покоління комп'ютерів

В обчислювальній техніці існує своєрідна періодизація розвитку електронних обчислювальних машин. ЕОМ відносять до того чи іншого покоління в залежності від типу основних використовуваних в ній елементів або від технології їх виготовлення. Ясно, що кордони поколінь у сенсі часу сильно розмиті, так як в один і той же час фактично випускалися ЕОМ різних типів; для окремої ж машини питання про її приналежності до того чи іншого покоління вирішується досить просто.

Поява ЕОМ або комп'ютерів - одна з істотних прийме сучасної науково-технічної революції. Широке поширення комп'ютерів призвело до того, що все більше число людей стало знайомитися з основами обчислювальної техніки, а програмування поступово перетворилося на елемент культури. Перші електронні комп'ютери з'явилися в першій половині XX століття. Вони могли робити значно більше механічних калькуляторів, які лише складали, вичитали і множили. Це були електронні машини, здатні вирішувати складні завдання.

Крім того, вони мали дві відмінні риси, якими попередні машини не мали:

Одна з них полягала в тому, що вони могли виконувати певну послідовність операцій за заздалегідь заданою програмою або послідовно вирішувати завдання різних типів.

Здатність зберігати інформацію в спеціальній пам'яті.

Покоління перше.

Комп'ютери на електронних лампах.

Комп'ютери на основі електронних ламп з'явилися в 40-х роках XX століття. Перша електронна лампа - вакуумний діод - була побудована Флемінгом лише в 1904 році, хоча ефект проходження електричного струму через вакуум був відкритий Едісоном в 1883 році.

Незабаром Лі де Форрест винаходить вакуумний тріод - лампу з трьома електродами, потім з'являється газо наповнених електронна лампа - тиратрон, пятіелектродная лампа - пентод і т. Д. До 30-х років електронні вакуумні і газонаповнені лампи використовувалися головним чином в радіотехніці. Але в 1931 році англієць Вінні-Вільямс побудував (для потреб експериментальної фізики) тиратронах лічильник електричних імпульсів, відкривши тим самим нову область застосування електронних ламп. Електронний лічильник складається з ряду тригерів. Тригер, винайдений М. А. Бонч-Бруєвич (1918) і - незалежно - американцями У. Ікклзом і Ф. Джорданом (1919), містить 2 лампи і в кожний момент може знаходитися в одному з двох стійких станів; він являє собою електронний реле. Подібно електромеханічного, воно може бути використано для зберігання однієї двійкової цифри. Детальніше про електронну лампі тут.

Використання електронної лампи в якості основного елемента ЕОМ створювало безліч проблем. Через те, що висота скляній лампи - 7см, машини були величезних розмірів. Кожні 7-8 хв. одна з ламп виходила з ладу, а так як в комп'ютері їх було 15 - 20 тисяч, то для пошуку і заміни пошкодженої лампи було потрібно дуже багато часу. Крім того, вони виділяли величезну кількість тепла, і для експлуатації "сучасного" комп'ютера того часу були потрібні спеціальні системи охолодження.

Щоб розібратися в заплутаних схемах величезного комп'ютера, потрібні були цілі бригади інженерів. Пристроїв введення в цих комп'ютерах не було, тому дані вносилися в пам'ять за допомогою з'єднання потрібного Штеккер з потрібним гніздом.

Прикладами машин I-го покоління можуть служити Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), - перша машина з програмою, що зберігається. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Перший примірник Юнівака був переданий в Бюро перепису населення США. Пізніше було створено багато різних моделей Юнівака, які знайшли застосування в різних сферах діяльності. Таким чином, Юнивак став першим серійним комп'ютером. Крім того, це був перший комп'ютер, де замість перфокарт використовувалася магнітна стрічка.

Покоління друге.

Транзисторні комп'ютери.

1 липня 1948 року на одній зі сторінок "Нью-Йорк Таймс", присвяченій радіо і телебаченню, було поміщено скромне повідомлення про те, що фірма "Белл телефон Лабораторіз" розробила електронний прилад, здатний замінити електронну лампу. Фізик-теоретик Джон Бардін і ведучий експериментатор фірми Уолтер Брайттен створили перший діючий транзистор. Це був точково-контактний прилад, в якому три металевих "вусика" контактували з бруском з полікристалічного германію.

Перші комп'ютери на основі транзисторів з'явилися в кінці 50-х років, а до середини 60-х років були створені більш компактні зовнішні пристрої, що дозволило фірмі Digital Equipment випустити в 1965 р перший міні-комп'ютер PDP-8 розміром з холодильник (!! ) і вартістю всього 20 тис. доларів (!!).

Створенню транзистора передувала наполеглива, майже 10-річна робота, яку ще в 1938 році почав фізик теоретик Вільям Шоклі. Застосування транзисторів в якості основного елемента в ЕОМ призвело до зменшення розмірів комп'ютерів в сотні разів і до підвищення їх надійності.

І все-таки самій дивовижною здатністю транзистора є те, що він один здатний працювати за 40 електронних ламп і при цьому працювати з більшою швидкістю, виділяти дуже мало тепла і майже не споживати електроенергію. Одночасно з процесом заміни електронних ламп транзисторами вдосконалювалися методи зберігання інформації. Збільшився обсяг пам'яті, а магнітну стрічку, вперше застосовану в ЕОМ Юнивак, почали використовувати як для введення, так і для виведення інформації. А в середині 60-х років набуло поширення зберігання інформації на дисках. Великі досягнення в архітектурі комп'ютерів дозволило досягти швидкодії в мільйон операцій в секунду! Прикладами транзисторних комп'ютерів можуть послужити "Стретч" (Англія), "Атлас" (США). У той час СРСР йшов в ногу з часом і випускав ЕОМ світового рівня (наприклад "БЕСМ-6").

Покоління третє.

Інтегральні схеми.

Подібно до того, як поява транзисторів призвело до створення другого покоління комп'ютерів, поява інтегральних схем ознаменувало собою новий етап у розвитку обчислювальної техніки - народження машин третього покоління. Інтегральна схема, яку також називають кристалом, являє собою мініатюрну електронну схему, витравлену на поверхні кремнієвого кристала площею близько 10 мм ^2. Детальніше про інтегральних схемах тут.

Перші інтегральні схеми (ІС) з'явилися в 1964 році. Спочатку вони використовувалися тільки в космічній і військовій техніці. Зараз же їх можна виявити де завгодно, включаючи автомобілі та побутові прилади. Що ж стосується комп'ютерів, то без інтегральних схем вони просто немислимі!

Поява ІС означало справжню революцію в обчислювальній техніці. Адже вона одна здатна замінити тисячі транзисторів, кожний з яких в свою чергу вже замінив 40 електронних ламп. Іншими словами, один крихітний кристал має такі ж обчислювальними можливостями, як і 30-тонний ЕНІАК! Швидкодію ЕОМ третього покоління зросло в 100 разів, а габарити значно зменшилися.

До всіх достоїнств ЕОМ третього покоління додалося ще й те, що їх виробництво виявилося дешевше, ніж виробництво машин другого покоління. Завдяки цьому, багато організацій змогли придбати і освоїти такі машини. А це, в свою чергу, призвело до зростання попиту на універсальні ЕОМ, призначені для вирішення найрізноманітніших завдань. Більшість створених до цього ЕОМ були спеціалізованими машинами, на яких можна було вирішувати завдання якогось одного типу.

Покоління четверте.

Великі інтегральні схеми.

Ви вже знаєте, що електромеханічні деталі лічильних машин поступилися місцем електронним лампам, які в свою чергу поступилися місцем транзисторів, а останні - інтегральних схем. Могло створиться враження, що технічні можливості ЕОМ вичерпані. Справді, що ж можна ще придумати?

Щоб отримати відповідь на це питання, давайте повернемося до початку 70-х років. Саме в цей час була зроблена спроба з'ясувати, чи можна на одному кристалі розмістити більше однієї інтегральної схеми. Виявилося, можна! Розвиток мікроелектроніки призвело до створення можливості розміщувати на одному-єдиному кристалі тисячі інтегральних схем. Так, вже в 1980 році, центральний процесор невеликої комп'ютера виявився можливим розмістити на кристалі, площею всього в чверть квадратного дюйма (1,61 см ^2). Почалася епоха мікрокомп'ютерів.

Яке ж швидкодію сучасної мікроЕОМ? Воно в 10 разів перевищує швидкодію ЕОМ третього покоління на інтегральних схемах, в 1000 разів - швидкодію ЕОМ другого покоління на транзисторах та в 100000 раз - швидкодія ЕОМ першого покоління на електронних лампах.

Далі, майже 40 років тому комп'ютери типу Юнивак коштували близько 2,5 млн. Доларів. Сьогодні ж ЕОМ зі значно більшу швидкодію, більш широкими можливостями, більш високою надійністю, істотно меншими габаритами і простіша в експлуатації коштує приблизно 2000 доларів. Кожні 2 роки вартість ЕОМ знижується приблизно в 2 рази.

Дуже велику роль у розвитку комп'ютерів зіграли дві нині гігантські фірми: Microsoft® і Intel®. Перша з них дуже сильно вплинула на розвиток програмного забезпечення для комп'ютерів, друга ж стала відома завдяки випускається їй найкращим мікропроцесорах.

Порівняння різних поколінь комп'ютерів.

Під час розвитку комп'ютерів чітко окреслилася тенденція до зменшення розмірів і збільшення продуктивності. Чим більше удосконалювалася елементна база комп'ютерів, тим менше і швидше вони ставали. Це можна показати на прикладі следуюшего порівняння і таблиці: