Второе поколение ЭВМ

 

 

 

 

 

 

Реферат по теме:

 

“ Второе поколение ЭВМ.

Вычислительные системы  и комплексы третьего поколения”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 

 

 

 

Введение

В отличие от предыдущих машин в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В  современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций   1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип  программного управления. ЭВМ можно  разделить на цифровые, электрифицированные  и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие  ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

* высокая точность вычислений;

* универсальность;

* автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;

* разнообразие задач, решаемых ЭВМ;

* независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

* сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);

* недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;

* сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;

* требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры.

Начиная с 1950 года, каждые 7-10 лет кардинально обновлялись  конструктивно-технологические и  программно-алгоритмические принципы построения и использования ЭВМ. В связи с этим правомерно говорить о поколениях вычислительных машин. Условно каждому поколению можно  отвести 10 лет.

ЭВМ проделали большой  эволюционный путь в смысле элементной базы (от ламп к микропроцессорам) а  также в смысле появления новых  возможностей, расширения области применения и характера их использования.

Деление ЭВМ на поколения - весьма условная, нестрогая классификация  вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с  ЭВМ.

К первому поколению ЭВМ  относятся машины, созданные на рубеже 50-х годов: в схемах использовались электронные лампы. Команд было мало, управление - простым, а показатели объема оперативной памяти и быстродействия - низкими. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Для ввода и вывода использовались печатающие устройства, магнитные ленты, перфокарты и перфоленты.

Ко второму поколению  ЭВМ относятся те машины, которые  были сконструированы в 1955-65 гг. В  них использовались как электронные  лампы, так и транзисторы. Оперативная  память была построена на магнитных  сердечниках. В это время появились  магнитные барабаны и первые магнитные  диски. Появились так называемые языки высокого уровня, средства которых  допускают описание всей последовательности вычислений в наглядном, легко воспринимаемом виде. Появился большой набор библиотечных программ для решения различных  математических задач. Машинам второго  поколения была свойственна программная  несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем, поэтому в середине 60х  годов наметился переход к  созданию ЭВМ, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

Третье поколение ЭВМ. Это машины, создаваемые после 60х  годов, обладающих единой архитектурой, т.е. программно совместимых. Появились возможности мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. В ЭВМ третьего поколения применялись интегральные схемы.

Четвертое поколение ЭВМ. Это нынешнее поколение ЭВМ, разработанных  после 1970 г. Машины 4го поколения проектировались  в расчёте на эффективное использование  современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратурном отношении  для них характерно использование  больших интегральных схем как элементной базы и наличие быстродействующих  запоминающих устройств с произвольной выборкой, объемом несколько Мбайт.

Машины 4-го поколения- многопроцессорные, многомашинные комплексы, работающие на внеш. память и общее поле внеш. устройств. Быстродействие достигает десятков миллионов операций в сек, память - нескольких млн. слов.

Переход к пятому поколению  ЭВМ уже начался. Он заключается  в качественном переходе от обработки  данных к обработке знаний и в  повышении основных параметров ЭВМ. Основной упор будет сделан на "интеллектуальность".

На сегодняшний день реальный «интеллект», демонстрируемый самыми сложными нейронными сетями, находится  ниже уровня дождевого червя, однако, как бы ни были ограничены возможности  нейронных сетей сегодня, множество  революционных открытий, могут быть не за горами.

 

Второе  поколение ЭВМ: 1960-1970-е годы

Второе поколение ЭВМ  – это переход к транзисторной  элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется  уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной  структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное  УУ от управления операциями ввода-вывода.

Совершенствование и удешевление  ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени  и вычислительных ресурсов в общей  стоимости автоматизированного  решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти  не снижались, а в ряде случаев  имели тенденции к росту. Таким  образом, намечалась тенденция к  эффективному программированию, которая  начала реализовываться во втором поколении  ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто  используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются  специальные программные средства - системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение  перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы  пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали  коэффициент загрузки процессора. Системы  пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они  стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист  сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить  на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в  виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив  до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что  иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет).

Логические схемы строились  на дискретных полупроводниковых и  магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы). В качестве конструктивно-технологической основы использовались схемы с печатным монтажом (платы из фольгированного гетинакса). Широко стал использоваться блочный принцип конструирования машин, который позволяет подключать к основным устройствам большое число разнообразных внешних устройств, что обеспечивает большую гибкость использования компьютеров. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен килогерц.

Стали применяться внешние  накопители на жестких магнитных  дисках1 и на флоппи-дисках - промежуточный уровень памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью.

В 1964 году появился первый монитор  для компьютеров - IBM 2250. Это был  монохромный дисплей с экраном 12 х 12 дюймов и разрешением 1024 х 1024 пикселов. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц.

Создаваемые на базе компьютеров  системы управления потребовали  от ЭВМ более высокой производительности, а главное - надежности. В компьютерах  стали широко использоваться коды с обнаружением и исправлением ошибок, встроенные схемы контроля.

В машинах второго поколения  были впервые реализованы режимы пакетной обработки и телеобработки  информации.

Первой ЭВМ, в которой  частично использовались полупроводниковые  приборы вместо электронных ламп, была машина SEAC (Standarts Eastern Automatic Computer), созданная в 1951 году.

В начале 60-х годов полупроводниковые  машины стали производиться и  в СССР. К отечественным ЭВМ  второго поколения относятся  Проминь, Минск, Раздан, Мир.

 

Третье  поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы

В 1958 году Роберт Нойс изобрел малую кремниевую интегральную схему, в которой на небольшой площади можно было размещать десятки транзисторов. Эти схемы позже стали называться схемами с малой степенью интеграции (Small Scale Integrated circuits - SSI). А уже в конце 60-х годов интегральные схемы стали применяться в компьютерах.

Логические схемы ЭВМ 3-го поколения уже полностью строились  на малых интегральных схемах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились  напряжения питания (единицы вольт) и потребляемая машиной мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ.

В оперативных запоминающих устройствах использовались миниатюрнее  ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной  петлей гистерезиса. В качестве внешних  запоминающих устройств широко стали  использоваться дисковые накопители.

 

Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующая кэш-память.

Начиная с момента широкого использования интегральных схем в  компьютерах, технологический прогресс в вычислительных машинах можно  наблюдать, используя широко известный закон Мура. Один из основателей компании Intel Гордон Мур в 1965 году открыл закон, согласно которому количество транзисторов в одной микросхеме удваивается через каждые 1,5 года.

Ввиду существенного усложнения как аппаратной, так и логической структуры ЭВМ 3-го поколения часто стали называть системами.

Так, первыми ЭВМ этого  поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и PDP (PDP 1). В Советском  Союзе в содружестве со странами Совета Экономической Взаимопомощи (Польша, Венгрия, Болгария, ГДР и  др1.) стали выпускаться модели единой системы (ЕС) и системы малых (СМ) ЭВМ.

В вычислительных машинах  третьего поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоемкости программирования, эффективности исполнения программ в машинах и улучшению  общения оператора с машиной. Это обеспечивается мощными операционными  системами, развитой системой автоматизации  программирования, эффективными системами  прерывания программ, режимами работы с разделением машинного времени, режимами работы в реальном времени, мультипрограммными режимами работы и  новыми интерактивными режимами общения. Появилось и эффективное видеотерминальное  устройство общения оператора с  машиной - видеомонитор, или дисплей.

Большое внимание уделено  повышению надежности и достоверности  функционирования ЭВМ и облегчению их технического обслуживания. Достоверность  и надежность обеспечиваются повсеместным использованием кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок (корректирующие коды Хеммин-га и циклические коды).

Модульная организация вычислительных машин и модульное построение их операционных систем создали широкие  возможности для изменения конфигурации вычислительных систем. В связи с  этим возникло новое понятие "архитектура" вычислительной системы, определяющее логическую организацию этой системы  с точки зрения пользователя и  программиста.

В 70-х годах возникают  и развиваются ЭВМ третьего поколения. В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап - переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных  систем, поскольку значительного  увеличения быстродействия на базе одной  ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения  создавались на основе принципа унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности.

Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу  их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и  поставило задачу хранения данных в  специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы  управления базами данных – СУБД.

Изменились формы использования  ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени  и за счет этого приблизить ЭВМ  к пользователю и расширить круг решаемых задач.

Обеспечить режим разделения времени позволил новый вид ОС, поддерживающих мультипрограммирование. Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько  программ. Пока одна программа выполняет  операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило  при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет  другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается  в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого  отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому эти ОС носили интерактивный  характер, когда в процессе диалога  с ЭВМ пользователь решал свои задачи.

Все элементы предыдущего  поколения производятся на одной  подложке и в одном корпусе  ИС. Используя одни и те же технологические  операции. Рабочая область чипа это  поверхность между кристаллом и  металлом, который наносятся путем  технологии напыления. Это происходит в вакууме когда атомы одного материала бомбардируют атомы другого.

 

Для массового производства таких микросхем начали создавать  отдельные производственные лини. Качество конечного продукта было достигнуто не сразу. По мере накопления опыта, наладили полный технологический процесс. Размер чипа может составлять несколько  миллиметров. А размеры элементов  измеряются в микронах.