Computergeneraties: een korte beschrijving. Samenvatting: Belangrijkste kenmerken van computers van verschillende generaties

Invoering

1. Eerste generatie computers, jaren 50-60

2. Tweede generatie computers: jaren zestig en zeventig

3. Derde generatie computers: 1970-1980

4. Vierde generatie computers: 1980-1990

5. Vijfde generatie computers: 1990-heden

Conclusie

Invoering

Sinds 1950 zijn de ontwerp-technologische en software-algoritmische principes van het construeren en gebruiken van computers elke zeven tot tien jaar radicaal vernieuwd. In dit opzicht is het legitiem om over generaties computers te praten. Conventioneel kan elke generatie tien jaar krijgen.

Computers hebben een lange evolutionaire weg afgelegd in termen van de elementaire basis (van lampen tot microprocessors) en ook in de zin van de opkomst van nieuwe mogelijkheden, waardoor de reikwijdte en aard van hun gebruik zijn uitgebreid.

De indeling van computers in generaties is een zeer voorwaardelijke, losse classificatie van computersystemen op basis van de mate van ontwikkeling van hardware en software, evenals methoden van communicatie met de computer.

De eerste generatie computers omvat machines die aan het begin van de jaren vijftig zijn gemaakt: in de circuits werden vacuümbuizen gebruikt. Er waren weinig commando's, de bediening was eenvoudig en de RAM-capaciteit en prestatie-indicatoren waren laag. De prestaties bedragen ongeveer 10-20.000 bewerkingen per seconde. Voor de invoer en uitvoer werden drukapparaten, magneetbanden, ponskaarten en ponsbanden gebruikt.

Tot de tweede generatie computers behoren de machines die in 1955-65 zijn ontworpen. Ze gebruikten zowel vacuümbuizen als transistors. RAM is gebouwd op magnetische kernen. Op dit moment verschenen magnetische trommels en de eerste magnetische schijven. Er zijn zogenaamde talen op hoog niveau verschenen, waarvan de middelen de beschrijving van de gehele reeks berekeningen in een visuele, gemakkelijk te begrijpen vorm mogelijk maken. Er is een groot aantal bibliotheekprogramma's verschenen voor het oplossen van verschillende wiskundige problemen. Machines van de tweede generatie werden gekenmerkt door software-incompatibiliteit, wat het moeilijk maakte om grote informatiesystemen te organiseren. Halverwege de jaren zestig vond er dus een overgang plaats naar het creëren van computers die software-compatibel waren en gebouwd op een micro-elektronische technologische basis.

Derde generatie computers. Dit zijn machines die na de jaren 60 zijn gemaakt en die één enkele architectuur hebben, d.w.z. software-compatibel. Er zijn multiprogrammeermogelijkheden verschenen, d.w.z. gelijktijdige uitvoering van meerdere programma's. Computers van de derde generatie gebruikten geïntegreerde schakelingen.

Vierde generatie computers. Dit is de huidige generatie computers die na 1970 is ontwikkeld. Machines van de 4e generatie zijn ontworpen om moderne talen op hoog niveau effectief te gebruiken en het programmeerproces voor de eindgebruiker te vereenvoudigen.

Qua hardware worden ze gekenmerkt door het gebruik van grote geïntegreerde schakelingen als elementaire basis en de aanwezigheid van snelle opslagapparaten met willekeurige toegang met een capaciteit van enkele MB.

Machines van de 4e generatie zijn complexen met meerdere processors en meerdere machines die op externe stroom werken. geheugen en algemeen veld ext. apparaten. Prestaties bereiken tientallen miljoenen bewerkingen per seconde, geheugen - enkele miljoenen woorden.

De transitie naar de vijfde generatie computers is al begonnen. Het bestaat uit een kwalitatieve overgang van gegevensverwerking naar kennisverwerking en uit het vergroten van de basisparameters van een computer. De nadruk zal vooral liggen op ‘intelligentie’.

Tot op heden ligt de feitelijke ‘intelligentie’ die wordt gedemonstreerd door de meest complexe neurale netwerken onder het niveau van een regenworm. Maar hoe beperkt de mogelijkheden van neurale netwerken ook zijn, veel revolutionaire ontdekkingen kunnen op de loer liggen.

1. Eerste generatie computers, jaren 50-60

Er werden logische circuits gemaakt met behulp van discrete radiocomponenten en elektronische vacuümbuizen met een gloeidraad. Random access memory-apparaten gebruikten magnetische trommels, akoestisch ultrasoon kwik en elektromagnetische vertragingslijnen en kathodestraalbuizen (CRT's). Als externe opslagapparaten werden schijven op magneetbanden, ponskaarten, ponsbanden en insteekschakelaars gebruikt.

De programmering van deze generatie computers werd uitgevoerd in het binaire getalsysteem in machinetaal, dat wil zeggen dat de programma's strikt gericht waren op een specifiek machinemodel en samen met deze modellen "stierven".

Halverwege de jaren vijftig verschenen machinegeoriënteerde talen zoals symbolische codeertalen (SCL's), die het mogelijk maakten om hun verkorte verbale (letter) notatie en decimale getallen te gebruiken in plaats van de binaire notatie van commando's en adressen. In 1956 werd de eerste programmeertaal op hoog niveau voor wiskundige problemen gecreëerd - de Fortran-taal, en in 1958 - de universele programmeertaal Algol.

Computers, beginnend bij UNIVAC en eindigend met BESM-2 en de eerste modellen van de Minsk- en Ural-computers, behoren tot de eerste generatie computers.

2. Tweede generatie computers: jaren zestig en zeventig

Logische circuits werden gebouwd op discrete halfgeleider- en magnetische elementen (diodes, bipolaire transistors, toroïdale ferrietmicrotransformatoren). Als ontwerp- en technologische basis werden printplaten (platen gemaakt van getinax-folie) gebruikt. Het blokprincipe van machineontwerp is op grote schaal gebruikt, waardoor u een groot aantal verschillende externe apparaten op de hoofdapparaten kunt aansluiten, wat zorgt voor meer flexibiliteit bij het gebruik van computers. Klokfrequenties van elektronische circuits zijn toegenomen tot honderden kilohertz.

Er werd gebruik gemaakt van externe schijven op harde magnetische schijven1 en floppy disks - een geheugenniveau tussen magneetbanddrives en RAM in.

In 1964 verscheen de eerste computermonitor: de IBM 2250. Het was een monochroom beeldscherm met een scherm van 12 x 12 inch en een resolutie van 1024 x 1024 pixels. Het had een framesnelheid van 40 Hz.

Besturingssystemen die op basis van computers waren gemaakt, vereisten hogere prestaties van computers, en vooral betrouwbaarheid. Foutdetectie- en correctiecodes en ingebouwde besturingscircuits worden op grote schaal gebruikt in computers.

De machines van de tweede generatie waren de eersten die informatieverwerkingsmodi voor batchverwerking en televerwerking implementeerden.

De eerste computer die gedeeltelijk halfgeleiderapparaten gebruikte in plaats van vacuümbuizen was de SEAC-machine (Standards Eastern Automatic Computer), gemaakt in 1951.

In het begin van de jaren zestig begonnen halfgeleidermachines in de USSR te worden geproduceerd.

3. Derde generatie computers: 1970-1980

In 1958 vond Robert Noyce het kleine geïntegreerde siliciumcircuit uit, dat tientallen transistors op een klein oppervlak kon huisvesten. Deze circuits werden later bekend als Small Scale Integrated Circuits (SSI). En al eind jaren zestig werden geïntegreerde schakelingen in computers gebruikt.

De logische circuits van computers van de derde generatie waren al volledig gebouwd op kleine geïntegreerde schakelingen. De klokfrequenties van elektronische circuits zijn toegenomen tot enkele megahertz. De voedingsspanning (eenheden van volt) en het door de machine verbruikte vermogen zijn afgenomen. De betrouwbaarheid en snelheid van computers zijn aanzienlijk toegenomen.

Willekeurig toegankelijke geheugens gebruikten kleinere ferrietkernen, ferrietplaten en magnetische films met een rechthoekige hysteresislus. Schijfstations zijn op grote schaal gebruikt als externe opslagapparaten.

Er zijn nog twee niveaus van opslagapparaten verschenen: geheugenapparaten met ultrarandom access op triggerregisters, die een enorme snelheid hebben maar een kleine capaciteit (tientallen getallen), en snel cachegeheugen.

Sinds het wijdverbreide gebruik van geïntegreerde schakelingen in computers kan de technologische vooruitgang op het gebied van computers worden waargenomen met behulp van de bekende wet van Moore. Een van de oprichters van Intel, Gordon Moore, ontdekte in 1965 een wet die bepaalt dat het aantal transistors in één chip elke anderhalf jaar verdubbelt.

Vanwege de aanzienlijke complexiteit van zowel de hardware als de logische structuur van computers van de derde generatie, werden ze vaak systemen genoemd.

De eerste computers van deze generatie waren dus modellen van IBM-systemen (een aantal IBM 360-modellen) en PDP (PDP 1). In de Sovjet-Unie begonnen, in samenwerking met de landen van de Raad voor Wederzijdse Economische Bijstand (Polen, Hongarije, Bulgarije, Oost-Duitsland, enz.), modellen van het Unified System (EU) en het systeem van kleine computers (SM) te verschijnen. geproduceerd worden.

Bij computers van de derde generatie wordt veel aandacht besteed aan het verminderen van de complexiteit van het programmeren, de efficiëntie van de programma-uitvoering in machines en het verbeteren van de communicatie tussen de operator en de machine. Dit wordt verzekerd door krachtige besturingssystemen, geavanceerde programmeerautomatisering, efficiënte programmaonderbrekingssystemen, time-sharing bedrijfsmodi, real-time bedrijfsmodi, multi-programma bedrijfsmodi en nieuwe interactieve communicatiemodi. Er is ook een effectief videoterminalapparaat verschenen voor communicatie tussen de operator en de machine: een videomonitor of display.

Er wordt veel aandacht besteed aan het vergroten van de betrouwbaarheid en betrouwbaarheid van de computerbediening en het vergemakkelijken van het onderhoud ervan. Betrouwbaarheid en betrouwbaarheid worden verzekerd door het wijdverbreide gebruik van codes met automatische foutdetectie en -correctie (Hamming-correctiecodes en cyclische codes).

De modulaire organisatie van computers en de modulaire opbouw van hun besturingssystemen hebben ruime mogelijkheden gecreëerd voor het veranderen van de configuratie van computersystemen. In dit opzicht is er een nieuw concept van 'architectuur' van een computersysteem ontstaan, dat de logische organisatie van dit systeem definieert vanuit het standpunt van de gebruiker en programmeur.

4. Vierde generatie computers: 1980-1990

Een revolutionaire gebeurtenis in de ontwikkeling van computertechnologie van de derde generatie machines was de creatie van grote en zeer grote geïntegreerde schakelingen (Large Scale Integration - LSI en Very Large Scale Integration - VLSI), een microprocessor (1969) en een personal computer. Sinds 1980 werden bijna alle computers gemaakt op basis van microprocessors. De populairste computer is een personal computer geworden.

Logische geïntegreerde schakelingen in computers werden gemaakt op basis van unipolaire veldeffect-CMOS-transistoren met directe verbindingen, die werkten met kleinere amplitudes van elektrische spanningen (eenheden van volt), minder stroom verbruiken dan bipolaire, en daardoor de implementatie mogelijk maakten van meer geavanceerde nanotechnologieën (in die jaren - op schaaleenheden van microns).

De eerste personal computer werd in april 1976 gemaakt door twee vrienden, Steve Jobe (geb. 1955), een medewerker van Atari, en Stefan Wozniak (geb. 1950), die bij Hewlett-Packard werkte. Gebaseerd op een geïntegreerde 8-bits controller van een hardgesoldeerd circuit van een populair elektronisch spel, werkten ze 's avonds in een autogarage en maakten ze een eenvoudige Apple-spelcomputer geprogrammeerd in BASIC, wat een enorm succes was. Begin 1977 werd Apple Co. geregistreerd en begon de productie van 's werelds eerste personal computer, Apple.

5. Vijfde generatie computers: 1990-heden

Kenmerken van de architectuur van de moderne generatie computers worden in deze cursus uitgebreid besproken.

In het kort kan het basisconcept van een computer van de vijfde generatie als volgt worden geformuleerd:

1. Computers op ultracomplexe microprocessors met een parallelle vectorstructuur, die tegelijkertijd tientallen opeenvolgende programma-instructies uitvoeren.

2. Computers met vele honderden parallel werkende processors, die de constructie van gegevens- en kennisverwerkingssystemen en efficiënte netwerkcomputersystemen mogelijk maken.

Zesde en volgende generaties computers

Elektronische en opto-elektronische computers met een enorm parallellisme, neurale structuur, met een gedistribueerd netwerk van een groot aantal (tienduizenden) microprocessors die de architectuur van neurale biologische systemen modelleren.

Conclusie

Alle stadia van de computerontwikkeling worden conventioneel verdeeld in generaties.

De eerste generatie is gemaakt op basis van elektrische vacuümlampen, de machine werd bestuurd vanaf een afstandsbediening en ponskaarten met behulp van machinecodes. Deze computers waren ondergebracht in verschillende grote metalen kasten die hele kamers in beslag namen.

De derde generatie verscheen in de jaren 60 van de 20e eeuw. Computerelementen werden gemaakt op basis van halfgeleidertransistors. Deze machines verwerkten informatie onder controle van programma's in Assembleertaal. Gegevens en programma's werden ingevoerd vanaf ponskaarten en ponsbanden.

De derde generatie werd uitgevoerd op microschakelingen met honderden of duizenden transistors op één plaat. Een voorbeeld van een machine van de derde generatie is de ES-computer. De werking van deze machines werd bestuurd vanaf alfanumerieke terminals. Voor de controle werden talen op hoog niveau en Assembly gebruikt. Gegevens en programma's werden zowel vanaf de terminal als vanaf ponskaarten en ponsbanden ingevoerd.

De vierde generatie ontstond op basis van grootschalige geïntegreerde schakelingen (LSI). De meest prominente vertegenwoordigers van de vierde generatie computers zijn personal computers (pc's). Een universele microcomputer voor één gebruiker wordt persoonlijk genoemd. De communicatie met de gebruiker vond plaats via een grafisch kleurendisplay in hoogwaardige talen.

De vijfde generatie is gebaseerd op ultra-grootschalige geïntegreerde schakelingen (VLSI), die zich onderscheiden door de kolossale dichtheid van logische elementen op de chip.

Er wordt aangenomen dat in de toekomst de invoer van informatie in een computer via stem, communicatie met een machine in natuurlijke taal, computervisie, machineaanraking, de creatie van intelligente robots en robotapparaten wijdverspreid zullen zijn.

Het leerboek bestaat uit twee delen: theoretisch en praktisch. Het theoretische deel van het leerboek schetst de fundamenten van de moderne informatica als een complexe wetenschappelijke en technische discipline, inclusief de studie van de structuur en algemene eigenschappen van informatie en informatieprocessen, algemene principes voor het construeren van computerapparatuur, kwesties van de organisatie en het functioneren van informatie- en computernetwerken, computerbeveiliging en de sleutelconcepten van algoritmisering en programmering, databases en DBMS. Om de verworven theoretische kennis onder controle te houden, worden zelftestvragen en tests aangeboden. Het praktijkgedeelte behandelt algoritmen voor basishandelingen bij het werken met de tekstverwerker Microsoft Word, de spreadsheeteditor Microsoft Excel, het programma voor het maken van Microsoft Power Point-presentaties, archiveringsprogramma's en antivirusprogramma's. Om de voltooide praktische cursus te consolideren, wordt aan het einde van elke sectie voorgesteld om zelfstandig werk te voltooien.

Boek:

In overeenstemming met de elementaire basis en het niveau van softwareontwikkeling worden vier echte generaties computers onderscheiden, waarvan een korte beschrijving wordt gegeven in Tabel 1.

De eerste generatie computers hadden een lage snelheid van enkele tienduizenden operaties/sec. Als intern geheugen werden ferrietkernen gebruikt.

Het grootste nadeel van deze computers is de discrepantie tussen de snelheid van het interne geheugen en de ALU en de besturingseenheid vanwege de verschillende elementbasis. De algehele prestaties werden bepaald door het langzamere onderdeel - het interne geheugen - en verminderden het algehele effect. Al bij de computers van de eerste generatie werden pogingen ondernomen om dit nadeel te elimineren door de werking van apparaten te asynchroniseren en uitvoerbuffering te introduceren, waarbij de verzonden informatie in een buffer wordt "gedumpt", waardoor het apparaat vrijkomt voor verder werk (het principe van autonomie). Zo werd het eigen geheugen gebruikt om de I/O-apparaten te bedienen.

Een belangrijke functionele beperking van de eerste generatie computers was de focus op het uitvoeren van rekenkundige bewerkingen. Toen ze probeerden ze aan te passen aan analysetaken, bleken ze niet effectief.

Er bestonden nog geen programmeertalen als zodanig en programmeurs gebruikten machine-instructies of assemblers om hun algoritmen te coderen. Dit bemoeilijkte en vertraagde het programmeerproces. Tegen het einde van de jaren vijftig ondergingen programmeertools fundamentele veranderingen: er werd een overgang gemaakt naar automatisering van programmeren met behulp van universele talen en bibliotheken met standaardprogramma's. Het gebruik van universele talen leidde tot de opkomst van vertalers.

De programma's werden taak voor taak uitgevoerd, dat wil zeggen dat de operator de voortgang van het oplossen van het probleem moest monitoren en, wanneer het einde was bereikt, de uitvoering van de volgende taak moest initiëren.

Het begin van het moderne tijdperk van computergebruik in ons land dateert uit 1950, toen aan het Instituut voor Elektrotechniek van de Academie van Wetenschappen van de Oekraïense SSR onder leiding van S.A. Lebedev creëerde de eerste huishoudelijke computer genaamd MESM - Small Electronic Calculating Machine. Tijdens de eerste fase van de ontwikkeling van computertechnologie in ons land werden een aantal computers gecreëerd: BESM, Strela, Ural, M-2.

De tweede generatie computers is de overgang naar een transistorelementbasis, de opkomst van de eerste minicomputers.

Het autonomieprincipe wordt verder ontwikkeld - het is al geïmplementeerd op het niveau van individuele apparaten, wat tot uiting komt in hun modulaire structuur. I/O-apparaten zijn uitgerust met hun eigen besturingseenheden (controllers genoemd), waardoor het mogelijk werd de centrale besturingseenheid te bevrijden van het beheer van I/O-bewerkingen.

Verbetering en verlaging van de kosten van computers leidde tot een verlaging van de specifieke kosten van computertijd en computerbronnen in de totale kosten van een geautomatiseerde oplossing voor een gegevensverwerkingsprobleem, terwijl tegelijkertijd de kosten van programmaontwikkeling (dat wil zeggen programmeren) daalden. nam vrijwel niet af, en neigde in sommige gevallen zelfs toe te nemen. Er was dus een trend naar effectief programmeren, die zich begon te realiseren in de tweede generatie computers en die tot op de dag van vandaag wordt ontwikkeld.

De ontwikkeling begint op basis van bibliotheken met standaardprogramma's van geïntegreerde systemen die de eigenschap hebben van draagbaarheid, dat wil zeggen functioneren op computers van verschillende merken. De meest gebruikte softwaretools zijn in de software toegewezen voor het oplossen van problemen van een bepaalde klasse.

De technologie voor het uitvoeren van programma's op een computer wordt verbeterd: er worden speciale softwaretools gemaakt - systeemsoftware.

Het doel van het maken van systeemsoftware is om de overgang van de processor van de ene taak naar de andere te versnellen en te vereenvoudigen. De eerste batchverwerkingssystemen verschenen, die eenvoudigweg de lancering van het ene programma na het andere automatiseerden en daardoor de processorbelastingsfactor verhoogden. Batchverwerkingssystemen waren het prototype van moderne besturingssystemen; ze werden de eerste systeemprogramma's die waren ontworpen om het computerproces te besturen. Tijdens de implementatie van batchverwerkingssystemen werd een geformaliseerde taakcontroletaal ontwikkeld, met behulp waarvan de programmeur het systeem en de operator informeerde welk werk hij op de computer wilde uitvoeren. Een verzameling van meerdere taken, meestal in de vorm van een pak ponskaarten, wordt een takenpakket genoemd. Dit element leeft nog steeds: de zogenaamde MS DOS batch- (of commando-)bestanden zijn niets meer dan pakketjes met taken (de extensie in hun naam bat is een afkorting van het Engelse woord batch, wat pakket betekent).

Huiscomputers van de tweede generatie zijn onder meer "Promin", "Minsk", "Hrazdan", "Mir".

In de jaren zeventig ontstonden en ontwikkelden computers van de derde generatie. In ons land zijn dit ES Computers, ASVT, SM Computers. Deze fase is de overgang naar een geïntegreerde elementbasis en de creatie van systemen met meerdere machines, omdat het niet langer mogelijk was om op basis van één enkele computer een aanzienlijke prestatieverbetering te bereiken. Daarom werden computers van deze generatie gemaakt op basis van het unificatieprincipe, wat het mogelijk maakte willekeurige computersystemen in verschillende werkterreinen te integreren.

De uitbreiding van de functionaliteit van computers heeft de reikwijdte van hun toepassing vergroot, wat heeft geleid tot een toename van het volume van de verwerkte informatie en de taak heeft gesteld om gegevens in speciale databases op te slaan en te onderhouden. Dit is hoe de eerste databasebeheersystemen – DBMS – verschenen.

De vormen van computergebruik zijn veranderd: de introductie van externe terminals (displays) heeft het mogelijk gemaakt om op grote schaal en effectief de time-sharing-modus te introduceren en daardoor de computer dichter bij de gebruiker te brengen en het scala aan uit te voeren taken uit te breiden.

Een nieuw type besturingssysteem dat multiprogrammering ondersteunt, maakte het mogelijk om een ​​time-sharing-modus te bieden. Multiprogrammering is een manier om een ​​computerproces te organiseren waarbij meerdere programma's afwisselend op één processor worden uitgevoerd. Terwijl één programma een I/O-bewerking uitvoert, is de processor niet inactief, zoals het geval was bij het sequentieel uitvoeren van programma's (modus voor één programma), maar voert hij een ander programma uit (modus voor meerdere programma's). In dit geval wordt elk programma in zijn eigen gedeelte van het interne geheugen geladen, een partitie genoemd. Multiprogrammering is erop gericht om voor elke individuele gebruiker de illusie te creëren dat hij alleen een computer gebruikt. Daarom waren dergelijke besturingssystemen interactief van aard toen de gebruiker zijn problemen oploste in het proces van dialoog met de computer.

Eerste generatie computers

De eerste generatie computers werd tussen 1944 en 1954 gemaakt met behulp van vacuümbuizen.

Een elektronenbuis is een apparaat dat werkt door de elektronenstroom te veranderen die in een vacuüm van de kathode naar de anode beweegt.

De beweging van elektronen vindt plaats als gevolg van thermionische emissie - de emissie van elektronen vanaf het oppervlak van verwarmde metalen. Feit is dat metalen een hoge concentratie vrije elektronen hebben, die verschillende energieën en dus verschillende snelheden hebben. Naarmate het metaal warmer wordt, neemt de energie van de elektronen toe, en sommige van hen overwinnen de potentiële barrière aan de metaalgrens.

Het werkingsprincipe van een elektronenbuis is als volgt. Als een logische eenheid wordt geleverd aan de ingang van de lamp (bijvoorbeeld een spanning van 2 volt), dan ontvangen we aan de uitgang van de lamp een logische nul (spanning minder dan 1V) of een logische nul (2V) . We krijgen een logische als er geen stuurspanning is, aangezien de stroom ongehinderd van de kathode naar de anode zal gaan. Als er een negatieve spanning op het rooster wordt aangelegd, zullen de elektronen die van de kathode naar de anode gaan, van het rooster worden afgestoten, en als gevolg daarvan zal er geen stroom vloeien en zal de output van de lamp logisch nul zijn. Met behulp van dit principe werden alle logische elementen van buiscomputers gebouwd.

In het eenvoudigste geval is de kathode een gloeidraad gemaakt van vuurvast metaal (bijvoorbeeld wolfraam), verwarmd door elektrische stroom, en is de anode een kleine metalen cilinder. Wanneer spanning op de kathode wordt aangelegd, zullen onder invloed van thermionische emissie elektronen uit de kathode gaan emitteren, die op hun beurt door de anode zullen worden ontvangen.

Het gebruik van vacuümbuizen heeft de rekenmogelijkheden van computers dramatisch vergroot, wat heeft bijgedragen aan de snelle overgang van de eerste automatische relaiscomputers naar buizencomputers van de eerste generatie.

Het verliep echter niet zonder problemen. Het gebruik van vacuümbuizen werd ontsierd door hun lage betrouwbaarheid, hoog energieverbruik en grote afmetingen. De eerste computers waren werkelijk gigantisch groot en bezetten verschillende kamers in onderzoeksinstituten. Het onderhoud van dergelijke computers was uiterst moeilijk en tijdrovend; lampen vielen voortdurend uit, er deden zich fouten bij het invoeren van gegevens voor en er deden zich nog veel meer problemen voor. De voedingssystemen moesten niet minder complex en duur worden gemaakt (er moesten speciale stroombussen worden aangelegd om de computer van stroom te voorzien en ingewikkelde bedrading maken om kabels op alle elementen aan te sluiten) en de koelsystemen (de lampen werden erg heet, waardoor waardoor ze nog vaker faalden).

Desondanks ontwikkelde het ontwerp van de computer zich snel, de rekensnelheid bereikte enkele duizenden bewerkingen per seconde, de RAM-capaciteit bedroeg ongeveer 2048 machinewoorden. Bij de eerste generatie computers was het programma al in het geheugen opgeslagen en werd parallelle verwerking van machinewoordbits gebruikt.

De gecreëerde computers waren voornamelijk universeel en werden gebruikt om wetenschappelijke en technische problemen op te lossen. Na verloop van tijd wordt de productie van computers massaal geproduceerd en worden ze voor commerciële doeleinden gebruikt.

In dezelfde periode vond de vorming van de architectuur van het Von Neumann-type plaats, en veel postulaten die hun toepassing vonden in computers van de eerste generatie blijven tot op de dag van vandaag populair.

De belangrijkste criteria voor de ontwikkeling van een computer, geformuleerd door Von Neumann in 1946, worden hieronder opgesomd:

1. Computers moeten werken in het binaire getalsysteem;

2. alle acties die door een computer worden uitgevoerd, moeten worden gepresenteerd in de vorm van een programma dat bestaat uit een opeenvolgende reeks opdrachten. Elke opdracht moet een bewerkingscode, operandadressen en een set serviceattributen bevatten;

3. opdrachten moeten in binaire code in het computergeheugen worden opgeslagen, omdat dit het volgende mogelijk maakt:

a) tussentijdse berekeningsresultaten, constanten en andere getallen opslaan op hetzelfde opslagapparaat waarop het programma zich bevindt;

b) de binaire notatie van commando's maakt bewerkingen mogelijk op de waarden waarmee ze zijn gecodeerd;

c) het wordt mogelijk om de controle over te dragen aan verschillende delen van het programma, afhankelijk van de resultaten van berekeningen;

4. het geheugen moet een hiërarchische organisatie hebben, aangezien de snelheid van opslagapparaten aanzienlijk achterblijft bij de snelheid van logische circuits;

5. rekenkundige bewerkingen moeten worden uitgevoerd op basis van circuits die alleen optelbewerkingen uitvoeren, en het maken van speciale apparaten is onpraktisch;

6. Om de prestaties te verbeteren is het noodzakelijk om een ​​parallelle organisatie van het computerproces te gebruiken, d.w.z. bewerkingen op woorden worden gelijktijdig in alle bits van het woord uitgevoerd.

Het is vermeldenswaard dat computers van de eerste generatie niet helemaal opnieuw zijn gemaakt. Destijds waren er al ontwikkelingen op het gebied van het construeren van elektronische schakelingen, bijvoorbeeld op radargebied en andere aanverwante gebieden van wetenschap en technologie. De ernstigste problemen hadden echter betrekking op de ontwikkeling van opslagapparaten. Voorheen was er praktisch geen vraag naar, dus er werd geen serieuze ervaring opgedaan in hun ontwikkeling. Bijgevolg leidde elke doorbraak in de ontwikkeling van opslagapparaten tot een serieuze stap voorwaarts in het ontwerp van computers, aangezien de ontwikkeling van snel en ruim geheugen een integrale voorwaarde is voor de ontwikkeling van een krachtige en snelle computer.

De eerste computers gebruikten statische triggers op buistriodes als opslagapparaat. Het verkrijgen van een geheugenapparaat met behulp van vacuümbuizen met een aanvaardbare capaciteit vereiste echter ongelooflijke kosten. Om één binair cijfer op te slaan waren twee triodes nodig, en deze moesten continu energie verbruiken om informatie op te slaan. Dit leidde op zijn beurt tot ernstige warmteontwikkeling en een catastrofale afname van de betrouwbaarheid. Als gevolg hiervan was het opslagapparaat extreem omvangrijk, duur en onbetrouwbaar.

In 1944 begon de ontwikkeling van een nieuw type geheugenapparaat, gebaseerd op het gebruik van ultrasone kwikvertragingslijnen. Het idee is ontleend aan een apparaat voor het verminderen van grond- en objectruis dat tijdens de Tweede Wereldoorlog voor radar werd ontwikkeld.

Om stilstaande objecten van het radarscherm te verwijderen, werd het gereflecteerde signaal in tweeën gedeeld, waarvan er één rechtstreeks naar het radarscherm werd gestuurd en de tweede vertraagd. Door tegelijkertijd de normale en vertraagde signalen op het scherm weer te geven, werd elk toeval dat ontstond als gevolg van de vertraging en omgekeerde polariteit gewist, waardoor alleen bewegende objecten overbleven.

Het signaal werd vertraagd met behulp van vertragingslijnen: buizen gevuld met kwik met aan de uiteinden een piëzo-kristaltransducer. Signalen van de radarversterker werden naar een piëzo-elektrisch kristal aan het ene uiteinde van de buis gestuurd, dat bij pulsatie een kleine trilling in het kwik genereerde. De trilling werd snel overgebracht naar het andere uiteinde van de buis, waar een ander piëzo-elektrisch kristal het omkeerde en naar het scherm stuurde.

Kwik werd gebruikt omdat de akoestische weerstand ervan bijna gelijk is aan die van piëzokristallen. Dit minimaliseerde de energieverliezen die optreden bij het verzenden van een signaal van het kristal naar het kwik en terug.

Voor gebruik als geheugen werden de kwikvertragingslijnen enigszins aangepast. Aan het ontvangende uiteinde van de buis werd een repeater geïnstalleerd, die het ingangssignaal terugstuurde naar de ingang van de vertragingslijn, zodat de naar het gegevensopslagsysteem gestuurde puls in de vertragingslijn bleef circuleren, en dus een stukje informatie opgeslagen zolang er stroom was.

Elke vertragingslijn sloeg niet één puls (bit gegevens) op, maar een hele reeks pulsen, waarvan het aantal werd bepaald door de snelheid waarmee de puls door de kwikvertragingslijn ging (1450 m/s), de duur van de pulsen, het interval daartussen en de lengte van de buis.

Voor het eerst werd een dergelijk gegevensopslagapparaat gebruikt in de Engelse computer - EDSAC, gepubliceerd in 1949.

Kwikvertragingslijngeheugen was een enorme verbetering ten opzichte van het buistriodegeheugen en leidde tot een sprong voorwaarts in de computertechnologie. Het had echter een aantal ernstige nadelen:

1. Vertragingslijnen vereisten strikte synchronisatie met de datalezer. De pulsen moesten precies op het moment dat de computer klaar was om ze te lezen bij de ontvanger aankomen;

2. om de energieverliezen die optreden tijdens signaaloverdracht in de vertragingslijn te minimaliseren, moet kwik op een temperatuur van 40°C worden gehouden, omdat het bij deze kwiktemperatuur mogelijk is om maximale afstemming van de akoestische impedanties van kwik en piëzokristallen te bereiken . Dit is zwaar en ongemakkelijk werk;

3. Een verandering in de temperatuur van kwik leidde ook tot een afname van de geluidssnelheid. Het was noodzakelijk om de temperatuur binnen strikt gespecificeerde limieten te houden, of de klokfrequentie van de computer aan te passen, aan te passen aan de snelheid van de geluidsvoortplanting in kwik bij de huidige temperatuur;

4. Het signaal kan worden gereflecteerd door de wanden en uiteinden van de buis. Het was noodzakelijk om serieuze methoden te gebruiken om reflecties te elimineren en de positie van de piëzokristallen zorgvuldig aan te passen;

5. De geheugensnelheid op kwikvertragingslijnen was laag en werd beperkt door de geluidssnelheid in kwik. Als gevolg hiervan was het te traag en bleef het aanzienlijk achter bij de computercapaciteiten van computers, wat hun ontwikkeling belemmerde. Als gevolg hiervan bedroeg de snelheid van een computer met geheugen op ultrasone kwikvertragingslijnen enkele duizenden bewerkingen per seconde;

6. Kwik is een uiterst giftig en duur materiaal, waarvan het gebruik gepaard gaat met de noodzaak om aan strikte veiligheidsnormen te voldoen.

Daarom was er nieuw, sneller geheugen nodig om de ontwikkeling van computers voort te zetten. Kort na de creatie van de eerste computer die ultrasone kwikvertragingslijnen gebruikte, begon het onderzoek naar een nieuw type geheugen met behulp van kathodestraalbuizen, een aanpassing van oscillografische buizen.

De eerste methode voor het opslaan van gegevens met behulp van kathodestraalbuizen werd in 1946 ontwikkeld door Frederick Williams. De uitvinding van Williamson kon slechts één bit opslaan en werkte als volgt.

Met behulp van een kathodestraalbuis werd een elektronenbundel gefocusseerd op een gedeelte van een plaat bedekt met een speciale substantie. Als gevolg hiervan zond dit gebied, onder invloed van secundaire emissie, elektronen uit en kreeg een positieve lading, die een fractie van een seconde bleef bestaan, zelfs nadat de straal was uitgeschakeld. Als het bombardement met elektronen met korte tussenpozen wordt herhaald, kan de lading van het gebied zo lang als nodig worden gehandhaafd.

Als de straal, zonder uit te schakelen, enigszins naar de aangrenzende sectie wordt verplaatst, zullen de elektronen die door de aangrenzende sectie worden uitgezonden, worden geabsorbeerd door de eerste sectie en zal deze een neutrale lading aannemen.

Zo kan 1 bit aan informatie snel naar een cel worden geschreven die uit twee aangrenzende secties bestaat. Een cel zonder lading is 1, een cel met een positieve lading is 0.

Om het opgeslagen stukje informatie te lezen, werden elektroden aan de andere kant van de plaat bevestigd om de mate van verandering in de lading van de cel te meten, en de cel zelf werd herhaaldelijk blootgesteld aan een elektronenbundel. Als gevolg hiervan ontving het, ongeacht de oorspronkelijke staat, een positieve lading. Als de cel al een positieve lading had, was de verandering in de lading kleiner dan wanneer deze een neutrale lading had. Door de grootte van de ladingsverandering te analyseren, werd de waarde van het in deze cel opgeslagen bit bepaald.

Het proces van het lezen van gegevens vernietigde echter de informatie die in de cel was opgeslagen, dus na de leesbewerking moesten de gegevens opnieuw worden geschreven. In dit opzicht leek het proces van het werken met geheugen op kathodestraalbuizen sterk op het werken met modern dynamisch geheugen.

De eerste computer met een dergelijk geheugen verscheen in de zomer van 1948 en kon maximaal tweeëndertig binaire woorden van tweeëndertig bits opslaan.

Na verloop van tijd werd het kathodestraalbuisgeheugen vervangen door een magnetisch kerngeheugen. Dit type geheugen is ontwikkeld door J. Forrester en W. Papian en in 1953 in gebruik genomen.

Magnetische kerngeheugens slaan gegevens op in de vorm van de magnetisatierichting van kleine ferrietringen. Elke ring bevatte 1 bit aan informatie en het hele geheugen was een rechthoekige matrix.

In het eenvoudigste geval was het geheugenapparaat als volgt.

Excitatiedraden werden langs de rijen van de matrix door de ringen geleid (ze zijn in de figuur groen gemarkeerd). Soortgelijke draden werden door ringen langs de kolommen van de matrix gevoerd (blauwe kleur).

De stroom die door deze draden gaat, bepaalt de magnetisatierichting van de ringen. Bovendien was de stroomsterkte zodanig dat één draad de richting van de magnetisatie niet kon veranderen, en als gevolg daarvan veranderde de richting van de magnetisatie alleen in de ring die zich op de kruising van de rode en blauwe draden bevond. Dit was nodig omdat op elke excitatiedraad enkele tientallen ferrietringen waren geregen en het nodig was om de toestand slechts in één ring te veranderen.

Als het niet nodig was om de magnetisatiestatus in de geselecteerde ring te veranderen, werd stroom aan de remmingsdraad (rood) toegevoerd in de richting tegengesteld aan de stroom in de bekrachtigingsdraden. Als gevolg hiervan was de som van de stromen onvoldoende om de magnetisatie van de ring te veranderen.

Elke ring kan dus 1 of 0 opslaan, afhankelijk van de magnetisatierichting.

Om gegevens van de geselecteerde ferrietring te lezen, werden er via de excitatiedraden stroompulsen op toegepast, zodat hun som leidde tot de magnetisatie van de ring in een bepaalde richting, ongeacht de initiële magnetisatie.

Toen de magnetisatie van de ring veranderde, ontstond er een inductiestroom in de uitleesdraad. Door het te meten was het mogelijk om te bepalen hoeveel de richting van de magnetisatie in de ring was veranderd, en dus om erachter te komen welke waarde deze had opgeslagen.

Zoals je kunt zien vernietigde het leesproces de gegevens (net als in het moderne dynamische geheugen), dus na het lezen was het nodig om de gegevens opnieuw te schrijven.

Al snel werd dit type geheugen dominant en verdrong het de kathodestraalbuizen en ultrasone kwikvertragingslijnen. Dit zorgde voor een nieuwe sprong in de computerprestaties.

Door de verdere ontwikkeling en verbetering van computers konden ze hun plek op het gebied van wetenschap en technologie stevig innemen.

De geavanceerde computers van de eerste generatie omvatten:

ENIAC- de eerste grootschalige elektronische digitale computer, gemaakt in 1946 in opdracht van het Amerikaanse leger in het ballistische onderzoekslaboratorium voor het berekenen van schiettafels. In gebruik genomen op 14 februari 1946;

EDVAC- een van de eerste elektronische computers, ontwikkeld door het Ballistic Research Laboratory van het Amerikaanse leger en in 1949 aan het publiek gepresenteerd;

EDSAC- een elektronische computer die in 1949 aan de Universiteit van Cambridge (VK) werd gecreëerd door een groep onder leiding van Maurice Wilkes;

UNIVAC- een universele automatische computer gemaakt in 1951 door D. Mauchly en J. Presper Eckert;

IAS- Computer van het Institute for Advanced Study, ontwikkeld onder leiding van J. Neumann in 1952;

Wervelwind– Een computer gemaakt aan het Massachusetts Institute of Technology in maart 1951;

MESM- Kleine elektronische rekenmachine - de eerste huishoudelijke computer, gemaakt in 1950 door S.A. Lebedev;

BESM- Grote elektronische rekenmachine, ontwikkeld door het Institute of Precision Mechanics and Computer Technology van de USSR Academy of Sciences.

Al deze en vele andere computers van de eerste generatie vormden een betrouwbaar lanceerplatform voor de zegevierende mars van computers over de hele wereld.

Het is vermeldenswaard dat er geen scherpe overgang heeft plaatsgevonden van computers van de eerste generatie die vacuümbuizen gebruiken naar computers van de tweede generatie die transistors gebruiken. Vacuümbuizen werden geleidelijk vervangen door solid-state transistors. Allereerst werden vacuümbuizen verdrongen van apparaten voor gegevensopslag, en daarna geleidelijk aan van rekenkundig-logische apparaten.

Links is schematisch de overgang weergegeven van puur buizencomputers naar computers van de tweede generatie.

Tijdens het bestaan ​​van buizencomputers heeft hun structuur, weergegeven in de onderstaande figuur, geen grote veranderingen ondergaan. De overgang naar de tweede generatie computers bracht ook geen significante veranderingen met zich mee in hun structurele ontwerp. In principe is alleen de elementbasis veranderd. Ernstige veranderingen in de structuur van de computerconstructie begonnen dichter bij de derde generatie computers, toen de eerste geïntegreerde schakelingen begonnen te verschijnen.

Met behulp van een gegevensinvoerapparaat (DID) werden programma's en brongegevens daarvoor in de computer ingevoerd. De ingevoerde informatie werd geheel of geheel opgeslagen in het Random Access Memory (RAM). Vervolgens werd het, indien nodig, ingevoerd in een extern opslagapparaat (ESU), vanwaar het indien nodig in het RAM kon worden geladen.

Na het invoeren van gegevens of het lezen ervan uit het VRAM, werd programma-informatie, commando voor commando, uit het RAM gelezen en overgebracht naar het besturingsapparaat (CU).

Het besturingsapparaat ontcijferde het commando, bepaalde de adressen van de operanden en het nummer van het volgende commando dat uit het RAM moest worden gelezen. Vervolgens organiseerde de besturingseenheid, door de coördinatie van alle computerelementen af ​​te dwingen, de uitvoering van het commando en verzocht om het volgende commando. De stuursignaalcircuits zijn in de figuur met stippellijnen weergegeven.

De Arithmetic Logic Unit (ALU) voerde rekenkundige en logische bewerkingen uit op de gegevens. Het grootste deel van de ALU is de rekenkern, die optellers, tellers, registers, logische omzetters, enz. omvat.

Tussenresultaten verkregen na het uitvoeren van individuele opdrachten werden opgeslagen in RAM. De resultaten verkregen na het uitvoeren van het volledige rekenprogramma werden overgebracht naar het uitvoerapparaat (UVv). Het volgende werd gebruikt als UV's: beeldscherm, printer, plotter, enz.

Zoals uit het bovenstaande blokdiagram blijkt, kenden de computers van de eerste generatie een sterke centralisatie. Het besturingsapparaat was niet alleen verantwoordelijk voor het uitvoeren van opdrachten, maar controleerde ook de werking van gegevensinvoer- en uitvoerapparaten, gegevensoverdracht tussen opslagapparaten en andere computerfuncties. De formaten van opdrachten, gegevens en bedieningscycli waren ook strikt gestandaardiseerd.

Dit alles maakte het mogelijk om de computerapparatuur enigszins te vereenvoudigen, die vreselijk complex, omslachtig en zonder enige franje was bij het organiseren van het computerproces, maar de groei van hun productiviteit aanzienlijk belemmerde.

De eerste computer die gebruik maakte van vacuümbuizen werd in de VS gemaakt en heette ENIAC. Ze had een aanzienlijke invloed op de richting van de ontwikkeling van computertechnologie. Al snel werd het voorbeeld van de Verenigde Staten gevolgd door vele andere geïndustrialiseerde landen (Groot-Brittannië, Zwitserland, de USSR, enz.), Die veel aandacht besteedden aan de ontwikkeling van computertechnologie in de naoorlogse periode.

Onderzoek uitgevoerd in de VS, USSR en Groot-Brittannië had echter de grootste betekenis in de ontwikkeling van computertechnologie. In andere landen, bijvoorbeeld in Frankrijk, Duitsland en Japan, hebben computers van de eerste generatie geen serieuze ontwikkeling doorgemaakt. Met name voor Duitsland, Spanje en Japan is het zelfs moeilijk om het raamwerk voor de overgang van computers van de eerste generatie naar computers van de tweede generatie te scheiden, aangezien er eind jaren vijftig, samen met de eerste op lampen gebaseerde computers, ook de eerste op halfgeleiders gebaseerde computers werden gemaakt.

Bibliografie

1. Geschiedenis van de ontwikkeling van computertechnologie. Lanina E.P. ISTU, Irkoetsk – 2001

2. Ontwikkeling van computertechnologie. Apokin I.A. M., "Wetenschap", 1974

3. Natuurkundecursus. Trofimova T.I. Moskou "Hogere school", 2001

In overeenstemming met de algemeen aanvaarde methodologie voor het beoordelen van de ontwikkeling van computertechnologie, werd de eerste generatie beschouwd als buiscomputers, de tweede - transistorcomputers, de derde - computers op geïntegreerde schakelingen en de vierde - met behulp van microprocessors.

Eerste generatie computers (1948-1958) is gemaakt op basis van elektrische vacuümlampen, de machine werd bestuurd vanaf een afstandsbediening en ponskaarten met behulp van machinecodes. Deze computers waren ondergebracht in verschillende grote metalen kasten die hele kamers in beslag namen.

De elementaire basis van machines van deze generatie waren vacuümbuizen - diodes en triodes. De machines waren bedoeld om relatief eenvoudige wetenschappelijke en technische problemen op te lossen. Deze generatie computers omvat: MESM, BESM-1, M-1, M-2, M-Z, "Strela", Minsk-1, Ural-1, Ural-2, Ural-3, M-20, " Setun", BESM-2, "Hrazdan" (Fig. 2.1).

De eerste generatie computers waren behoorlijk groot, verbruikten veel stroom, hadden een lage betrouwbaarheid en zwakke software. Hun snelheid bedroeg niet meer dan 2 à 3.000 bewerkingen per seconde, de RAM-capaciteit was 2 kb of 2048 machinewoorden (1 kb = 1024) met een lengte van 48 binaire tekens.

Tweede generatie computers (1959-1967) verscheen in de jaren 60. XX eeuw. Computerelementen zijn gemaakt op basis van halfgeleidertransistors (Fig. 2.2, 2.3). Deze machines verwerkten informatie onder controle van programma's in Assembleertaal. Gegevens en programma's werden ingevoerd vanaf ponskaarten en ponsbanden.

De elementaire basis van machines van deze generatie waren halfgeleiderapparaten. De machines waren bedoeld om verschillende arbeidsintensieve wetenschappelijke en technische problemen op te lossen, maar ook om technologische processen in de productie te controleren. Het verschijnen van halfgeleiderelementen in elektronische circuits verhoogde de capaciteit van RAM, de betrouwbaarheid en snelheid van computers aanzienlijk. Afmetingen, gewicht en energieverbruik zijn afgenomen. Met de komst van machines van de tweede generatie is het toepassingsgebied van elektronische computertechnologie aanzienlijk uitgebreid, voornamelijk als gevolg van de ontwikkeling van software.

Derde generatie computers (1968–1973). De elementaire basis van een computer bestaat uit kleine geïntegreerde schakelingen (MIC's), die honderden of duizenden transistors op één plaat bevatten. De werking van deze machines werd bestuurd vanaf alfanumerieke terminals. Voor de controle werden talen op hoog niveau en Assembly gebruikt. Gegevens en programma's werden zowel vanaf de terminal als vanaf ponskaarten en ponsbanden ingevoerd. De machines waren bedoeld voor breed gebruik op verschillende gebieden van wetenschap en technologie (berekeningen, productiebeheer, bewegende objecten, enz.). Dankzij geïntegreerde schakelingen was het mogelijk om de technische en operationele kenmerken van computers aanzienlijk te verbeteren en de hardwareprijzen sterk te verlagen. Machines van de derde generatie hebben bijvoorbeeld, vergeleken met machines van de tweede generatie, een grotere hoeveelheid RAM, betere prestaties, grotere betrouwbaarheid en een lager energieverbruik, een lagere voetafdruk en een lager gewicht.

Vierde generatie computers (1974–1982). De elementaire basis van een computer bestaat uit grote geïntegreerde schakelingen (LSI). De meest prominente vertegenwoordigers van de vierde generatie computers zijn personal computers (pc's). De communicatie met de gebruiker vond plaats via een grafisch kleurendisplay in hoogwaardige talen.

De machines waren bedoeld om de arbeidsproductiviteit in de wetenschap, productie, management, gezondheidszorg, dienstverlening en het dagelijks leven dramatisch te verhogen. Een hoge mate van integratie droeg bij aan een toename van de lay-outdichtheid van elektronische apparatuur en een toename van de betrouwbaarheid ervan, wat leidde tot een toename van de snelheid van de computer en een verlaging van de kosten ervan. Dit alles heeft een aanzienlijke impact op de logische structuur (architectuur) van de computer en zijn software. De verbinding tussen de structuur van de machine en de software ervan wordt nauwer, vooral het besturingssysteem (OS) (of monitor) - een reeks programma's die de continue werking van de machine organiseren zonder menselijke tussenkomst

Vijfde generatie computers (1990-heden) gemaakt op basis van ultra-grootschalige geïntegreerde schakelingen (VLSI), die zich onderscheiden door de kolossale dichtheid van logische elementen op de chip.

6. Organisatie van computersystemen

Verwerkers

In afb. Figuur 2.1 toont de structuur van een conventionele computer met een busorganisatie. De centrale verwerkingseenheid is het brein van de computer. Het is zijn taak om programma's uit te voeren die zich in het hoofdgeheugen bevinden. Het roept opdrachten uit het geheugen op, bepaalt het type ervan en voert ze vervolgens één voor één uit. De componenten zijn verbonden door een bus, een reeks parallel geschakelde draden, waardoor adressen, gegevens en besturingssignalen worden verzonden. Bussen kunnen extern zijn (die de processor verbinden met geheugen en I/O-apparaten) en intern.

Rijst. 2.1. Diagram van een computer met één centrale processor en twee invoer-/uitvoerapparaten

De processor bestaat uit verschillende onderdelen. De besturingseenheid is verantwoordelijk voor het oproepen van opdrachten uit het geheugen en het bepalen van het type ervan. Een rekenkundige logische eenheid voert rekenkundige bewerkingen (zoals optellen) en logische bewerkingen (zoals logische AND) uit.

Binnenin de centrale processor bevindt zich geheugen voor het opslaan van tussenresultaten en enkele besturingscommando's. Dit geheugen bestaat uit meerdere registers, die elk een specifieke functie vervullen. Normaal gesproken is de grootte van alle registers hetzelfde. Elk register bevat één nummer, dat wordt beperkt door de grootte van het register. Registers worden zeer snel gelezen en geschreven omdat ze zich in de CPU bevinden.

Het belangrijkste register is de programmateller, die aangeeft welke instructie vervolgens moet worden uitgevoerd. De naam "programmateller" is misleidend omdat deze niets telt, maar de term wordt overal gebruikt1. Er is ook een opdrachtregister, dat de momenteel uitgevoerde opdracht bevat. De meeste computers hebben andere registers, waarvan sommige multifunctioneel zijn, terwijl andere alleen specifieke functies uitvoeren.

7. Software. Hoofd geheugen.

Het bestaat uit de volledige reeks programma's die op alle apparaten in het langetermijngeheugen van de computer zijn opgeslagen. software(DOOR).

Systeem software;
- applicatiesoftware;
- instrumentale software.

We kunnen \(5\) hoofdgeneraties computers onderscheiden. Maar de verdeling van computertechnologie in generaties is zeer willekeurig.

I generatie computers: computers ontworpen in \(1946\)-\(1955\)

Deze computers waren enorme, onhandige en te dure machines die grote bedrijven en overheden niet konden kopen.

De lampen verbruikten veel elektriciteit en genereerden veel warmte.
4. Prestaties: \(10-20\) duizend bewerkingen per seconde.
5. Bediening: moeilijk vanwege veelvuldig falen van elektronenvacuümbuizen.
6. Programmering: machinecodes. In dit geval moet u alle machineopdrachten, binaire representatie en computerarchitectuur kennen. De meeste betrokkenen waren wiskundigen en programmeurs. Computeronderhoud vereiste een hoge mate van professionaliteit van het personeel.
7. RAM: maximaal \(2\) KB.
8. Gegevens werden ingevoerd en uitgevoerd met behulp van ponskaarten en ponsbanden.

De \(1\) transistor verving \(40\) elektronenbuizen en was veel goedkoper en betrouwbaarder.

In \(1958\) werd de M-20-machine gemaakt, die \(20\) duizend bewerkingen per seconde uitvoerde - de krachtigste computer \(jaren '50\) in Europa.

In \(1963\) een fellow aan het Stanford Research Center Douglas Engelbart demonstreerde het werk van de eerste muis.

1. Elementbasis: halfgeleiderelementen (transistors, diodes).
2. Aansluiting van elementen: printplaten en wandmontage.

3. Afmetingen: De computer is gemaakt in de vorm van soortgelijke rekken, iets groter dan menselijke lengte, maar voor plaatsing was een speciale computerruimte nodig.
4. Prestaties: \(100-500\) duizend bewerkingen per seconde.
5. Operatie: computercentra met een speciale staf van servicepersoneel, er is een nieuwe specialiteit verschenen - computeroperator.
6. Programmeren: in algoritmische talen, de opkomst van de eerste besturingssystemen.
7. RAM: \(2-32\) KB.
8. Het principe van timesharing is geïntroduceerd: het combineren van de werking van verschillende apparaten in de tijd.

9. Nadeel: software-incompatibiliteit.

Al vanaf de tweede generatie werden machines onderverdeeld in groot, middelgroot en klein op basis van grootte, kosten en computercapaciteiten.

Zo zijn kleine binnenlandse auto’s van de tweede generatie (“ Nairi", "Hrazdan", "Vrede" enz.) waren eind jaren zestig vrij toegankelijk voor elke universiteit, terwijl de bovengenoemde BESM-6 professionele indicatoren (en kosten) \(2-3\) ordes van grootte hoger had.

III-generatie computers: computers ontworpen in \(1965\)-\(1975\)

In \(1958\) bedenken Jack Kilby en Robert Noyce, onafhankelijk van elkaar geïntegreerde schakeling(IS).

In \(1961\) ging de eerste geïntegreerde schakeling, gemaakt op een siliciumwafel, in de verkoop.

In \(1965\) begon de productie van de derde generatie machines IBM-360 (VS). De modellen hadden één commandosysteem en verschilden van elkaar in de hoeveelheid RAM en prestaties.

In \(1967\) begon de productie van BESM - 6 (\(1\) miljoen bewerkingen in \(1\) s) en "Elbrus" (\(10\) miljoen bewerkingen in \(1\) s).

In 1969 scheidde IBM de concepten hardware en software. Het bedrijf begon software los van hardware te verkopen, wat het begin markeerde van de software-industrie.

Op 29 oktober 1969 wordt de werking van het allereerste mondiale militaire computernetwerk ARPANet, dat onderzoekslaboratoria in de Verenigde Staten met elkaar verbindt, getest.

Let op!

In \(1971\) werd door het bedrijf de eerste microprocessor gemaakt Intel. Op 1\) Het kristal vormde \(2250\) transistors.

1. Elementbasis: geïntegreerde schakelingen.

3. Afmetingen: De computer is gemaakt in de vorm van identieke racks.
4. Prestaties: \(1-10\) miljoen bewerkingen per seconde.
5. Operatie: computercentra, displayklassen, nieuwe specialiteit - systeem programmeur.
6. Programmeren: algoritmische talen, besturingssystemen.
7. RAM: \(64\) KB.

Toen we van de eerste naar de derde generatie gingen, veranderden de programmeermogelijkheden radicaal. Het schrijven van programma's in machinecode voor machines van de eerste generatie (en iets eenvoudiger in Assembly) voor de meeste machines van de tweede generatie is een activiteit waarmee de overgrote meerderheid van moderne programmeurs vertrouwd raakt tijdens hun studie aan een universiteit.

De opkomst van proceduretalen op hoog niveau en vertalers daaruit was de eerste stap naar een radicale uitbreiding van de kring van programmeurs. Wetenschappers en ingenieurs begonnen zelf programma's te schrijven om hun problemen op te lossen.

Al in de derde generatie verschenen er grote, uniforme series computers. Voor grote en middelgrote machines in de VS is dit vooral de IBM 360/370-familie. In de USSR waren de \(70\)s en \(80\)s de tijd van de creatie van uniforme series: ES (unified system) van computers (grote en middelgrote machines), SM (systeem van kleine) computers en " Elektronica» ( serie microcomputer).

Ze waren gebaseerd op Amerikaanse prototypes van IBM en DEC (Digital Equipment Corporation). Er zijn tientallen computermodellen gemaakt en uitgebracht, die qua doel en prestaties verschillen. Hun productie werd begin jaren '90 vrijwel stopgezet.

IV-generatie computers: computers ontworpen vanaf \(1975\) tot het begin van de \(90\)s

In \(1975\) was IBM de eerste die begon met de industriële productie van laserprinters.

In \(1976\) creëert IBM de eerste inkjetprinter.

In \(1976\) werd de eerste personal computer gemaakt.

Steve Jobs en Steve Wozniak organiseerde een onderneming voor de productie van personal computers " Appel», bedoeld voor een breed scala aan niet-professionele gebruikers. \(Apple 1\) werd verkocht tegen een zeer interessante prijs: \(666,66\) dollar. In tien maanden tijd hebben we zo’n tweehonderd sets verkocht.

In \(1976\) verscheen de eerste diskette met een diameter van \(5.25\) inches.

In \(1982\) begon IBM IBM PC-computers te produceren met de Intel 8088-processor, die de principes van open architectuur vastlegde, waardoor elke computer als uit kubussen kan worden samengesteld, rekening houdend met de beschikbare middelen en met de mogelijkheid om daaropvolgende vervanging van blokken en nieuwe toevoegingen.

In \(1988\) werd het eerste wormvirus gemaakt om e-mail te infecteren.

In \(1993\) begon de productie van IBM PC-computers met een Pentium-processor.

1. Elementbasis: grote geïntegreerde schakelingen (LSI).
2. Aansluiting van elementen: printplaten.
3. Afmetingen: compacte computers, laptops.
4. Prestaties: \(10-100\) miljoen bewerkingen per seconde.
5. Bediening: multiprocessor- en multimachinesystemen, alle computergebruikers.
6. Programmering: databases en databanken.
7. RAM: \(2-5\) MB.
8. Telecommunicatiegegevensverwerking, integratie in computernetwerken.

V-generatie computers: ontwikkelingen sinds de \(90\)-jaren van de twintigste eeuw

De elementbasis bestaat uit ultragrootschalige geïntegreerde schakelingen (VLSI) die gebruik maken van opto-elektronische principes (lasers, holografie).