ПОКОЛІННЯ КОМП ЮТЕРІВ 1 КОМП ЮТЕРИ ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ До

ПОКОЛІННЯ КОМП’ЮТЕРІВ 1

КОМП'ЮТЕРИ ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ До першого покоління зазвичай відносять машини, створені на рубежі 50 -х років. У їх схемах використовувалися електронні лампи. Ці комп'ютери були величезними, незручними і дуже дорогими машинами, які могли придбати тільки крупні корпорації і уряди. Лампи споживали величезну кількість електроенергії і виділяли багато тепла Комп'ютер "Еніак". Першого покоління Набір команд був невеликим, схема арифметико-логічного пристрою і пристрою управління достатньо проста, програмне забезпечення практично було відсутнє. Показники об'єму оперативної пам'яті і швидкодії були низькими. Для введення-виводу використовувалися перфострічки, перфокарти, магнітні стрічки і друкуючі пристрої. 2

Програми для цих машин писалися на мові конкретної машини. Математик, що склав програму, сідав за пульт управління машини, вводив і відладжував програми і проводив по ним рахунок. Процес відладки був найбільш тривалим за часом. Досвід використання машин першого покоління показав, що існує величезний розрив між часом, що витрачається на розробку програм, і часом рахунку. Швидкодія порядка 10 -20 тисяч операцій в секунду. ЕОМ "Урал" Машини першого покоління, які вироблялися в СРСР: МЕСМ (мала електронна рахункова машина), БЕСМ, Стріла, Урал, М— 20. 3

КОМП'ЮТЕРИ ДРУГОГО ПОКОЛІННЯ Пам'ять на магнітних сердечниках Транзистор Друге покоління комп'ютерної техніки — машини, сконструйовані приблизно в 1955— 65 рр. Характеризуються використанням в них як електронних ламп, так і дискретних транзисторних логічних елементів. Їх оперативна пам'ять була побудована на магнітних сердечниках. В цей час почав розширюватися діапазон вживаного устаткування введення-виводу, з'явилися високопродуктивні пристрої для роботи з магнітними стрічками, магнітні барабани і перші магнітні диски. 4

Швидкодія — до сотень тисяч операцій в секунду, ємкість пам'яті — до декількох десятків тисяч слів. З'явилися так звані мови високого рівня, засоби яких допускають опис всієї необхідної послідовності обчислювальних дій в наочному, легко сприйманому вигляді. Програми, які називаються трансляторами, перекладають програму з мови високого рівня на машинну мову. З'явився широкий набір бібліотечних програм для вирішення різноманітних математичних завдань. З'явилися мониторные системи, керівники режимом трансляції і виконання програм. Операційна система — найважливіша частина програмного забезпечення комп'ютера, призначена для автоматизації планування і організації процесу обробки програм, введення-виводу і управління даними, розподілу ресурсів, підготовки і відладки програм, інших допоміжних операцій обслуговування. Машинам другого покоління була властива програмна несумісність, яка утрудняла організацію крупних інформаційних систем. 5

КОМП'ЮТЕРИ ТРЕТЬОГО ПОКОЛІННЯ Інтегральна схема Комп'ютер IBM— 360. Третє покоління Машини третього покоління створені приблизно після 60 -х років. Найбільш важливим критерієм відмінності машин другого і третього поколінь є критерій, заснований на понятті архітектури. Машини третього покоління — це сімейства машин з єдиною архітектурою, тобто програмно сумісних. Як елементна база в них використовуються інтегральні схеми, які також називаються мікросхемами. 6

Машини третього покоління мають розвинені операційні системи. Вони володіють можливостями мультипрограмування, тобто одночасного виконання декількох програм. Багато завдань управління пам'яттю, пристроями і ресурсами почала брати на себе операційна система або ж безпосередньо сама машина. Приклади машин третього покоління — сімейства IBM— 360, IBM— 370, ЄС ЕОМ (Єдина система ЕОМ), СМ ЕОМ (Сімейство малих ЕОМ) і ін. Швидкодія машин усередині сімейства змінюється від декількох десятків тисяч до мільйонів операцій в секунду. Ємкість оперативної пам'яті досягає декількох сотень тисяч слів. 7

МАШИНИ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛІННЯ Четверте покоління — це покоління комп'ютерної техніки, розроблене після 1970 року. Найбільш важливий в концептуальному відношенні критерій, по якому ці комп'ютери можна відокремити від машин третього покоління, полягає в тому, що машини четвертого покоління проектувалися з розрахунку на ефективне використання сучасних мов високого рівня і спрощення процесу програмування для кінцевого користувача. У апаратурному відношенні для них характерне широке використання інтегральних схем як елементна база, а також наявність швидкодіючих пристроїв, що запам'ятовують, з довільною вибіркою ємкістю в десятки мегабайт. C точки зору структури машини цього покоління є багатопроцесорними і багатомашинними комплексами, що працюють на загальну пам'ять і загальне поле зовнішніх пристроїв. Швидкодію складає до декількох десятків мільйонів операцій в секунду, ємкість оперативної пам'яті порядка 1 — 64 Мбайт. 8

Покоління ЕОМ Перше Друге Третє 1951 -1954 Показник 1958 -I 960 1965 -1966 Транзистори Інтгральні схеми Четверте П'яте А Би 1976 -1979 Великі ІС (ВІС) 1985 -? Надвеликі ІС +Оптоелектроніка (НВІС) +Кріоелектроніка НВІС ? Елементна база процесора Електронні Елементна база ОЗУ Електроннопроменеві трубки Максмальная ємкість ОЗУ, байт Максимальна швидкодія процесора (оп/с) 102 101 104 105 107 108 (? ) 104 106 107 108 109 1012 , Мови програмування Машинний код лампи (ІС) Феррітові сердечники Феритові ВІС сердечники +Багатопроцессорность + Асемблер Засоби зв'язку Пульт управління і Перфокарти і користувача з ЕОМ перфокарти перфострічки + Процедурні мови високого рівня (МВУ) + Нові Алфавітноцифровий термінал Монохромний графичний дисплей, клавіатура процедурні МВУ +Багатопроцесорність +Непроцедурні МВУ + Нові непроцедур-ні МВУ Кольоровий + графічний дисплей, клавіатура, «миша» і ін. Пристрої голосового зв'язку з ЕОМ 9

ЯКИМИ ПЛАНУВАЛИСЯ КОМП'ЮТЕРИ П'ЯТОГО ПОКОЛІННЯ? Розробка подальших поколінь комп'ютерів планувалася на основі великих інтегральних схем підвищеного ступеня інтеграції, використання оптоелектронних принципів (лазери, голографія). Розвиток передбачався по шляху "інтелектуалізації" комп'ютерів, усунення бар'єру між людиною і комп'ютером. Передбачалося, що комп'ютери будуть здатні сприймати інформацію з рукописного або друкарського тексту, з бланків, з людського голосу, упізнавати користувача по голосу, здійснювати переклад з однієї мови на іншій. 10

Справжню революцію в обчислювальній техніці провело створення мікропроцесора в 1971 р. компанією «Intel» (США). Наслідки цього вивилися величезні. Першим стало створення персональних комп'ютерів - невеликих і недорогих ЕОМ, здатних підсилювати інтелект свого користувача. Невеликі комп'ютери, призначені для одного користувача, використовувалися вже на початку 70 -х років. Восьмирозрядні мікропроцесори i 8080 і Z 80 у поєднанні з операційною системою СР/М дозволили створити ряд таких комп'ютерів. А початком ери їх масової появи став 1976 р. , коли з'явився знаменитий «Apple» ( «Яблуко» ), створений молодими американськими інженерами Стівом Возняком і Стівом Джобсом. За декілька років було продано близько 2 млн. екземплярів лише цих ПК (особливо «Apple-2» ), тобто вперше в світовій практиці комп'ютер став пристроєм масового виробництва. Незабаром лідерство в цій області захопила фірма IBM - комп'ютерний гігант, що представив в 1981 р. свій персональний комп'ютер IBM РС (РС - persona computer). Його моделі РС XT (1983 р. ). РС AT (1984 р. ), ПК з мікропроцесором Pentium (початок 90 -х років; містить більше 3 мільйонів транзисторів!) стали, кожен свого часу, ведучими на світовому ринку ПК. 11

ТИПИ КОМП'ЮТЕРІВ ЗА УМОВАМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ За умовами експлуатації комп'ютери діляться на два типи: • офісні (універсальні); • спеціальні. Офісні призначені для вирішення широкого класу завдань за нормальних умов експлуатації. Cпециальные комп'ютери служать для вирішення вужчого класу завдань або навіть одного завдання, що вимагає багатократного рішення, і функціонують в особливих умовах експлуатації. Їх вузька орієнтація дозволяє реалізувати заданий клас завдань найефективніше. 12

Типи комп'ютерыв по продуктивності і характеру використання По продуктивності і характеру використання комп'ютери можна умовно підрозділити на: • мікрокомп'ютери, зокрема — персональні комп'ютери; • мінікомп'ютери; • мейнфрейми (універсальні комп'ютери); • суперкомп'ютери. Мікрокомп'ютери — це комп'ютери, в яких центральний процесор виконаний у вигляді мікропроцесора. Просунуті моделі мікрокомп'ютерів мають декілька мікропроцесорів. Продуктивність комп'ютера визначається не тільки характеристиками вживаного мікропроцесора, але і ємкістю оперативної пам'яті, типами периферійних пристроїв, якістю конструктивних рішень і ін. Персональні комп'ютери (ПК) — це мікрокомп'ютери універсального призначення, розраховані на одного користувача і керовані однією людиною. 13

Мейнфрейми призначені для вирішення широкого класу науковотехнічних завдань і є складними і дорогими машинами. Їх доцільно застосовувати у великих системах за наявності не менше 200 — 300 робочих місць. Централізована обробка даних на мейнфреймі обходиться приблизно в 5 — 6 разів дешевше, ніж розподілена обробка при клієнтсерверному підході. Відомий мейнфрейм S/390 фірми IBM зазвичай оснащується не менше чим трьома процесорами. Максимальний об'єм оперативного зберігання досягає 342 Терабайт. Мейнфрейми призначені для вирішення широкого класу науковотехнічних завдань і є складними і дорогими машинами. Їх доцільно застосовувати у великих системах за наявності не менше 200 — 300 робочих місць. Відомий мейнфрейм S/390 фірми IBM зазвичай оснащується не менше чим трьома процесорами. Максимальний об'єм оперативного зберігання досягає 342 Терабайт 14

Суперкомп'ютери — це дуже могутні комп'ютери з продуктивністю понад 100 мегафлопів (1 мегафлоп — мільйон операцій з плаваючою крапкою в секунду). Вони називаються надшвидкодіючими. Це багатопроцесорні і багатомашинні комплекси, що працюють на загальну пам'ять і загальне поле зовнішніх пристроїв. Розрізняють суперкомп'ютери середнього класу, класу вище середнього і переднього краю (high end). Архітектура суперкомп'ютерів заснована на ідеях паралелізму і конвеєризації обчислень. Надшвидкодія забезпечується не для всіх завдань, а тільки для завдань, що піддаються розпаралелюванню. Особливістю суперкомп'ютерів є векторні процесори, оснащені апаратурою для паралельного виконання операцій з багатовимірними цифровими об'єктами — векторами і матрицями. Найбільш поширені суперкомп'ютери — масово-паралельні комп'ютерні системи. Вони мають десятки тисяч процесорів, що взаємодіють через складну, ієрархічно організованую систему пам'яті. Як приклад наведемо багатоцільовий масово-паралельний суперкомп'ютер середнього класу Intel Pentium Pro 200. Він має 9200 процесорів Pentium Pro на 200 Мгц, що забезпечують продуктивність 1, 34 Терафлоп (1 Терафлоп рівний 1012 операцій з плаваючою крапкою в секунду), має 537 Гбайт пам'яті і диски ємкістю 2, 25 Терабайт. Система важить 44 тонни (кондиціонери для неї — цілих 300 тонн) і споживає потужність 850 к. Вт. 15

ТИПИ ПОРТАТИВНИХ КОМП'ЮТЕРІВ Laptop (наколінник, від lap> — коліно і top — поверх). По розмірах близький до звичайного портфеля. По основних характеристиках (швидкодія, пам'ять) приблизно відповідає настільним ПК. Зараз комп'ютери цього типу поступаються місцем ще меншим. Notebook. Має вагу близько 3 кг. Для зв'язку з офісом його зазвичай комплектують модемом. Ноутбуки часто забезпечують приводами CD— ROM. Сучасні ноутбуки мають стандартні роз'єми, які призначені для дуже різних функцій. У одне і те ж гніздо можна у міру потреби вставляти привід компакт-дисків, знімний вінчестер, флешки, запасну батарею. Ноутбук стійкий до збоїв в енергоживленні. Навіть якщо він отримує енергію від звичайної електромережі, у разі якого-небудь збою він миттєво переходить на живлення від акумуляторів. 16

цифровий помічник Palmtop (наладонник) — найменші сучасні персональні комп'ютери. Уміщаються на долоні. Магнітні диски в них замінює незалежна електронна пам'ять. Немає і накопичувачів на дисках. Якщо Palmtop доповнити набором ділових програм, записаних в його постійну пам'ять, вийде персональний цифровий помічник (Personal Digital Assistant). Персональний цифровий помічник 17

Можливості портативних комп'ютерів постійно розширюються. Наприклад, кишеньковий комп'ютер i. PAQ 3150 має в своєму розпорядженні весь необхідний для: ведення списку завдань, зберігання записок, включаючи аудіофайли, роботи з календарем, читання електронної пошти, синхронізації з РС, мобільним телефоном. Крім цього i. PAQ 3150 дозволяє: програвати відео і звукові ролики, бродити по Інтернету, переглядати і редагувати документи і електронні таблиці, зберігати файли, шукати в них слова, проглядати картинки вести домашню бухгалтерію, грати в ігри, читати електронні книги за допомогою Microsoft Reader, повноцінно працювати з програмним забезпеченням. 18

КЛАСИЧНА АРХІТЕКТУРА ЕОМ II ПРИНЦИПИ ФОН НЕЙМАНА Основи вчення про архітектуру обчислювальних машин заклав видатний американський математик Джон фон Нейман. Він підключився до створення першої в світі лампової ЕВМ ENIAC в 1944 р. , коли її конструкція була вже вибрана. У 1946 р. учений виклали свої принципи побудови обчислювальних машин в класичній статті, що стала, «Попередній розгляд логічної конструкції електронно-обчислювального пристрою» . Висунуті в ній положення зберігають актуальність і сьогодні. У статті переконливо обгрунтовується використання двійкової системи для представлення чисел (незайве нагадати, що раніше всі обчислювальні машини зберігали оброблювані числа в десятковому вигляді). Автори переконливо продемонстрували переваги двійкової системи для технічної реалізації, зручність і простоту виконання в ній арифметичних і логічних операцій. Надалі ЕОМ почали обробляти і нечислові види інформації - текстову, графічну, звукову та інші, але двійкове кодування даних як і раніше складає інформаційну основу будь -якого сучасного комп'ютера. 19

Ще однією революційною ідеєю, значення якої важко переоцінити, є запропонований Нейманом принцип програми, що «зберігається» . Нейман першим здогадався, що програма може також зберігатися у вигляді набору нулів і одиниць, причому в тій же самій пам'яті, що і оброблювані нею числа. Відсутність принципової різниці між програмою і даними дала можливість ЕОМ самої формувати для себе програму відповідно до результатів обчислень. Фон Нейман не тільки висунув основоположні принципи логічного пристрою ЕОМ, але і запропонував її структуру. Основними блоками по Нейману є пристрій управління (УУ) і арифметико-логічний пристрій (АЛУ) (зазвичай об'єднувані в центральний процесор), пам'ять, зовнішня пам'ять, пристрої введення і виводу. Схема пристрою такої ЕОМ представлена на мал. 20

Архітектура ЕОМ, побудованої на принципах фон Неймана. Суцільні лінії із стрілками указують напрям потоків інформації, пунктирні - управляючих сигналів від процесора до останніми вузлам ЕОМ 21

Розроблені фон Нейманом основи архітектури обчислювальних пристроїв виявилися настільки фундаментальними, що отримали в літературі назву «Фоннейманівська архітектура» . Переважна більшість обчислювальних машин на сьогоднішній день - фоннейманівскі машини. Виняток становлять лише окремі різновиди систем для паралельних обчислень, в яких не реалізована класична концепція змінної і є інші істотні принципові відмінності від класичної моделі (прикладами можуть служити потокова і редукційна обчислювальні машини). 22