Расскажите о смене элементной базы компьютеров, происходившей при переходе от одного поколения к другому. Как при этом менялись основные характеристики ЭВМ?
Элементной базой ЭВМ первого поколения были электронные лампы, ЭВМ второго поколения создавались на базе полупроводниковых элементов.
ЭВМ третьего поколения интегральные схемы.
ЭВМ четвертого поколения большие интегральные схемы (БИС), начало производства микропроцессоров
ЭВМ пятого поколения сверхбольшая интегральная схема (СБИС), микропроцессоры.
ЭВМ первого поколения были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт. Например, одна из первых ЭВМ – ENIAC представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.
В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти.
Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС). ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360.
Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2. Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer).
I поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1946-1955 гг.
1. Элементная база: электронно-вакуумные лампы.
2. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов.
4. Быстродействие: 10−20 тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
6. Программирование: машинные коды. При этом надо знать все команды машины, двоичное представление, архитектуру ЭВМ. В основном были заняты математики-программисты. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.
7. Оперативная память: до 2 Кбайт.
8. Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.
II поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1955 — 1965 гг.
1. Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).
2. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.
4. Быстродействие: 100−500 тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность — оператор ЭВМ.
6. Программирование: на алгоритмических языках, появление первых операционных систем.
7. Оперативная память: 2−32 Кбайт.
8. Введён принцип разделения времени — совмещение во времени работы разных устройств.
III поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1965 — 1970 гг.
В 1958 году Джек Килби и Роберт Нойс, независимо друг от друга, изобретают интегральную схему (ИС). В 1961 году в продажу поступила первая, выполненная на пластине кремния, интегральная схема. В 1965 году начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM-360 (США). Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объёмом оперативной памяти и производительностью.
IV поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные начиная с 1970 г. по начало 90-х годов.
1. Элементная база: интегральные схемы.
2. Соединение элементов: печатные платы.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.
4. Быстродействие: 1−10 млн. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность — системный программист.
6. Программирование: алгоритмические языки, операционные системы.
7. Оперативная память: 64 Кбайт.
V поколение ЭВМ: разработки с 90 -х годов ХХ века
Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов.
Соединение элементов печатные платы какое поколение
История развития ЭВМ. Поколения ЭВМ, элементная база, производительность, области применения.
1 поколение ЭВМ. Элементная база — электронно-вакуумные лампы.
Соединение элементов – навесной монтаж проводами. Габариты — ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов. Быстродействие — 10-20 тысяч операций в секунду. Оперативная память — до 2 Кбайт. Ввод и вывод данных с помощью перфокарт или перфолент. Программирование — машинные коды. Применение — военные нужды, научные вычисления.
2 поколение ЭВМ. Элементная база — полупроводниковые элементы (транзисторы). Соединение элементов — печатные платы и навесной монтаж. Габариты — ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек. Быстродействие — 100 — 500 тысяч операций в секунду. Программирование — алгоритмические языки, появление ОС. Оперативная память — 2 — 32 килобайт. Введён принцип разделения времени. Введён принцип микропрограммного управления. Несовместимость программного обеспечения между разными ЭВМ. Применение — крупные предприятия, наука.
3 поколение ЭВМ. Элементная база — интегральные схемы. Соединение элементов — печатные платы. Габариты — ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек. Быстродействие — 1 — 10 миллионов операций операций в секунду. Программирование — алгоритмические языки, ОС. Оперативная память — 64 килобайт. Применяется принцип разделения времени, принцип модульности. принцип микропрограммного управления, принцип магистральности. Появление магнитных дисков, дисплеев, графопостроителей. Применение — широкое, для прикладных задач.
4 поколение ЭВМ. Элементная база — большие интегральные схемы. Соединение элементов — печатные платы. Габариты — компактные ЭВМ, ноутбуки. Быстродействие — >10 млн. операций в секунду. Программирование — базы и банки данных. Оперативная память — >2 мегабайт. Телекоммуникации, мультимедийные данные, объединение в сети. Применение — сверхширокое.
Структура сетей FTN. Способы взаимодействия узлов сети.
Зона: сеть/узел.точка (например у меня 2:5020/1519.1881 (2 — Европа, 50 — Россия, 20 — Москва, 1519 — узел, 1881 — моя точка)
Netmail — почта, echomail — конференции, fileecho — файловые эхи, direct — прямая передача, Attach — прикрепление файла к письму.
Подключение по телефонным линиям, бесплатно, сеансово (подключился, передал, отключился). Есть гейты в интернет.
Гарвардская и Фон Неймановская архитектура. Сходства и различия. Влияние архитектуры на производительность.
Фон Нейман — совместное хранение программ и данных в памяти компьютера. Гарвард — раздельное хранение — практически не позволяет перепрограммировать.
Гарвардская архитектура быстрее, поэтому применяется в некоторых микроконтроллерах не требующих перепрограммирования (калькуляторы и т. п.).
Структура сети Интернет. Способы взаимодействия узлов сети.
Совокупность сетей, без единого центра. Подключение постоянное.
Протоколы IPv4 (4х байтовый) и IPv6 (16x байтовый), TCP. Интернет объединяет множество различных компьютерных сетей и отдельных компьютеров, которые обмениваются между собой информацией.
Общее устройство персонального компьютера. Назначение основных компонентов.
— память компьютера (внутренняя и внешняя)
— устройства ввода информации(клава,мышь,сканер,мышь,микрофон,сенсорные устр.)
Поколения ЭВМ
Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементнов базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти. Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.
ЭВМ первого поколения были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.
Например, одна из первых ЭВМ –ENIAC –представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.
Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название — транзистор.
В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.
В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров.
В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.
Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе –интегральных схемах (ИС).
ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.
В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.
Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.
В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике. Микропроцессор– это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ относится к ЭВМ четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2. Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика. ЭВМ пятого поколения будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ:
- 1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.
- 2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.
- 3- е поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).
- 4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).
Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились. Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.
ПРИЗНАКИ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ элементная база из
ПРИЗНАКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ • элементная база (из каких в основном элементов они построены); • важнейшие характеристики: быстродействие, объем оперативной памяти, программное обеспечение, устройства ввода-вывода. Деление ЭВМ на поколения условное. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим – к другому поколению.
• Элементная база – электронно-вакуумные лампы. • Соединение элементов – навесной монтаж проводами. • Габариты – ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов. • Быстродействие – 10 -20 тыс. операций в секунду. • Эксплуатация – сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп. • Программирование – машинные коды. • Оперативная память – до 2 Кбайт. • Ввод и вывод данных с помощью перфокарт, перфолент
В СССР первая ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика С. А. Лебедева. Называлась МЭСМ -1
ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЯВЛЕНИЯ ЭВМ II ПОКОЛЕНИЯ 23 декабря 1947 года Трое сотрудников исследовательской лаборатории Bell Telephone Laboratories Джон Бардин, Уолтер Бремен и Уильям Шокли продемонстрировали свое изобретение, получившее название транзистор.
1951 год Грейс Хоппер — офицер ВМФ США и руководитель группы программистов, в то время капитан (в дальнейшем единственная женщина в ВМФ — адмирал) разработала первую транслирующую программу, которую она назвала компилятором. Эта программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме
1955 год создание первой ЭВМ на транзисторах «Традис» содержала 800 транзисторов, каждый из которых был заключен в отдельный корпус 1958 г. – в СССР создана ЭВМ М-20 со средним быстродействием 20 тыс. операций в секунду – самая мощная ЭВМ 50 -х годов в Европе 1963 г. – сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.
• Элементная база – полупроводниковые элементы (транзисторы) • Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж. • • • Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек Быстродействие – 100 – 500 тыс. операций в секунду. Эксплуатация – вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность – оператор ЭВМ. • Программирование – на алгоритмических языках, появление ОС. • Оперативная память – 2 – 32 Кбайт. • Введен принцип разделения времени. • • Введен принцип микропрограммного управления. Недостаток – несовместимость программного обеспечения
ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЯВЛЕНИЯ ЭВМ III ПОКОЛЕНИЯ 1958 год Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга изобретают интегральную схему. Интегральная схема Килби 1961 год в продажу поступила первая выполненная на пластине кремния интегральная схема (ИС)
1964 год Фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения. Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью. 1965 год – начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM/360 (США)
III ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ 1967 год Создание высокопроизводительной и оригинальной по архитектуре вычислительной системы БЭСМ-6 , под руководством С. А. Лебедева и В. А. Мельникова. В ЭВМ БЭСМ-6 использовались 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых диодов. Имела исключительно высокое быстродействие – 1 млн. операций в секунду Разработчики БЭСМ-6
III ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ 1969 год Фирма IBM разделила понятия: аппаратные средства (hardware) программные средства (software). Фирма начала продавать программное обеспечение отдельно от железа, положив начало индустрии программного обеспечения. Сотрудники фирмы Bell Laboratories Кен Томпсон и Деннис Ритчи приступили к разработке операционной системы UNIX. В 1972 году начало выпуска официальной версии UNIX.
29 октября 1969 года День рождения сети ИНТЕРНЕТ. В этот день была предпринята самая первая попытка дистанционного подключения к компьютеру, находившемуся в исследовательском центре Стэндфордского университета (SRI), с другого компьютера, который стоял в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Удаленные друг от друга на расстояние 500 километров, SRI и UCLA стали первыми узлами будущей сети ARPANet. Затем к сети подключили еще два узла: Калифорнийский университет Санта-Барбары (UCSB) и Университет штата Юта (UTAH).
III ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ Октябрь 1971 года Американский инженер Рэй Томлинсон отправил с одного компьютера на другой послание с содержанием "QWERTYUIOP" (набор клавиш верхней строки стандартной клавиатуры). Письмо дошло и, таким образом, открыло новую главу в истории человеческого общения – электронную почту.
III ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ 1971 год Фирма IBM выпустила первый гибкий магнитный диск. Коллектив под руководством Алана Шугарта придумывает первый, восьмидюймовый флоппи-диск (емкостью 80 Кбайт)
III ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ 1965 год Профессорами Дартмутского колледжа Томом Куртцем и Джоном Кемени для обучения студентов, незнакомых с вычислительной техникой был разработан язык BASIC (Beginners all-parpouse sumbolic instraction code — многоцелевой язык символических инструкций для начинающих).
Элементная база – интегральные схемы. • Соединение элементов – печатные платы. • Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек. • Быстродействие – 1 -10 млн. операций в секунду. • Эксплуатация – вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность — системный программист. • Программирование — алгоритмические языки, ОС. • Оперативная память – 64 Кбайт. • Применяется принцип разделения времени, принцип модульности. принцип микропрограммного управления, принцип магистральности • Появление магнитных дисков, дисплеев, графопостроителей.
1971 год Фирмой Intel (США) создан первый микропроцессор (МП) программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС. Автором микропроцессора Intel-4004 многокристальной схемы, содержащей все основные компоненты центрального процессора, являлся Эдвард Хофф. Процессор 4004 был 4 -битный и мог выполнять 60 тыс. операций в секунду.
1975 год Молодые американцы Стив Возняк и Стив Джобс организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров "Apple « ("Яблоко"), предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей
1976 год Появилась дискета диаметром 5, 25 дюйма. 1981 год Объявление о выпуске корпорацией IBM компьютерной системы — IBM Personal Computer". Впервые на полуофициальном уровне было применено словосочетание Personal Computer (PC)
1983 год фирма Microsoft выпустила свою первую мышь Bus Mouse для IBM PC, кроме того, фирма разработала интерфейс и драйвер. Фирма Microsoft выпустила первую версию графической операционной среды Windows. 1985 год Появилась система Excel (электронные таблицы). Появился первый русский текстовый процессор Лексикон.
1986 год На клавиатуре впервые появляются клавиши управления курсором (до того обходились без них!) и отдельный блок с цифровыми клавишами. Спасибо Apple. 1988 год Появление первого вируса-"червя" , поражающего почту. 1989 год Microsoft выпустила текстовый процессор WORD. Разработан формат графических файлов GIF
1990 год Родилась World Wide Web(Всемирная Паутина). Тим Бернерс-Ли разработал язык HTML – язык разметки гипертекста. 1993 год Фирма Intel выпустила 64 -разрядный микропроцессор Pentium, который состоял из 3, 1 млн. транзисторов и мог выполнять 112 млн. операций в секунду. 1995 год Появилась операционная система Windows 95. 1996 год Фирма Microsoft выпустила Internet Explorer 3. 0
Элементная база – большие интегральные схемы (БИС). • Соединение элементов – печатные платы. • Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки. • Быстродействие – 10 -100 млн. операций в секунду. • Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ. • Программирование – базы и банки данных. • Оперативная память – 2 -5 Мбайт • Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети
• Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). • В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний, • создание экспертных систем. • Архитектура будет содержать два блока: Традиционный компьютер интеллектуальный интерфейс, задача которого понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера