Что такое элементная база эвм
Перейти к содержимому

Что такое элементная база эвм

  • автор:

1. Элементная база, элементы и узлы эвм:

1.1. Элементы и узлы обмена информацией в ЭВМ: линии передачи цифровых (логических) сигналов, их классификация по основным характеристикам и применению:

модель несимметричной проводной линии передачи и меры повышения её помехозащищённости: обеспечение режима бегущей волны, правильное задание пассивных и активных логических уровней, увеличение размаха полезного сигнала, применение триггера Шмидта в качестве приёмника, уменьшение сопротивления общего провода, разделение общего провода на сигнальный и защитный, экранирование;

модель симметричной проводной линии передачи и меры повышения её помехозащищённости (те же что и для несимметричной но, дополнительно): гальваническая развязка, применение витой пары, экранирование отдельных витых пар в общем экранированном кабеле;

шины, как совокупность линий параллельной передачи электрических цифровых (логических) сигналов, их классификация и применение в вычислительной технике;

шины, как разделяемый ресурс: проблема их совместного использования устройствами в ЭВМ методом буферизации шин, понятие аппаратного интерфейса; интерфейсные буферные элементы шин: буферные выходные каскады ТТЛ(Ш) и КМОП логических элементов с тремя состояниями выхода и с открытым коллектором (ОК)(открытым стоком (ОС)), работа линий передачи и шин на их основе, проблема гонки на фронтах и меры по её преодолению, понятие нагрузочной способности и коэффициента разветвления для буферного выходного каскада; буферные шинные формирователи; регистры с выходом на шину;

проблема преобразования уровней электрических цифровых (логических) сигналов при сопряжении элементов и узлов ЭВМ с различными напряжениями питания для обмена данными, преобразователи уровня;

оптические и радиоволновые линии передачи цифровых (логических) сигналов и области их применения в вычислительной технике;

1.2 Элементы и узлы обработки и хранения информации в ЭВМ: простейшие модели и система параметров логических элементов; ТТЛ(Ш), КМОП логические вентили NИ-НЕ, NИЛИ-НЕ; логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ;

элементы и узлы комбинационного типа: шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, полусумматоры и полные сумматоры, цифровые компараторы, арифметико-логические устройства (АЛУ) и выполнение арифметических и побитных логических операций на их основе;

элементы и узлы последовательностного типа (автоматы с памятью): триггеры и их классификация, регистры, регистровые файлы и их классификация, двоичные и двоично-кодированные счетчики по произвольному модулю и их классификация;

множительные и множительно-суммирующие устройства;

узлы формирования тактовых частот и сигналов синхронизации в ЭВМ: формирователи тактовых частот детерминированного типа, делители частоты, умножители частоты, формирователи синхронной сетки тактовых частот управляемого типа (синтезаторы частот на основе фазовой автоподстройки частоты);

запоминающие устройства ЭВМ: важнейшие параметры и классификация запоминающих устройств (ЗУ), статические полупроводниковые ЗУ, динамические полупроводниковые ЗУ, структуры полупроводниковых адресных ЗУ с произвольной выборкой (структуры 2D, 3D, 2DM) и их временные диаграммы работы, структурные методы повышения быстродействия адресных ЗУ (расслоение памяти, преобразование размерности данных), программируемые постоянные адресные ЗУ, перепрограммируемые постоянные адресные ЗУ, применение программируемых ЗУ для решения задач обработки информации в ВТ (воспроизведение функциональных зависимостей и арифметических операций, табличные АЛУ, конечные автоматы, блоки микропрограммного управления (БМУ)), структуры полупроводниковых ЗУ с последовательной выборкой (FIFO, LIFO, файловые, циклические), структуры ассоциативных полупроводниковых ЗУ (КЭШ память), внешние ЗУ (на магнитных носителях, на оптических носителях, на магнитооптических носителях, на энергонезависимых полупроводниковых ЗУ ).

Раздел второй. ИФОРМАЦИОННО-ЛОГИЧЕСКИЕ И АРИФМЕТИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ ВТ.

2.1.Системы счисления: непозиционные и позиционные системы счисления; база и основание системы счисления; системы счисления применяемые в современной вы-числительной технике: двоично-кодированные двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и десятичная системы; перевод чисел из одной позиционной системы счисления в другую.

2.2. Формы представления данных и кодирование информации в ВТ: проблема формализации представления информации в вычислительной технике; двойственный характер понятия типа данных:

объектно-ориентированное понятие типа данных: принцип единого кодирования разнотипных данных двоичным кодом; понятие разрядной сетки и кодовой таблицы; бит, битовое поле, операнд, команда, файл; стандартные системы кодирования текстовых данных (ANSI; ASCII; ГОСТ: КОИ-7, КОИ-8, КОИ-8р; ISO; UNICODE); системы кодирования графических и мультимедийных данных, проблема устранения малоинформативной избыточности в таких данных, сжатие данных без потерь и с потерями информации, системы кодирования сжатых данных; кодирование данных для последовательной передачи (битовая последовательность) в форме цифрового пакета; методы избыточного кодирования для обнаружения, коррекции ошибок в данных;

типы данных с точки зрения размера разрядной сетки: байт, слово, двойное слово, учетверённое слово, 128-битный упакованный тип, неупакованный двоично-десятичный тип, упакованный двоично-десятичный тип;

понятие машинного языка, машинная команда, формат команд и данных, типы команд и данных, стандартные форматы представления команд и данных;

представление чисел: в естественной форме (с фиксированной точкой), прямой, обратный, дополнительный до 2-х код чисел со знаком, диапазон представления чисел в заданной разрядной сетке; в нормальной форме (с плавающей точкой), мантисса и порядок числа со знаком, нормализация числа, диапазон представления чисел в форме с плавающей точкой в заданной разрядной сетке.

2.3. Выполнение арифметических операций: сложения, вычитания, умножения, деления над положительными двоичными числами в прямом коде в форме с фиксированной точкой в заданной разрядной сетке; ошибка округления, машинный нуль; переполнение разрядной сетки, проблема масштабирования исходных данных; минимизация ошибки округления в цепочке арифметических операций; арифметика одинарной и

арифметические операции над двоичными числами со знаком в обратном и дополнительном до 2-х коде, взаимное преобразование двоичного числа в различных формах кодирования; применение модифицированного дополнительного до 2-х кода;

арифметические операции над двоично-десятичными числами;

особенности арифметических операций над двоичными числами со знаком в форме с плавающей точкой;

схемотехническая реализация структур АЛУ, реализующая арифметические и побитные логические операции над двоичными операндами.

Раздел третий. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ.

3.1. Исторические этапы развития средств ВТ: развитие конструктивно-технологической базы средств ВТ, поколения ЭВМ; зарождение и разработка структуры ЭВМ, создание средств и методов программирования, формирование и становление архитектуры ЭВМ, понятие архитектуры, идеи Дж. фон Неймана ( принцип единого кодирования команд программ и данных, хранение их в общем ЗУ с линейной структурой адресации запоминающих ячеек и с произвольным доступом к ним, автоматическое исполнение программ после их запуска человеком); минимально необходимый состав аппаратных средств: АЛУ, устройство управления(УУ), оперативное ЗУ(ОЗУ), устройства ввода-вывода(УВВ), внешние ЗУ(ВЗУ);

архитектура ЭВМ неймановского типа (принстонская архитектура) и её развитие в исторической ретроспективе от ЭВМ, работающих в однопрограммном однопользовательском режиме, позже в пакетном режиме, затем в режиме мультипрограммирования, к ВС с разделением времени и ВС реального времени (АЛУ и УУ объединяют в новое устройство: центральный процессор ( ЦП ), в котором реализован принцип микропрограммного управления и разделены функции обработки данных между спецпроцессорами для: операций с фиксированной точкой, с плавающей точкой, действий с удвоенной точностью и обработки символьной информации переменной длины, включая десятичную арифметику; появление сложной иерархической структуры ЗУ: сверхоперативное ЗУ ( регистровая память в ЦП ), КЭШ ( cache-англ.- тайник — быстродействующий, дублирующий часть ОЗУ, фрагмент адресуемой памяти), ОЗУ, различные внешние ( т.е. не находящихся в адресном пространстве ЦП ) ЗУ на магнитных носителях большой ёмкости со средними скоростями доступа ( сменные и несменяемые магнитные диски, барабаны, ленты), внешние ЗУ на бумажных носителях ( перфоленты, перфокарты), подключаемые через медленные УВВ; реализация концепции виртуальной ( т.е. физически разнородной, но однородной с точки зрения пользователя) памяти, что требует различных программно-аппаратных средств и методов формирования адресов доступа к данным для такой сложной структуры многоуровневой системы памяти, что, в свою очередь, требует разными методами защищать зоны памяти, отведённые под разные задачи и обеспечивать перемещаемость данных и программ; в составе аппаратных средств появились часы реального времени, таймеры к которым привязаны процессы в ВС; произошло расширение номенклатуры УВВ и интерфейсов взаимодействия их с ЦП, совмещение работы ЦП и УВВ, обособление управления УВВ, что потребовало применения защиты памяти и организации системы прерываний ( необходимость прерывания программ исполняемых ЦП может быть вызвана внешними и внутренними причинами: это требование ввода-вывода данных в режиме реального времени от УВВ, либо получение недопустимого результата в процессе работы ЦП ); таким образом система прерываний должна обеспечить: определение причины прерывания, затем, на основе определённой шкалы приоритета (уровня) прерывания, либо защиту от прерывания и продолжение выполнения текущей программы, либо определение метода перехода к программе обработки прерывания, сохранение данных прерванной программы и состояния (т.н. контекста) процессора, её выполнение и, затем, возврат к выполнению прерванной программы;

архитектура ЭВМ гарвардского типа, её достоинства и недостатки в сравнении с принстонской архитектурой ЭВМ; область применения ЭВМ с гарвардской архитектурой.

3.2. Структура центрального процессора: определение процессора (устройство обработки информации и управления ВС);

структура простейшего однопрограммного (однозадачного) процессора, минимальный набор необходимых компонентов: внутренняя общая шина данных, АЛУ, регистры входных операндов, регистр-аккумулятор, регистр состояния ( признаков условий выполненных операций), регистр-счётчик команд (регистр адреса следующей команды/операнда), регистр команд, блок (микропрограммного) управления ( в двух вариантах его исполнения: с жёсткой логикой или на базе постоянного либо постоянного перепрограммируемого ЗУ), однонаправленный буферный шинный формирователь внешней шины адреса, двунаправленный буферный шинный формирователь шины данных, шина входных сигналов управления ЦП, шина выходных сигналов управления УВВ, внутренняя шина управления;

функционирование простейшего процессора: начальная инициализация (сброс) и состояние всех устройств процессора после инициализации, формирование и выдача на шину адреса первой команды, приём кода первой команды по шине данных и запись его в регистр команд, процесс выполнения первой команды блоком (микропрограммного) управления, (реализация принципа автоматического выполнения программы обработки данных, последовательно-параллельная логика работы компонентов процессора), понятие такта микрооперации и машинного цикла, необходимое число машинных циклов и тактов для выполнения команды, структура и исполнение микропрограммы при выполнении команды, завершение выполнения первой команды и переход к выполнению следующей и т.д., переходы выполнения программы по условиям (на основе анализа содержимого регистра состояния), переход процессора в состояние ОЖИДАНИЕ, завершение выполнения программы, переход процессора в состояние ОСТАНОВ;

структура современного процессора и его функциональные возможности (работа с контроллером прямого доступа к памяти (ПДП) на одной системной магистрали, поддержка многозадачности, работа в реальном масштабе времени, работа в составе многопроцессорной системы, т.е. эффективное управление распределением ресурсов ВС: иерархической системой памяти (динамическое размещение программ, динамическая трансляция адресов в процессе реализации режима виртуальной памяти, защищающие системы адресации команд и данных в исполняемых программах); разделение времени между устройствами, требующими обслуживания, и исполняемыми программами (многоуровневая система обработки внешних асинхронных аппаратных и внутренних синхронных программных прерываний и исключений); распределение УВВ между исполняемыми программами) требует иметь в своём составе ещё, как минимум: регистры хранения дополнительных, кроме смещения, компонентов вычисляемого физического адреса (базы, индекса, сегмента, страницы); регистр-счетчик (реверсивный)-указатель на вершину стека; определение стека, его физическая реализация: моделируемый в ОЗУ (дополнительно требуется иметь регистр-селектор сегмента стека для многозадачной ВС); специальный блок регистров-стек в составе ЦП; все регистры ЦП, хранящие контекст прерываемой программы, выполнены как стек (самый быстродействующий вариант); система управления ЦП дополнительно имеет вход внешнего управляющего сигнала ЗАХВАТ, активизация которого вводит процессор в режим ОСТАНОВ на всё время его действия, а выходы шин адреса, данных и управления записью/чтением переводятся в оключённый режим, ЦП при этом активизирует выходной сигнал ПОТВЕЖДЕНИЕ ЗАХВАТА и после этого внешнее устройство может принять управление ВС на себя;

система команд процессора, процессоры CISC (Complete Instruction Set Computer-англ.- компьютер со сложным набором инструкций), RISC (Reduced Instruction SET Computer- англ.- компьютер с простым набором инструкций) и MISC (Multipasses Instruction Set Computer) архитектуры; классификация команд, формат машинных команд.

3.2. Организация и структура памяти: .

3.3. Системы прерывания: .

3.4. Системная магистраль, управление системной магистралью: .

3.5. Системы ввода-вывода: .

3.6. Подключение дополнительных и интерфейсных схем: .

Раздел четвёртый. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА.

4.1 История развития микропроцессорной техники: понятие микропроцессора (МП), история появления первого микропроцессора i4004 фирмы Intel в ноябре 1971г., виды технологии производства микропроцессоров в исторической ретроспективе (от: р-МОП, 10 мкм.; n-МОП, 6-мкм.; ТТЛ(Ш), 3-мкм.; ЭСЛ, 3-мкм.; И2Л, 1.5-мкм.; КМОП, 1.5 мкм.; к: КМОП, 0.18 мкм.; БИКМОП, 0.13 мкм., 0.09 мкм.; на основе технологии SOI с металлизацией медью), поколения МП (семь поколений у компании Intel, восемь у AMD, например) и их основные характеристики; обобщённая структура МП: гарвардской архитектуры, принстонской архитектуры, микропроцессорные наборы.

4.2. Современное состояние микропроцессорной техники: классификации микропроцессоров: по системе команд (RISC, CISC, MISC) ядра, архитектуре (VLIW, векторные, скалярные (конвеерные), суперскалярные, мультискалярные, векторно-конвеерные); по проблемной ориентации (универсальные, микроконтроллеры (однокристальные микроЭВМ), сигнальные и медийные, транспьютеры, нейропроцессоры); основные промышленные линии микропроцессоров: универсальные микропроцессоры: с архитектурой x86 (Intel, AMD,VIA,Cyrix), с архитектурой SPARC (Sun Microsystems), с архитектурой POWER (IBM) и POWER PC (IBM, Apple, Motorola), с архитектурой Alpha (DEC), с архитектурой PA-RISC (Hewlett-Packard), с архитектурой MIPS (MIPS,SGI), микропроцессор G5 (IBM) с CISC системой команд, совместимой с S/360, S/370, ESA/390, российский микропроцессор E2k с архитектурой EPIC (ЗАО «МЦСТ»); перспективные МП.

Раздел пятый. ПЭВМ, РАБОЧИЕ СТАНЦИИ И СЕРВЕРЫ.

5.1. Архитектура персональных ЭВМ: неймановского типа на основе одного процессора с CISC системой команд соответствует низкому значению отношения стоимость/производительность, высокой масштабируемости, совместимости и перемещаемости ПО, имеют дружественные пользовательские интерфейсы, проблемно-ориентированные среды и инструментальные средства для автоматизации разработки прикладных программ; исторически появились при появлении БИС и СБИС; структура аппаратных средств эволюционировала от систем на основе одной системной магистрали (ISA, EISA, MCA, и т.д.) к системам с иерархической структурой системных магистралей (LPC, PCI, 3GIO, и т.д.), локальных шин высокой пропускной способностью, как-то: VLB, FCB, AGP, и т.д.; иерархической структурой интерфейсов ввода/вывода, со структурированым набором БИС и СБИС системной логики (т.н. chipset) от модульной структуры чипсета к т.н. хабовой (HUB).

5.2. Архитектура рабочих станций: исторически возникли как высокопроизводительные настольные 32-разрядные миникомпьютеры на базе микропроцессоров RISC архитектуры, ориентированные на профессионального пользователя, имеют проблемно-ориентированный состав программно-аппаратных средств; в настоящее время происходит сближение с ПЭВМ: появились персональные рабочие станции в распределённой системе обработки информации типа клиент-сервер, широко применяются X-терминалы (бездисковые рабочие станции, UNIX-рабочие станции).

5.3. Архитектура серверов: серверы — основа систем распределённой обработки информации (это распределённые базы данных (БД), коммерческие и бизнес-системы, обработка транзакций, и т.д.); тип сервера определяется видом обслуживаемого ресурса: файл-сервер, сервер БД, принт-сервер, вычислительный сервер, сервер приложений, и т.д.; серверы классифицируются также и по масштабу обслуживаемой сети: сервер рабочей группы, сервер отдела, сервер масштаба предприятия (корпоративный), суперсервер региона (домена, портала); архитектура должна обеспечивать следующие требования: высокая производительность, надёжность и отказоустойчивость, особенно дисковой подсистемы памяти (применение RAID дисковых массивов), применение систем архивирования и резервного копирования; быстродействующую сетевую подсистему ввода/вывода для обслуживания (обработка и/или перенаправление) транзакций;

5.4. Периферийные устройства: классификация периферийных устройств (ПУ) в зависимости от выполняемых функций и проблемной ориентации в ВС: основные (без них ЭВМ не будет функционировать) или системные ПУ, и дополнительные (расширяют возможности и улучшают технические характеристики ЭВМ), номенклатурный состав которых набирается из следующих пяти классов устройств:

внешние ЗУ (ВЗУ): на магнитных носителях (HDD, FDD, магнитооптические диски, стримеры (НМЛ) ленточные, кассетные, картриджные, на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД)); на оптических дисках (CDD, CD-ROM, CD-R, CD-R/W, DVD, DVD-R, DVD-R/W); полупроводниковые ВЗУ;

 устройства для связи с пользователем, интерактивного взаимодействия ЭВМ – пользователь, мультимедийные устройства;

 устройства связи с другими ЭВМ: коммуникационные порты (COM ports), моде-

мы, адаптеры локальных вычислительных сетей (ЛВС) и т.п.;

 устройства связи с объектами управления: контроллеры сбора информации об объекте управления, контроллеры выдачи управляющих воздействий;

 устройства межсистемной связи: контроллеры выхода на унифицированные интерфейсы периферийного оборудования приборов и средств автоматизации (IEEE-488, CAMAC, SCSI, EuroBus, ВЕКТОР, РЯБИНА, и т.д.).

Элементная база: определение, классификация, особенности

Элементной базой в ЭВМ называется их основная электронная составляющая. Эта составляющая меняется в зависимости от поколения компьютеров. Поколения элементной базы ЭВМ объясняют историю развития компьютеров на основе эволюционирующих технологий. С каждым новым поколением компьютерные схемы, их размеры становились все миниатюрнее, скорость обработки информации удваивалась, память стала больше, а удобство и надежность улучшались. Временная шкала, заданная для определения каждого поколения, важна для понимания того, что является элементной базой ЭВМ. Но она не определена до конца и считается довольно условной. Поколения элементной базы фактически основаны на эволюционирующей технологии чипов, а не на каких-либо конкретных временных рамках.

что является элементной базой эвм поколения

Первое поколение ЭВМ

Пять поколений компьютеров можно охарактеризовать электрическим током, протекающим:

  • в вакуумных трубках;
  • в транзисторах;
  • в интегральных схемах;
  • в микропроцессорных чипах;
  • в интеллектуальных устройствах, способных к искусственному интеллекту.

Первое поколение ЭВМ появилось в 1940-е-1950-е годы. Компьютеры первого поколения на самом деле были первыми универсальными и настоящими цифровыми компьютерами. Они появились, чтобы заменить электромеханические системы, которые были слишком медленными для назначенных задач. Первые компьютерные генераторы использовали вакуумные трубки для коммутации. Запечатанное стекло позволяло, чтобы ток протекал по беспроводной сети от нитей к металлическим пластинам.

Как работали первые компьютеры

Элементная база компьютера, трубки, были изготовлены из герметичных стеклянных емкостей размером с лампочку. В системе не было движущихся частей. Элементной базой первого поколения были лампы, которые назывались диодами и триодами. Вход и выход осуществлялись при помощи перфокарт, магнитных барабанов, пишущих машинок и считывателей перфокарт. Интерфейс систем был выполнен с использованием плагинов и машинного языка.

элементная база

Элементную базу ЭВМ первого поколения было сложно использовать. Техники соединяли электрические цепи, подключив многочисленные кабели к разъемам. Затем они использовали специальные перфокарты и ждали несколько часов, чтобы получить результат для какой-либо формы вычислений. Первые ЭВМ были настолько большими, что занимали целые комнаты. Язык ассемблера и программное обеспечение операционной системы еще отсутствовали. Системы могли решать только одну проблему за раз. Эти машины были предназначены для операций низкого уровня, и программирование выполнялось с использованием только двоичных цифр 0 и 1.

ENIAC — самый мощный из первых компьютеров

Одним из самых выдающихся компьютеров в эту эпоху был ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), спроектированный и построенный инженером Джоном Мокли и Джоном Преспером Эккертом из Университета Пенсильвании. Его сборка была выполнена командой из пятидесяти человек. ENIAC был в 1000 раз быстрее, чем предыдущие электромеханические компьютеры , но гораздо более медленным при перепрограммировании.

Среди прочего, ENIAC использовался для изучения возможностей термоядерного оружия, стрельбы баллистической артиллерией и термическим зажиганием двигателя, а иногда для прогнозов погоды. Эти системы были огромны по размеру и занимали целые комнаты, используя много электроэнергии, что сделало их источником невыносимого тепла.

поколение эвм элементная база

Универсальный автоматический компьютер

UNIVAC (универсальный автоматический компьютер) был создан все теми же инженерами — Джоном Мокли и Джоном Преспером Эккертом. Компьютер был первым в той же эпохе, который был разработан для коммерческих целей, помимо военного использования. Используя свою элементную базу, он довольно хорошо манипулировал алфавитом и цифрами и использовался Бюро переписи населения США для перечисления общего населения.

Позднее он применялся для составления отчетов по продажам компаний и даже для предсказаний результатов президентских выборов в 1952 году. В отличие от более 17 000 вакуумных труб в ENIAC, UNIVAC I использовал чуть более 5000 вакуумных ламп. Он был также вдвое меньше своего предшественника. Было продано более 46 этих ЭВМ.

Компьютеры второго поколения: 1950-1960-е годы

ЭВМ второго поколения представляли собой компьютеры, в которых вместо вакуумных ламп использовались транзисторы. Это и была элементная база второго поколения. Новые компьютеры были лучше, чем их предшественники во многом из-за сравнительно небольшого размера, скорости и более низкой стоимости. Транзисторы являются строительными блоками практически любого микрочипа, а также они более надежные, энергоэффективные и способны проводить электричество быстрее и лучше, чем вакуумные трубки.

Как и трубки, элементная база ЭВМ второго поколения, включавшая транзисторы, являлась переключателями или электронными затворами, которые используются для усиления или управления током или включения или выключения электрических сигналов. Транзисторы называются полупроводниками, поскольку они содержат элементы, которые находятся между проводниками и изоляторами.

элементная база второго поколения

Изобретение транзисторных полупроводников

Транзисторные полупроводники были изобретены в Bell Laboratories в 1947 году учеными Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттентом, но не выпускались до середины 1950-х годов. Инженеры и создатели новой элементной базы видели будущее компьютеров второго поколения в совершенствовании процедур ввода и вывода данных.

Первоначально эти процессы были похожи на последние модели компьютеров первого поколения. Работа являлась довольно трудоемкой и утомительной, потому что включала в себя труд несколько сотрудников, которые носили перфокарты из комнаты в комнату.

Пакетная система передачи данных

Для того чтобы ускорить процесс, была создана и реализована пакетная система. Она включала сбор нескольких заданий данных на несколько перфокарт и подачу их в магнитные ленты с использованием сравнительно небольшой и недорогой системы. IBM-1401 был одним из таких компьютеров. Для него использовалась операционная система IBM-7094 и Fortran Monitor System.

Когда обработка данных была завершена, файлы переносились обратно на магнитную ленту. Используя меньшую систему, например, IBM-1401, данные можно было распечатать на несколько перфокарт в качестве вывода информации. Это были предвестники программного обеспечения операционной системы.

Характеристики компьютеров второго поколения

Затем начался процесс обновления ограничительного двоичного машинного кода до языков, которые полностью поддерживали символическое и буквенно-цифровое кодирование. Программисты теперь могли писать на ассемблерах и языках высокого уровня, таких как FORTRAN, COBOL, SNOWBALL и BASIC.

элементная база эвм

Ранние суперкомпьютеры были лишь некоторыми из машин, которые использовали транзисторы. Примерами этих систем были универсальный блок UNIVAC LARC от Sperry Rand (1960) и IBM-7030 Stretch supercomputer (1961) и мэйнфрейм CDC 6600 (1963).

Третье поколение компьютеров: 1960-1970-е годы

Элементная база третьего поколения ЭВМ — это интегральные схемы и многопрограммное программирование. Компьютеры третьего поколения использовали микросхему интегральной схемы (ИС) вместо транзисторов. Реализация этих компьютеров также соответствовала Закону Мура, в котором отмечалось, что размеры транзисторов снижались настолько быстро, что их количество на схеме удваивалось каждые 2 года.

Преимущества интегральных схем

Полупроводниковая ИС включала огромное количество транзисторов, конденсаторов и диодов. Затем они были напечатаны на отдельных частях платы. Ручное подключение конденсаторов и диодов в транзисторах было трудоемким и не полностью надежным. Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Corporation отдельно друг от друга обнаружили преимущества интегральных схем в 1958 и 1959 годах соответственно. Килби построил свою ИС на германии, в то время как Noyce — на кремниевой микросхеме.

Первой системой, использующими ИС, была IBM 360, применявшаяся для обработки как коммерческих, так и научных заданий. После размещения нескольких транзисторов на одном чипе, помимо снижения стоимости, скорость и производительность любого одного компьютера также значительно увеличились. С момента своего изобретения скорость ИС удваивалась каждые два года, что еще больше сократило размер и стоимость компьютеров.

Использование интегральных схем в современных компьютерах

Сегодня почти все электронные устройства используют некоторые формы интегральных схем, размещенных на печатных платах. В отличие от схемы ИС, взаимодействие с компьютерами улучшилось. Вместо перфокарт для ввода и вывода данных, отображение информации происходит через визуальные дисплеи, применяются клавиатуры, а также улучшенные периферийные устройства ввода.

Компьютеры теперь используют программное обеспечение операционной системы для управления оборудованием и ресурсами, что позволило системам одновременно запускать разные приложения. Это произошло из-за централизованных приложений, которые контролировали распределение памяти. Компьютеры стали доступны широкой аудитории из-за размера и справедливой стоимости.

Это поколение также открыло концепцию “компьютерного семейства”, которая побудила производителей придумать компьютерные компоненты, совместимые с другими системами. Примерами этих систем были суперкомпьютеры Scientific Systems Systems Sigma 7 (1966) и суперкомпьютеры IBM-360 (1964) и CDC 8600 (1969).

Четвертое поколение компьютеров: от 1970-х до настоящего времени

Микропроцессор, ОС и графический интерфейс — элементная база современных компьютеров. Рождение микропроцессора было в то же время рождением микрокомпьютера. Это также соответствовало закону Мура, который предсказал экспоненциальный рост транзистора и микрочипов, начиная с 1965 года. Компания Intel, ее инженеры Тед Хофф, Федерико Фаггин и Стэн Мазор в ноябре 1971 года представили первый в мире одночиповый микропроцессор Intel 4004.

То, что в первом поколении заполняло всю комнату, теперь можно было установить на ладони. Само собой, новый микрочип был таким же мощным, как компьютер ENIAC с 1946 года. Четвертое поколение и его элементарная база играет важную роль в создании различных устройств.

Процессор Intel 4004

Вскоре производители начали интегрировать эти микрочипы в свои новые компьютеры. В 1973 году был выпущен Xerox Alto из PARC. Это был настоящий персональный компьютер, в который вошли Ethernet-порт, мышь и графический интерфейс с битовым отображением, первый в своем роде. В 1974 году Intel представила 8-разрядный микропроцессор общего назначения с названием “8808”. Затем программист Гэри Арлен Килдалл приступил к созданию программного обеспечения на базе диска, известного как “Программа управления для микрокомпьютеров” (CPM). Оно стало прообразом современной элементной базы ПК.

Первый домашний персональный компьютер

В 1981 году International Business Machine представила свой первый компьютер для дома, в котором работал процессор 4004. Он был известен как IBM PC. Компания сотрудничала с Биллом Гейтсом, который купил Disk Operating System из Seattle Computer Product и распространил его с нового компьютера IBM. Архитектура IBM PC стала стандартной моделью рынка.

элементная база компьютера

Создание операционной системы Windows

Apple под руководством Стива Джобса изменила программную игру, когда в 1984 году выпустила компьютер Apple Macintosh с улучшенным графическим интерфейсом (графический интерфейс пользователя), используя идею интерфейса, полученную от Xerox PARC. Обе программы управления для микрокомпьютера и операционной системы диска были операционными системами на основе командной строки, когда пользователь должен взаимодействовать с компьютером с помощью клавиатуры.

После успеха графического интерфейса Apple Microsoft интегрировала оболочную версию Windows в версии DOS 1985 года. Windows использовалась в течение следующих 10 лет, пока она не была заново изобретена как Windows 95. Это было настоящее программное обеспечение для операционной системы со всеми необходимыми утилитами.

Появление Linux

В то время как программное обеспечение стало обычным делом и корпорации начали брать за него деньги, новое движение программистов запустило Linux в 1991 году. Во главе с Linux Torvalds они стали инициаторами бесплатного проекта операционной системы с открытым исходным кодом под названием Linux. Помимо Linux, другие операционные системы с открытым исходным кодом и бесплатное программное обеспечение были распространены для обслуживания офисных, сетевых и домашних компьютеров.

поколения элементной базы

Распространение мобильных устройств

В 1980-х и 2000-х годах персональные компьютеры и настольные компьютеры стали обычным явлением. Они были установлены в офисах, школах и домах, их стоимость стала приемлемой, а размер — компактным. Программное обеспечение, работающее на этих компьютерах, также стали доступнее. Вскоре микропроцессоры вышли из под монополизации настольными компьютерами и перешли на другие платформы.

Сначала появился ноутбук, а затем планшеты и смартфоны, консоли, встроенные системы, смарт-карты, которые стали популярными из-за необходимости использования Интернета во время движения. Согласно недавним исследованиям, мобильные телефоны составляли 60% всех цифровых устройств по всему миру.

Пятое поколение компьютеров: настоящее и будущее

Компьютеры пятого поколения построены на технологическом прогрессе, полученном в предыдущих поколениях компьютеров. Современные инженеры надеются на улучшение взаимодействия между людьми и машиной путем использования человеческого интеллекта и больших данных, накопленных с самого начала эпохи цифровых технологий. Они исходят из теории концепции и реализации искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения (ML).

AI — вот что является элементной базой ЭВМ поколения 5. Это реальность, которая стала возможной благодаря параллельной обработке и сверхпроводникам. Компьютерные устройства с искусственным интеллектом все еще находятся в разработке, но некоторые из этих технологий начинают появляться и использоваться, например, распознавание голоса. AI и ML могут быть неодинаковыми, но используются взаимозаменяемо, чтобы создать устройства и программы, которые достаточно интеллектуальны для взаимодействия с людьми, другими компьютерами, средой и программами.

Суть пятого поколения будет заключаться в использовании этих технологий, чтобы в конечном итоге создать машины, которые могут обрабатывать и реагировать на естественный язык, а также иметь возможность учиться и самостоятельно организовываться.

Распространение вычислительных устройств с возможностью их самообучения, реагирования и взаимодействия различными способами, основанными на приобретенном опыте и окружающей среде, также придало импульс концепции IoT (Интернет вещей). На своем пике и с правильными алгоритмами компьютеры, вероятно, будут демонстрировать высокие уровни обучения, превосходя интеллект людей. Многие проекты Искусственного интеллекта уже внедряются, а другие все еще находятся на стадии развития.

Пионерами в этой сфере являются Google, Amazon, Microsoft, Apple, Facebook и Tesla. Первые реализации начались на интеллектуальных домашних устройствах, которые предназначены для автоматизации и интеграции действий в доме, аудио и визуальных устройствах, а также автомобилей с автопилотом.

Поколения ЭВМ. Их краткая характеристика. Элементная база.

В первом поколении (1943-1959 гг.) элементной базой ЭВМ была электронная лампа, в которой использовался эффект Эдисона.

Электронная лампа – это прибор, работа которого осуществляется за счет изменения потока электронов, двигающихся в вакууме от катода к аноду. Движение электронов происходит за счет термоэлектронной эмиссии – испускания электронов с поверхности нагретых металлов. Здесь используется свойство металлов, которые обладают большой концентрацией свободных электронов с различной энергией, а, следовательно, и скоростями движения. По мере нагревания металла энергия электронов возрастает, и некоторые из них преодолевают потенциальный барьер на границе металла.

В ЭВМ первого поколения оперативная память выполнялась на триггерах, затем на ферритовых сердечниках, быстродействие 5-30 тыс. арифметических операций в секунду.

Память на магнитных сердечниках хранила данные в виде направления намагниченности небольших ферритовых колец. Каждое кольцо сохраняло 1 бит информации, а вся память представляла собой прямоугольную матрицу.

От программиста того времени требовалось хорошее знание архитектуры ЭВМ и ее программных возможностей. Программирование осуществлялось в машинных кодах, позднее на ассемблере и автокоде. Поэтому программирование на ЭВМ первого поколение было уделом избранных, специально подготовленных математиков-программистов.

Первые ЭВМ использовались в основном для научных расчетов.

Машины первого поколения размещались в огромных залах (типа спортивных). Тысячи электронных ламп быстро нагревали помещение, высокая температура снижала надежность ЭВМ.

К концу жизненного цикла первого поколения появился первый язык высокого уровня – ФОРТРАН.

Применение транзисторов в вычислительной технике дало начало второму поколению (1959-1963 гг.) компьютеров. На компьютерах с транзисторами начал действовать закон «10» — улучшение за десять лет всех характеристик компьютера примерно в десять и более раз.

Переход на новую элементную базу оказался неизбежным, так как рост производительности и надежность ЭВМ первого поколения достигли своего максимума. Основные причины, приведшие к необходимости замены электронных ламп, были следующими:

1. Нить накаливания в электронных лампах со временем теряет свои эмиссионные свойства и перегорает. В среднем, срок службы лампы не превышал 10 000 часов. Таким образом, в ЭВМ, состоящей из 104 электронных ламп, в среднем, каждый час, выходила из строя одна электронная лампа.

2. ЭВМ на электронных лампах требуют мощных источников питания, при этом почти 75% энергии растрачивается на тепловых потерях. Это, в свою очередь, приводит к необходимости организации дорогостоящих и сложных систем охлаждения. Транзисторы потребляют на порядок меньше энергии и слабее греются.

3. Большие габариты электронных ламп. Самые миниатюрные радиолампы не позволяли в одном кубическом дециметре разместить более 1000 элементов, в то же время использование транзисторов позволяло на порядок увеличить плотность монтажа.

4. Радиолампы – это хрупкий элемент. Его установка требует осторожности и аккуратности, и с большим трудом поддается автоматизации. В то же время транзисторы гораздо более надежны и прочны, что позволяет легко автоматизировать процесс их производства и монтажа.

Кроме новой элементной базы и быстродействия, второе поколение характеризуется новыми архитектурными решениями и развитием технологии программирования. В ЭВМ второго поколения обеспечивается совмещение функциональных операций, они стали работать в режиме разделения времени. Реализовано совмещение центрального процессора по обработке данных и каналов ввода-вывода, а также распараллеливание операций выборки команд и данных из памяти.

Конец 50-х годов — это начало этапа автоматизации программирования. В это время появляются языки CommercialTranslator, FACT, MathMathic, и 38

программно-ориентированные языки высокого уровня (ЯВУ): Fortran (1955), Algol-60, AKU-400 и др.

В это время были разработаны первые системы пакетной обработки, которые автоматизировали всю последовательность действий оператора по организации вычислительного процесса. Ранние системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными не для обработки данных, а для управления вычислительным процессом.

В 1957 году компанией BellLabs была разработана операционная система Bell Operating System. А в 1962 году была разработана компанией GeneralElectric операционная система General Comprehensive Operating System.

Микроэлектронная технология породила третье поколение ЭВМ (1964-1974 гг.). В этом поколении элементную базу компьютеров образовали так называемые интегральные схемы. Замечательное отличие такой схемы заключается в том, что все ее элементы (транзисторы, резисторы конденсаторы) и соединения между ними создаются на небольшой пластине кристалла (обычно кремния). Технология, использующая процессы травления и напыления, позволяет создавать схемы с чрезвычайно мелкими элементами. Именно поэтому такие схемы и стали называть интегральными микросхемами.

Использование интегральных схем позволило получить ряд преимуществ:

1. Увеличилась надежность ЭВМ. Надежность интегральных схем – на порядок выше надежности аналогичных схем на дискретных 40 компонентах.

2. За счет повышения плотности упаковки электронных схем, уменьшилось время передачи сигнала по проводникам и, как следствие, увеличилось быстродействие ЭВМ.

3. Производство интегральных схем хорошо поддается автоматизации, что при серийном производстве резко уменьшает себестоимость производства и способствует популяризации и расширению области применения ЭВМ.

4. Высокая плотность упаковки электронных схем уменьшила на несколько порядков габариты, массу и потребляемую мощность ЭВМ, что позволило использовать их в недоступных до этого областях науки и техники, таких как авиация и космическая техника.

В ЭВМ третьего поколение уже четко выделяется иерархия памяти. ОЗУ делится на независимые блоки с собственными системами управления, работающие параллельно. Структура оперативной памяти делится на страницы и сегменты. Развивается и внутренняя память процессора – создаются предпосылки к вводу кэширования памяти.

Наряду с совершенствованием логических устройств и памяти, полным ходом шла модернизация устройств ввода-вывода. Быстродействие новых ЭВМ требовало более быстрой и надежной системы ввода-вывода данных, чем устройства чтения перфокарт и телетайпы. На смену им пришли клавиатуры, панели графического ввода, дисплеи со световым карандашом, плазменные панели, растровые графические системы и другие устройства.

К концу 1960-х годов уже был создан целый ряд операционных систем, реализующий множество необходимых функций по управлению ЭВМ. Всего эксплуатировалось более сотни различных ОС.

Среди наиболее развитых операционных систем были:

1. OS/360, разработанная фирмой IBM в 1964 году для управления мейнфреймами;

2. MULTICS– одна из первых операционных систем с разделением времени исполнения программ;

3. UNIX, разработанная в 1969 году и, впоследствии, разросшаяся до целого семейства операционных систем, многие из которых являются одними из самых популярных на сегодняшний день.

Использование операционных систем упростило работу с ЭВМ и способствовало популяризации электронной вычислительной техники.

На ЭВМ III поколения появились системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР), совершенствуются АСУ и АСУТП. Создаются пакеты прикладных программ (ППП) различного назначения. Появляются новые и совершенствуются существующие языки программирования, их количество достигло уже 3000.

Сверхбольшие интегральные схемы стали основой элементарной базы компьютеров четвертого поколения (1975-н.в.). Процессор, реализованный на одной СБИС, получил название микропроцессора.

Парк всех машин четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов: микро-ЭВМ, персональные компьютеры, специальные ЭВМ, ЭВМ общего назначения и супер-ЭВМ. Но из этого многообразия, лишь ПК и супер-ЭВМ определяют лицо четвертого поколения.

ЭВМ четвертого поколения можно характеризовать тремя основными показателями: элементной базой, персональным характером использования (ПК) и нетрадиционной архитектурой (супер-ЭВМ).

Элементная база способствовала миниатюризации ВТ, повышению ее надежности, позволила создавать мини- и микро-ЭВМ по своим возможностям превосходящие большие ЭВМ предыдущего поколения.

Основой для создания ПК стало создание универсального процессора на одном кристалле. Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971 году и содержал 2250 элементов, а в 1974 году был создан микропроцессор Intel 8080, содержащий уже 4500 элементов и послужил основой для создания первого ПК — Altair-8800. Этот компьютер рассылался по почте, стоил 397 долларов и имел возможности для расширения периферийными устройствами. Для Altair-8800 П. Аллен и У. Гейтс создали транслятор с языка Basic.

Начала формироваться ПК-индустрия. Лавинообразно растет программное обеспечение, направленное не только на решение производственных и научных задач, а удовлетворяющее потребности рядовых граждан, в том числе и ПО для развлечений. С каждым годом парк персональных компьютеров увеличивается, появляются все новые модели с новым интуитивно-понятным интерфейсом программного обеспечения, включая операционные системы.

ПК четвертого поколения по своим возможностям уже превосходят многие мощные ЭВМ третьего поколения. Никого уже не удивляет, что память современных ПК превышает уже сотни мегабайт, а память жесткого магнитного диска имеет размерность в гигабайтах и даже в терабайтах. Компьютер оснащен не только дисководами для гибких дисков, но и устройством для считывания информации с компакт-дисков.

Что такое элементная база и где она применяется

Что такое элементная база и где она применяется

Элементная база – это компоненты, из которых состоят абсолютно все электронные приборы и устройства. Чтобы грамотно спланировать прибор, необходимо знать технические характеристики, а также как использовать те или иные электронные компоненты. Если на этом этапе допустить ошибку, весь прибор будет неработоспособен, так как содержит в себе ошибку.

Знание современной крайне обширной базы элементов, а также методов их изготовления, особенности строение и эксплуатации нужны самым различным специалистам в области электрики и электроники. В данной статье будет подробно рассмотрена структура современной элементной базы, которая существует на данный момент, а также что должен знать современный электронщики и специалист по «железу». В качестве дополнения, статья содержит в себе два ролика и одну скачиваемую статью в формате PDF.

Компоненты электроники

Компоненты электроники

Что такое микроэлектроника

Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника).

[stextbox база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Каждое из приведенных поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры.[/stextbox]

Современный этап развития электроники характеризуется широким применением интегральных микросхем (ИМС). Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратурой, что привело к росту числа элементов в ней. Число элементов постоянно увеличивается. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и ее элементов, микроминиатюризация электронных компонентов и комплексной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.

Становление микроэлектроники как самостоятельной науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьезные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе. Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, так и в направлении использования новых физических явлений.

Разработка любых ИМС представляет собой довольно сложный процесс, требующий решения разнообразных научно-технических проблем. Вопросы выбора конкретного технологического воплощения ИМС решаются с учетом особенностей разрабатываемой схемы, возможностей и ограничений, присущих различным способам изготовления, а также технико-экономического обоснования целесообразности массового производства.

Эти вопросы находят решение путем использования двух основных классов микросхем — полупроводниковых и гибридных. Оба эти класса могут иметь различные варианты структур, каждый из которых с точки зрения проектирования и изготовления обладает определенными преимуществами и недостатками. По своим конструктивным и электрическим характеристикам полупроводниковые и гибридные интегральные схемы дополняют друг друга и могут одновременно применяться в одних и тех же радиоэлектронных комплексах.
При массовом выпуске различных ИМС малой мощности, особенно предназначенных для ЭВМ, используются, в основном, полупроводниковые ИМС. Гибридные микросхемы заняли доминирующее положение в схемах с большими электрическими мощностями, а также в устройствах СВЧ, в которых можно применять как толстопленочную технологию, не требующую жестких допусков и высокой точности нанесения и обработки пленок, так и тонкопленочную технологию для обеспечения нанесения пленочных элементов очень малых размеров.

Элементная база радиолюбителя

Интересный исторический факт: когда еще не было электрических паяльников, то выручала обычная пятикопеечная монета. Ее определенным образом затачивали и приклепывали к железной проволоке с деревянной ручкой. Будучи нагретой в пламени спиртовки монета вполне справлялась с функцией паяльника. Сейчас, конечно, такой совет кажется просто нелепым, но ведь было же!

При современной элементной базе, которая постоянно пополняется новыми микросхемами и транзисторами, таким «паяльником» просто нечего делать, ведь в некоторых случаях при ремонте электронной техники приходится пользоваться микроскопом. Таким образом, элементная база определяет не только конструкцию электронных устройств, а еще и то, какими инструментами эти устройства будут собираться или ремонтироваться.

Достаточно просто и наглядно развитие элементной базы можно проследить на различных поколениях ЭВМ, по современной терминологии компьютеров. Вот уже почти сорок лет развивающийся рынок персональных компьютеров как локомотив тащит за собой кремниевые технологии, что вызывает появление все новых и новых электронных компонентов.

Таблица элементная база в поколениях ЭВМ

Электромеханические вычислительные машины

Еще до создания ЭВМ использовались электромеханические вычислительные устройства – табуляторы. Первый табулятор был изобретен еще в 1890 году Германом Хопперитом в США, для подсчета результатов переписи населения. Ввод информации осуществлялся с перфокарт, а результаты обработки выдавались в виде распечатки на бумаге. Табуляторы были основным оборудованием машиносчетных станций – МСС. В СССР МСС дожили до семидесятых годов двадцатого столетия, по крайней мере, в составе крупных госпредприятий.

Основной задачей МСС был расчет заработной платы. Именно оттуда появлялись расчетные листки, которые до сих пор называют «корешками». Внешний вид «современного» табулятора показан на рисунке (квадрат с правого бока это рабочая программа, набранная проводами на коммутационной панели). Вес такой вычислительной техники достигал 600 кг. В 1939 году в США по заказу военных фирмой IBM была разработана вычислительная машина Mark 1.

Ее элементной базой были электромеханические реле. Сложение двух чисел она выполняла за 0,3 сек, а умножение за 3. Mark 1 предназначалась для расчета баллистических таблиц. Компьютер Mark 1 содержал около 750 тысяч деталей, для соединения которых потребовалось 800 км проводов. Его размеры: высота 2,5м, длина 17 м.

Поколения ЭВМ и элементная база

Первое поколение ЭВМ было построено на электронных лампах. Так в Великобритании в 1943 году была создана ЭВМ Colossus. Правда, она была узкоспециализированная, ее назначение состояло в расшифровке немецких кодов путем перебора разных вариантов. Устройство содержало 2000 ламп, при этом скорость работы составляла 500 знаков в секунду.

[stextbox универсальным ламповым компьютером считается ENIAC, созданный в 1946 году в США по заказу военных. Размеры этой ЭВМ очень впечатляют: 25 м в длину и почти 6 м в высоту. Машина содержала 17000 электронных ламп и выполняла в секунду около 300 операций умножения, что намного больше, чем у релейной машины Mark 1. Потребляемая мощность была около 150 КВт. С помощью расчетов на ЭВМ ENIAC была доказана теоретическая возможность создания водородной бомбы.[/stextbox]

В Советском Союзе в период с 1948…1952 год также проводились разработки ламповых ЭВМ, как и в США, использовавшихся в основном военными. Одной из лучших ламповых ЭВМ советского производства следует признать машины серии БЭСМ (большая электронная счетная машина). Всего было выпущено шесть моделей БЭСМ-1 … БЭСМ-2 (ламповые) БЭСМ-3 … БЭСМ-6 уже на транзисторах. На момент создания каждая модель этой серии была лучшей в мире в классе универсальных ЭВМ.

Второе поколение ЭВМ 1955 – 1970 гг

Элементной базой второго поколения были транзисторы и полупроводниковые диоды. По сравнению с ламповыми, транзисторные ЭВМ были менее габаритны, потребляемая мощность также была намного ниже. Быстродействие ЭВМ второго поколения достигало до полумиллиона операций в секунду, появились внешние запоминающие устройства на магнитных носителях – магнитные ленты и магнитные барабаны, были созданы алгоритмические языки и операционные системы.

Второе поколение ЭВМ

Второе поколение ЭВМ

Третье поколение ЭВМ 1965 – 1980 гг

Для третьего поколения в качестве элементной базы использовались микросхемы малой и средней степени интеграции – в одном корпусе содержалось до нескольких десятков полупроводниковых элементов. Прежде всего это были микросхемы серий К155, К133. Быстродействие таких ЭВМ достигало 1 млн. операций в секунду, появились монохромные алфавитно – цифровые видеотерминалы (у машин второго поколения использовались телетайпы и специальные пишущие машинки).

Дальнейшее развитие элементной базы привело к созданию микросхем большой (БИС) и сверхбольшой (СБИС) степени интеграции. В одном корпусе таких микросхем содержится несколько сотен элементов. Эти микросхемы в СССР были представлены серией К580.

Третье поколение ЭВМ

Третье поколение ЭВМ

Четвертое поколение ЭВМ 1980 – настоящее время

Это поколение появилось на свет благодаря созданию фирмой Intel в 1971 году микропроцессора, что было явлением просто революционным. Чип Intel 4004 при размерах кристалла 3,2*4,2 мм, содержал 2300 транзисторов и имел тактовую частоту 108 КГц. Его вычислительная мощность была эквивалентна ЭВМ ENIAC. На базе этого устройства был создан новый тип компьютера микро – ЭВМ. Первые персональные компьютеры (ПК) были выпущены в 1976 году фирмой Apple, но в 1980 году фирма IBM перехватила инициативу, создав свой ПК IBM PC, архитектура которого стала международным стандартом профессиональных ПК. Современные процессоры второго поколения Core i7 фирмы Intel содержат свыше миллиарда транзисторных структур.

Элементная база бытовой электроники

Как уже было сказано выше, локомотивом развития элементной базы электроники стал быстро растущий, развивающийся рынок ПК. Благодаря этому современная бытовая техника напоминает специализированный компьютер. Телевизоры, домашние кинотеатры, проигрыватели DVD дисков имеют такие эксплуатационные параметры, которые лет двадцать назад просто невозможно было представить.

Даже стиральные машины, холодильники, простые новогодние гирлянды управляются микроконтроллерами. Современные поющие и говорящие детские игрушки, сделанные в Китае, также с микроконтроллерным управлением. Кстати, поразительный факт: еще в шестидесятые годы двадцатого столетия китайцы не могли наладить даже выпуск детекторных приемников, а теперь почти вся электроника делается в Китае.

В промышленности также любое современное устройство управления техпроцессом, даже не очень сложное построено на основе микроконтроллеров и, как правило, имеет интерфейс для подключения к ПК. Такой интерфейс имеют, например, электронные счетчики электроэнергии, что позволяет использовать их в системах автоматического учета.

Современный ПК

Современный ПК

Надежность современных электронных компонентов достаточно высока. Тем не менее, нередки случаи, когда любая электронная техника приходит в негодность, нуждается в ремонте. В случае поломки бытовой электронной техники не всегда возможно отнести неисправное устройство в специализированную мастерскую, просто не везде они есть. Тогда на помощь приходят радиолюбители, ремонтирующие технику в своих домашних мастерских.

Квалификация таких домашних мастеров, как правило, очень высокая, ведь ремонтируется весьма широкий спектр электронной техники: от простых дверных звонков до спутниковых систем телевидения. Об устройстве и организации таких мастерских на дому будет рассказано в следующей статье.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *