Лекция: Этапы развития электронной вычислительной техники
Электронная вычислительная техника является сравнительно молодым и стремительно развивающимся средством обработки информации. Ее развитие можно условно разделить на несколько примерных этапов, которым соответствуют так называемые «поколения ЭВМ».
Первый этап — до 1955 г. За точку отсчета эры ЭВМ принимается 1946 год, когда началась опытная эксплуатация первых опытных образцов вычислительных машин, построенных на электронных лампах, магнитных барабанах и лентах. Числа в ЭВМ вводились с помощью перфокарт.
Ламповые ЭВМ занимали огромные машинные залы, потребляли много энергии и были очень дорогостоящими. Максимальное быстродействие ЭВМ – 10 тыс. операций/с. Максимальный объем оперативной памяти – 50 Кбайт. Основными пользователями ЭВМ были ученые. Увеличению количества решаемых задач препятствовали низкая надежность, ограниченность их ресурсов и чрезвычайно трудоемкий процесс подготовки, ввода и отладки программ, написанных на языке машинных команд.
Для ускорения процесса подготовки программ стали создавать первые языки автоматизации программирования (языки символьного кодирования и автокоды).
Второй этап – 1956-1964 гг. Развитие электроники привело к изобретению нового полупроводникового устройства — транзистора, который заменил электронные лампы. Появление ЭВМ, построенных на транзисторах и магнитных дисках, привело к уменьшению их габаритов, массы, энергозатрат, стоимости и к увеличению их надежности, оперативной памяти до 0,5 Мбайт, быстродействия до 1 млн операций/с. Это расширило круг пользователей и номенклатуру решаемых задач. Стали создаваться алгоритмические языки для решения инженерно-технических и экономических задач и операционные системы (ОС) — комплексы служебных программ, обеспечивающих лучшее распределение ресурсов ЭВМ при использовании пользовательских задач, появился мультипрограммный режим обработки. Начали разрабатываться первые АСУ.
Третий этап – 1965-1977 гг. Увеличения быстродействия ЭВМ до 10 млн операций/с, объема оперативной памяти до 10 Мбайт, уменьшения их габаритов, потребляемой мощности и стоимости удалось добиться за счет создания технологии производства интегральных схем (ИС), состоящих из десятка электронных элементов, образованных в прямоугольной пластине кремния с длиной стороны не более 1 см. Такая пластина (кристалл) размещается в небольшом пластмассовом корпусе, размер которого определяется, как правило, только числом «ножек». Внедрены дисплеи.
Это позволило создать дешевые и надежные мини-ЭВМ, которые первоначально предназначались для замены контроллеров (устройств управления) в контуре управления каким-либо объектом, а затем стали использоваться и для решения вычислительных задач, традиционных для больших ЭВМ. Простота обслуживания мини-ЭВМ, их сравнительно низкая стоимость и малые габариты позволяли снабдить этими машинами небольшие коллективы исследователей, разработчиков- экспериментаторов и т.д. Расширился круг задач, решаемых с использованием автоматизированных систем.
Четвертый этап – 1978-1990 гг. Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электронных элементов. Это позволило разработать более дешевые ЭВМ, имеющие оперативную память до 100 Мбайт, быстродействие до 100 млн операций/с. Стала реальной возможность размещения в одной БИС почти всех электронных устройств несложной по архитектуре ЭВМ и серийного выпуска простых ЭВМ малой стоимости. Появились дешевые микрокалькуляторы и микроконтроллеры — управляющие устройства, построенные на одной или нескольких БИС, содержащих процессор, память и системы связи с датчиками и исполнительными органами в объекте управления. Программа управления объектами вводилась в память ЭВМ либо при изготовлении, либо непосредственно на предприятии.
Стали изготавливать и микро-ЭВМ, размещенные в одной БИС (однокристальная ЭВМ) или в нескольких БИС, установленных на одной плате (одноплатная ЭВМ).
Пятый этап – с 1991 г. по настоящее время. Улучшение технологии БИС позволяло изготовлять дешевые электронные схемы, содержащие сотни тысяч элементов в кристалле — сверхбольшие интегральные схемы — СБИС. Появилась возможность создать настольный компьютер с габаритами массового телевизора, в котором размещались микро-ЭВМ, клавиатура, а также схемы сопряжения с малогабаритным печатающим устройством, другими ЭВМ и т.п. Благодаря ОС, обеспечивающей простоту общения с этой ЭВМ, большой библиотеке прикладных программ по различным отраслям человеческой деятельности, а также малой стоимости, такой компьютер стал персональным для любого специалиста. Его быстродействие – до 1 млрд и более операций/с, оперативная память – до 1 и более Гбайт.
Делая небольшой экскурс в историю развития электронной вычислительной техники, нельзя не отметить ее стремительный прогресс за прошедшие полвека, вряд ли сравнимый с развитием какой-либо другой техники. Основные характеристики ЭВМ изменились следующим образом:
быстродействие увеличилось на 5 порядков (в сотни тысяч раз);
оперативная память увеличилась на 4 порядка (в десятки тысяч раз);
размеры (и вес) уменьшились в тысячи раз (от многотонной аппаратуры, размещаемой в огромных машинных залах, до портативных компьютеров), соответственно уменьшилась и стоимость компьютеров;
программное обеспечение прошло путь от команд для выполнения простейших операций (сложения, вычитания, сравнения и т.д.) до макрокоманд, по каждой из которых выполняются сотни и тысячи простейших операций.
С появлением современных персональных компьютеров началась широкомасштабная информатизация производства, науки, образования, медицины, систем безопасности и жизнеобеспечения и т.д. Персональный компьютер становится по истине неотъемлемой частью жизни общества. В наши дни трудно найти такую область человеческой деятельности, в которой не применялись бы компьютеры.
Все большее распространение получают компьютерные сети, начиная с ЛВС и кончая Интернетом, цифровые системы связи и передачи данных, цифровое телевидение. Появилась возможность преобразования в цифровую различных видов информации (текстовой, аудио, видео и т.д.) и оперативного обмена по техническим каналам связи большими объемами этой информации между заинтересованными абонентами различных организаций, стран и континентов.