Файл: История развития средств вычислительной техники (Характеристика поколений ЭВМ).pdf

В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, который были изобретены в 1948 г. Уильямом Шокли. Транзисторы были более надёжные, долговечные, более маленькие и могли выполнить наиболее сложные вычисления. Они обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить приблизительно 40 электронных ламп и работал с большей скоростью. [10]

Эти дискретные транзисторные логические элементы постепенно вытеснили электронные лампы. В роли носителей информации стали использоваться магнитные ленты ("БЭСМ-6", "Минск-2","Урал-14") и сердечники. Также появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски. В качестве программного обеспечения использовались языки программирования высокого уровня. Еще были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в данных машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей. [7]

Появился разнообразный набор библиотечных программ для решения разнличных математических задач. Также появились мониторные системы, которые управляли режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем со временем выросли современные операционные системы. Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе. [5]

Машины третьего поколения - это семейства машин с единой архитектурой, т.е. они были программно совместимые, основанные на интегральных схемах. [10]

В 1960 г. появились первые интегральные схемы (микросхемы), получившие широкое распространение в связи с малыми размерами, но огромными возможностями. Интегральная схема - это кремниевый кристалл, площадь его примерно 10 ммІ. Одна такая маленькая схема способна заменить десятки тысяч транзисторов, один кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный "Эниак". А компьютер с такими интегральными схемами достигает производительности в 10 млн. операций в секунду. Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, другими словами, одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления устройствами, памятью и ресурсами стала брать на себя операционная система или же сама машина. [13]

---

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360) на микросхемах, которые стали первыми компьютерами третьего поколения. [15]

Со временем были выпущены и другие машины на интегральных микросхемах - семейство IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и другие. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

В 70-е годы 20-го века образовались три новых технологии: микропроцессорная, космическая и генная. Каждая из этих трех технологий сильно поменяло мировоззрение и психологию людей. Появление микропроцессора означало, что миниатюрный логический автомат может быть встроен в любое, какое угодно малое устройство. И при этом устройство приобретает новое качество -интеллектуальность. Микропроцессорная технология имеет множество направлений - это и создание персональных электронных средств разного назначения, интеллектуализация всей техносферы, защита человеческого организма, помощь в выполнении нужных свойств при помощи медико-кибернетических устройств, в том числе, которые вживляются в организм. Высокая степень интеграции БИС, высокое быстродействие, высокая степень надежности, низкая стоимость, все это позволяло значительно уменьшить размеры компьютеров. Они смогли достигнуть быстродействия порядка сотен миллионов операций в секунду, объем основной памяти достиг десятков Мбайт. [6]

Появился новый класс компьютеров — микрокомпьютеры. Процессор микрокомпьютера создавался теперь на основе одной или нескольких микропроцессорных БИС. Для построения микрокомпьютера дополнительно подключались микросхемы памяти и микросхемы, которые обеспечивали обмен информацией между процессором и внешними устройствами. Компьютеры стали доступны по цене некоторым пользователям, что привело к массовому производству персональных компьютеров. В США их выпуск возрос с 1974 по 1978 год с 73 тыс. штук до 3 млн. штук. Характеристики микрокомпьютеров быстро догоняли характеристики миникомпьютеров.В это же время наблюдались две тенденции - распределение вычислительных ресурсов и оснащение персональными компьютерами рабочих мест с одной стороны и объединение вычислительных ресурсов для решения общих задач большого объема. Это привело к сетевому буму. Стали бурно развиваться сетевые технологии, стали создаваться специальные компьютеры для организации сетей, которые получили название серверы и рабочие станции. В качестве рабочих станций компьютерных сетей стали использовать персональные компьютеры, а обслуживающие группы компьютеров серверы становились все более мощными и сравнялись по своим возможностям с универсальными компьютерами большой мощности (мэйнфреймами). И в это время появляется новый вид компьютеров — суперсерверы. [14]

---

В 1986 году Дэниел Хиллис сделал прорыв в создании искуственного интеллекта, он создал концепцию массового параллелизма. Машина использовала 16000 процессоров и была способна совершать несколько миллиардов операций в секунду. Плюс каждый процессор имел небольщую собственную память, и был связан с остальными процессорами через гибкую сеть, которую пользователи могли изменять, перепрограммируя структуру компьютера. Процессоры могли передавать информацию и запрашивать помощь других процессоров благодаря системе связей , как в модели мозга. Машина могла работать быстрее чем любой другой компьютер при решении задач, которые можно распределить для параллельного решения на многих процессорах благодаря системе связей. [7]

Примером отечественных компьютеров четвертого поколения может служить многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус". Эльбрус-1 имел быстродействие до 5,5 млн. операций с плавающей точкой в секунду, а объем оперативной памяти до 64Мб. Пропускная способность каналов ввода-вывода достигала 120 Мб/с. В 1978 году в СССР было начато производство универсальных многопроцессорных комплексов четвертого поколения Эльбрус-2. Он имел производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость его оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мегаслов (слово 72 разряда). В 1979 году было завершено создание вычислительной системы ПС-2000. Но поиск путей к рекордной производительности требует нестандартных решений. В 70-е годы архитектура вычислительных машин строилась с использованием разных принципов параллелизма, позволяющие сделать очередной рывок производительности. От миллиона операций в секунду к десяткам и сотне миллионов. Главными пользователями советских супер-ЭВМ были компании, решающие секретные задачи обороны, реализовывающие атомную и ядерную программы. Но в 1979 году в стенах Института проблем управления АН СССР (ИПУ) завершается создание высокопроизводительной вычислительной системы ПС-2000, которая предназначалась только для мирных нужд. Аббревиатура ПС означает «перестраиваемые структуры». Так называемыми однородными решающими полями — структурами из однотипных процессорных элементов, которые способны параллельно обрабатывать данные, — в ИПУ начали заниматься в конце 60-х. Лидером этого направления был академик Ивери Варламович Прангишвили. [13]

Через два года в активе молодых ученых были теоретически обоснованные принципы построения однородных решающих полей, авторское свидетельство, микроэлектронная реализация однородных структур, публикации в научных журналах и доклад на международном конгрессе. С 1975 года началось создание вычислительной системы ПС-2000 только собственными силами. В работе приняло участие Северодонецкое научно - промыщленное объединение «Импульс». Интересно то, что найденные специалистами из ИПУ принципы однородных решающих полей не требовали сверхмощной элементной базы для создания высокопроизводительной параллельной машины. Для ПС-2000 и последовавшей за ней системы ПС-3000 электронная промышленность не выпустила ни одной заказной микросхемы. При этом вычислительные комплексы ПС-2000 обгоняли дорогостоящие «Эльбрусы», т.к. обеспечивали быстродействие до 200 млн. операций в секунду. Проходившие испытания восемь опытных образцов машин смогли продемонстрировать на геофизических задачах суммарную производительность порядка 1 млрд. операций в секунду. [15]

---

Геофизика была основной областью применения ПС-2000. Данная мощная машина позволила просчитать залежи данных сейсморазведки, которые в огромных объемах накапливались ежегодно. Доступные вычислительные мощности, в силу ограниченной производительности, просто не успевали их обрабатывать — для этого необходимо было быстродействие раз в сто больше того, что имелось в совокупности. Поскольку такие задачи прекрасно поддавались распараллеливанию, их удалось с большой эффективностью решить на многопроцессорных комплексах ПС-2000. Были сделаны специальные экспедиционные вычислительные комплексы ЭГВК ПС-2000, они были отлично приспособлены к работе в условиях геофизических экспедиций. Машины не занимали большой площади, они потребляли мало энергии и не требовали больших расходов на эксплуатацию. В ПС-2000 реализована архитектура с одним потоком команд и многими потоками данных (SIMD). Центральным компонентом системы является мультипроцессор, которые включают от 8 до 64 одинаковых процессорных элементов. Процессорные элементы могли обрабатывать различные потоков данных по программе из общего модуля управления (один модуль на каждые восемь элементов). [1]

К началу 80-х годов производительность персональных компьютеров составляла сотни тысяч операций в секунду. Мировой парк компьютеров превысил 100 млн. Развитие вычислительной техники привело к массовому использованию ее во всех сферах человеческой деятельности. Для автоматизации управления технологическими процессами в промыщленности стали часто применяться специальные промышленные компьютеры. Они управляли технологическими установками, работали в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолётах и вертолётах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в неотапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п. [9]

Четвертое поколение компьютеров стало мостом на пути к компьютерам следующего поколения. Компьютеры пятого поколения построены на новой элементной базе, которая позволяет реализовать интеллектуальные способности человека. В 1982 году в Японии был учрежден комитет по разработке компьютеров новых поколений. Этот комитет разработал план создания компьютера пятого поколения. Он определил следующие основные требования к компьютерам 5-го поколения:

развитый человеко-машинного интерфейс (распознавание речи, образов);

логическое программирование для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

---

новые технологии в производстве СБИС;

новые архитектуры компьютеров и вычислительных комплексов. [12]

Прогнозировалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, которые ориентированы на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось плотно подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Простым языком, для компьютеров "пятого поколения" не нужно было бы писать программ, а нужно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них необходимо. Вначале это казалось достаточно просто, но задача оказалась более трудной, так как человеческое понимание воспринимает контекст, который никак не передать при простом переводе слов.

К сожалению, этот проект ЭВМ повторил трагическую судьбу ранних исследований в сфере искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены просто так, проект закрыт, а созданные устройства по производительности оказались такими же, как массовые системы того времени. Но проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в сфере систем искусственного интеллекта в целом. [15]

Вывод: в данной главе мы рассмотрели этапы развития вычислительной техники. Всего их было четыре: ручной, механический, электромеханический и электронный этапы. Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации и основывался на использовании разных частей тела, таких как, пальцев рук и ног. Развитие механики в XVII веке оказалось предпосылкой развития вычислительных устройств и приборов, которые использующю механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, который предназначен для обработки информации на перфокарточных носителях. Компьютер EDSAC положил начало новому этапу развития вычислительной техники - первому поколению универсальных ЭВМ.

Также в данной главе мы рассмотрели шесть поколений ЭВМ. Благодаря этому мы смогли более глубоко изучить историю развития вычислительной техники и понять ее основы.

---