Задания для подготовки к семинарскому занятию.
I. Перечислите:
1).Поколения ЭВМ и укажите соответствующие им временные промежутки:
Поколение первое.Компьютеры на электронных лампах.
Появление электронно-вакуумной лампы позволило учёным реализовать в жизнь
идею создания вычислительной машины.
Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая
электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904
году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт
Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу
с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа -
тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные
вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в
радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд
экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв
тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик
состоит из ряда триггеров. Триггер, изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918)
и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2
лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых
состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно
электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной
цифры. Подробнее об электронной лампе здесь.
Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало
множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7см, машины были
огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как
в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы
требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество
тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались
специальные системы охлаждения.
Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые
бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было,
поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штеккера с
нужным гнездом.
Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic
Delay Storage Automatic Calculator), - первая машина с хранимой программой.
UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в
Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей
Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким
образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый
компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.
Поколение второе. Транзисторные компьютеры. 1 июля 1948 года на одной из страниц "Нью-Йорк Таймс", посвященной радио ителевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма "Белл телефонлабораториз" разработала электронный прибор, способный заменить электроннуюлампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы УолтерБрайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактныйприбор, в котором три металлических "усика" контактировали с бруском изполикристаллического германия. Подробнее о транзисторе здесь.Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а ксередине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, чтопозволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютерPDP-8 размером с холодильник (!!) и стоимостью всего 20 тыс. долларов (!!).Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которуюеще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов вкачестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров всотни раз и к повышению их надежности.И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что онодин способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большейскоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию.Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторамисовершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, амагнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали использовать какдля ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х годов получилораспространение хранение информации на дисках. Большие достижения вархитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций всекунду! Примерами транзисторных компьютеров могут послужить "Стретч"(Англия), "Атлас" (США). В то время СССР шел в ногу со временем и выпускалЭВМ мирового уровня (например "БЭСМ-6"). Поколение четвертое. Большие интегральные схемы. Вы уже знаете, что электромеханические детали счетных машин уступили местоэлектронным лампам, которые в свою очередь уступили место транзисторам, апоследние - интегральным схемам. Могло создастся впечатление, что техническиевозможности ЭВМ исчерпаны. В самом деле, что же можно еще придумать?Чтобы получить ответ на этот вопрос, давайте вернемся к началу 70-х годов.Именно в это время была предпринята попытка выяснить, можно ли на одномкристалле разместить больше одной интегральной схемы. Оказалось, можно!Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать наодном-единственном кристалле тысячи интегральных схем. Так, уже в 1980 году,центральный процессор небольшого компьютера оказался возможным разместить накристалле, площадью всего в четверть квадратного дюйма (1,61 см2).Началась эпоха микрокомпьютеров.Каково же быстродействие современной микроЭВМ? Оно в 10 раз превышаетбыстродействие ЭВМ третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз -быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 100000 раз -быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах.Далее, почти 40 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили около 2,5 млн.долларов. Сегодня же ЭВМ со значительно большим быстродействием, болееширокими возможностями, более высокой надежностью, существенно меньшимигабаритами и более простая в эксплуатации стоит примерно 2000 долларов.Каждые 2 года стоимость ЭВМ снижается примерно в 2 раза.Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне гигантские фирмы:Microsoft® и Intel®. Первая из них очень сильно повлияла на развитиепрограммного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна благодарявыпускаемым ей лучшим микропроцессорам. Пятое поколение ЭВМ На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели приразработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IVпоколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в областичисловых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачейразработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллектамашины (возможность делать логические выводы из представленных фактов),развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера междучеловеком и компьютером. Компьютер теперь используется и дома, этокомпьютерные игры, прослушивание высококачественной музыки, просмотр фильмов.Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного илипечатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя поголосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общатьсяс компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знанийв этой области.Параллельно с аппаратным усовершенствованием современных компьютеровразрабатываются и технологические разработки по увеличению количестваинструкций. Первой разработкой в этой области стала MMX (MultiMediaeXtension- "мультимедиа–расширение") — технология, которая может превратить"простой" Pentium ПК в мощную мультимедийную систему.Как известно, на кристалле процессора Pentium интегрирован математическийсопроцессор. Этот функциональный блок, который отвечает за "перемалываниечисел", но на практике, подобные возможности требуются все же достаточноредко, их используют в основном системы САПР и некоторые программы, решающиечисто вычислительные задачи. У большинства пользователей этот блок простопростаивает.Создавая технологию MMX, фирма Intel стремилась решить две задачи: во-первых,задействовать неиспользуемые возможности, а во-вторых, увеличитьпроизводительность ЦП при выполнении типичных мультимедиа-программ. С этойцелью в систему команд процессора были добавлены дополнительные инструкции(всего их 57) и дополнительные типы данных, а регистры блока вычислений сплавающей запятой выполняют функции рабочих регистров.Дополнительные машинные команды предназначены для таких операций, как быстроепреобразование Фурье (функция, используемая при декодировании видео), которыезачастую выполняются специальными аппаратными средствами.Процессоры, использующие технологию MMX, совместимы с большинством прикладныхпрограмм, ведь для "старого" программного обеспечения регистры MMX выглядятточно так же, как обычные регистры математического сопроцессора. Однако,встречаются и исключения. например, прикладная программа может одновременнообращаться только к одному блоку - либо вычислений с плавающей запятой, либоMMX. В ином случае результат, как правило, не определен и нередко происходитаварийное завершение прикладной программы.Технология MMX - это генеральное направление развития архитектурыпроцессоров. В первую очередь ее преимущества смогут оценить конечныепользователи - мультимедиа-компьютеры стали заметно мощнее и дешевле.Эта идея оказалась настолько удачной, что за ММХ проследовал «расширенныйММХ», 3DNow!, «расширенный 3DNow!», а потом SSE и сейчас SSE2.Кроме технологических решений по увеличению количества инструкций, веласьработа и по улучшению процесса производства. Ведь транзисторов для обработкиинформации становилось все больше и больше, и они в конце концов просто непомещались на кристалл, что приводило к более совершенным решениям. Внастоящее время процессоры Intel выпускаются по техпроцессу с нормой в 0,13мКм, и на одном квадратном миллиметре кристалла располагается миллионытранзисторов. Intel планирует перейти на 0,09 мКм техпроцесс в ближайшембудущем.
2). Известные вам фамилии людей, внесших большой вклад развитие вычислительной техники:
Норберт Винер
Джон фон Нейман