Этапы развития ЭВМ

Идея использования программного управления для по­строения устройств, автоматически выполняющих арифмети­ческие вычисления, была впервые высказана английским мате­матиком Ч. Бэббиджем в 1833 г. Однако его попытки построить механическое вычислительное устройство с про­граммным управлением не увенчались успехом.

Фактически эта идея была реализована спустя более чем 100 лет, когда в 1942 г. К. Цюзе в Германии и в 1944 г. Г. Айкен в США построили вычислительные машины на электромагнитных реле с управлением от перфоленты, на которую записывалась программа вычислений.

Идея программного управления вычислительным процес­сом была существенно развита американским математиком Джорджем фон Нейманом, который в 1945 г. сформулировал принцип хранимой в памяти программы. Первые ЭВМ с программным управлением и с хранимой в памяти программой появились практически одновременно в Англии, США и СССР.

На протяжении более шести десятилетий электронная вычис­лительная техника бурно развивается. Появи­лись, сменяя друг друга, несколько поколений ЭВМ. Появление новых поколений ЭВМ вызывалось расширением областей и развитием методов их применения, требовавших более производительных, более дешевых и более надежных машин.

Поколение ЭВМ определяется совокупностью взаимосвя­занных и взаимообусловленных существенных особенностей и характеристик, используемых при построении машин, кон­структивно-технологической (в первую очередь элементной) базы и реализуемой в машине архитектуры.

Первое поколение образовали ламповые ЭВМ, промыш­ленный выпуск которых начался в начале 50-х гг. В качестве компонентов логических элементов использовались элек­тронные лампы. ЭВМ этого поколения характеризовались низкой надежностью и высокой стоимостью. Их быстродействие составляло всего 5 ¸ 8 тыс. опер/с.

Второе поколение ЭВМ появилось в конце 50-х годов. Элементной базой второго поколения ЭВМ были полупроводниковые приборы, благодаря чему повысилась их надежность, а производительность возросла до 30 тыс. опер/с. В рамках ЭВМ 2-го поколения академик Лебедев С.А. создал ЭВМ БЭСМ-6 с производительностью до 1 млн. опер/с.

С середины 60-х годов отсчитывается начало появления ЭВМ 3-го поколения. Их элементной базой стали интегральные микросхемы (ИМС). В рамках этого поколения фирма IBM создала систему машин IBM-360, в которых был использован ряд новых достижений в области вычислительной техники. Машины серии IBM-360, а затем и IBM-370, получили широкое распространение в мире. К этому времени в Пензенском научно- исследовательском институте математических машин (ныне АО “Рубин”) была разработана ЭВМ примерно такого же класса - Урал-16, однако заметное отставание СССР в области элементной базы не могло не сказаться на характеристиках отечественных ЭВМ. Поэтому правительством было принято решение о переходе на производство техники, разработанной фирмой IBM. В СССР она выпускалась под названием Единая Система ЭВМ (EC ЭВМ). Наиболее быстродействующая ЭВМ из этого ряда- ЕС 1065 выпускалась заводом ВЭМ (г. Пенза). Она выполняла до 5 млн. опер/ с.

Конструктивно-технологической основой ЭВМ четвертого поколения являются большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) ИМС.

К четвертому поколению относятся реализованные на СБИС такие новые средства вычислительной техники, как ми­кропроцессоры и создаваемые на их основе микро-ЭВМ и микропроцессорные контроллеры. Ми­кропроцессоры и микро-ЭВМ нашли широкое применение в устройствах и системах автоматизации измерений, обработки данных и управления технологическими процессами, при по­строении различных специализированных цифровых устройств и машин.

Вычислительные возможности микро-ЭВМ оказались доста­точными для создания на их основе в рамках ЭВМ четвертого поколения, нового по ряду эксплуатационных характеристик и способу использования типа вычислительных устройств - персональных компьютеров (ПК), получивших в настоящее время широкое распространение.

К четвертому поколению относятся также многопроцессорные вычислительные системы, имеющие быстродействие в несколько сотен миллионов, или даже миллиард операций в секунду. К этому же поколению относятся управляющие комплексы на их основе с по­вышенной живучестью и надежностью, получаемых путем автоматической реконфигурации при выходе из строя одного или нескольких процессоров или других устройств.

Примером ранних отечественных вычислительных систем, которые сле­дует отнести к четвертому поколению, является многопроцес­сорный комплекс «Эльбрус-2» с суммарным быстродействием до 100 млн. опер/с. В центральном процессоре комплекса была реализована нетрадиционная система команд, приближенная к языкам высокого уровня. Представление программ осуществлялось в виде обратной польской записи. Для обработки программ применялся магазинный (стековый) механизм организации вычислений и обращений к памяти программ и данных.

В 90-е годы прошлого века определились контуры нового, пятого поколения ЭВМ. В значительной степени этому способствовали публикации сведений о проекте ЭВМ пятого поколения ведущих японских фирм, поставившими перед собой цель захвата в 90-х го­дах японской промышленностью мирового лидерства в обла­сти вычислительной техники. Поэтому этот проект часто называют “японским вызовом”. Согласно этому проекту ЭВМ и вычислительные системы пятого поколения, помимо более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, должны обладать качественно новыми свойствами. В первую очередь к ним относятся возможность взаимодействия с ЭВМ при помощи чело­веческой речи и графических изображений, способность си­стемы обучаться, производить ассоциативную обработку ин­формации, делать логические суждения, вести “разумную” беседу с человеком в форме вопросов и ответов. Вычислительные системы пятого поколения должны также “понимать” содержимое базы данных, которая при этом превращается в “базу знаний”, и использовать эти “зна­ния” при решении задач. В настоящее время исследования по подобным проблемам ведутся и в России.