Файл: История развития средств вычислительной техники».pdf

Представители устройств на данном этапе: БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22 – созданы для реализации научно-технических и планово-экономических задач; Минск-32 (СССР), ЭВМ М-40, - 50 - для систем противоракетной обороны; Урал - 11, - 14, - 16 - ЭВМ общего назначения, направленные на реализацию инженерно-технических задач.

Третье поколение ЭВМ

В машинах этой стадии (1968-1973 гг.) применялись интегральные схемы. Создание в 60-х годах интегральных схем - устройств и узлов из множества транзисторов, реализованных на одном кристалле полупроводника позволило разработать ЭВМ 3-го поколения. Также возникает полупроводниковая память, применяющаяся и сейчас в ПК в роли оперативной. Использование вышеуказанных схем расширило способности ЭВМ.

Центральный процессор мог теперь синхронно функционировать и управлять различными периферийными устройствами. ЭВМ были способны в одно время анализировать несколько программ (принцип мультипрограммирования). По итогам осуществления данного принципа стала возможна деятельность в режиме разделения времени в диалоговом окне. Находящиеся на расстоянии от ЭВМ пользователи могли теперь, независимо друг от друга, быстро работать с машиной [7, с.87].

Компьютеры разрабатывались на базе интегральных схем малой (МИС - 10-100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 10-1000 компонентов на кристалл). Был претворена в жизни идея проектирования семейства компьютеров с аналогичной архитектурой, в фундамент которой было заложено преимущественно ПО. В конце 60-х возникли мини-компьютеры. В 1971 году был разбработан первый микропроцессор. Оперативность действий компьютеров на данном этапе составляла около миллиона операций в секунду.

Производство компьютеров на этом этапе носит промышленный масштаб. Начиная с ЭВМ 3-го поколения, обычным делом стало производство серийных ЭВМ. И пусть представители одной серии резко различались по функциям и производительности, они были информационно, программно и аппаратно совместимы. Самым популярным было семейство System/360 компании IBM. Странами СЭВ созданы ЭВМ общей серии «ЕС ЭВМ»: ЕС-1022, ЕС-1030, ЕС-1033, ЕС-1046, ЕС-1061, ЕС-1066 и пр. К ЭВМ данного поколения принадлежат и «IВМ-370», «Электроника-100/25», «Электроника-79», «СМ-3», «СМ-4» и др.

Для серий ЭВМ было увеличено ПО (ОС, языки программирования высокого уровня, прикладные программы и пр.). В 1969 году одновременно появились ОС Unix и язык программирования «С», оказавшие мощное действие на программный мир и до сих пор являясь лидерами в своей отрасли.

Четвертое поколение ЭВМ

В компьютерах данного этапа (1974-1982 гг.), применение больших интегральных схем (БИС - 1000-100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС - 100000-10000000 компонентов на кристалл), ускорило их оперативность до десятков и сотен миллионов операций в секунду.

Стартом этого этапа является 1975 год - компания Amdahl Corp. Создала 6 компьютеров AMDAHL 470 V/6, где были использованы БИС в роли основных компонентов. Применялись также быстродействующие системы памяти на интегральных схемах - МОП ЗУПВ емкостью в несколько мегабайт. В ситуации отказа работы машины информация в МОП ЗУПВ, сохраняются с помощью автоматического переноса на диск. При включении устройства запуск системы проводится благодаря располагаемой в ПЗУ программы самозагрузки, дающей выгрузку ОС и резидентного ПО в МОП ЗУПВ [9,с. 100].

Прогресс ЭВМ 4-го поколения идет по двум направлениям.

1-ое направление - образование суперЭВМ - систем многопроцессорных устройств. Оперативность данных устройств доходит до нескольких миллиардов операций в секунду. Они могут анализировать мощный объем данных. Сюда включены устройства ILLIAS-4, CRAY, CYBER, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и пр. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) «Эльбрус-2» интенсивно применялись в СССР в сферах, где необходимые массовые расчеты, главным образом, в оборонной отрасли.

2-ое направление – последующий прогресс на основе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Начальные устройства такого типа - компьютеры компании Apple, IBM - PC (XT, AT, PS /2), советские «Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840», «ЕС-1841» и пр. С этого этапа ЭВМ именуются компьютерами. ПО подкрепляется базами и банками.

Пятое поколение ЭВМ

ЭВМ этой стадии - это ЭВМ будущего. Программа разработки данных ЭВМ установлена в Японии в 1982 г. Подразумевалось, что к 1991 г. будут разработаны новейшие компьютеры, направленные на реализацию задач искусственного интеллекта. Благодаря языку Prolog и нововведениям в структуре компьютеров подразумевалось постепенно приблизиться к реализации ключевого вопроса этого направления компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Другими словами, для компьютеров данной стадии не нужно было бы разрабатывать программ, а хватило было бы обосновать на доступном языке, что от них необходимо [11,с. 143].

Подразумевается, что их ключевыми компонентами будут являться не СБИС, а образованные на их основе средства с компонента искусственного интеллекта. Для роста памяти и оперативности действий будут применяться результаты оптоэлектроники и биопроцессоры.

Для ЭВМ данного этапа выработаны принципиально иные задачи, чем при формировании предыдущих ЭВМ. Если раньше были такие задачи, как рост производительности в сфере вычислений, получение хорошей ёмкости памяти, то ключевым вопросом при создании ЭВМ V поколения становится возникновение искусственного интеллекта машины (способность осуществлять логические выводы из текущих фактов), прогресс «интеллектуализации» компьютеров – ликвидации границ между человеком и компьютером.

К несчастью, японский проект ЭВМ пятого поколения так и не реализовался. Огромное количество денег было потрачено просто так, проект был остановлен, а созданные машины по производительности оказались не такими уж прогрессивными. Но осуществленный анализ и приобретенный опыт в ходе деятельности ускорили прогресс в разработке систем искусственного интеллекта.

На данный момент компьютеры могут считывать данные с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, распознавать пользователя по голосу, переводить языки. Это дает возможность вести диалог с компьютерами любым пользователям, включая тех, у кого нет специальных знаний в данной сфере.

Большинство функций, осуществляемых искусственным интеллектом, применяют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети постоянно применяются для задач классификации (отбор спама, разбиение текста и пр.). Также повсеместно используются генетические алгоритмы, например, при формировании портфелей в инвестиционном менеджменте. Помимо этого, эффективно функционируют остальные сферы применения искусственного интеллекта, например, автоматизированная алгоритмизация знаний и реализация разнообразных задач в Интернете: с их помощью в ближайшее время наверняка произойдут революции во многих сферах людской деятельности.

Современный этап

Из-за нужды в оперативных, недорогих и универсальных процессорах производители все время увеличивает количество транзисторов в них. Но данное действие имеет определенные границы. Стабилизировать экспоненциальный рост данной характеристики, предсказанный Гордоном Муром в 1973 году, с каждым годом все сложнее [14,с. 66]. Исследователи говорят о том, что этот закон утратит силу, когда затворы транзисторов, контролирующие перемещение данных в чипе, будут эквивалентны длине волны электрона (в кремнии, который является основой производства, это около 10 нм). Случится это в промежутке между 2015 и 2025 годами. По мере достижения физических границ архитектура компьютеров приобретает все более сложную структуру, увеличиваются затраты проектирования, разработка и опытной эксплуатации чипов. Так или иначе этап эволюционного прогресса когда-либо сменится революционными изменениями.

В результате гонки интенсивности производительности создается немало проблем. Ключевая из них - перегрев в сверхплотной упаковке ввиду небольшой зоны теплоотдачи. Концентрация энергии в нынешних микропроцессорах крайне высока. Текущие стратегии рассеяния создающегося тепла, такие как уменьшение питающего напряжения или избирательная активация лишь необходимых компонентов в микроцепях не достаточно эффективны, если не использовать интенсивного охлаждения.

С уменьшением размеров транзисторов также стала меньше толщина изолирующих слоев, а, следовательно, снизилась и их надежность, потому что электроны способны проходить сквозь тонкие изоляторы (туннельный эффект). Такую проблему реально устранить уменьшением управляющего напряжения, но только до установленных значений.

Сейчас ключевое условие роста производительности процессоров - способы параллелизма. Микропроцессор анализирует перечень команд, формирующих определенную программу. Если осуществить синхронную реализацию инструкций, итоговая производительность значительно увеличится. Устраняется проблема параллелизма способами конвейеризации расчетов, использованием суперскалярной архитектуры и предсказанием ветвлений. Многоядерная архитектура предполагает включение некоторых простых микропроцессорных ядер на одном чипе. Каждое ядро реализует свой поток инструкций. Каждое микропроцессорное ядро намного проще, чем ядро многопотокового процессора, что облегчает проектирование и тестирование чипа. Однако вместе с тем усложняется доступ к памяти, нужна замена компиляторов [22, с.45].

Многопотоковые процессоры по архитектуре похожи на трассирующие: весь чип делится на процессорные элементы, аналогичные суперскалярному микропроцессору. В отличие от трассирующего процессора, здесь всякий компонент анализирует инструкции разных потоков в ходе одного такта, чем получается параллелизм на уровне потоков. Каждый поток обладает собственным программным счетчиком и комплексом регистров.

Сторонники «плиточной» архитектуры полагают, что программное обеспечение должно собираться непосредственно в «железе», поскольку благодаря этому будет достигнут наибольший параллелизм. Такая концепция подразумевает наличие довольно сложных компиляторов, которые пока еще не созданы. Процессор здесь включает множеств «плиток», каждая из которых имеет свое ОЗУ и формирует при помощи остальных «плиток» определенную решетку, узлы которой можно включать и отключать. Алгоритм реализации инструкций заключен в ПО.

Идея создания многоэтажной архитектуры заключается в том, что чипы включают вертикальные уровни микроцепей, созданных по технологии тонкопленочных транзисторов, всязтой из производства TFT-дисплеев. Идея «трехмерных» чипов уже осуществлен в форме функционирующих образцов 8-этажных микросхем памяти.

Отразим представленные поколения развития ЭВМ в табличной форме (табл. 2).

Таблица 2

Поколения развития ЭВМ

Развитие программного обеспечения представлено в таблице 3.

Таблица 3

Сравнительная характеристика функциональных возможностей ЭВМ