Наиболее известен как праотец современной архитектуры компьютеров

Обновлено: 02.07.2024

Презентация на тему: " Архитектура ЭВМ Праотец современной архитектуры компьютеров Джон фон Нейман (1903-1957)" — Транскрипт:

2 Архитектура ЭВМ Праотец современной архитектуры компьютеров Джон фон Нейман ( )

3 Логическая структура ЭВМ

5 Системный блок Системный блок Системный блок корпус, в котором находятся основные функциональные компоненты персонального компьютера.

6 Материнская плата Матери́нская пла́та Матери́нская пла́та (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard главная плата) это сложная многослойная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода).англ.

7 Гнезда для модулей ОП Разъем для процессора Порты ввода/вывода PS/2, USB Слоты для карт расширений Слот для графического адаптера

8 Слот Слот – разъем на материнской плате, предназначенный для подключения внешних устройств ПК (контроллеров)

9 Контроллер Контроллер – электронные схемы, управляющие различными устройствами компьютера. Контроллер высокоскоростной шины передачи данных (сетевая карта) Контроллер для подключения к компьютеру принтеров, модемов, колонок, сканеров, видеокамер и других устройств USB

10 Видеокарта Звуковая карта

11 ПОРТЫ ПОРТЫ – специальные разъемы, расположенные на тыльной стороне системного блока, предназначенные для подключения внешних устройств. Какой кабель?

12 Порт подключения клавиатуры PS/2 USB-порт

13 Логическая схема системной платы

14 PCI PCI шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. AGP AGP - ускоренный графический порт специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. UDMA UDMA – прямой доступ к памяти без участия ЦП. После́довательный порт После́довательный порт или COM-порт двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена байтовой информацией. Параллельный порт Параллельный порт или LPT-порт для подключения периферийных устройств персонального компьютера.

На дворе конец первого десятилетия XXI века. В моду входят компактные настольные компьютеры и нетбуки на основе процессоров Intel Atom. Индустрия идет по пути миниатюризации компонентов вычислительных систем. Уже сейчас полнофункциональные устройства с поддержкой воспроизведения видео в High Definition можно поместить в карман брюк. Однако в середине прошлого столетия, каких-то 70-80 лет назад, простейшие компьютеры-калькуляторы занимали целые залы.

Давайте вместе окунемся в эпоху огромных «доисторических» компьютеров и так называемых мейнфреймов, которые правили бал в прошлом столетии. Мы расскажем о достижениях лучших математических и инженерных умов, об их трудах в тяжелое до- и послевоенное время. В те далекие годы вычислительные системы считались произведением искусства. Разработчики вкладывали свою душу в эти устройства, а для поддержания гигантских компьютеров в рабочем состоянии требовались чуть ли не магические способности.

Человек-компьютер

Архитектура современных компьютеров многим обязана Джону фон Нейману — автору одной из главных теорий по созданию вычислительных машин.

Как ни странно, но до появления первых автоматизированных вычислительных машин компьютером называли человека, который занимался расчетами. На рынке труда существовала одноименная должность. Для понимания термина необходимо базовое знание английского языка: глагол «compute» в переводе на русский означает «рассчитать» или «вычислить». Для отглагольного существительного «computer» в русском языке нет однозначного аналога. Слово переводится буквально как «тот, кто производит расчет». Впрочем, англицизм «компьютер» прижился и прекрасно себя чувствует.

Вычислениями обычно занимались группы людей. Каждый из участников процесса выполнял какую-то часть общей работы (первая реализация принципа параллельных вычислений?). Понятное дело, что адская работа компьютеров-людей отнимала слишком много времени, денег и нередко приводила к ошибочным результатам. Представьте себе: отдел крупного предприятия девятнадцатого столетия, в котором сидит несколько человек и ждет нового задания от начальства! Рутинная, повторяющаяся работа компьютеров просто-таки напрашивалась на хотя бы простейшую автоматизацию.

Первые попытки создать вычислительное устройство были предприняты в первой половине XIX века. Речь идет об аналитической машине (analytical engine) англичанина Чарльза Беббиджа. По его задумке устройство на основе парового двигателя должно было рассчитывать и печатать логарифмические таблицы с высокой точностью. Для программирования и вывода результатов планировалось использовать перфокарты. Как это обычно бывает, прогрессивная мысль создателя намного опередила время. Промышленность той эпохи не смогла изготовить необходимые компоненты, поэтому правительство быстренько прекратило финансирование проекта, работа встала. Действующий образец машины по проекту Беббиджа был создан лишь в 1991 году. В настоящее время это чудо техники установлено в Научном музее Лондона.

Следующим знаковым событием докомпьютерной эпохи стала перепись американского населения в 1890 году. При этом использовались табуляторные машины (tabulating machine) разработки Германа Холлерита. Подсчет результатов предыдущей переписи 1880 года занял целых семь лет. К тому же окончательные цифры не отражали действительность из-за высоких темпов иммиграции. Власти были уверены, что подведение итогов новой переписи отнимет порядка 13 лет. Однако табуляторные машины сократили этот срок до 18 месяцев.

Компьютер Конрада Зюса Z1 больше похож на какую-то изощренную пыточную машину, нежели на вычислительное устройство.

На идею создания такого устройства Холлерита вдохновили проездные билеты в поездах. Для нанесения на них информации контролеры использовали дыроколы. Изобретатель подметил, что точно таким же способом можно заносить информацию в вычислительную машину. В качестве носителя данных использовались перфокарты небольшого размера. Считывающее устройство определяло проделанные в картах отверстия, запоминала информацию и подавала оператору сигнал о завершении считывания.

Технология Холлерита быстро набрала популярность. Табуляторные машины использовали для самых разных работ. Их устанавливали в университетах и банках. Позже компания Холлерита была преобразована в International Business Machines, сейчас известную как IBM. Выпуск табуляторных машин продолжался до 1940 года, разработчики совершенствовали технологию, выпуская все более быстрые модели.

Новую ступень эпохи автоматизированных вычислений открыли аналоговые компьютеры, появившиеся в начале XX века. Эти системы использовали повторяющиеся физические явления (электростатику, механику, гидравлику) для моделирования решаемой задачи. Первое подобное устройство появилось в 1912 году — это была механическая машина на основе дифференциального анализатора, созданная Артуром Полленом для боевых действий. Аппаратом активно пользовались русские войска во время Первой мировой войны.

Некоторое время аналоговые компьютеры считались будущим автоматизации. Однако появление первых электронных схем накануне Второй мировой войны расставило все на свои места. Электронные компоненты были функциональнее и лишены многих проблем, присущих аналоговым устройствам, главная из которых — недостаточная точность работы.

Особенности современных мейнфреймов

— Рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80-95% от их пиковой производительности.

— Среднее время наработки на отказ для мейнфреймов — 12-15 лет. С учетом того, что большинство из них работает по графику 24/7, это очень высокий показатель надежности.

— Мейнфреймы очень устойчивы к сбоям. Это достигается благодаря:

а) дублированию: используются резервные процессоры, запасные микросхемы памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам;

б) возможности горячей замены (не выключая системы) всех элементов; даже таких, как платы памяти и центральный процессор.

— Используя мейнфрейм, можно быть уверенным, что не потеряется ни один бит информации. В этих системах установлена память, исправляющая ошибки, а дисковые подсистемы основываются на RAID-массивах высокой степени надежности, с возможностью горячей замены и встроенными средствами для автоматического резервного копирования.

— В мейнфреймах реализованы совершенные системы защиты: криптографические устройства, Logical Partition (разбиение физической системы на несколько виртуальных, каждой из которых управляет отдельная ОС), средства контроля над доступом к ресурсам, такие как RACF или VM:SECURE.

— Пользовательский интерфейс мейнфреймов всегда был не на высоте. Однако в последнее время для многих подобных систем существуют удобные и эффективные способы управления через интернет.

Смутное время цифровых вычислений

Британские компьютеры Colossus не дожили до наших дней — их уничтожили по приказу правительства в 70-х годах прошлого века. К счастью, удалось восстановить систему по чертежам.

Сильное влияние на создателей вычислительных систем оказало исследование английского математика и криптографа Алана Тюринга. Представленный им в 1936 году документ предлагал совершенно новую концепцию компьютера — системы, которая выполняет программу, загруженную с внешнего носителя. Автор считал, что для этого надо реализовать адекватный механизм загрузки и выгрузки программ (например, перфоленту).

Американский математик Джон фон Нейман, впечатленный трудом Тюринга, придумал и изложил свое видение вопроса. Согласно его концепции компьютер должен использовать одну и ту же память для одновременного хранения как самой программы, так и данных. Концепция фон Неймана получила поддержку со стороны архитекторов новых цифровых систем и стала стандартом де-факто.

В 40-е годы прошлого века в мире существовало сразу три параллельных направления. Над созданием компьютера трудились в Германии, Великобритании и США. Работа инженера Конрада Зюса началась в изолированной Германии в 1936 году. Мастер приступил к созданию универсального цифрового калькулятора с возможностью внесения программ. Компьютер Z1 появился в 1938 году, но так и не завоевал популярности из-за неточной работы. Устройство было полностью механическим, но уже двоичным. Для сравнения, описанная Беббиджем аналитическая машина использовала десятичную систему счисления.

Осознав свои ошибки, Зюс приступил к разработке модифицированной машины Z2. В устройстве вместо арифметических и логических схем были установлены электрические реле. Этот компьютер также не получил всеобщего признания. По-настоящему легендарной стала следующая машина Конрада Зюса. Законченный в 1941 году Z3 считают первым работающим программируемым цифровым компьютером. По многим параметрам устройство напоминает современные системы (к примеру, оно умело работать с плавающей запятой). Z3 считывал программы с перфолент и поддерживал разработанный Зюсом высокоуровневый язык программирования. В общем, изобретателю было чем гордиться. Дальнейшей работе помешала война. Бомбардировки уничтожили многие наработки Зюса. По той же причине коллеги инженера в США и Великобритании не знали о машинах серии Zn (хотя позже IBM выкупила патенты на изобретения Зюса в обмен на финансирование).

Вычислительная машина Atanasoff-Berry Computer занимала не так много места по сравнению с аналогами от других производителей. Правда, и функциональность у нее была соответствующая.

Разработка британских инженеров держалась в тайне до начала 70-х годов. Компьютер Colossus придумали с одной-единственной целью — с помощью этой системы предполагалось расшифровывать немецкие радиопередачи. Colossus известен как первый полностью электронный компьютер на основе вакуумных трубок. Прототип Colossus Mark 1 представили в 1943 году. Машина была лишь частично совместима с концепцией Алана Тюринга. Программировалась она при помощи переключателей. Помимо этого, компьютер умел считывать программы с бумажной ленты.

Компьютер занимал много места, но создателей из Блечли-Парка (усадьба в графстве Бэкингемшир, которая во время Второй мировой войны была крупнейшим криптографическим центром) это не волновало. Во время войны Colossus Mark 1 и его модифицированная версия Colossus Mark 2 сильно помогли в разгадывании немецких шифров. Всего было создано десять машин, по окончании войны они были уничтожены. Именно поэтому компьютеры Colossus отсутствуют во многих исторических документах о развитии компьютерной промышленности прошлого века.

Американцы пошли по иному пути. В 1937 году компьютерный энтузиаст — математик и инженер электроники Клод Шеннон — реализовал принципы булевой алгебры при помощи электронных реле и переключателей. В том же году свой компьютер Model K на основе реле представил Джордж Стибиц из компании Bell Labs. Воодушевившись успехом изобретателей, начальство Bell усилило финансирование проекта и организовало команду разработчиков во главе со Стибицем. Результатом их трехлетнего труда стал калькулятор комплексных чисел. Разработчики показали готовую систему и смогли продемонстрировать работу с устройством на расстоянии (команды отправлялись через телефонную линию). На легендарной презентации присутствовали Джон фон Нейман, Джон Мачли и Норберт Винер. Все они написали о компьютере в своих мемуарах.

Компьютер ENIAC предлагал высокую производительность и продвинутый функционал в обмен на чудовищное энергопотребление, огромные размеры и устрашающий внешний вид.

Параллельно со Стибицем над компьютерной системой трудились Джон Винсент Атанасов и Клиффорд Берри в Университете штата Айовы. Вычислительная машина под названием Atanasoff-Berry Computer умела решать системы линейных уравнений, в конструкции устройства было задействовано 300 вакуумных трубок и конденсаторы в механически вращаемом барабане. Система строилась без оглядки на теорию Тюринга. Компьютер не поддерживал программирование и поэтому не пользовался большим успехом. В июне 1941 года устройство осмотрел Джон Мачли. Реализованные в Atanasoff-Berry Computer идеи ему понравились, судя по всему, именно они легли в основу компьютера ENIAC, о котором мы расскажем чуть позже.

В 1939 году стартовал проект в лаборатории IBM Endicott. Инженеры компании использовали принципы аналитической машины Чарльза Беббиджа для создания своего Harvard Mark 1 (также известного как автоматический контролируемый калькулятор). Электромеханическое устройство использовало десятеричную систему счисления, основу конструкции составляли переключатели и электромагнитные реле. Машина содержала несколько параллельных вычислительных блоков, программа вносилась при помощи перфоленты. Harvard Mark 1 заработал в 1944 году.

Но одним из самых мощных компьютеров того времени был ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), разработанный в Университете штата Пенсильвания под контролем Джона Мачли и Дж. Преспера Экерта. Компьютер начал функционировать в 1945 году и сразу же сразил всех своей производительностью. Система на основе электронных схем работала со скоростью 5000 операций в секунду, что намного больше, чем возможности любого похожего устройства того времени. ENIAC был оснащен модулями для умножения, деления, вычитания. Машина содержала примерно 80 байт памяти.

Высокая скорость работы вылилась в по-настоящему гигантские размеры устройства. ENIAC состоял из 17468 вакуумных трубок, 7200 диодов, 1500 электронных реле, 70 тыс. резисторов, 10 тыс. конденсаторов и порядка 5 млн соединений. Весила махина около 30 тонн, занимала площадь 680 квадратных метров, потребляла 150 кВт энергии. Компьютер принимал перфоленту с программами через считывающее устройство производства IBM. При создании ENIAC разработчики задействовали модульный подход — все функциональные блоки устройства были выделены в отдельные сегменты для выполнения разных функций. Важной особенностью компьютера стала поддержка вычисления сложных последовательностей с использованием ветвлений. Правда, на разработку программ на бумаге у математиков уходило несколько недель, а задание параметров ENIAC при помощи переключателей отнимало еще несколько дней.

Фон Нейман в моде

Это наводящее ужас нагромождение шкафов носило милое название Baby.

Вторую систему по фон Нейману представил Кембриджский университет в 1949 году. Компьютер под названием EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) оснащался памятью на основе линий задержки и вакуумными трубками в качестве основной логики.

Так выглядел популярный коммерческий компьютер UNIVAC 1. Только представьте, сколько времени уходило у операторов на освоение пульта управления!

Но наибольшую популярность заработал второй проект Экерта и Мачли. Компьютер EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) задействовал двоичную систему счисления. Его последовательная архитектура умела проводить операции сложения, вычитания, умножения и деления в автоматическом режиме. Программа была записана в быструю (по тем временам) последовательную память на основе линий задержки. Компьютер состоял из 6 тыс. вакуумных трубок, 12 тыс. диодов и потреблял порядка 56 кВт энергии.

Первый EDVAC был доставлен в американскую Лабораторию исследования баллистики в 1949 году, но заработал он лишь в 1951 году после устранения ряда серьезных проблем. Кстати, примерно в то же время Экерт и Мачли ушли из Университета штата Пенсильвания и основали собственный бизнес по производству вычислительных систем Eckert-Mauchly Computer Corporation. Многие аналитики рассматривают системы Manchester Mark 1, EDSAC и EDVAC как прародителей современной архитектуры компьютеров.

Первым коммерчески успешным компьютером США стала система UNIVAC 1. Изначально ее разрабатывала компания Мачли и Экерта. Однако финальный образец вышел из-под крыла Remington Rand, которая купила Eckert-Mauchly Computer Corporation. Новый компьютер использовал 5200 вакуумных трубок и весил порядка 13 тонн, система выполняла около 2000 операций в секунду и занимала комнату в 35 квадратных метров. Вместе с UNIVAC 1 появились приводы с постоянной памятью на основе магнитной пленки. Первую систему в 1951 году доставили в то самое американское бюро по переписи населения, где несколько десятков лет назад дебютировала табуляторная машина Германа Холлерита. Уже в следующем году UNIVAC 1 предсказал результаты выборов американского президента после загрузки всего 1% от общего числа голосов. Позже Remington Rand продала 46 компьютеров по цене $1 млн каждый.

IBM RAMAC — дедушка всех современных жестких дисков.

Прошло немного времени, и на рынок компьютеров, созданных по архитектуре фон Неймана, вышла компания IBM. В 1952 году «голубой гигант» публично анонсировал свой первый мейнфрейм — систему IBM 701 Electronic Data Processing Machine. Компьютер оснастили электростатической памятью на основе трубок Виллиамса общей емкостью до 18 Кб. Сама система состояла из многочисленных модулей с аналитической логикой, памятью, устройствами для считывания и записи перфокарт и так далее. Каждый из модулей был собран в рамке, отсюда и пошло название мейнфрейм (в переводе с англ. main frameосновная рамка).

В 1954 году вместе с новым поколением IBM 704 появилась магнитная память, которая стала стандартом для больших компьютеров. Новая система базировалась на сильно переработанной архитектуре, но при этом сохраняла совместимость с предыдущей моделью.

Примерно тогда же оформился первый реализованный на практике высокоуровневый язык программирования — фортран. В компьютеры начали загружать микрокод с первичными командами. Идеи инженеров IBM меняли рынок компьютеров. Компания представила несколько модификаций своих систем, включая уменьшенный 900-килограммовый IBM 650, и выпустила первый накопитель на магнитных дисках под названием RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Устройство использовало пятьдесят 24-дюймовых металлических пластин общей емкостью до 5 Мб. При этом каждый мегабайт обходился покупателям в $10 000. Для сравнения, сейчас цена одного мегабайта на различных носителях обычно не превышает двух сотых цента.

Фортран — первый язык программирования высокого уровня, созданный для быстрого и удобного написания программ. Он был разработан в период с 1954 по 1957 год в недрах компании IBM. Руководил проектом Джон Бэкус, который впоследствии получил за эту разработку премию Тьюринга (в 1977 году). Само название Fortran — это аббревиатура от FORmula TRANslator, что в переводе с английского означает «переводчик формул».

Фортран широко использовался (и используется) для научных и инженерных вычислений. Сегодня можно найти множество готовых библиотек, написанных на этом языке: пакеты для перемножения матриц, пакеты для решения сложных интегральных и дифференциальных уравнений и многие-многие другие. Они отлажены, эффективны и тщательно документированы. А самое главное — все эти программные пакеты свободно доступны в исходных кодах.

Работа работой, но отдыхать тоже нужно. Язык программирования фортран позволял «рисовать» такие вот цифровые картины.

Мы с вами подобрались к самому интересному. Рынок компьютеров начал расширяться, выбрался за рамки секретных лабораторий и правительственного финансирования. Производители вычислительных систем стали зарабатывать хорошие деньги, развивать свои собственные технологии и делать выгодные предложения корпоративным пользователям. А где деньги — там и технический прогресс.

В следующей части нашего рассказа мы поведаем о компьютерах второй половины XX века. Именно в это время получили распространение транзисторы, появились первые интегральные микросхемы и случилось еще много чего интересного.

Архитектурой современного компьютера является схематическое изображение его структуры строения с указанием принципов работы комплектующих, входящих в его состав.


Понятие архитектуры компьютера

Архитектура компьютера - это ряд неких правил производства электронной системы вычисления, а также базовые способности и отличительные черты ее технологий.

Архитектурой персонального компьютера обычно пользуются в качестве инструмента для отработки стандартов. Другими словами, компьютерную систему по такому стандарту реально воплотить на основе сформированных схематических решений и технологий.

Под термином «архитектура компьютера» также понимают методологию сборки компьютеров и их составляющих. Таким образом, архитектура, разработанная определённой компанией, является её интеллектуальной собственностью и может быть применена только ею, являясь инструментом её конкурентоспособности. Но, невзирая на это, различными брендами используется общая концепция, объединяющая основные базовые характеристики разных моделей компьютеров, что делает их комплектующие универсальными.

Применение единой архитектуры персональных компьютеров дает возможность фирмам по производству компьютеров тесно взаимодействовать друг с другом для создания и совершенствования различных компонентов и используемых технологий. Совмещение разных концепций в одно архитектурное решение дает возможность распространяться определенным моделям персональных компьютеров на рынке, позволяет различным компаниям спроектировать пакеты программ, которые в любом случае подойдут для персонального компьютера.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Классический вариант архитектуры компьютера

Первоначальный состав архитектуры компьютера был предложен ученым Нейманом, который был известным математиком. Он изложил основные принципы конструирования персональных компьютеров, учитывая их логическую структуру. Эта методология, которую предложил Нейман, взята за основу классической архитектуры персонального компьютера. В его состав должны входить следующие основные элементы:

  • логико-арифметический блок;
  • управленческий блок;
  • блок устройства внешней памяти;
  • блок оперативной памяти;
  • блок ввода-вывода данных.

В соответствии с этой структурой, должен быть соблюден определенный порядок работы элементов компьютера. Изначально производится загрузка информации в память компьютера из программы, что выполняется. Для ввода данных используются внешние устройства компьютера. После этого блок управления переносит эти данные из блока памяти в блок обработки информации. Обработка происходит с помощью различных элементов компьютера.

Современный вариант архитектуры компьютера

Архитектура современного компьютера, хоть и отличается от классического, но основана на его базе. Определяющей отличительной чертой современного персонального компьютера является наличие у него центрального процессора, который по сути есть соединением блока управления и логико-арифметического блога в единую систему.

Ранее такое соединение было практически невозможным из-за массивного размера микросхем. На сегодняшний день развитие позволило повысить степень интеграции микросхем. Стало возможным ранее невозможное, то есть помещение широкого набора функций в небольшую по размеру деталь. Архитектурой сегодняшнего персонального компьютера также предусматривается использование контроллеров. Необходимость их использования вызвана тем, что роль процессора, как основного устройства, что выполняет функцию обмена информацией с внешними устройствами, изменилась. Функция ввода-вывода информации была убрана из процессора, благодаря новым микросхемам. Была произведена разработка различных каналов обмена информацией, а также наборов микросхем, получивших позже название контроллеров.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Архитектура IBM

Архитектура персонального компьютера, спроектированная фирмой IBM, по сути являет собой мировой стандарт. Главная её отличительная особенность - это открытая структура. Другими словами, персональные компьютеры, в соответствии с этим стандартом, перестали быть окончательными завершенными брендовыми продуктами.

IBM - это фирма, которая является одной из первых на рынке производства компьютеров, кто выработал общепризнанную архитектуру.

Но она не монополист при этом, то есть фирмы и компании, производящие компьютеры и их составляющие элементы, сами определяют состав сборки персональных компьютеров. В то же время, всегда остается возможным осовременить свой персональный компьютер, заменив комплектующие на более продвинутые. Реализация технологии открытой архитектуры современных компьютеров стала возможной благодаря быстрым темпам прогресса.

Программное обеспечение и его структура в компьютерах на базе архитектуры IBM

Основной особенностью, по которой можно определить, что персональный компьютер относятся к платформе IBM, есть его возможность работать на различных операционных системах. Это является возможным за счет открытой структуры данной архитектуры. В компьютерах с архитектурой IBM используются операционные системы Linux, Windows в различных конфигурациях, а также, помимо того, разные операционные системы, совместимые с аппаратным оснащением персонального компьютера с такой архитектурой.

Платформа IBM позволяет устанавливать не только программы от известных брендов, но и программы малоизвестных составителей, и при этом система не требует согласования этих программ с производителями аппаратных компонентов.

На платформе IBM используется стандартная система ввода-вывода данных, именуемая BIOS, которая входит состав всех персональных компьютеров. Её задачей является обеспечение исполнения основных операций персональных компьютеров, вне зависимости от типа операционной системы, установленной на них. Этот момент также является свойством открытости архитектуры на платформе IBM, авторы системы BIOS являются толерантными к производителям других операционных систем и продуктов. Само явление выпуска системы BIOS в составе различных брендов является свойством открытости платформы IBM.


В ходе эволюции компьютерных технологий были разработаны сотни разных компьютеров. Многие из них давно забыты, в то время как влияние других на современные идеи оказалось весьма значительным.

На данный момент можно выделить шесть этапов развития компьютеров:

1. Нулевое поколение-механические компьютеры

2. Первое поколение-электронные лампы

3. Второе поколение-транзисторы

4. Третье поколение-интегральные схемы

5. Четвертое поколение-сверхбольшие интегральные схемы

6. Пятое поколение-компьютеры небольшой мощности и невидимые компьютеры

Нулевое поколение-механические компьютеры (1642-1945)

В 1642 году французский ученый Блез Паскаль создает счетную машину. Это была механическая конструкция с шестеренками и ручным приводом, выполнявшая операции сложения и вычитания. Но спустя тридцать лет великий немецкий математик барон Готфрид Вильгельм фон Лейбниц построил другую механическую машину, которая в отличие от предыдущей могла исполнять операции сложения и деления. Можно сказать, Лейбниц три века назад создал подобие карманного калькулятора.

На замену счетной машины появилась аналитическая машина Бэббиджа, которая могла выполнять несколько алгоритмов и результат возвращать обратно в память.

Переместимся на три века вперед, где в 1944 году была закончена работа над первым компьютером Говарда Айкена « Mark I ». Компьютер имел 72 слова по 23 десятичных разряда каждое. Время выполнения операции составляло 6 секунд. В устройствах ввода-вывода использовалась перфолента. К тому времени, как Айкен закончил работу над компьютером « Mark II », релейные компьютеры уже устарели. Началась эра электроники.

Первое поколение-электронные лампы (1945-1955)

В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В последствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.

Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.

Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.

Второе поколение-транзисторы (1955-1965)

Тразистор был изобретен сотрудниками лаборатории Bell Laboratories Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли, за что в 1956 году они получили Нобелевскую премию в области физики. В течение десяти лет транзисторы произвели революцию в производстве компьютеров, и к концу 50-х годов компьютеры на электронных лампах стали пережитком прошлого. Выполняя те же функции, что и электронная лампа, транзистор вместе с тем имел значительно меньшие размеры и был свободен от недостатков, присущих лампам: у него не было хрупкого стеклянного корпуса и тонкой нити накаливания, он не перегревался и потреблял гораздо меньше электроэнергии.

Третье поколение-интегральные схемы (1965-1980)

Изобретение кремниевой интегральной схемы в 1958 году Джеком Килби и Робертом Нойсом позволило разместить на одной небольшой мискросхеме десятки транзисторов. Компьютеры на интегральных схемах были меньшего размера, работали быстрее и стоили дешевле, чем их предшественники на транзисторах.

Первая массовая серия машин на интегральных элементах стала выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта серия, известная под названием IBM-360, оказала значительное влияние на развитие вычислительной техники второй половины 60-х годов. Она объединила целое семейство ЭВМ с широким диапазоном производительности, причем совместимых друг с другом. Последнее означало, что машины стало возможно связывать в комплексы, а также без всяких переделок переносить программы, написанные для одной ЭВМ, на любую другую из этой серии.

Еще одно нововведение в 360-многозадачность. В памяти компьютера могло находиться одновременно несколько программ, и пока одна программа ждала, когда закончится процесс ввода-вывода, другая исполнялась. В результате ресурсы процессора расходовались более рационально.

Четвертое поколение-сверхбольшие интегральные схемы (1980-?)

Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС)в 80-х годах позволило размещать на одной плате сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров меньшего размера более быстродействующих. Ранее компьютеры были настолько большие и дорогостоящие, что компаниям и университетам приходилось иметь специальные отделы (вычислительные центры). К 80-м годам цены упали так сильно, что возможность приобретать компьютеры появилась не только у организаций, но и у отдельных людей. Началась эра персональных компьютеров.

Персональные компьютеры требовались совсем для других целей, чем их предшественники. Они применялись для обработки слов, электронных таблиц, а также для исполнения приложений с высоким уровнем интерактивности (например, игр), для которых большие компьютеры не подходили.

Пятое поколение-компьютеры небольшой мощности и невидимые компьютеры

В 1981 году правительство Японии объявило о намерениях выделить национальным компаниям 500 миллионов долларов на разработку компьютеров пятого поколения на основе технологий искусственного интеллекта, которые должны были потеснить «послушные» машины четвертого поколения. Наблюдая за тем, как японские компании оперативно захватывают рыночные позиции в самых разных областях промышленности- от фотоаппаратов до стереосистем и телевизоров, - американские и европейские производители в панике бросились требовать у своих правительств аналогичных субсидий и прочей поддержки. Однако несмотря на большой шум, японский проект разработки компьютеров пятого поколения в конечном итоге показал свою несостоятельность и был тихо свернут. В каком-то смысле эта ситуация оказалась близка той, с которой столкнулся Беббидж-идея настолько опередила свое время, что для ее реализации не нашлось адекватной технологической базы.

Тем не менее, то, что можно назвать пятым поколением компьютеров, все же материализовалось, но в весьма в неожиданном виде-компьютеры начали стремительно уменьшаться. В 1989 году фирма Grid Systems выпустила первый планшетный компьютер, который назывался Grid Pad. Он был оснащен небольшим экраном, на котором пользователь мог писать специальным пером. Такие системы, как Grid Pad , продемонстрировали, что компьютер не обязан стоять на столе или в серверной-пользователь может носить его с собой, а с сенсорным экраном и распознание рукописного текста он становится еще удобнее.

Итак, к первому поколению причисляются компьютеры на электронных лампах, ко второму-транзисторные машины ( IBM 7094 ), к третьему - первые компьютеры на интегральных схемах ( IBM 360) , к четвертому - персональные компьютеры. Что же касается пятого поколения, то оно больше связано не с конкретной архитектурой, а со сменой модели. Компьютеры будущего будут встраиваться во все мыслимые и немыслимые устройства и за счет этого действительно станут невидимыми.

Список использованной литературы:

1. Э. Таненбаум, Т. Остин «Архитектура компьютера», -6-е изд. 2020. - С.25-34.

2. Э. П. Ланина «История развития вычислительной техники», 2001. - С.39-42

Читайте также: