Добавлен: 28.03.2023
Просмотров: 122
Скачиваний: 2
Первая ЭВМ создавалась в 1943 - 1946 гг. в США и называлась она ЭНИАК. Эта машина содержала около 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических реле, причем ежемесячно выходило из строя около 2 тысяч ламп. ЦУ машины ЭНИАК, а также у других первых ЭВМ, был серьезный недостаток - исполняемая программа хранилась не в памяти машины, а набиралась сложным образом с помощью внешних перемычек.
В 1945 г. известный математик и физик - теоретик фон Нейман сформулировал общие принципы работы универсальных вычислительных устройств. Согласно фон Нейману вычислительная машина должна была управляться программой с последовательным выполнением команд, а сама программа - храниться в памяти машины. Первая ЭВМ с хранимой в памяти программой была построена в Англии в 1949 г.
В 1951 году в СССР была создана МЭСМ, эти работы проводились в Киеве в Институте электродинамики под руководством крупнейшего конструктора вычислительной техники С.А. Лебедева.
ЭВМ постоянно совершенствовались, благодаря чему к середине 50-х годов их быстродействие удалось повысить от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч операций в секунду. Однако при этом электронная лампа оставалась самым ненадежным элементом ЭВМ. Использование ламп стало тормозить дальнейший прогресс вычислительной техники.
Впоследствии на смену лампам пришли полупроводниковые приборы, тем самым завершился первый этап развития ЭВМ. Вычислительные машины этого этапа принято называть ЭВМ первого поколения
Действительно, ЭВМ первого поколения размещались в больших машинных залах, потребляли много электроэнергии и требовали охлаждения с помощью мощных вентиляторов. Программы для этих ЭВМ нужно было составлять в машинных кодах, и этим могли заниматься только специалисты, знающие в деталях устройство ЭВМ.
ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ
Разработчики ЭВМ всегда следовали за прогрессом в электронной технике. Когда в середине 50-х годов на смену электронным лампам пришли полупроводниковые приборы, начался перевод ЭВМ на полупроводники.
Полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды) были, во-первых, значительно компактнее своих ламповых предшественников. Во-вторых, они обладали значительно большим сроком службы. В-третьих, потребление энергии у ЭВМ на полупроводниках было существенно ниже. С внедрением цифровых элементов на полупроводниковых приборах началось создание ЭВМ второго поколения.
Благодаря применению более совершенной элементной базы начали создаваться относительно небольшие ЭВМ, произошло естественное разделение вычислительных машин на большие, средние и малые.
В СССР были разработаны и широко использовались серии малых ЭВМ "Раздан", "Наири". Уникальной по своей архитектуре была машина "Мир", разработанная в 1965 г. в Институте кибернетики Академии Наук УССР. Она предназначалась для инженерных расчетов, которые выполнял на ЭВМ сам пользователь без помощи оператора.
К средним ЭВМ относились отечественные машины серий "Урал", "М-20" и "Минск". Но рекордной среди отечественных машин этого поколения и одной из лучших в мире была БЭСМ-6 ("большая электронно-счетная машина", 6-я модель), которая была создана коллективом академика С.А. Лебедева. Производительность БЭСМ - 6 была на два три порядка выше, чем у малых и средних ЭВМ, и составляла более 1 млн. Операций в секунду. За рубежом наиболее распространенными машинами второго поколения были "Эллиот" (Англия), "Сименс" (ФРГ), "Стретч" (США).
ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ
Очередная смена поколений ЭВМ произошла в конце 60-х годов при замене полупроводниковых приборов в устройствах ЭВМ на интегральные схемы. Интегральная схема (микросхема) - это небольшая пластинка кристалла кремния, на которой размещаются сотни и тысячи элементов: диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов и т.д.
Применение интегральных схем позволило увеличить количество электронных элементов в ЭВМ без увеличения их реальных размеров. Быстродействие ЭВМ возросло до 10 миллионов операций в секунду. Кроме того, составлять программы для ЭВМ стало по силам простым пользователям, а не только специалистам - электронщикам.
В третьем поколении появились крупные серии ЭВМ, различающиеся своей производительностью и назначением. Это семейство больших и средних машин IBM360/370, разработанных в США. В Советском Союзе и в странах СЭВ были созданы аналогические серии машин: ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ, машины большие и средние), СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ) и "Электроника" (система микро - ЭВМ).
ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ
В процессе совершенствования микросхем увеличивалась их надежность и плотность размещенных в них элементов. Это привело к появлению больших интегральных схем (БИС), в которых на один квадратный сантиметр приходилось несколько десятков тысяч элементов. На основе БИС были разработаны ЭВМ следующего - четвертого поколения.
Благодаря БИС на одном крошечном кристалле кремния стало возможным разместить такую большую электронную схему, как процессор ЭВМ. Однокристальные процессоры впоследствии стали называться микропроцессорами. Первый микропроцессор был создан компанией Intel (США) в 1971 г. Это был 4-разрядный микропроцессор Intel 4004, который содержал 2250 транзисторов и выполнил 60 операций в секунду.
Микропроцессоры положили начало мини - ЭВМ, а затем и персональным компьютерам, то есть ЭВМ, ориентированным на одного пользователя. Началась эпоха персональных компьютеров (ПК), продолжающаяся и по сей день. Однако четвертое поколение ЭВМ - это не только поколение ПК. Кроме персональных компьютеров, существуют и другие, значительно более мощные компьютерные системы.
Влияние персональных компьютеров на представление людей о вычислительной технике оказалось настолько большим, что постепенно из обихода исчез термин "ЭВМ", а его место прочно заняло слово "компьютер".
3. ЭТАП СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ
Современный этап развития ЭВМ охватывает период с 1970 года до наших дней. Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как «Иллиак», «Эльбрус», «Макинтош». Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.
C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.
Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры - IBM PC.
В 1971 году в результате исследований команда специалистов INTEL под руководством Тэда Хоффа создает первый 4-разрядный микропроцессор INTEL - 4004. Далее новые модели процессоров от INTEL стали появляться регулярно. INTEL и по сей день занимает одно из лидирующих мест в производстве процессоров для персональных компьютеров. Но конкуренты не дремали практически с самого начала основания INTEL. Более того, через некоторое время разразилась настоящая гонка компьютерных вооружений, которую принято называть «война процессоров». Фирмы AMD и Cyrix - вот два источника беспокойства для INTEL. Несмотря на то, что процессоры, выпускаемые этими двумя фирмами, едва ли составли 15% от всего рынка, их продукция постепенно все большей альтернативой микропроцессорам INTEL.
Основными конкурентами INTEL являлись АMD и Cyrix.
АMD (Эй-Эм-Ди, AMD; от Advanced Micro Devices, Эдванст майкро дивайсиз), американская корпорация, разработчик и производитель интегральных схем, электронных устройств, компонентов для компьютеров и средств связи. Корпорация основана в 1969 году, ее главный офис находится в городе Саннивейл (Калифорния). AMD производит микропроцессоры, устройства флэш-памяти, телекоммуникационные и сетевые продукты. В компьютерном мире AMD известна как конкурент Intel в производстве микропроцессоров для персональных компьютеров. Производственные мощности корпорации находятся в США, Японии, Малайзии, Сингапуре, Таиланде.
Cyrix (Сайрикс Корпорейшн) (Cyrix Corporation), структурное подразделение американского концерна National Semiconductor (с 1997), один из ведущих мировых производителей микропроцессоров для персональных компьютеров. Штаб-квартира находится в Ричардсоне (шт. Техас).
В начале 1990-х годов Cyrix выпустил математический сопроцессор, позволявший ускорять математические вычисления. Его коммерческий успех дал возможность Cyrix в 1992 развернуть производство клонов процессоров x86. Компания разработала целое семейство 386, 486, 5х86 микропроцессоров. В 1995 началось производство шестого поколения микропроцессоров Cyrix 6x86. В 1997 Cyrix на основе процессора 6х86 выпустил новый процессор с поддержкой MMX-инструкций. Кроме того, Cyrix наладил выпуск высокоинтегрированных процессоров MegiaGX. В том же 1997 Cyrix вошел в состав американского полупроводникового концерна National Semiconductor. В 1999 был выпущен новый микропроцессор Cyrix MXi, основанный на новом процессорном ядре. 5 августа 1999 компания была продана корпорации VIA Technologies.
Такое соперничество корпораций продолжается и по сей день, развивая индустрию и позволяя все большему числу людей получать доступ к огромным вычислительным мощностям.
4. КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ
Квантовый компьютер - это вычислительный прибор, который основан на использовании для вычислений таких квантомеханических явлений - как суперпозиция и перепутывание состояний для преобразования входных данных в выходные. В классическом компьютере количество данных измеряется битами, а в квантовом компьютере - кубитами. Основополагающий принцип квантовых вычислений состоит в использовании квантомеханических объектов для предоставления данных и их обработки, то есть это могут быть любые объекты, имеющие два квантовых состояния: поляризационные состояния фотонов, электронные состояния изолированных атомов или ионов, спиновые состояния ядер атомов, и т. д.
Зачем нужны квантовые вычисления?
1. Современные компьютеры все еще не способны решать ряд важных задач:
• Криптография
• Моделирование квантово-механических систем
2. Хотя классические компьютеры становятся все мощнее и мощнее, имеются физические ограничение на рост их производительности.
Однако полноценный универсальный квантовый компьютер является пока гипотетическим устройством, сама возможность построения которого связана с серьёзным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов. Разработки в данной области связаны с новейшими открытиями и достижениями современной физики. На настоящий момент были практически реализованы лишь единичные экспериментальные системы, исполняющие фиксированный алгоритм небольшой сложности.
Первым практическим высокоуровневым языком программирования для такого вида компьютеров считается язык Quipper, основанный на Haskel.
На рубеже XX-XXI веков во многих научных лабораториях были созданы однокубитные квантовые процессоры (по существу, управляемые двухуровневые системы, о которых можно было предполагать возможность масштабирования на много кубитов).
В конце 2001 года IBM заявила об успешном тестировании 7-кубитного квантового компьютера, реализованного с помощью ЯМР.
В 2005 году группой Ю. Пашкина (кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории сверхпроводимости г. Москвы) при помощи японских специалистов был построен двухкубитный квантовый процессор на сверхпроводящих элементах.
В ноябре 2009 года физикам из Национального института стандартов и технологий в США впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубит.
В феврале 2012 года компания IBM сообщила о достижении значительного прогресса в физической реализации квантовых вычислений с использованием сверхпроводящих кубитов, которые, по мнению компании, позволят начать работы по созданию квантового компьютера.
В апреле 2012 года группе исследователей из Южно-Калифорнийского университета, Технологического университета Дельфта, университета штата Айова, и Калифорнийского университета, Санта-Барбара, удалось построить двухкубитный квантовый компьютер на кристалле алмаза с примесями.
В июле 2017 года российско-американская группа физиков под руководством Михаила Лукина, сооснователя Российского квантового центра и профессора Гарвардского университета, создала программируемый 51-кубитный квантовый симулятор. Это самая сложная подобная система из существующих. Авторы проверили работоспособность симулятора моделированием сложной системы из множества частиц - это позволило физикам предсказать некоторые ранее неизвестные эффекты. Однако, эта система не является универсальным компьютером, а создана для решения одной задачи.