепла и, таким образом, для поддержания нужной температуры. Для нормальной работы им больше не требуется кондиционер.
- Они обеспечивают простую в использовании среду при работе с ними за счет разработки графического пользовательского интерфейса и интерактивных устройств ввода и вывода.
- Это компьютеры общего назначения. Их можно использовать практически для чего угодно. Его производство полностью коммерческое.
- Могут использоваться все типы языков высокого уровня.
Недостатки
Для производства микропроцессоров требуется наличие новейших технологий. Это ограничено разработкой и производством очень немногими компаниями (Intel, AMD и т. Д.), Что делает всех зависимыми от них.
Конструкция и изготовление микропроцессора очень сложны. Для изготовления требуются дорогостоящая установка и высококвалифицированный персонал.
С другой стороны, в сетевой системе существует уязвимость к крупномасштабной атаке, что также оставляет возможность вирусной атаки по всей системе, делая всех уязвимыми.
Современная жизнь невозможна без использования электронно-вычислительных машин. С развитием общества развивается и техника.
С развитием техники повышается технический уровень машин, меняются выполняемые ими функции и совершенствуются принципы их конструирования. А вместе с эти повышаются экономический уровень страны, социальная сфера, информационная сфера, политико-правовая сфера, экологическая сфера, технологическая сфера и т.д.
Электронно-вычислительные машины в нашей стране принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерно прежде всего быстрота смены поколений - за ее короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения.
Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению? Это прежде всего их элементная база, и такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Конечно же, деление ЭВМ на поколения в определенной мере условно. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим - к другому поколению. И все же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники.
Цели и задачи:
● Развитие познавательного интереса,
● Воспитание информационной культуры.
● Ознакомление с основными характерными чертами поколений ЭВМ.
ЭВМ первого поколения.
ЭВМ первого поколения были полностью программируемые машины. Что их и отличало от арифмометров и калькуляторов. Но программировать на таких компьютерах было довольно сложно. Т.к. языков высокого уровня не было и языков низкого уровня (ассемблер) тоже не было. Все инструкции компьютеру давались в машинном коде. Мало понятному не посвященному человеку чтобы работать на таком компьютере нужно было быть не только профессиональным программистом, но и опытным инженером- электронщиком. Память представляла из себя трубки заполненные ртутью, кристаллы распространялись по трубке и сохраняли информацию.
Большим недостатком первого поколения в том, что изначально данные машины разрабатывались для выполнения арифметических задач. И решение на них каких либо аналитических задач было весьма трудоемко.
Компьютеры первого поколения в России появились с опозданием. К ним можно отнести МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина разработанная в институте электротехники АН УССР под руководством С.А. Лебедева 1950 г. К первому поколению относятся и такие машины как БЭСМ, Урал, М-2, Стрела.
Отечественный компьютер первого поколения БЭСМ-2.
В нем было около 4 000 электронных ламп. Он был собран на трех стойках, одна из них была стойка магнитного оперативного запоминающего устройства и пульт управления.
ЭВМ второго поколения.
В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения.
Элементной базой второго поколения стали полупроводники. Транзисторы пришли на смену не надежным электронно-вакуумным лампам. Транзисторы значительно уменьшили компьютеры в размере и стоимости. И не удивительно. Один транзистор способен заменить несколько десятков электронных ламп. При этом тепловыделение значительно уменьшилось и потребление электроэнергии тоже, а скорость работы стала выше. Предшествующие ламповые компьютеры нуждались в дополнительном оборудовании. В подвалах вычислительных центров находились средства электропитания кондиционирования воздуха. С приходом второго поколения ЭВМ, потребность в них отпала. С появлением компьютеров второго поколения расширилась сфера их применения. От правительственных и военных учреждении они стали появляться в частных организациях, институтах. Главным образом за счет снижения стоимости машин и развитию программного обеспечения. Начали создавать специальное системное программное обеспечение. Появились системы пакетной обработки информации. Предшественники операционных систем, которые предназначались для управления вычислительным процессом. Затем и операционные системы не заставили себя долго ждать. Именно для компьютеров второго поколения начали разрабатывать операционные системы. Это значительно ускорило управление ЭВМ.
ЭВМ третьего поколения.
Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе интегральных схемах (ИС). Иногда интегральную схему называют – микросхемой или чипом. Chip в переводе с английского – щепка. Это название он получил из-за своих крошечных размеров. Первые микросхемы появились в 1958 году. Два инженера почти одновременно изобрели их не зная друг о друге. Это Джек Килби и Роберт Нойс. Первая советская ИС была создана с опозданием на три года. Но широкое применение интегральных схем началось лишь в начале 70-х годов. Эти чипы навсегда изменили образ вычислительных машин. В компьютерах третьего поколения, одна интегральная схема могла заменить до тысячи транзисторов и других базовых элементов. А каждый такой элемент мог заменять до нескольких десятков электронных ламп. Это давало огромную миниатюризацию и снижение себестоимости производства ЭВМ.
Такое достижение в области миниатюризации дало возможность создавать компьютеры, размер которых был как письменный стол. Не нужны были отдельные помещения и целые залы. Весь вычислительный центр мог вмещаться в одной комнате. И для обеспечения питания таких ЭВМ достаточно два – четыре киловатта. И самое главное, что надежность компьютеров третьего поколения не намного уступает сегодняшней техники.
ЭВМ третьего поколения можно было встретить на борту самолета, корабля, подводной лодке, спутнике. Ощутимые плоды микроминиатюризации. Эти машины называли Мини-ЭВМ. И не смотря на то, что алфавитно-цифровые дисплеи появились еще во втором поколении машин. На третьем они окончательно закрепились. И стали неотъемлемой частью компьютера.
Одно из наиболее важных отличий второго и третьего поколения это появление открытой архитектуры ЭВМ. Открытая архитектура позволяет легко ремонтировать заменять комплектующие. И самое главное, одни комплектующие могут подходить к разным моделям ЭВМ и даже к разным производителям ЭВМ. Так же пополнилось программное обеспечение ЭВМ. Ярким примером этого является появление текстового редактора.
ЭВМ четвертого поколения.
Новым этапом для развития ЭВМ послужили большие интегральные схемы (БИС). Элементная база компьютеров четвертого поколения это БИС. Стремительное развитие электроники, позволило разместить на одном кристалле тысячи полупроводников. Такая миниатюризация привела к появлению недорогих компьютеров. Небольшие ЭВМ могли разместиться на одном письменном столе. Именно в эти годы зародился термин «Персональный компьютер». Исчезают огромные дорогостоящие монстры. За одним таким компьютером, через терминалы, работало сразу несколько десятков пользователей. Теперь один человек – один компьютер. Машина стала, действительно персональной.
Большая интегральная схема – усовершенствованный потомок простой интегральной схемы. Которая являлась одним из основных элементов предыдущего поколения. Большой, ее называют, не потому что интегральная схема большая, а потому что в ней высокая степень интеграции.
Применение БИС дало резкое улучшение основных показателей скорости работы и надежности. Такая высокая степень интеграции, привела к уменьшению числа монтажных операций, уменьшила количество внешних соединений, которые изначально не надежные. Это очень способствовало уменьшению размеров, стоимости и повышению надежности.
Однако появление БИС привело и к появлению проблем. Одна из главных это проблема теплоотвода. Чем выше степень интеграции схемы тем выше тепловыделение. Требуется постоянное охлаждение, без которого интегральная схема перегреться и сгорит.
Проводя исследования удалось создать модели интегральных схем. Которые работают со скоростью в несколько миллиардов операций в секунду. При создании опытных образцов выяснилось, что невозможно пустить их в серийное производство. Оказывается при современном развитии техники достижение таких скоростей невозможно вообще. И проблема не в инженерных решениях. А в необходимости достижения абсолютно чистых химических материалах, однородности кристалла, стабильных температурных режимах. Взаимодействие электрических полей внутри кристалла.
Кроме изменения технической базы четвертого поколения ЭВМ, изменилось и направление создания этих машин. Они проектировались с расчетом на применение языков программирования высокого уровня, многие на аппаратном уровне были спроектированы под определенные операционные системы.
ЭВМ пятого поколения.
Пятое поколение ЭВМ это правительственная программа в Японии по развитию вычислительной техники и искусственного интеллекта. Если говорить о предыдущих поколениях то первое это ламповые компьютеры, второе – транзисторные, третье – интегральные схемы, четвертое – микропроцессоры. Но пятое поколение не имеет отношение к данной градации.
Пятое поколение компьютеров это название «плана действий» по развитию IT-индустрии. И не смотря на то, что пятое поколение базируется на микропроцессорах как и четвертое т.е. у них общая элементная база. А именно по этому критерию разделяют компьютеры на поколения. Тем не менее сегодняшние компьютеры относят к пятому поколению.
Одним из способов повышения производительности ЭВМ пятого поколения это реализация программных решений на аппаратном уровне. Научные достижения в области искусственного интеллекта необходимо переводить на практическую базу. Это машинный набор текста под диктовку с распознаванием речи. И программный переводчик с языка на язык. Программно определить смысл текста для принятия решения о том в какую рубрику необходимо его поместить. Супер ЭВМ должны решать задачи массового применения.
Данный проект Япония планировала завершить за 10 лет. И к началу 90-х выйти на новый уровень технического развития. На тот момент Япония прочно завоевала рынок бытовой электроники и автомобильной промышленности, что очень сильно беспокоило США. В ответ американца начали развивать собственные программы в области параллельных вычислений. Наиболее крупными проектами занималась американская корпорация по Микроэлектроники и Компьютерной Технологии (MCC). Европа уверенна в будущем параллельных вычислений. Начинает планы в этой отрасли Британская компания Alvey.
В советском союзе предприняли попытку не отстать от западных коллег. Было желание создать свой прототип ЭВМ пятого поколения. Для будущего мультипроцессорного компьютера, придумали яркое название «МАРС». Но уже тогда отставание от японцев, в области микроэлектроники, было на 10-15 лет. Весь проект базировался на старых инженерно-технических решениях. И морально устаревших языках программирования типа Модула-2. Удалось создать многопроцессорный компьютер «МАРС». Это было его единственное отличие от остальных ЭВМ. И данная машина не соответствовала определению: «компьютер пятого поколения».
Однако реализация проекта «компьютер пятого поколения» оказалось сложнее чем предполагалась изначально и не осуществима за десять лет. В качестве базового языка для ЭВМ пятого поколения, был выбран функциональный язык программирования «Пролог». Но он не поддерживал параллельные вычисления. Возникли и аппаратные трудности для создания ЭВМ пятого поколения. Техническое развитие быстро преодолело те трудности, которые перед началом проекта считались не выполнимыми. Параллельная работа нескольких процессоров, не давала той высокой производительности, на которую изначально рассчитывали. Разработанные в лаборатории машины быстро устаревали. Появлялись коммерческие компьютеры, которые по скорости уже превосходили их. Проект под названием «ЭВМ пятого поколения» оказался не удачным. Т.к. развитие информационных технологий пошло по другому пути.
Таким образом, многие ведущие страны мира были ослеплены целью взять господство в технологическом прогрессе переоценив свои силы и возможности, не имея представлений о всех предстоящих сложностях.
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Знакомство с историей вычислительной техники. Задачи, стоящие перед научной областью от истоков до текущего момента. Современные тренды применения компьютерных технологий.
Глоссарий по теме: Вычислительные средства, вычислительная техника, компьютеры. мобильные устройства, суперкомпьютеры, робототехника, этапы развития вычислительной техники, поколения ЭВМ.
Основная литература по теме урока:
Л. Л. Босова, А. Ю. Босова. Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2017
Дополнительная литература по теме урока:
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
На уроках информатики мы подробно обсуждали основные информационные процессы: хранение, передачу и обработку. Как менялись инструментальные средства, осуществляющие эти процессы, объемы хранения и передач, скорости обработки? Какие перспективы наметило себе человечество в развитии средств вычислительной техники? Об этом пойдет речь на уроке.
Цель урока: анализировать историю и тенденции развития вычислительной техники
Задачи урока:
— соотносить периоды, содержание и результат пяти информационных революций,
— приводить примеры ЭВМ разных поколений,
— приводить примеры достижений отечественных ученых в области вычислительной техники,
— анализировать тенденции в развитии вычислительной техники.
Первая информационная революция началась примерно 40 тысяч лет назад, когда человек поделился своим жизненным опытом с соплеменником. Зарождение и развитие языка устного общения было характерной особенностью этой революции.
Вторая информационная революция произошла около 5 тысяч лет тому назад, примерно около 3500 года до н. э. Так же она связана с передачей опыта, но теперь уже из поколения в поколение. С появлением письменности стало возможным записать и передавать данные. Исторические сведения об одном из главных хранилищ информации древности, Александрийской библиотеке IV—III в. до н. э разнятся, но невозможно не оценить тот факт, что это создание библиотек для обучения и передачи знаний — важнейшая веха в истории человечества.
Третья информационная революция имеет четкие исторические границы и связана уже с распространением знаний. В 1450 году Иоганн Гуттенберг изобрел наборный шрифт. И обмен знаниями значительно упростился. Сутью третьей информационной революции стало превращение информации в продукт массового потребления.
Четвертая информационная революция в конце XIX века связана с открытием возможности применения электричества и с изобретением средств массовой коммуникации. Ускорением распространения информации, в том числе и возможностью решения задач организации масштабных расчетов. К достижениям четвертой информационной революции можно отнести и появление идеи разностной машины Беббиджа, и реализацию идей Дж. Фон Неймана, и создание вычислительных машин первого и второго поколения.
Задача вычислительных машин того времени заключалась в выполнении объемных расчетов, направленных в основном на научные и военные цели.
Пятая информационная революция потребовала от человечества информационной грамотности и культуры.
Начало ее относят к 70-м годам XX столетия и связывают с появлением микропроцессорной технологии.
В это же время появилась технология Arpanet, которая связывает сегодня весь мир.
Наращивание объемов хранения данных сегодня существенно превышает объемы, накопленные человечеством за всю историю развития.
Обмен данными происходит с все возрастающей скоростью.
Теперь многообразные компьютеры используются во всех областях жизни.
Рассуждения о возможностях вычислительной техники позволят нам повести хронологическое повествование параллельное информационным революциям.
Известно, что автоматизация вычислений началась задолго до появления компьютеров. Устройства быстрого счета появлялись в разных странах независимо друг от друга и теперь в музеях вычислительной техники мы можем сравнивать и удивляться как же они похожи.
Увлекательную и правдивую историю о компьютерах, технологиях и людях можно прочитать в книге Б. Н. Малиновского «История вычислительной техники в лицах».
Расставив хронологические вехи, мы увидим, что автоматизация расчетов во все времена была для изобретателей, ученых и самоучек интересной задачей.
До механических устройств были всевозможные камешки, палочки, известные нам абаки, счеты, которые были у многих народов и счет на них до сих пор дает понимание арифметических действий с количеством.
Эра электронных вычислительных машин началась с методики Дж. фон Неймана описанной в 1945 году в рамках доклада «Первый проект» о вычислительной машине EDVAC. Именно от первых устройств, построенных на архитектуре фон Неймана, отсчитываются поколения ЭВМ. Основным элементом этих вычислительных машин были электронные лампы. Такими были:
— Марк I, разработанный в Манчестерском университете,
— EDSAC, Кембриджского университета,
— Z4 немецкого изобретателя К. Цузе,
— МЭСМ. Созданная в Киевском институте электротехники под руководством С.А. Лебедева,
— Компьютерная информатика в России, в СССР началась с работ И. С. Брука, разрабатывающего совместно с Б. И. Рамеевым и Ю. В. Рогачевым вычислительные машины серии М,
— ЭВМ «Стрела», первый серийный советский компьютер, создаваемый под руководством Ю. Я. Базилевского,
— БЭСМ-1 Институт точной механики и вычислительной техники, под руководством С. А. Лебедева,
— Урал 1,2, 3,4 под руководством Б. И. Рамиева,
— ЭВМ Сетунь, разрабатываемая в МГУ математиком Л. С. Соболевым совместно с инженером Н. П. Брусенцовым.
Событием, ознаменовавшим переход ко второму поколению компьютеров, было изобретение транзистора в 1947 году. Они стали заменой хрупким и энергоёмким лампам. Благодаря транзисторам и печатным платам было достигнуто значительное уменьшение размеров и объёмов потребляемой энергии, а также повышение надёжности.
Кроме того, вычислительные машины на базе транзисторов возможно было создавать промышленными методами.
К компьютеру стало возможно подключать различные периферийные устройства. Этот факт позволил использовать компьютеры в различных областях науки и промышленности.
ЭВМ 5Э92Б использовалась для задач противовоздушной обороны
Лучшая советская ЭВМ БЭСМ-6 в 1975 г. обрабатывала траектории полета космических аппаратов, участвовала в проекте «Союз-Аполлон». К 1964 году в каждом регионе СССР выпускали свои компьютеры: в Ленинграде — УМ-1; Белоруссия — «Минск», «Весна», «Снег»; Армения — «Наири»; в Украине — «Днепр», «МИР». Эти компьютеры разрабатывались под руководством В. М. Глушкова
Третье поколение компьютеров решило проблему качества массового производства компьютеров. Интегральные схемы появились к 60-м годам XX века, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.
В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств — магнитные диски.
Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.
Четвертое поколение компьютеров связано с появлением микропроцессоров. В 1971 году, когда появление больших интегральных схем позволили создать универсальный процессор на одном кристалле.
Среди прорывных технологий этого поколения — возможность соединять мощности разных вычислительных машин в один вычислительный узел.
Развитие ЭВМ четвертого поколения пошло по двум разным путям:
— Дальнейшее развитие на базе БИС микро-ЭВМ и персональных компьютеров.
Термин «суперкомпьютер» еще не обрел четких очертаний и в общем случае это обозначение огромной вычислительной мощности, не сравнимой с компьютерами, доступными большинству пользователей. В настоящее время — это компьютеры, позволяющие решать задачи обработки больших данных, например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний.
Дважды в год в июне и в ноябре выходит рейтинг ТОП500 в котором публикуется актуальный перечень 500 самых мощных общественно известных вычислительных систем мира. Сравнение проводится на основании системы тестов, результат которых быстродействие. Измеряемое в количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду (FLOPS). Рубеж в 1 квадриллион флопс (1Петафлопс) был перейден в 2008 году суперкомпьютером IBM Roadrunner.
В эволюции персональных компьютеров важной характеристикой является эволюция процессоров. В основании этой лестницы Intel-4004 первый коммерческий 4-х битный процессор, реализованный на одной микросхеме и представленный в ноябре 1971 года. Его тактовая частота составляла 740 кГц.
Начало XXI века стало поистине эрой мобильных устройств. Данные различных исследований утверждают, что число пользователей мобильных устройств неуклонно растет от года к году, большинство пользователей предпочитают гаджеты десктопам. Больше чем две трети людей во всем мире сегодня имеют мобильный телефон, большинство из них являются владельцами смартфонов.
По последним данным, полученным от GlobalWebIndex, среднестатистический интернет-юзер сегодня проводит около 6 часов в день, пользуясь устройствами и сервисами, работа которых зависит от подключения к интернету. Это, грубо говоря, треть всего времени бодрствования.
Если умножить это время на 4 миллиарда всех интернет-пользователей, то получится ошеломляющая цифра — в 2018 году мы суммарно проведем онлайн 1 миллиард лет.
Робототехника и роботизированные комплексы одна из приоритетных технологий XXI века. Если в 80-х годах XX века промышленные роботы только начинали появляться на производстве, то сегодня только на обзор этой темы мы потратим несколько часов. Это компьютеризированные игрушки, производящие фурор на международных выставках, это медицинская техника, это потоковые линии, сложное, опасное производство, и, конечно, военная техника.
На мировом рынке работает около 400 компаний, занимающихся производством робототехники.
— «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики» в Санкт-Петербурге;
— ЗАО «Центр высоких технологий в машиностроении при МГТУ им. Н. Э. Баумана»;
— ОАО «НИКИМТ-Атомстрой» — головная материаловедческая организация «Росатома», в Москве;
— НИИ системных исследований РАН Москва;
— НПО «Андроидная техника» в Москве;
— ФГУП ЦНИИмаш г. Королев, учредитель «Роскосмос»;
— ОАО «ЦНИИТОЧМАШ» Госкорпорации Ростех, Московская область, Климовск;
— СПКБ ПА г. Ковров;
— «Научно-Исследовательский Технологический Институт (НИТИ) Прогресс» в Ижевске;
— Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского АН;
— НИИ стали Москва;
— Компания СМП Роботикс, Зеленоград.
Современные компьютеры — это компьютеры четвертого поколения. Определить границу между этим поколением и следующим можно будет лишь после того, как со временем будет признана революционной, прорывной новая технология, которая сегодня только зарождается. Возможно, это будут квантовые компьютеры, идея которых была высказана в 80-х годах XX века Ю. Майниным и Р. Фейнманом, или биологические компьютеры, в которых роль битов возьмут на себя молекулы ДНК. Возможно, изменению подвергнется неймановская архитектура, реализующаяся вот уже три четверти века.
Человечество на этом пути ждут трудности, провалы и, конечно, новые открытия.
Читайте также: