Файл: История развития средств вычислительной техники (Ручной этап).pdf

2.4 Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990-е годы

Революционным событием в развитии компьютерных технологий 4-го поколения машин стало создание больших и сверхбольших интегральных схем, персонального компьютера и микропроцессора.

Техника четвертого поколения породила качественно новый элемент ЭВМ – микропроцессор. В 1971 году пришли к идее ограничить возможности процессора, заложив в него небольшой набор операций, микропрограммы которых должны быть заранее введены в постоянную память. Оценки показали, что применение постоянного запоминающего устройства в 16 килобит позволит исключить 100200 обычных интегральных схем. Так возникла идея микропроцессора, который можно реализовать даже на одном кристалле, а программу в его память записать навсегда. В то время в рядовом микропроцессоре уровень интеграции соответствовал плотности, равной примерно 500 транзисторам на один квадратный миллиметр, при этом достигалась очень хорошая надежность.

Компьютерный рынок стремительно стал меняться к середине 70-х годов. Сформировались две концепции развития ЭВМ: и персональные ЭВМ.

Среди больших машин четвертого поколения на сверхбольших интегральных схемах выделялись американские модели «Крей-1» и «Крей-2», среди советских моделей стоит отметить «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2». Развитие представленных машин проходило параллельно – в 1976 году, а также представленные модели относятся к категории суперкомпьютеров. Для технологий того времени они имеют предельно достижимые характеристики и очень высокую стоимость.

Многопроцессорный вычислительный комплекс Эльбрус-1 выпущен в 1979 году, он включал в себя 10 процессоров и базировался на схемах средней интеграции. В данной машине советские ученые, создали симметричную многопроцессорную систему с общей памятью, тем самым опередили американцев. Принципы построения системы команд ЦП «Эльбрусов» похожи на систему команд машин компании Burroughs, считающейся нетрадиционной. Эльбрус-1 обеспечивал быстродействие от 1,5 млн. до 10 млн. оп/с; Эльбрус-2 – более 100 млн. оп/с.

Данные модели включали в себя ряд революционных новшеств, которые появились в советских машинах раньше, чем на западе, это:

• суперскалярность процессорной обработки;
• симметричная многопроцессорная архитектура с общей памятью;
• реализация защищенного программирования с аппаратными типами данных.

Особое внимание уделяли операционной системе для многопроцессорных комплексов. Важнейшей задачей этой ОС было управление параллельно выполняющимися процессами и их синхронизация.

Логические интегральные схемы в компьютерах создавались на основе униполярных полевых CMOS-транзисторов с непосредственными связями, работающими с меньшими амплитудами электрических напряжений.

Оперативная память строилась на интегральных CMOS-транзисторных схемах, при этом непосредственно запоминающим элементом в них служила паразитная емкость между электродами (затвором и истоком) этих транзисторов.

Несмотря на то, что персональные компьютеры относятся к ЭВМ четвертого поколения, возможность их широкого распространения, несмотря на достижения технологии СБИС, оставалась бы достаточно небольшой.

В 1970 году был сделан значительный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intеl сконструировал интегральную схему, аналогичную по своему функционалу центральному процессору большого компьютера. Таким образом появился первый микропроцессор Intеl 4004 , выпущенный в продажу в 1971 г. Появление данного микропроцессора стало огромным шагом в развитии вычислительной техники, так как размер Intеl 4004 составлял менее 3 см и был производительнее гигантских машин 1-го поколения.

В 1972 году появился 8-битный микропроцессор Intel 8008, размер его регистров соответствовал стандартной единице цифровой информации – байту. Процессор Intel 8008 являлся простым развитием Intel 4004.

В 1974 году создан гораздо более интересный микропроцессор Intel 8080 . С самого начала разработки микропроцессор Intel 8080 закладывался как 8-битный чип. У него было более широкое множество микрокоманд (множество микрокоманд 8008 было расширено). Это был первый микропроцессор, который мог делить числа. До конца 70-х годов микропроцессор Intel 8008 стал стандартом в микрокомпьютерной индустрии.

В конце 70-х годов распространение ПК привело к снижению спроса на большие компьютеры и мини-компьютеры (мини-ЭВМ). Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IВМ, которая являлась ведущей компанией по производству больших компьютеров. В связи с этим, в 1979 году IВМ решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

В качестве основного микропроцессора компьютера выбрали новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intе1 8088, использование которого, позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера. Прежде всего, это связано с тем, что новый микропроцессор позволял работать с 1 Мб памяти, в то время, как остальные компьютеры были ограничены 64 Кб. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм. Разработкой программного обеспечения занималась, небольшая тогда еще фирма Microsoft. В 1981 году появилась первая версия операционной системы для компьютера IBM РС – MS DOS 1.0. По мере совершенствования компьютеров IВМ РС выпускались новые версии DOS, которые учитывали новые возможности компьютеров и предоставляли дополнительные удобства пользователю.

В 1993 году появились первые процессоры Pentium с частотой 60 МГц и 66 МГц – это были 32-разрядные процессоры с 64-битной шиной данных. Pentium имел 3,1 млн. транзисторов, и был изготовлен по технологии 0,8 мкм; питание 5В. От 486-го его принципиально отличается суперскалярной архитектурой – способностью за один такт выпускать до двух инструкций. Высокая цена сдерживала интерес покупателей к данному процессору.

7 июня 1998 компания Intel представила процессор Celeron с тактовой частотой 300 МГц. Соответственно, это позволило снизить цену на ранее выпускавшуюся модель 266 МГц..

6 октября 1998 года корпорация Intel анонсировала самую быстродействующую версию процессора Pentium® II Xeon™ с тактовой частотой 450 МГц, предназначенную для двухпроцессорных (двухканальных) серверов и рабочих станций. Новая модель на 450 МГц обеспечивает наивысший в отрасли уровень производительности благодаря увеличенной емкости и быстродействию кэш-памяти 2-го уровня (L2), возможности установки нескольких процессоров, а также наличию системной шины, работающей на частоте 100 МГц. Тандем высокой производительности процессора Pentium II Xeon с системной масштабируемостью выводит показатель соотношения «производительность/цена» на уровень, не имеющий аналогов на рынке двухканальных серверов и рабочих станций. Набор микросхем 440GX AGPset для серверов и рабочих станций, обеспечивающий возможность установки одного или двух процессоров, поддерживает до 2 Гб системной памяти и быструю графическую шину AGP.

2.5 Пятое поколение ЭВМ.

Основную концепцию ЭВМ пятого поколения кратко можно сформулировать следующим образом:

• компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы;
• компьютеры с сотнями параллельно работающих процессоров, которые позволяют строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы.

ЭВМ пятого поколения - это ЭВМ будущего.

Стоит отметить, что программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Рассчитывали, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые ЭВМ, нацеленные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и нововведений в конструкции компьютеров предполагали вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - хранение и обработка знаний. Для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на «почти естественном» языке, что от них требуется.

Предполагается, что их элементной базой будут служить не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники и биопроцессоры.

Разработка вычислительных машин пятого поколения требует решения совершенно других задач, в отличии от всех прежних ЭВМ. Перед разработчиками ЭВМ с первого по четвертое поколения приоритетными задачами являлись - увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то для разработчиков ЭВМ V поколения основной задачей является создание искусственного интеллекта машины, развитие «интеллектуализации» компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.

Японский проект ЭВМ пятого поколения, к сожалению, повторил судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены зря, проект закрыт, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода существенно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом.

К примеру, уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, узнавать пользователя по голосу, воспринимать человеческий голос, осуществлять перевод с одного языка на другой. Все это обеспечивает легкое и полноценное общение с вычислительной техникой, даже тем пользователям, которые не имеют специальных знаний в этой области.

Достижения, сделанные в области искусственного интеллекта, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Учитывая скорость развития средств вычислительной техники, можно с уверенность сказать, что и в области искусственного интеллекта в скором времени произойдут глобальные перемены.

Заключение

Роль вычислительной техники в современном мире постоянно возрастает. Деятельность, как отдельного человека, так и организации в целом, в большей степени зависит от их владения информацией и способности данную информацию качественно обрабатывать и применять в своих интересах. Качество решения большинства задач зависит от проделанной работы. Важен не только этап получения информации, но и правильный ее анализ и формулировка полученных результатов, на основе проведенных исследований. Все это гораздо проще решить при наличии современных средств вычислительной техники. Так как объемы информации постоянно растут, необходим и своевременный уровень роста в развитии ЭВМ.