06.08.2024
#Вычислительная техника
42

Поколения ЭВМ. История и перспективы развития вычислительной техники

Ссылка на ГОСТ
Студенческие работы от сервиса №1 в России
Поможем написать диплом, курсовую, реферат и любые другие типы работ. Сделаем качественно или вернём деньги.
Заказать
Содержание статьи
  1. Что такое поколение ЭВМ
  2. Программное обеспечение
Блаженко В.
Эксперт по предмету «Информатика»

image2

Что такое поколение ЭВМ

В 1930-ых годах прошлого столетия началась история развития вычислительной техники в том, виде, какой мы знаем ее сейчас. Это были уже не примитивные счеты или средневековые механизмы на паровых двигателях, а полноценные электрические устройства, работавшие на основе математических формул и программ.

Новейшую историю ЭВМ принято делить на пять этапов или поколений развития электронно-вычислительной техники.

Поколениями ЭВМ обычно называют определенные стадии развития структур и технологий компьютерной техники. Поколения меняются после значительных изменений во внутреннем устройстве ЭВМ – когда меняются важные детали, обеспечивающие работоспособность машин.

 Первое поколение компьютеров (1938–1960 гг)

В 1938 году мир двигался к началу Второй Мировой войны, сильнейшие державы мира активно вкладывали ресурсы в развитие вооружений и новых технологий. Особое внимание заслужили вычислительные машины, которые могли оказать значительное влияние на рост экономики стран и промышленное производство. Правительства развитых государств планеты начали проекты по совершенствованию ЭВМ, надеясь получить преимущество перед другими державами в предстоящем военном конфликте.

Инженер Конрад Цузе из Третьего Рейха руководил созданием первой электронно-вычислительной машины под названием «Z1». Изначально она предназначалась для проектирования атомного реактора на основе урана, расчетов производства баллистических ракет и военных бомбардировщиков. Успехи Цузе привлекли внимание немецкого руководства и ему выделили новое финансирование, благодаря которому он вскоре создал следующие модели своей машины — Z2, Z3 и Z4.

Секретный британский компьютер Colossus был спроектирован и построен в 1943 году для расшифровки перехваченных немецких радиосообщений, зашифрованных с помощью системы Lorenz SZ. Компьютер состоял из 1500 электронных ламп (2500 в Colossus Mark II), что делало Colossus самым большим компьютером того времени. Создание и введение его в строй позволило сократить время расшифровки перехваченных сообщений с нескольких недель до нескольких часов.

В США военных годов также велась активная разработка подобных устройств. В 1944 году американский ученый Говард Эйкен создал усовершенствованные модели вычислительных устройств из Третьего Рейха. Компьютер Эйкена назывался «Mark I» и работал на основе электромагнитного реле, передвигающего сигналами механические компоненты машины. Для одного стандартного вычисления приходилось ждать до 5 секунд.

В 1946 году инженеры Джон Эккерт и Джон Макли улучшили дизайн аппарата Эйкена. Они поменяли реле на электрические вакуумные лампы, что привело к изобретению калькулятора для сложных вычислений «ЭНИАК». Применение ламп ускорило скорость расчетов в тысячи раз. Этот компьютер весил 30 тонн и также специализировался на конкретных целях в сфере баллистики и аэродинамики.

В 1951 году появилась первая ЭВМ для коммерческих продаж под названием «УНИАК». В то же время в СССР разрабатывались аналоговые компьютерные устройства под управлением академика Лебедева. Так были созданы малая и большая электронные счетные машины.

Большинство вычислительных машин были основаны на двоичном коде. Такие как, например, ENIAC (США), МЭСМ (СССР), БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, «Стрела», «Минск-1», «Урал-1», «Урал-2», «Урал-3», M-20, БЭСМ-2, «Раздан», IBM -701, использовали много электроэнергии и состояли из большого числа электронных ламп.

Компьютеры первого поколения функционировали за счет вакуумных ламп и магнитных лент. В каждой отдельной системе применялся уникальный язык записи программного обеспечения, отчего программы с одного ЭВМ были непригодны для применения на другом.H3: Второе поколение компьютеров (1960–1970 гг)В 1960-ых годах основным компонентом компьютерных систем стали полупроводники. К ним в то время относились диоды, тороидальные микротрансформаторы и биполярные транзисторы. Их применение позволило ускорить вычислительные процессы в десятки тысяч раз и снизить энергопотребление. Также с ними получилось производить менее громоздкие и тяжелые машины. 

H3: Второе поколение компьютеров (1960–1970 гг)

В 1960-ых годах основным компонентом компьютерных систем стали полупроводники. К ним в то время относились диоды, тороидальные микротрансформаторы и биполярные транзисторы. Их применение позволило ускорить вычислительные процессы в десятки тысяч раз и снизить энергопотребление. Также с ними получилось производить менее громоздкие и тяжелые машины. image3

Фото: DALL-E
Снижение стоимости коммерческих ЭВМ повысило на них спрос на рынке, отчего разработчики впервые начали работы по созданию программной совместимости. Так появились первые языки программирования Fortran, Algol и COBOL. Электронно-вычислительной техникой стали пользоваться в банках, промышленном деле и бизнесе. 

 

Третье поколение компьютеров (1970–1980 гг)

В конце 1950-ых годов была разработана технология производства новейших интегральных электрических схем. По результатам исследований, один подобный кристалл был способен проводить расчеты, с которыми ранее справлялся целый ЭНИАК. image5

Фото: DALL-E

Корпорация IBM начала производство ЭВМ серии «IBM 360». В Советском Союзе в 1960-ые годы занимались созданием компьютеров единой системы, успешно решавших все возложенные на них задачи. 

С появлением интегральных микросхем произошла смена парадигм как в производстве вычислительной техники, так и в отношении защиты прав создателей таких изделий. Все интегральные микросхемы были основаны на планарной технологии американского инженера Жана Эрни, а все последующие модели от других изобретателей являются, по сути модификациями изначального устройства. 

 Четвертое поколение компьютеров (1980–1990 гг)

Компьютерная индустрия испытала настоящее потрясение в 1969 году, когда был создан микропроцессор с интегральной схемой большого размера. В 1976 году впервые в истории появился в продаже персональный компьютер (ПК), который мог использоваться одним пользователем. Его создателями являлись Стефан Возняк и Стив Джобс, назвавшие свое устройство «Apple». Через год они официально зарегистрировали одноименную компанию и инициировали массовое производство компактных компьютеров для видеоигр. image4

 Фото: DALL-E

ПК завоевали всеобщее признание благодаря своим возможностям и малым размерам. Так начался упадок спроса на крупногабаритные ЭВМ. Корпорация IBM стала сокращать производство больших вычислительных машин и сосредоточилась на выпуске персональных компьютеров. 

Пятое поколение компьютеров (1990–настоящее время)

По мнениям некоторых ученых, история развития ЭВМ делится только 4 поколения, отличающихся по количеству взаимодействующих элементов на площадь процессора. Компьютеры 5-ого поколения должны были содержать в себе гораздо больше микроэлементов, чем устройства 4-ого, что попытались осуществить японские и американские инженеры в 1980-ых годах. В Советском Союзе также разрабатывали суперкомпьютер «Марс».

Но инженеры столкнулись с проблемой: выяснилось, что одновременная деятельность множества процессоров в одном компьютере не позволяет достичь пропорционального повышения производительности. Массового производства ЭВМ такого формата не произошло из-за отсутствия спроса на рынке. Квантовые вычисления получают толчок с открытием Питером Шором того, что целочисленная факторизация может быть эффективно выполнена на (теоретическом) квантовом компьютере.

По заявлением экспертов, для полноценного перехода на 5-ое поколение вычислительных машин нужно открыть новые технологии, способные изменить компьютерную индустрию. Другие ученые уверены, что создание технологии параллельных и облачных вычислений можно считать началом 5-го поколения. Споры не утихают и в современные дни. 

Устройство компьютера

Современный настольный компьютер состоит из системного блока, монитора, клавиатуры и мышки. Без этих основных устройств работа на ПК будет затруднена, даже на ноутбуках сложно работать без мышки, пользуясь только сенсорным тачпадом. Самым важным компонентом компьютера является системный блок. Внутри него находятся следующие детали:

  1. Материнская плата. Обеспечивает взаимодействие частей системы.
  2. Процессор. Обрабатывает информационные процессы. Количество ядер и частота процессора связаны со скоростью обработки информации — чем больше, тем быстрее. 
  3. Видеокарта. Обрабатывает видеоинформацию, отвечает за работоспособность графических программ.Оперативная память. Отвечает за сохранение данных в настоящем времени.
  4. Жесткий диск. Ответственен за хранение данных в долговременном формате. 
  5. Блок питания. Отвечает за снабжение устройства электроэнергией. 

Программное обеспечение

В настоящее время развитие электронно-вычислительной техники продолжается – ведущие державы планеты вкладывают финансовые и человеческие ресурсы в научные исследования. С началом массового внедрения технологий искусственного интеллекта в жизнь современного общества, разработка новых технологий продолжилась в ускоренном темпе — развитые страны и корпорации теперь пытаются обрести преимущество перед остальными. По утверждениям экспертов, превосходство в скорости развития ЭВМ и ИИ в ближайшее десятилетие обеспечат странам лидирующие позиции на мировой арене в технологическом, военном и экономическом планах.

 image1

Фото: DALL-E

Сегодня известны следующие направления развития ЭВМ:

  1. Оптический (фотонный) компьютер. Согласно теории, в основе работы такого устройства будет лежать взаимодействие фотонов, которые в 10 раз быстрее электрических сигналов. С поддержкой гипотетического оптического транзистора такой процессор будет производить вычисления в тысячи раз быстрее самых мощных современных компьютеров. Лаборатории разрабатывают прототипы оптических транзисторов, но успехи пока неизвестны.
  2. Квантовый компьютер. Функционал этих ЭВМ основан на квантовом состоянии, в котором любой бит памяти может являться одновременно нулем и единицей. Подобные устройства способны выполнять большое количество операций параллельно, а не последовательно, как в стандартных компьютерах. В 2024 году мощнейший квантовый компьютер от IBM содержит 433 кубита, а для коммерческого использования свободно продаются 2 и 3 кубитные компьютеры. 
  3. Нейронные компьютеры. Идея основана на изучении нейронов человеческого организма, обеспечивающих функционирование мозга и нервной системы. Исследователи пытаются создать комплексные системы искусственных нейронов, способных имитировать мозговую работу человека. 

Важным аспектом развития ЭВМ являются современные технологии искусственного интеллекта. За последний год разработчики показали экспоненциальный рост ИИ, который ранее прогнозировался в течение десятилетий. Для эффективного функционирования новых ИИ требуются более мощные процессоры, что обеспечивает необходимость продолжения развития компьютерной техники в ускоренном темпе.

 

 

 

Поможем с написанием учебной работы от 24 часов

Узнайте стоимость
консультации!

Узнайте стоимость онлайн за 1 минуту