Перші електронно-обчислювальні машини

26 0 Новини високих технологій

В останні десятиліття людство вступило в комп'ютерний вік. Розумні і потужні комп'ютери, базуючись на принципах математичних дій, працюють з інформацією, керують діяльністю окремих верстатів і цілих заводів, контролюють якість продуктів і різних виробів. В наш час комп'ютерна техніка – це основа розвитку людської цивілізації. На шляху до такого стану довелося пройти короткий, але вельми бурхливий шлях. І довгий час називалися ці машини не комп'ютерами, а обчислювальними машинами (ЕОМ).


Перші електронно-обчислювальні машини

Класифікація ЕОМ

За загальною класифікацією ЕОМ розподіляються на цілий ряд поколінь. Визначальними властивостями при віднесення пристроїв до конкретного покоління є їх окремі структури і модифікації, такі вимоги до електронно-обчислювальних машин, як швидкодія, обсяг пам'яті, методики управління і способи переробки даних. Зрозуміло, розподіл ЕОМ буде в будь-якому випадку умовним – існує велика кількість машин, які за деякими ознаками вважаються моделями одного покоління, а за іншими – належать до абсолютно іншого. У підсумку ці апарати можливо зарахувати до несовпадающим етапами формування моделей електронно-обчислювального типу. У будь-якому випадку, вдосконалення ЕОМ йде в рамках ряду етапів. І покоління ЕОМ кожного етапу володіє істотними відмінностями один від одного за елементним і технічних баз, забезпечення певного конкретного математичного типу.

Перше покоління ЕОМ

Покоління 1 обчислювальних машин розвивалося в перші післявоєнні роки. Створювалися не дуже потужні електронно-обчислювальні машини, які базуються на лампах електронного типу (таких же, як і у всіх телевізорах моделей тих років). В якійсь мірі це був етап становлення подібної техніки.


Перші обчислювальні машини вважалися експериментальними типами апаратів, які формувалися для аналізу існуючих і нових концепцій (в різних науках і в деяких складних виробництвах). Об'єм і маса комп'ютерних машин, які були досить-таки великі, нерідко вимагали дуже великих приміщень. Зараз це здається казкою давно минулих і навіть не зовсім реальних років.
Перші електронно-обчислювальні машини
Введення даних у машини першого покоління йшло способом завантаження перфокарт, а програмне керівництво послідовностями рішень функцій проводилося, приміром, ENIAC – способом введення штекерів і форм набірної сфери. Незважаючи на те, що такий спосіб програмування відтягував великий обсяг часу для того, щоб підготувати агрегат, для з'єднань на складальних полях блоків машин він надавав всі можливості для демонстрації математичних «здібностей» ENIAC'а, і з суттєвою вигодою володів відмінностями від способу програмної перфострічки, яка підходить для апаратів релейного типу.

Принцип «мислення»

Співробітники, які працювали на перших обчислювальних машинах, не відривалися, були біля машин постійно і проводили спостереження за ефективністю роботи наявних електронних ламп. Але варто було тільки вийти з ладу хоча б однієї лампи, ENIAC миттєво піднімався, все в поспіху проводили пошук сломавшейся лампи.
Провідною причиною (хоч і приблизної) досить нерідкою заміни ламп була наступна: нагрівання і сяйво ламп притягували комах, вони залітали у внутрішній об'єм апарату і «допомагали» створення короткого замикання електричного. То є перше покоління цих машин було дуже вразливим до зовнішніх впливів. Якщо уявити, що ці припущення могли бути правдою, то поняття «жучки» («жучки»), під яким розуміють помилки і промахи в програмному і апаратному комп'ютерному обладнанні, отримує зовсім інше значення. Ну, а якщо лампи машини були в робочому стані, обслуговуючий персонал міг провести настройку ENIAC на іншу задачу, переставивши вручну підключення приблизно шести тисяч проводів. Всі ці контакти було необхідно знову перемикати, коли виникала завдання іншого типу.
Перші електронно-обчислювальні машини

Серійні машини

Першої електронно-обчислювальною машиною, яка почала випускатися серійно, була UNIVAC. Він став першим видом електронного цифрового комп'ютера багатоцільового призначення. UNIVAC, створення якого датується 1946-1951 рр., вимагав періоду додавань 120 мкс, загальних множень – 1800 мкс і поділок – 3600 мкс. Такі машини вимагали великої площі, багато електроенергії і мали значну кількість ламп електронного виду. Зокрема, радянська електронно-обчислювальна машина «Стріла» мала 6400 цих ламп і 60 тисяч примірників діодів напівпровідникового типу. Швидкість швидкодії такого покоління ЕОМ не була вище двох-трьох тисяч дій в секунду, розміри оперативної пам'яті виявилися не більше двох Кб. Лише агрегат «М-2» (1958 р.) досяг оперативної пам'яті близько чотирьох Кб, а швидкість швидкодії машини досягла двадцяти тисяч дій в секунду.

ЕОМ другого покоління

У 1948 р. кількома вченими і винахідниками Заходу був отриманий перший працюючий транзистор. Це був механізм точково-контактного виду, в якому три тонких металевих проводка контактували з смужкою з полікристалічного матеріалу. Отже, сімейство ЕОМ удосконалювались вже в ті роки.
Перші моделі випущених комп'ютерів, які діяли на базі транзисторів, вказують на свою появу на останньому відрізку 1950-х рр., а років через п'ять з'явилися зовнішні форми цифрової обчислювальної машини з істотно розширеними функціями.

Особливості архітектури

Одним з важливих принципів роботи транзистора служить те, що він в єдиному екземплярі зможе провести певну роботу за 40 звичайних ламп, і навіть тоді він збереже більш високу швидкість функціонування. Машина виділяє мінімальний обсяг теплоти, і майже не буде користуватися електричними джерелами і енергією. У зв'язку з цим, вимоги до персональних електронно-обчислювальних машин зросли.
Перші електронно-обчислювальні машини
Паралельно з поступовою заміною звичайних ламп електричного типу на ефективні транзистори йшов ріст поліпшення методики збереження наявних даних. Йде розширення обсягу пам'яті, а магнітна модифікована стрічка, яка вперше була використана в ЕОМ першого покоління UNIVAC, почала вдосконалюватися. Треба зазначити, що в середині шістдесятих років минулого століття використовувався метод збереження даних на дисках. Істотні просування у використанні комп'ютерів дали можливість отримати швидкість в мільйон операцій в одну секунду! Зокрема, до звичайних транзисторним комп'ютерів другого покоління електронно-обчислювальних машин можна зарахувати «Стретч» (Великобританія), «Атлас» (США). У той час СРСР також виробляв високоякісні зразки ЕОМ (зокрема «БЭСМ-6»). Випуск ЕОМ, які створені на базі транзисторів, послужив причиною скорочення їх обсягу, ваги, витрат електроенергії і вартості машин, також покращилися надійність і ефективність. Це дало можливість збільшити кількість користувачів і перелік вирішуваних завдань. З урахуванням ознак, якими відрізнялося друге покоління ЕОМ, розробники таких машин почали конструювати алгоритмічні форми мов для інженерно-технічного (зокрема, АЛГОЛ, ФОРТРАН) та господарського (зокрема, КОБОЛ) типу розрахунків. Гігієнічні вимоги до електронно-обчислювальних машин також зростають. У п'ятдесяті стався черговий прорив, але все ж до сучасного рівня ще далеко.

Важливість ОС

Але навіть в цей час провідною із завдань технологій роботи обчислювальних машин було проведення скорочення ресурсів, робочого часу і обсягу пам'яті. Для вирішення цієї проблеми тоді почали конструювати прототипи нинішніх операційних систем.
Перші електронно-обчислювальні машини
Типи перших операційних систем (ОС) давали можливість покращувати автоматизацію роботи користувачів ЕОМ, яка була спрямована на виконання визначених завдань: введення в машину даних програм, виклики потрібних трансляторів, виклики необхідних для програми сучасних бібліотечних підпрограм і т. д. Тому, крім програми і різної інформації, в ЕОМ другого покоління треба було залишати ще і особливу інструкцію, де були вказані етапи обробки і перелік даних про програму та її розробників. Після цього в машини стали вводити паралельно певну кількість завдань для операторів (комплекти з завданнями), у цих формах операційних систем треба було розділити види ресурсів ЕОМ між певними формами завдань – з'явився мультипрограммный спосіб роботи для вивчення даних.

Третє покоління

За рахунок розробки технології створення інтегральних мікросхем (ІС) обчислювальних машин вдалося отримати прискорення швидкодії та ступеня надійності напівпровідникових схем, а також чергове скорочення їх габаритів, використаної величини потужності і ціни. Інтегральні форми мікросхем тепер почали робити з фіксованого комплекту деталей електронного типу, які були поставлені у витягнутих прямокутних пластинах кремнію, і мали довжину однієї сторони не більш 1 див. Такий тип пластини (кристалів) кладуть в пластмасовий корпус малих обсягів, розміри в ньому можна обчислювати лише за допомогою виділення т. н. «ніжок». З-за цих причин темпи розвитку ЕОМ почали стрімко зростати. Це дозволило не тільки поліпшити якість роботи і зменшити вартість таких машин, але і сформувати апарати малого, простого, недорого і надійного масового типу – міні-ЕОМ. Ці машини спочатку були призначені для вирішення узкотехнических завдань у різних вправах і методиках. Провідним моментом в ті роки вважалися можливості уніфікації машин. Третє покоління ЕОМ створюється з урахуванням сумісних окремих моделей різних типів. Всі інші прискорення у розвитку математичних і різних програмних забезпечень сприяють формуванню програм пакетної форми для решаемости стандартних завдань проблемно зорієнтованого програмного мови. Тоді вперше з'являються програмні пакети – форми операційних систем, на яких і розвивається третє покоління ЕОМ.

Четверте покоління

Активне вдосконалення електронних пристроїв обчислювальних машин сприяло появі великих інтегральних схем (ВІС), де кожен кристал містив кілька тисяч деталей електричного типу. Завдяки цьому стали проводитися чергові покоління ЕОМ, елементна основа яких отримала більший об'єм пам'яті і скорочені цикли реалізації команд: користування байтів пам'яті в однієї машинної операції стало значно зменшуватися. Але, оскільки витрати на програмування майже не зменшилися, то на перший план вийшли завдання скорочення ресурсів чисто людського, а не машинного типу, як раніше.
Перші електронно-обчислювальні машини
Проводилися операційні системи чергових видів, які давали можливість операторам виробляти удосконалення своїх програм безпосередньо за дисплеями ЕОМ, це спростило роботу користувачів, внаслідок чого незабаром і з'явилися перші розробки нової програмної бази. Такий спосіб абсолютно суперечив теорії початкових етапів інформаційних розробок, які застосовували ЕОМ першого покоління. Тепер ЕОМ стали використовуватися не просто для запису великих обсягів інформації, але і для автоматизації та машинізацію самих різних сфер діяльності.

Зміни у початку сімдесятих

У 1971 році була випущена велика інтегральна схема обчислювальних машин, де знаходився весь процесор ЕОМ звичайних архітектур. Тепер виявилося можливим розташувати в одній великій інтегральній схемі майже всі схеми електронного типу, які не були складними в типовій архітектурі ЕОМ. Так, зросли можливості масових випусків звичайних пристроїв за невеликими цінами. Це і було нове, четверте покоління ЕОМ. З цього часу проводилося багато недорогих (використовувалися в компактних клавішних ЕОМ) і керуючих схем, які вміщалися на одній або декількох великих інтегральних платах, які мають процесори, достатні обсяги оперативної пам'яті і структуру зв'язків з датчиками виконавчого виду в механізмах управління. Програми, які працювали з регулюванням бензину у двигунах автомобілів, з передачею певної електронної інформації або з фіксованими режимами прання білизни, впроваджувалися в пам'ять ЕОМ або при використанні різного виду контролерів, чи безпосередньо на підприємствах. На сімдесяті роки довелося початок виробництва універсальних обчислювальних систем, які об'єднували процесор, великий обсяг пам'яті, схеми різних сполучень з механізмом введення-виведення, розташованих в загальній великій інтегральній схемі (так звані однокристальні ЕОМ) або, в інших варіантах, великих інтегральних схемах, розташованих на загальній платі друкованого типу. У підсумку, коли четверте покоління ЕОМ отримало масове поширення, почалося повторення становища, що склалося в шістдесятих, коли скромні міні-ЕОМ виробляли частина робіт у великих універсальних ЕОМ.

Властивості ЕОМ четвертого покоління

Електронно-обчислювальні машини четвертого покоління були складними і мали розгалужені можливості:
  • звичайний мультипроцесорний режим;
  • програми паралельно-послідовного виду;
  • високорівневі види комп'ютерних мов;
  • виникнення перших мереж ЕОМ.
  • Перші електронно-обчислювальні машини
    Розвиток технічних можливостей цих пристроїв ознаменувалося такими положеннями:
  • Звичайне запізнення сигналу на 07 нс./ст.
  • Провідний вид пам'яті – типовий напівпровідниковий. Період виробок інформації з пам'яті подібного типу – 100-150 нс. Пам'ять – 1012-1013 символів.
  • Застосування апаратної реалізації оперативних систем

    Модульні системи почали застосовуватися і для засобів програмного типу. Вперше персональна електронно-обчислювальна машина була створена навесні 1976 р. На базі інтегральних 8-бітних контролерів звичайної схеми електронної гри, учені зробили звичайну, запрограмовану на мові BASIC, машину ігрового типу «Apple», яка здобула велику популярність. На початку 1977 р. з'явилася фірма Apple Comp., і почалося виробництво перших на Землі персональних обчислювальних машин Apple. Історія цього рівня ЕОМ виділяє цю подію як найважливіше. В наші дні фірма Apple виробляє персональні комп'ютери Macintosh, які за багатьма параметрами перевершують зразки моделей IBM PC. Нові моделі Apple відрізняються не тільки винятковою якістю, але і великими (за сучасними мірками) можливостями. Розроблена також спеціальна операційна система для комп'ютерів від Apple, яка враховує всі їхні виняткові особливості.

    П'ятий вид покоління ЕОМ

    У вісімдесятих процес розвитку ЕОМ (покоління ЕОМ) входить у новий етап – машини п'ятого покоління. Поява цих апаратів пов'язують з розвитком мікропроцесорів. З позиції системних побудов характерні абсолютна децентралізація роботи, а розглядаючи програмні та математичні бази, – пересування на рівень роботи у програмній структурі. Виростає організація роботи електронно-обчислювальних машин. Ефективність п'ятого покоління ЕОМ – сто вісім-сто дев'ять операцій за одну секунду. Для цього виду машин характерна багатопроцесорна система, що знаходиться на мікропроцесорах ослаблених типів, яких використовується відразу множина. Зараз з'являються електронно-обчислювальні види машин, які націлені на високорівневі види комп'ютерних мов.