Конструирование первого электронного компьютера началось в 1943 г., проект получил название ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Computing, электронный цифровой интегратор и калькулятор. Он состоял из 18 000 электровакуумных ламп и 1500 реле, весил 30 т и потреблял 140 кВт электроэнергии, поддерживал 20 регистров на 10 разрядов для десятичных чисел. В 1946 г. проект был завершен. Однако первым рабочим компьютером считается машина EDSAC (1949 г.), которая была создана в Кембриджском университете Морисом Уилксом.
Примерно в это же время Джон фон Нейман разработал концептуальный подход для ЭВМ – "фон-неймановскую вычислительную машину", которая состояла из памяти, АЛУ, устройства управления, устройств ввода/вывода. Память включала в себя 4096 слов по 40 бит (слово содержало либо две команды по 20 бит, либо целое число со знаком 40 бит). Команды были одноадресные, длина кода команды составляла 8 бит и 13 бит – код адреса памяти (одно из 4096 слов). Внутри АЛУ находился регистр в 40 бит – аккумулятор, с помощью которого выполнялись все операции. Несколько позже появился проект "Whirlwind" по созданию ЭВМ для работы в реальном времени. Результатом этого проекта является память на магнитных сердечниках, которая позже позволила перейти к серийному выпуску ЭВМ.
В 1953 г. фирма IBM построила свой первый компьютер – IBM 701, в котором было 2048 слов по 36 бит; слово содержало две команды. После этой машины были выпущены ЭВМ IBM 704, в которых процессор выполнял операции с числами с плавающей запятой. Последний ламповый компьютер IBM-709 был выпущен в 1958 г.
Таким образом, ЭВМ первого поколения применяли логические схемы, построенные на основе электронных вакуумных ламп с нитью накала, а в ОЗУ использовались магнитные барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), магнитные ферритовые сердечники. В качестве ВЗУ применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы. Тактовая частота работы ЭВМ была достаточно низкой – порядка сотен килогерц. Надежность работы ЭВМ не превышала нескольких десятков часов наработки на отказ. Основным пользователем ЭВМ был программист, который использовал ЭВМ для решения расчетных задач ("большой арифмометр").
Инструментальная среда применения ЭВМ – средства программирования для ЭВМ первого поколения практически отсутствовала. Все программы составлялись в машинных кодах, были привязаны к определенной модели ЭВМ. Это создавало узкую специализацию программистов, не обеспечивало переносимости программ на другие модели ЭВМ. В середине 1950-х гг. появились машинно ориентированные языки символического кодирования (ЯСК). В 1956 г. был создан язык программирования высокого уровня для математических задач ФОРТРАН, в 1958 г. – универсальный язык программирования АЛГОЛ. С другой стороны, результаты решения задачи были и территориально, и во времени отдалены от конечного пользователя (экономиста, управленца, технолога и т.п.).
В СССР в Институте электротехники АН УССР под руководством С. А. Лебедева в 1950 г. была создана первая отечественная универсальная электронно-счетная машина в континентальной Европе под названием МЭСМ. Она имела следующие характеристики:
■ арифметическое устройство – универсальное, параллельного действия, на триггерных ячейках, представление чисел в двоичной системе счисления с фиксированной запятой, 16 двоичных разрядов (2 байта) на одно число плюс один разряд на знак;
■ система команд – трехадресная, 20 двоичных разрядов на команду следующей структуры:
| 4 разряда | 5 разрядов | 5 разрядов | 6 разрядов |
| Код операции | Адрес 1-го операнда | Адрес 2-го операнда | Адрес результата операции (или адрес следующей команды) |
■ виды операций – сложение, вычитание, умножение, деление, сдвиг, сравнение с учетом знака, сравнение по абсолютной величине, передача управления, передача чисел с магнитного барабана, сложение команд, останов;
■ оперативная память – построена на триггерных ячейках, обеспечивала хранение 31 числа для данных и 63 для команд;
■ постоянная память – рассчитана на 31 число для данных и на 63 команды;
■ быстродействие – 3000 операций в минуту (полное время одного цикла составляло 17,6 мс; операция деления занимала от 17,6 до 20,8 мс);
■ число электровакуумных ламп – около 3500 триодов и 2500 диодов;
■ занимаемая площадь – не менее 60 м2, потребляемая мощность – около 25 кВт;
■ базовое устройство ввода данных с перфокарт, штекерная коммутация для постоянных параметров и управления ЭВМ. Внешняя память – магнитный барабан, хранящий до 5000 кодов чисел (команд). Для вывода использовалось электромеханическое печатающее устройство либо фотоустройство для получения данных на фотопленке.
Затем появились и другие модели отечественных ЭВМ: БЭСМ, "Стрела", "Урал" и т.д.
Первая модель семейства БЭСМ разработана в 1952 г. Быстродействие – 8–10 тыс. операций в секунду; внешняя память – магнитные барабаны и ленты (четыре лентопротяжных механизма по 30 000 слов); параллельное 39-разрядное АЛУ с плавающей запятой, выполнявшее 20 операций. На 1953 г. это была лучшая ЭВМ в Европе.
Электронно-вычислительная машина "Стрела" появилась в 1953 г. Ее главным конструктором был Ю. Я. Базилевский. Серийный выпуск налажен в 1953–1956 гг. Быстродействие машины составляло 2000 операций в секунду; элементная база насчитывала 6200 электровакуумных ламп, 60 000 полупроводниковых диодов; оперативная память была построена на ЭЛТ (2048 слов); длина слова – 43 двоичных разряда (из них отводилось 35 бит на мантиссу и 6 на экспоненту); ПЗУ было построено на полупроводниковых диодах, ВЗУ – на магнитной ленте; ввод данных – с перфокарт и магнитной ленты; вывод данных осуществлялся на магнитную ленту, перфокарты и широкоформатный принтер.
"Урал" – семейство цифровых ЭВМ общего назначения.
К их созданию приступили в 1955 г. под началом Башира Рамеева. Первая ЭВМ "Урал-1" – малая ЭВМ на ламповой основе: одноадресная система команд, быстродействие –100 операций в секунду; ОЗУ на магнитном барабане (1024 слова); ВЗУ – на магнитной ленте (40 000 слов); устройство ввода/вывода – перфолента (10 000 слов). Модели "Урал-2", "Урал-3" имели ОЗУ на ферритных сердечниках. Электронно-вычислительные машины "Урал-2", "Урал-3" и "Урал-4" программно и аппаратно совместимы между собой.
Краткий конспект
1. Элементная база: электронно-вакуумные лампы.
2. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов.
Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести крупные корпорации и правительства.
Лампы потребляли большое количество электроэнергии и выделяли много тепла.
4. Быстродействие: 10−20 тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
6. Программирование: машинные коды. При этом надо знать все команды машины, двоичное представление, архитектуру ЭВМ. В основном были заняты математики-программисты. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.
7. Оперативная память: до 2 Кбайт.
8. Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.
Задание:
1. Прочитать информационное сообщение.
2. В тетради записать краткий конспект
Информационное сообщение
 |
II поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1955-1965 гг.
Второе поколение ЭВМ связано с переходом к транзисторной элементной базе. Транзистор был изобретен в 1949 г. в лаборатории "Dell Laboratories" Дж. Бардином, У. Брайттеном, У. Шокли, которым в 1956 г. была присуждена Нобелевская премия в области физики. Первый компьютер на транзисторах был построен в лаборатории Массачусетского технологического института. Сотрудник института Кеннет Ольсен основал компанию DEC ("Digital Equipment Corporation"), которая в 1961 г. построила транзисторную ЭВМ с маркой PDP, стоившей около 120 000 долл. Таким образом, было положено начало серийному выпуску компьютеров. В качестве конструктивно-технологической основы использовались схемы с печатным монтажом (платы из фольги- рованного гетинакса).
Блочный принцип конструирования ЭВМ позволил подключать большое число разнообразных внешних устройств, что обеспечивало гибкость использования компьютеров. Повысилась тактовая частота работы электронных схем компьютеров, снизились напряжение питания схем (до 10–15 В) и потребляемая мощность (до сотен ватт), существенно выросла надежность работы (до нескольких сотен часов наработки на отказ). Оперативные запоминающие устройства создавались на основе миниатюрных тороидальных ферритовых сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса, ПЗУ – на основе трансформаторов. Впервые стали применяться внешние накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД)[1], флоппи-дисках.
В 1964 г. появился первый монитор для компьютера серии IBM-2250 – монохромный дисплей с экраном 12 х 12 дюймов и разрешением 1024 х 1024 пикселей. Устройство управления ЭВМ поддерживало систему прерываний программ, многопрограммную работу и параллельность работы устройств машины. Нововведением для компьютеров второго поколения стало появление автономных устройств управления (контроллеров), переход к шинной архитектуре, создание первой компьютерной игры ("Война миров"), появление ОС и алгоритмических языков программирования – машинно ориентированного (ассемблеры) и высокого уровня (Паскаль, Кобол, Бейсик и др.). Впервые компьютеры работали в режимах пакетной и телеобработки, возникла новая форма программных продуктов – пакет прикладных программ (∏∏∏), первые СУБД.
Благодаря серийному выпуску компьютеров произошло снижение стоимости машинного времени, что позволило перейти к широкому использованию ЭВМ для всевозможных задач: научно-технических расчетов, управления производством, организационного (административного) управления. Появились первые автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП) и системы автоматического управления технологическими процессами (АСУ ТП).
С начала 1960-х гг. полупроводниковые машины стали производиться и в СССР ("Минск-22", "Минск-32", БЭСМ 4, БЭСМ 6, "М-220", "Урал-14" и др.). "Урал-11" (1964 г.) – полупроводниковая машина, имела одноадресную систему команд. Модели "Урал-14", "Урал-16" были наиболее производительными, аппаратно и программно совместимы между собой, с широким набором периферийных устройств с унифицированным способом подключения, конфигурируемые для каждого конкретного заказчика.
Электронно-вычислительные машины второго поколения имели следующие базовые параметры: производительность – 5 ∙ 104 коротких операций в секунду, разрядность – 24–48 бит, емкость ОЗУ–64–512 Кбайт. В 1965 г. в мире насчитывалось ЭВМ: США – 27 000, Западной Европе – 6000, Японии – 1900. Повсеместно создавались корпорации для массового выпуска компьютеров и элементной базы.
Краткий конспект
В 1948 году Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн изобрели транзистор, за изобретение транзистора они получили Нобелевскую премию в 1956 г.
1 транзистор заменял 40 электронных ламп, был намного дешевле и надёжнее.
В 1958 году создана машина М-20, выполнявшая 20 тыс. операций в секунду — самая мощная ЭВМ 50−х годов в Европе.
В 1963 году сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.
1. Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).
2. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.
4. Быстродействие: 100−500 тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность — оператор ЭВМ.
6. Программирование: на алгоритмических языках, появление первых операционных систем.
7. Оперативная память: 2−32 Кбайт.
8. Введён принцип разделения времени — совмещение во времени работы разных устройств.
9. Недостаток: несовместимость программного обеспечения.
Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей.
Так, небольшие отечественные машины второго поколения («Наири», «Раздан», «Мир» и др.) были в конце 60-х годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на 2−3 порядка выше.
Литература: https://studme.org/97190/informatika