В каком поколении эвм появились портативные компьютеры
Принципы работы современных компьютеров берут свое начало в 1833 году. Тогда английский ученый Чарльз Бэббидж создал проект устройства для научных и технических расчетов. По задумке автора, машиной должна была управлять программа. Ввод и вывод данных планировалось осуществлять с помощью перфокарт — плотных бумажных листов с информацией в виде отверстий. Разработки Бэббиджа стали применяться спустя полвека.
В 1888 году в Америке инженер Герман Холлерит собрал первую счетную машину на электромеханике. Устройство получило название табулятор и могло считывать и сортировать статистическую информацию с перфокарт. В 1890 году аппарат использовали для американской переписи населения. Преимущество техники перед людьми было очевидным. 43 оператора на 43 табуляторах выполнили работу за один месяц, тогда как ранее переписью занимались 500 человек в течение 7 лет.
В 1896 году Холлерит основал компанию Computing Tabulating Recording, которая стала предшественником корпорации International Business Machines, внесшей огромный вклад в развитие мировой компьютерной техники.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
С развитием науки и техники в 1940-е годы появились первые вычислительные машины. Первый компьютер Z1 с программным управлением был создан инженером из Германии Конрадом Цузе.
У истоков компьютерной науки также стоят автор теории информации Клод Шеннон, разработчик теории программ и алгоритмов Алан Тьюринг, создатель конструкции вычислительных машин Джон фон Нейман.
В 1945 году Нейман сформулировал постулаты, которые актуальны и для современных компьютеров. Главный принцип по Нейману — устройством должна управлять программа с последовательным выполнением команд, хранящаяся в памяти машины.
Первое поколение электронно-вычислительных машин датируется 1945–1954 годами и представляет собой устройства на электронных лампах. Аппараты работали с помощью пульта управления и перфокарт. Особенностью первой вычислительной техники являются огромные размеры, требующие размещения в отдельных зданиях.
Программы на компьютерах этого поколения выполнялись в двоичной системе и подходили только на конкретную модель компьютера. После прекращения эксплуатации данного вида машины его программное обеспечение больше не использовалось.
Скорость работы ламповых вычислительных машин была примерно 20 тыс. операций в секунду. Для сравнения: современные ПК способны выполнять миллиарды операций в секунду.
Чем обусловлено появление
Предпосылкой создания электронно-вычислительных машин стало их применение в военных целях. В 1940-е годы разработку ЭВМ вели несколько исследовательских групп.
Среди них — американские ученые во главе с Джоном Моучли и Джоном Перспером Эккертом. Группа под их руководством работала по заказу Баллистической исследовательской лаборатории Армии США. Их аппарат ENIAC был окончательно введен в эксплуатацию в 1946 году. ЭНИАК был предназначен для решения военных задач. Использовался в расчетах баллистического оружия береговой обороны Америки, для составления таблиц прицельного сбрасывания бомб с самолетов и артиллерийских таблиц.
Параллельно с американскими инженерами над созданием вычислительной машины трудились английские ученые. Их цель — расшифровка кодов, используемых немецкими войсками во время Второй мировой войны. Команда Макса Ньюмана выпустила свой агрегат «Colossus-1» в 1943 году. «Колоссус» можно считать первым электронным компьютером.
3 этап (1959-1970)
На смену транзисторам пришли гибридные интегральные микросхемы. Технологию предложил Джек Килби, американский электротехник и нобелевский лауреат по физике. В этом же году Роберт Нойс создал монолитную интегральную схему.
Интегральные микросхемы позволяли разместить десятки элементов на пластине площадью в несколько сантиметров. Благодаря этому повысилась производительность, значительно уменьшились размеры и стоимость электронно-вычислительных машин.
Увеличение мощности позволило использовать на одной ЭВМ несколько программ одновременно — для этого были расширены функции операционной системы.
Также велись активные работы в сфере программирования. Создавались:
- теоретические основы программирования;
- разные виды компиляторов;
- базы данных;
- операционные системы;
- пакеты прикладных программ, предназначенных для различных областей жизни;
- семейства ЭВМ, то есть машины, совместимые между собой на аппаратном и программном уровнях.
Первыми семействами ЭВМ стали американская IBM System 360 и ее советский аналог ЕС ЭВМ — они применялись для решения проектных задач.
4 этап (1970-1980)
70-е годы ознаменовались работами по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), умещавших на одном кристалле целые десятки тысяч элементов.
Изобретение БИС и СБИС привело к значительному уменьшению габаритов и стоимости техники и увеличению производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту.
В начале 70-х компания Intel выпустила микропроцессор i4004 — так появились микропроцессорные ЭВМ.
Микропроцессоры — программные управляемые устройства для обработки информации. Они способны реализовать все функции процессора на одном-единственном кристалле, в то время как процессорам старых типов требуется большое количество микросхем.
В 1976 году сотрудники компании Hewlett-Packard — Стив Джобс и Стефан Возняк — создали первый персональный компьютер, предназначенный для работы в однопользовательском режиме. Изобретение было названо «Apple», а годом позже Джобс зарегистрировал компанию с тем же именем и начал серийное производство персональных компьютеров.
Популярность персональных компьютеров сделала невыгодным производство больших электронно-вычислительных машин, поэтому IBM отказалась от них и вслед за Apple занялась выпуском ПК.
Краткая история развития вычислительной техники
В истории ЭВМ принято выделять несколько условных этапов, каждый из которых был связан с появлением принципиально новых электронно-вычислительных машин.
С началом Второй мировой войны в разных странах запустились проекты по развитию ЭВМ. В Германии в 1938 году инженер Конрад Цузе на основе механических арифмометров создал первую вычислительную машину Z1.
Позже появились усовершенствованные версии Z2, Z3 и Z4 — их назначением было выполнение расчетов при проектировании уранового атомного реактора, а также баллистического ракетного оружия и военных самолетов.
В 1944 году Говард Эйкен, американский инженер, усовершенствовал немецкие изобретения, добавив к ним электромеханическое реле — механические детали машины стали перемещаться при помощи электромагнитного сигнала. Американская машина «Mark I» предназначалась для баллистических расчетов — на одно вычисление уходило всего пять секунд.
Электромеханические реле — элементы, в которых электрический сигнал вызывает механическое перемещение подвижных частей, что приводит к замыканию или размыканию исполнительных контактов.
В 1946 американцы Джон Мокли и Джон Эккерт заменили механическое реле на вакуумные лампы, увеличив скорость работы вычислительной техники в 1000 раз. Так появился калькулятор ЭНИАК (ENIAC) с автоматическим вводом данных с перфокарт — первый компьютер, который можно было перепрограммировать для других задач. Машина весила почти 30 тонн и была сложной в обслуживании, тем не менее ENIAC дал принципиально новый толчок развитию компьютерной техники.
Термин «жучки», или «баги» (англ. bugs), то есть сбои в работе компьютеров, связан с ЭНИАК. Частой причиной его поломок были мотыльки, которых привлекал свет: они залетали внутрь аппарата и вызывали короткое замыкание.
В 1951 году американцы начали серийное производство UNIVAC I (аббревиатура от UNIVersal Automatic Computer I) — универсальных автоматических компьютеров для правительственных учреждений, университетов и частных корпораций. Весили машины 13 тонн.
СССР вел собственные разработки ЭВМ. В 1950-х годах академик С. А. Лебедев спроектировал быстродействующие МЭСМ и БЭСМ (малая и большая электронно-счетные машины), которые выполняли 3000 оп/мин. и 8000 оп/с соответственно.
2 этап (1953-1958)
Со временем лампы в ЭВМ заменили полупроводники. Новые аппараты использовались для решения научно-технических задач и управления производственным процессом: в промышленности, банковских и других учреждениях, где требовалось выполнять много рутинных вычислений.
В качестве полупроводников использовались:
- диоды;
- биполярные транзисторы;
- ферриторвые микротрансформаторы.
Полупроводники существенно снизили размеры и потребляемую мощность электронно-вычислительной техники, так как одна единица заменяла целых 40 ламп. Увеличилась скорость выполняемых операций — до нескольких десятков тысяч в секунду. Новая техника стала дешевле, расширив круг пользователей, что заставило задуматься над программной совместимостью.
В 1957 году в корпорации IBM под руководством Джона Бэкуса был создан первый универсальный язык программирования высокого уровня — Фортран (FORTRAN). Позже появились Алгол и Кобол.
Появились процессоры ввода-вывода, благодаря чему ЦП была освобождена от управления этими операциями. Для эффективного управления ресурсами ЭВМ стали использоваться операционные системы (ОС).
Именно в этот период университеты ввели обучение профессии специалиста по информатике.
В каком поколении ЭВМ появился монитор
Появление первого компьютерного монитора пришлось на второе поколение ЭВМ. Честь изобретения принадлежит американской компании IBMВ, которая в 1964 году выпустила коммерческую дисплейную станцию IBM-2250 — она использовалась в машинах серии System/360. Модель имела векторный монохромный дисплей размерами 12х12 дюймов, с разрешением 1024 на 1024 точки и частотой обновления 40 Гц.
Качество изображения на первом мониторе разительно отличалось от современных компьютеров: чтобы увеличить производительность, символы, цифры и буквы на экране были разделены на отдельные отрезки и максимально упрощены.
За форматирование символов на экране отвечали специальные подпрограммы, заложенные в память дисплейной станции IBM-2250. Центральному процессору ЭВМ достаточно было указать, какие символы, в каком порядке и где вывести на экране, а расчет отображаемой картинки и управление катодным лучом производились в самой дисплейной станции, что существенно разгружало компьютер.
Благодаря чему происходит смена поколений ЭВМ
Смена поколений электронно-вычислительных машин связана с несколькими факторами:
- совершенствованием элементной базы;
- технологическим прогрессом (ростом производительности, увеличением объема памяти);
- изменениями в архитектуре, расширением круга задач, решаемых ЭВМ;
- изменением способа взаимодействия между пользователем и ЭВМ.
Смена поколений ЭВМ обусловлена углублением знаний о мире и постоянным развитием научных технологий. Но, пожалуй, ее главной движущей силой является то, что человек постоянно совершенствуется, его потребности растут, а желание упростить свою жизнь и сделать ее максимально комфортной становится все сильнее. Если первая вычислительная техника освобождала людей от простых, но рутинных обязанностей, то сегодня от компьютеров требуется гораздо больше: они выполняют самые разные функции — от развлекательных и информационных до коммуникативных. А с развитием искусственного интеллекта человек сможет переложить на машины даже мыслительный процесс и необходимость принятия рациональных решений.
Пятый этап (1980 - настоящее время)
Аппараты предыдущих поколений совершенствовались за счет увеличения количества элементов на единице площади. Следующее поколение ЭВМ должно быть ориентировано на распределенные вычисления (взаимодействие огромного числа процессоров) и имитировать человеческое мышление. Но добиться этого пока не удалось.
В 80-х годах Япония приступила к созданию компьютеров нового типа. Их основной принцип — параллельные вычисления, многопроцессорность и переход от процедурных языков программирования к логическим, чтобы сделать программы самообучаемыми и создать искусственный интеллект. Проект закончился провалом. Не лучше успехи были в СССР, создавшем многопроцессорный аппарат под названием «Марс».
Оказалось, что использование параллельной работы процессоров почти не увеличивает производительность. Логические языки программирования тоже не оправдали ожиданий, так как для создания самообучаемых программ все равно требовали стандартных процедурных ходов.
Тем не менее, появление параллельных вычислений можно считать большим прогрессом в эволюции ЭВМ.
В 1990-х началось активное развитие облачных технологий — этому способствовало значительное увеличение пропускной способности интернета.
Начало XXI века стало эрой мобильных устройств — смартфонов и сотовых телефонов.
Активно развивается робототехника. В 80-х годах роботы начали использоваться на производстве. Сегодня они находят применение в разных сферах: обслуживании, медицине, на потоковых линиях, опасном производстве, в военной технике.
Сколько поколений ЭВМ существует
На сегодняшний день выделяют пять поколений ЭВМ. Для наглядности основные различия между ними представлены в таблице.
Оптические (фотонные) компьютеры. Гипотетические устройства, производящие вычисления с помощью фотонов. Фотоны в 10 раз быстрее электрических сигналов, поэтому оптические компьютеры должны получиться сверхскоростными. Сегодня человечество пользуется компьютерами четвертого поколения.
Пятое поколение ЭВМ — понятие весьма условное. Считается, что пока его не существует — для создания новейших компьютеров необходимо появление принципиально иной элементной базы. Работы активно ведутся по нескольким направлениям:
- Квантовые компьютеры. Позволят вести несколько вычислений параллельно за счет того, что в квантовом состоянии каждый бит может быть одновременно и нулем, и единицей.
- Нейрокомпьютеры. По аналогии с работой человеческого мозга, искусственные нейронные сети компьютера будут обеспечивать высокую скорость вычислений и самообучение системы.
Компьютеры пятого поколения существуют лишь в проекте — на сегодняшний день в их разработке не преуспела ни одна страна.
На каких элементах построены, устройство, структурная схема
Логические схемы первых ЭВМ располагались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах накаливания. В качестве носителя оперативной памяти применялись магнитные барабаны, электронно-лучевые трубки и акустические ультразвуковые линии задержки из ртути или электромагнита. Магнитные ленты, перфокарты, перфоленты и штекерные коммутаторы были внешним носителем информации.
Основой работы ламповых компьютеров было движение электронов в вакууме от катода к аноду. Если на входе лампы подавалось условно 2 Вольта, то на выходе получалась единица меньше 1 Вольта или 2 Вольта в зависимости от подачи напряжения. В первом случае при отрицательном напряжении сетки электроны отталкивались — ток не проходил. Во втором случае напряжение отсутствовало, и ток совершал свободное движение от катода к аноду.
Через устройство ввода данных (УВ) в компьютер заносились программы и исходная к ним информация. Введенные данные сохранялись в оперативном запоминающим устройстве (ОЗУ). При необходимости эта информация вносилась во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), откуда могла подгружаться в ОЗУ.
После внесения или считывания информации из внешней памяти программные данные последовательно считывались из оперативного устройства и передавались в устройство управления (УУ).
История счётных устройств насчитывает много веков. Компьютер, в настоящее время незаменимый инструмент в деловых, промышленных и бытовых задачах, является наследником многих других изобретений, начиная с математики и вычислительных машин. Мы предлагаем вам кратко проследить историю этого изобретения.
К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.
Компьютер "Эниак" . Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода- вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет.
Процесс отладки был наиболее длительным по времени. Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволили выполнить сложнейшие расчёты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.
ЭВМ "Урал". Эти проблемы начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.
Деление компьютерной техники на поколения - весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Отечественные машины первого поколения:
МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.
Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета.
Второе поколение компьютерной техники - машины, сконструированные примерно в 1955-65 гг.
Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов.
Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках . В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски. Память на магнитных сердечниках обладала быстродействием до сотен тысяч операций в секунду, а ёмкость памяти составляла до нескольких десятков тысяч слов.
Появились так называемые языки высокого уровня , средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.
Программа, написанная на алгоритмическом языке , непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд.
Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами , переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык .
Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы , управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.
Операционная система - важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания.
Таким образом, операционная система является программным расширением устройства управления компьютера.
Для некоторых машин второго поколения уже были созданы операционные системы с ограниченными возможностями.
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 . Наиболее ярким представителем ЭВМ второго поколения была ЭВМ БЭСМ - 6 . С появлением транзисторной элементной базы становится возможным создание относительно небольших, но обладающих значительными возможностями малых ЭВМ типа Проминь и Наири.
Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов.
Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нём участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда "поколение" начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры .
Машины третьего поколения - это семейства машин с единой архитектурой , т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы , которые также называются микросхемами .
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы.
Они обладают возможностями мультипрограммирования , т.е. одновременного выполнения нескольких программ.
Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.
Примеры машин третьего поколения - семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.
Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.
Краткое описание процесса изготовления микросхем.
ЧИП и ДИП. Как делают микросхемы.
🧭1 Разработчики с помощью компьютера создают электрическую схему новой микросхемы. Для этого они вводят в компьютер перечень свойств, которыми должна обладать микросхема, а компьютер с помощью специальной программы разрабатывает детальную структуру соединений и конструкций всех взаимодействующих элементов микросхемы.
🧭 2 Компьютер создаёт схемы расположения элементов на поверхности полупроводникового кристалла кремния. По этим схемам изготавливаются фотошаблоны - стеклянные пластинки со штриховым рисунком. Через фотошаблоны специальными лампами или источниками рентгеновского излучения, а иногда, и электронными пучками, освещают (засвечивают) нанесённый на поверхность кристалла кремния слой фото- или, соответственно, рентгеночувствительного лака.
🧭 3 Засвеченные (или, наоборот, незасвеченные) участки лака меняют свои свойства и удаляются специальными растворителями. Этот процесс называется травлением. Вместе с лаком с поверхности кристалла кремния удаляется и слой окисла, и эти места становятся доступными для легирования - внедрения в кристаллическую решётку кремния атомов бора или фосфора. Легирование обычно требует нагрева пластинки в парах нужного элемента до 1100 - 1200 °С.
🧭 4 Последовательно меняя шаблоны и повторяя процедуры травления и легирования, создают один за другим слои будущей микросхемы . При этом на одной пластинке кристалла кремния создаётся множество одинаковых микросхем.
🧭 5 Каждая микросхема проверяется на работоспособность. Негодные выбраковываются .
🧭 6 После завершения всех операций пластинки разрезаются на отдельные кристаллики с микросхемами, к ним присоединяют выводы и устанавливают в корпуса .
Четвёртое поколение - это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языко в и упрощение процесса программирования для конечного пользователя. В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.
Можно выделить \(5\) основных поколений ЭВМ . Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная.
1. Элементная база: электронно-вакуумные лампы.
2. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов.
Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести крупные корпорации и правительства.
Лампы потребляли большое количество электроэнергии и выделяли много тепла.
4. Быстродействие: \(10-20\) тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
6. Программирование: машинные коды. При этом надо знать все команды машины, двоичное представление, архитектуру ЭВМ. В основном были заняты математики-программисты. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.
7. Оперативная память: до \(2\) Кбайт.
8. Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.
В \(1948\) году Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн изобрели транзистор, за изобретение транзистора они получили Нобелевскую премию в \(1956\) г.
В \(1958\) году создана машина М-20 , выполнявшая \(20\) тыс. операций в секунду — самая мощная ЭВМ \(50-х\) годов в Европе.
1. Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).
2. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.
4. Быстродействие: \(100-500\) тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность — оператор ЭВМ .
6. Программирование: на алгоритмических языках, появление первых операционных систем .
7. Оперативная память: \(2-32\) Кбайт.
8. Введён принцип разделения времени — совмещение во времени работы разных устройств.
Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей.
Так, небольшие отечественные машины второго поколения (« Наири », « Раздан », « Мир » и др.) были в конце \(60\)-х годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на \(2-3\) порядка выше.
В \(1958\) году Джек Килби и Роберт Нойс , независимо друг от друга, изобретают интегральную схему (ИС).
В \(1965\) году начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM-360 (США). Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объёмом оперативной памяти и производительностью.
В \(1967\) году начат выпуск БЭСМ - 6 (\(1\) млн. операций в \(1\) с) и « Эльбрус » (\(10\) млн. операций в \(1\) с).
В \(1968\) году сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.
В \(1969\) году фирма IBM разделила понятия аппаратных средств (hardware) и программные средства (software). Фирма начала продавать программное обеспечение отдельно от железа, положив начало индустрии программного обеспечения.
\(29\) октября \(1969\) года проходит проверка работы самой первой глобальной военной компьютерной сети ARPANet , связывающей исследовательские лаборатории на территории США.
В \(1971\) году создан первый микропроцессор фирмой Intel . На \(1\) кристалле сформировали \(2250\) транзисторов.
1. Элементная база: интегральные схемы.
2. Соединение элементов: печатные платы.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.
4. Быстродействие: \(1-10\) млн. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность — системный программист .
6. Программирование: алгоритмические языки, операционные системы.
7. Оперативная память: \(64\) Кбайт.
При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе.
Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.
Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всего семейство IBM 360/370 . В СССР \(70\)-е и \(80\)-е годы были временем создания унифицированных серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и « Электроника » ( серия микро-ЭВМ).
В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительностью. Их выпуск был практически прекращен в начале \(90\)-х годов.
Стив Джобс и Стив Возняк организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров « Apple », предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей. Продавался \(Apple 1\) по весьма интересной цене — \(666,66\) доллара. За десять месяцев удалось реализовать около двухсот комплектов.
В \(1982\) году фирма IBM приступила к выпуску компьютеров IBM РС с процессором Intel 8088 , в котором были заложены принципы открытой архитектуры, благодаря которому каждый компьютер может собираться как из кубиков, с учётом имеющихся средств и с возможностью последующих замен блоков и добавления новых.
1. Элементная база: большие интегральные схемы (БИС).
2. Соединение элементов: печатные платы.
3. Габариты: компактные ЭВМ, ноутбуки.
4. Быстродействие: \(10-100\) млн. операций в секунду.
5. Эксплуатация: многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.
6. Программирование: базы и банки данных.
7. Оперативная память: \(2-5\) Мбайт.
8. Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.
Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
Не так давно, в конце 60-х годов прошлого столетия, молодой талантливый ученый из группы исследований компании Xerox PARC Алан Кей (Alan Kay) предложил совершенно невозможную по тем временам концепцию персонального компьютера, получившую название Dynabook (не путать с популярной маркой японских ноутбуков). Несмотря на то что этот проект так и остался на бумаге, именно он послужил прообразом современного портативного
История автономных элементов питания
Принципы преобразования различных видов энергии в электрическую открыты человечеством достаточно давно. Нам кажется небезынтересным проследить основные вехи становления индустрии энергетики автономного питания в датах.
1745—1746 гг.
Физики Клейст и Мушенбрук из города Лейден создали прибор, позволяющий сохранять электрический заряд, полученный от электростатической машины. Этот прообраз современных конденсаторов назвали лейденской банкой.
1772 г.
Итальянским физиком Алессандро Вольтой начаты исследования, позволившие открыть основные принципы работы батарей, используемых и по сей день.
1780 г.
Итальянец Луиджи Гальвани проводит физиологические опыты, с которых и начинается история создания химических источников тока (ХИТ), используемых в многочисленных бытовых устройствах. Имя этого исследователя и было увековечено в дальнейшем в разработанных другими учеными приборах — гальванических элементах.
1800 г.
Создан знаменитый вольтов столб — первый источник постоянного тока. В знак признания заслуг ученого была названа единица электрического напряжения — вольт.
1802 г.
Русский физик-самоучка Василий Петров изобрел батарею, состоящую из 4200 медных и цинковых пластин (металлических кружков диаметром около 4 см) с помещенными между ними картонными прокладками, пропитанными раствором хлорида аммония. Теоретически такая гигантская батарея может давать напряжение до 2500 В. С ее помощью Петров провел множество опытов.
1802 г.
Г. Риттер открыл аккумулирующий эффект, что впоследствии привело к созданию вторичных элементов питания — аккумуляторов.
1836 г.
Английский химик Джон Дэниел усовершенствовал вольтов столб, поместив медные и цинковые электроды в емкость с серной кислотой. Эта батарея получила название «плоскостной элемент», или «элемент Дэниела».
1838 г.
Открытие водородно-кислородного топливного элемента принадлежит английскому ученому У. Грову. Исследуя разложение воды на водород и кислород, он обнаружил побочный эффект — электролизер вырабатывал электрический ток. По определению, топливный элемент — это гальванический элемент, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов (топлива, например водорода, и окислителя, например кислорода) из специальных резервуаров. Так появилась важнейшая составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии в электрическую.
1839 г.
Этот год был весьма насыщенным открытиями. Эдмон Беккерель впервые наблюдал явление фотоэффекта, что явилось предпосылкой создания полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей энергии — солнечных батарей, а уже упомянутый У. Гров продемонстрировал первые топливные элементы.
1854 г.
Немецкий военный врач В. Зинстеден в результате опытов вплотную приблизился к созданию аккумулятора. Однако он не реализовал результаты на практике.
1859 г.
Француз Г. Плантэ создал первый действующий кислотный аккумулятор — свинцовый, принцип работы которого используется и по сей день. Так было положено начало аккумуляторной техники.
1866 г.
Французский изобретатель Ж. Лекланше создал названный в его честь элемент, который послужил прообразом современных «сухих» батарей, а в 1867 г. он усовершенствовал гальванический элемент и сделал его удобным для практического использования.
1881 г.
Появился первый электромобиль, работающий на кислотных аккумуляторах.
1882 г.
Камилл Фор усовершенствовал технику изготовления аккумуляторов.
1887 г.
Карл Гасснер запатентовал сухие элементы. Несмотря на различные технологические доработки, современные сухие элементы основаны на концепции, разработанной Гасснером.
1896 г.
В первой экспедиции на Северный полюс полярник Фритьоф Нансен использовал электрическое освещение в ледяной ночи: аккумуляторы компании AFA, предшественницы Varta, выдержали испытание 50-градусным морозом.
Компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов питания Columbia. На американском рынке появляются гальванические элементы, в просторечии и поныне называемые батарейками.
1900 г.
Инженеры предрекли великое будущее топливным элементам. Предполагалось, что топливные автономные элементы питания превзойдут другие источники и станут главным поставщиком энергии в промышленности и в сфере транспорта.
Начало XX века
Томас Эдисон занялся усовершенствованием аккумулятора, пытаясь лучше приспособить его для нужд транспорта. В результате были созданы железоникелевые аккумуляторы с электролитом в виде раствора едкого кали.
1903 г.
Начинается производство новых портативных аккумуляторов, которые получили широкое распространение на транспорте, электростанциях и небольших судах.
1904 г.
Создана компания Varta (поставка, зарядка, ремонт портативных аккумуляторов), наследница AFA, выпускающая маленькие портативные свинцовые аккумуляторы для фонариков, систем зажигания двигателей и др.
1912 г.
Г.Н. Льюисом осуществлены первые работы по созданию литиевого аккумулятора.
1946 г.
Заводом портативных элементов питания компании BMF из г. Элльванген выпущены первые сухие батарейки.
1950 г.
Начало коммерческого использования никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов.
1950-е гг.
Началось массовое производство щелочных элементов, которые по энергоемкости в несколько раз превзошли солевые батарейки. В щелочных элементах (Alkaline) анод состоит из мелких цинковых гранул в геле электролита, помещенных в стаканчик-сепаратор. Он касается внутренней стенки наружного стального цилиндра.
В это же время автономные элементы питания стали использоваться в фотоаппаратуре для питания встроенных экспонометрических устройств.
Наручные часы, слуховые аппараты, портативные радиоприемники — устройства становятся мобильнее благодаря применению в них маленьких батареек-«таблеток». Различные компании разрабатывают специализированные элементы питания.
1960—1965 гг.
NASA стала использовать щелочные топливные элементы в космосе.
1963 г.
Линия батареек Sanyo Cadnica открывает эру беспроводных электрических приборов.
1969 г.
Нейл Армстронг стал первым человеком, ступившим на поверхность Луны. В его видеокамере был установлен элемент питания Varta.
1970 г.
Появились первые коммерческие экземпляры литиевых батарей.
С целью преодоления недостатков никель-кадмиевых аккумуляторов начаты исследования новых типов — никель-металлгидридных (NiMH; первые рабочие образцы появились только в 80-х годах). Эти аккумуляторы запасали на 40% больше энергии (на единицу массы), чем никель-кадмиевые. Но их стоимость достигала 1000 долл.
1977 г.
Начато массовое использование литиевых батареек, изобретенных компанией Sanyo.
1980 г.
Набирает популярность марганцево-щелочная технология. Ее преимущество заключается в исключительной мощности, а также в отсутствии токсичных элементов — ртути и кадмия.
Разработаны новые металлгидридные соединения, достаточно устойчивые для применения в аккумуляторах.
1986 г.
Компания Kodak объявила о начале производства первых в мире 9-В литиевых батареек Kodak Ultralife и вышла на рынок с серией батарей Kodak Supralife.
Конец 80-х гг.
Совершенствуется технология изготовления NiMH-аккумуляторов, что приводит к увеличению их емкости.
1990 г.
Начало коммерческого использования NiMH-аккумуляторов, применяемых в видеокамерах, сотовых телефонах и калькуляторах. В России появились представительства ведущих компаний — Varta, Panasonic, GP Batteries, Sanyo, Sony и др.
1991 г.
Sony начинает коммерческое производство наиболее перспективных на тот момент литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов, работающих в широком диапазоне температур и применяющихся в таких энергоемких устройствах, как цифровые фото- и видеокамеры, переносные компьютеры, сотовые телефоны и пр.
1992 г.
Начало коммерческого использования алкалиновых батарей многократного использования (Reusable Alkaline).
1995 г.
В США начали производить зарядные устройства, управляемые микропроцессором и предназначенные для восстановления заряда как аккумуляторов, так и батареек, причем и солевых, и алкалиновых.
Для обеспечения лучшей работы компания Duracell совместно с корпорацией Intel разработали систему «умных» батареек (Smart Battery). Она позволила упорядочить процесс зарядки с помощью отслеживающей схемы и передачи соответствующих сигналов на зарядное устройство.
1999 г.
Начало коммерческого использования литий-полимерных (Li-Pol) аккумуляторов.
2000 г.
Корейская компания LG CHEM начала разработку системы питания для ноутбуков на основе топливных элементов. Повышается интерес к внедрению портативных топливных элементов и у других компаний.
2001 г.
Компания Duracell представила новую литиевую батарею Ultra CR-V3, предназначенную для использования в цифровых фотоаппаратах. По заявлению компании, срок службы этой модели вдвое больше, чем любой другой, и при этом она не разряжается даже при длительном хранении.
Matsushita Battery Industrial, производитель элементов питания под торговыми марками National и Panasonic, сообщила о производстве стомиллиардной батарейки.
2002 г.
Первые примеры практического применения топливных элементов питания для бытовой микроэлектроники. Так, на основе метанольных топливных элементов DMFC в Германии начато производство блоков питания. Новая батарея, содержащая 125 мл метанола, обеспечивала непрерывную работу ноутбука более 8 ч. Размеры элемента питания позволяли использовать его в мобильных телефонах и других портативных устройствах.
Начинается изготовление нового поколения литий-полимерных элементов питания. Лидером их производства становится корпорация Rayovac (США).
2003 г.
Заметно возрастает энергоемкость никель-металлгидридных аккумуляторов. В апреле 2004 г. компания Varta представила на российском рынке ультраскоростную систему зарядки аккумуляторов 15 Minute Charge&Go, позволяющую в течение 15 мин зарядить до четырех фирменных NiMH-аккумуляторов типа АА емкостью 2000 мА•ч, оснащенных встроенным датчиком контроля уровня заряда. Ультраскоростные зарядные устройства для NiMH-аккумуляторов разрабатываются и рядом других фирм.
Корпорация NEC представила ноутбук, в котором в качестве источников питания используются топливные элементы.
2004 г.
Ведущие японские компании NEC, Toshiba, Hitachi, Canon, Sanyo Electric, Sharp, Sony и др. сообщили о создании альянса с целью унификации технических стандартов на топливные элементы, используемые в сотовых телефонах, ноутбуках, плеерах и других мобильных устройствах.
29 января компания Fujitsu объявила о разработке метанольных топливных элементов. Создан работающий прототип для ноутбука. Емкость одного элемента составила 300 мг 30%-ного метанола, а толщина батареи всего 15 мм. Это обеспечило полноценную работу ноутбука на протяжении 10 ч при потребляемой мощности 15 Вт. Эту батарею можно «дозаправлять».
Американская компания MTI MicroFuel Cells представила новую конструкцию топливных элементов питания DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) для портативного электронного оборудования.
У компании Casio появились самые маленькие топливные элементы для ноутбуков.
2005 г.
Компания Ansmann выпустила на российский рынок компактное зарядное устройство DIGISpeedUltra, способное зарядить никель-металлгидридные аккумуляторы Ansmann типа АА емкостью 2400 мА•ч за 10 мин. В этом полностью автоматизированном приборе имеется специальная система охлаждения и реализована технология микропроцессорного контроля.
Компания LG Chem в сентябре объявила о завершении разработки системы питания для ноутбуков на основе топливных элементов. Устройство с массой около килограмма подключается к ноутбуку через стандартный разъем питания. Топливом служит метиловый спирт, который заправляется в специальный картридж.
Компании IBM и Sanyo Electric продемонстрировали прототипы совместно разработанных топливных элементов для ноутбуков ThinkPad.
Инженеры Samsung Electronics также создали прототип метанолового источника питания для портативных компьютеров. Новинка имеет картридж для жидкого метанола емкостью 200 см 3 и способна питать ноутбук в течение 15 ч. Максимальная выходная мощность нового аккумулятора составляет 50 Вт, а средняя — 20 Вт. Устройство размерами 23×8,2×5,3 см имеет массу менее 1 кг.
Разрабатывают топливные элементы и компании Toshiba, NEC, Hitachi и Motorola.
2006 г.
Samsung объявила о новой системе питания для ноутбуков, в основу которой были положены топливные элементы. По словам производителей, в их системе достаточно энергии, чтобы питать модель Q35 беспрерывно в течение целого месяца.
Hitachi Maxell также представила опытный образец портативного топливного элемента для ноутбуков и другой переносной электроники. Этот элемент не требует заправки водородом или спиртом — реагентами служат алюминий и вода, содержащиеся в специальных картриджах.
Компания Casio разработала топливный элемент на основе твердых полимеров, который значительно компактнее конкурирующих решений. В этом элементе для получения электроэнергии водород извлекается из метилового спирта.
Подразделение Matsushita Electric Industrial, распространяющее свою продукцию под брендом Panasonic, на выставке CES 2006 продемонстрировало прототип топливного элемента для мобильных компьютеров. В качестве топлива используется почти чистый метанол, концентрация которого близка к 100%. К топливным электродам, где и происходит основная химическая реакция разложения, метанол подается помпой — это так называемый активный тип топливных элементов. Сообщается, что средняя и максимальная мощность подобных устройств составит 13 и 20 Вт соответственно.
Электронно-вычислительные машины принято делить на поколения. Исследуя их, можно проследить историю развития информационных технологий: понять, как менялась компьютерная отрасль на протяжении многих лет и насколько грандиозного архитектурного и программного прогресса достигло человечество меньше чем за сто лет.
Поколение ЭВМ — качественный скачок в развитии электронно-вычислительной техники.
Деление на поколения осуществляется прежде всего на основе элементной базы, то есть элементов, из которых построена та или иная модель машины, а также ряда технологических характеристик:
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
- скорости вычислений;
- объема памяти;
- способов ввода;
- переработки информации и т. д.
Разумеется, деление ЭВМ на поколения весьма условно и по сути отражает тот прогресс, которого удалось достичь специалистам в компьютерной отрасли.
Достоинства и недостатки
Компьютеры первого поколения хорошо себя зарекомендовали. ЭВМ справлялись с решением сложных задач своего периода: прогнозирование погоды, энергетические и военные задачи. Однако машины рассматриваемого периода имели ряд минусов:
- большие габариты усложняли обслуживание;
- низкая надежность: ежемесячно перегорало более 10% ламп, а на поиск неисправных уходило несколько суток;
- высокое потребление энергии увеличивало стоимость содержания данной техники;
- огромная цена: устройства были по карману только крупным предприятиям.
Читайте также: