4 поколение эвм кратко

Содержание

В четвертое поколение компьютеров относится к типу компьютеров, которые использовались на этапе, начавшемся в 1972 году. Этот этап был основан на микропроцессорных информационных технологиях.

Это поколение компьютеров, над которым все еще работают. Можно сказать, что компьютеры, которые можно увидеть вокруг, являются компьютерами четвертого поколения.

Первые разработки в области компьютерных технологий были основаны на революционных технологических достижениях, движущей силой которых были изобретения и новые технологии. Это поколение, вероятно, лучше рассматривать как эволюционное, чем революционное.

Таким образом, четвертое поколение компьютеров было большим продолжением или улучшением третьего поколения компьютеров.

Рождение микропроцессора произошло одновременно с рождением микрокомпьютера. Это поколение также соответствовало закону Мура, который предсказывал экспоненциальный рост транзисторов в микрочипах, начиная с 1965 года.

Поколения компьютеров — история развития вычислительной техники

В короткой истории компьютерных технологий можно выделить несколько периодов, основанных на базовых компонентах, используемых для создания компьютера. Деление времени на периоды в некотором смысле условно, поскольку пока старое поколение компьютеров еще производилось, новое поколение набирало обороты.

Можно выделить общие тенденции в развитии компьютеров:

Увеличение количества элементов на единицу площади.
Уменьшение размеров.
Увеличение скорости работы.
Снижение стоимости.
Развитие программных средств, с одной стороны, и упрощение, стандартизация аппаратных – с другой.

Первое поколение. Компьютеры на электронных лампах (194х-1955)

Скорость: десятки тысяч операций в секунду.

Характеристики:

Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тысячи, то машины имели огромные размеры.
Поскольку ламп много и они имеют свойство перегорать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышедшей из строя лампы.
Лампы выделяют большое количество тепла, следовательно, вычислительные машины требуют специальные мощные охладительные системы.

Компьютерные примеры:

Colossus, секретная разработка британского правительства (в ее разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это первый в мире компьютер, который не оказал влияния на развитие компьютерных технологий (из-за своей секретности), но способствовал победе во Второй мировой войне.

Эниак, создатели: Джон Маусли и Дж. Преспер Эккерт. Машина весила 30 тонн. Недостатки: Использование десятичной системы счисления; множество выключателей и проводов.

Эдсак Достижение: первая машина с программой в памяти.

Торнадо I. Короткие слова, работа в реальном времени.

Компьютер IBM 701 (и более поздние модели). Первый компьютер, лидировавший на рынке в течение 10 лет.

Первые ЭВМ

В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе разработал устройство под названием Z1, а в 1942 году выпустил улучшенную версию — Z2. В 1943 году британцы изобрели собственную вычислительную машину и назвали ее Colossus. Некоторые эксперты склонны считать первыми компьютерами британские и немецкие машины. В 1944 году американцы также разработали компьютер на основе информации, полученной из Германии. Компьютер, разработанный в США, назывался Mark I.

В 1946 году американским инженерам удалось совершить небольшую революцию в разработке компьютеров, создав ламповый компьютер ENIAC, который был в 1000 раз мощнее, чем Mark I. Следующей известной американской разработкой стал UNIAC 1951 года, главной особенностью которого было то, что это был первый компьютер, который использовался как коммерческий продукт.

Кстати, в то время советские инженеры, работавшие в Академии наук Украины, уже изобрели свой компьютер. Наша разработка называлась MESM, и ее производительность, по мнению экспертов, была самой высокой среди компьютеров, построенных в Европе.

Нулевое поколение. Механические вычислители

Предпосылки для появления компьютера, вероятно, были заложены еще в древности, но часто обзор начинают с измерительной машины Блеза Паскаля, которую он построил в 1642 году. Эта машина могла выполнять только операции сложения и вычитания. В 1770-х годах Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, которая могла выполнять не только сложение и вычитание, но также умножение и деление.

В XIX веке Чарльз Бэббидж внес важный вклад в будущее развитие вычислительных машин. Его разностная машина могла только складывать и вычитать, но результаты вычислений она сжимала на медной пластине (по аналогии с инструментами ввода-вывода). Аналитическая машина, описанная Бэббиджем, выполняла бы все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода/вывода (как компьютер… только механический) и, что самое главное, могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась на устройстве ввода). Программы для анализирующей машины были написаны Адой Лавлейс (первым известным программистом). В то время машина фактически не использовалась из-за технических и финансовых трудностей. Мир остался позади мыслительного процесса Бэббиджа.

В двадцатом веке автоматические счетные машины были разработаны Конрадом Сусом, Джорджем Стибитсом и Джоном Атанасовым. Машина последнего содержала, так сказать, прототип рабочей памяти, а также использовала двоичную арифметику. Релейный компьютер Говарда Эйкена.

Второе поколение ЭВМ

Какова дальнейшая история развития компьютера? Сменилось несколько поколений компьютеров. В 1960-х годах начали появляться компьютеры, работающие не только на вакуумных трубках, но и на полупроводниках. Тактовые частоты микрочипов значительно возросли — 100 тысяч герц и более считались обыденностью. Первые магнитные диски появились как альтернатива перфокартам. В 1964 году компания IBM выпустила уникальный продукт — автономный компьютерный монитор с довольно приличными характеристиками: диагональ 12 дюймов, 1024 x 1024 пикселей и частота дискретизации 40 Гц.

Что особенного в третьем поколении компьютеров? Прежде всего, перевод компьютеров с ламп и полупроводников на интегральные схемы, которые используются во многих других электронных устройствах, помимо компьютеров.

Впервые возможности интегральных схем были представлены миру в 1959 году благодаря усилиям инженера Джека Килби и компании Texas Instruments. Джек создал небольшую конструкцию на металлической пластине германия, которая заменит сложные полупроводниковые конструкции. Компания Texas Instruments, в свою очередь, разработала компьютер на основе аналогичных пластин. Самое примечательное, что он был в 150 раз меньше полупроводникового компьютера сопоставимой производительности. Дальнейшее развитие получила технология интегральных схем. Важную роль в этом сыграли исследования Роберта Нойса.

В частности, эти аппаратные компоненты позволили значительно уменьшить размеры компьютера. Результатом стало значительное увеличение производительности компьютера. Третье поколение характеризуется появлением компьютеров с тактовой частотой в мегагерцовом диапазоне. Также было снижено энергопотребление компьютеров.

Дальнейшее развитие получили технологии записи и обработки данных в основной памяти. В области основной памяти ферритовые элементы стали более просторными и технологичными. Сначала появились прототипы, а затем и первые версии дискет, которые использовались в качестве внешних носителей информации. Кэш-память вошла в архитектуру компьютера; окно экрана стало стандартным средством взаимодействия между пользователем и компьютером.

Продолжалась разработка компонентов программного обеспечения. Появились интегрированные операционные системы, было разработано более разнообразное прикладное программное обеспечение, а в вычислительную технику была внедрена концепция многозадачности. С появлением третьего поколения компьютеров появились такие программы, как системы управления базами данных и программное обеспечение для автоматизации проектных работ. Существует все больше языков программирования и сред, в которых создается программное обеспечение.

Оборудование

Четвертое поколение принесло важные достижения в области макрокомпьютеров второго поколения, а также миникомпьютеров третьего поколения, добавив новую категорию машин, которыми были микрокомпьютеры или персональные компьютеры.

С другой стороны, полупроводниковая память заменила память магнитного сердечника. Также были разработаны мышь и портативные устройства.

С использованием микропроцессоров в компьютерах их производительность стала намного быстрее и эффективнее.

Микропроцессор — это микросхема, используемая в компьютере для выполнения всех арифметических или логических функций, выполняемых любой программой.

Технологические особенности первого поколения ЭВМ

Какие критерии обычно использовались для определения первого поколения компьютерных разработок? Прежде всего, компьютерные эксперты считают, что основу компонентов составляют вакуумные трубки. Машины первого поколения также имели некоторые характерные внешние особенности — большие размеры и очень высокое энергопотребление.

Их вычислительная мощность также была относительно скромной — несколько тысяч герц. В то же время компьютеры первого поколения содержали множество функций, которые присутствуют и в современных компьютерах. В частности, это машинный код, который позволяет программировать команды, а также записывать данные в память (с помощью перфокарт и электростатических трубок).

Первое поколение компьютеров требовало высочайшей квалификации от человека, использующего их. Это требовало не только специальных знаний (перфокарты, механическое кодирование и т.д.), но, как правило, и знаний в области электротехники.

Как уже упоминалось, компьютеры первого поколения уже имели рабочую память (RAM), но она была чрезвычайно мала и состояла только из сотен или в лучшем случае тысяч байт. Первые модули оперативной памяти для компьютеров вряд ли можно было назвать электронными компонентами. Это были ртутные емкости в виде трубок. Кристаллы памяти фиксировались в определенных точках и таким образом сохраняли данные. Но вскоре после изобретения первого компьютера появились более сложные запоминающие устройства на основе ферритовых сердечников.

Первое поколение компьютеров (1938-1960гг)

Начало второй мировой войны послужило толчком к пониманию стратегической роли вычислительных машин. Правительства разных стран инициировали проекты, направленные на развитие вычислительной техники. В 1938 году в Германии под руководством инженера Конрада Цузе была создана первая в мире вычислительная машина $Z1$. Она была разработана на основе механических арифмометров. Чуть позже одна за другой появились ее усовершенствованные модели $Z2$, $Z3$ и $Z4$. Все они использовалась для выполнения расчетов при проектировании уранового атомного реактора, баллистических ракет и самолетов. Практически одновременно в Великобритании завершается создание вычислительной машины «Colossus», которая была предназначена для расшифровки сообщений Вермахта. И немецкие модели и английская модель были разработаны исключительно для решения узких задач и не могли применяться широко.

В $1944$ году американец Говард Эйкен усовершенствовал немецкие изобретения при помощи электромеханического реле. Теперь механические детали перемещались электромагнитным сигналом. Компьютер был назван «Mark I» и использовался, как и немецкий предшественник, для баллистических расчетов. Одно вычисление на Mark I требовало порядка $5$ секунд.

В $1946$ году американские ученые Джон Мокли и Джон Эккерт догадались заменить электромеханические реле на электронные вакуумные лампы. Так появился электронный вычислительный интегратор и калькулятор ЭНИАК. Лампы позволили увеличить его скорость работы в $1000$ раз в сравнении с Mark I. ЭНИАК помогал решать все те же баллистические и аэродинамические задачи. Длина ЭНИАКа составляла $30$м., объем – $85м^3$,вес-$30$ тонн.

Рисунок 1.

Определение 1

Первый компьютер, предназначенный для коммерческого использования, появился в $1951$ году в США. Назвали его УНИАК – универсальный автоматический компьютер.

Параллельно в СССР также велись независимые работы по созданию компьютеров. В начале $50$-х под руководством академика С.А.Лебедева были созданы МЭСМ (малая электронная счетная машина) и БЭСМ (большая электронная счетная машина).

Все эти вычислительные машины относятся к первому поколению. Они работали на радиодеталях и вакуумных лампах, в качестве запоминающих устройств использовали магнитные ленты и перфокарты. В каждой был свой собственный способ записи программ – машинный язык, который мог использоваться только для этой модели компьютера. Следовательно, программы написанные для одного компьютера, не могли повторно использоваться на другом.

Достоинства и недостатки

IV поколение ЭВМ имеет две линии развития — ПК и суперкомпьютеры. У каждого вида есть свои плюсы и минусы.

Достоинства суперкомпьютеров:

быстродействие в миллиарды операций в секунду;
возможность обработки большого количества информации.

Недостаток суперЭВМ: стоимость в десятки миллионов долларов.

Достоинства персональных компьютеров:

небольшая цена;
компактность;
удобный интерфейс;
универсальный набор функция для бытового применения ПК;
простое для пользователя программное обеспечение;
надежность и простота ремонта.

Недостатки ПК:

ограниченные возможности работе с большим объемом данных;
вычислительная мощность микроЭВМ не всегда подходит для решения задач с большим количеством элементов.

История развития ЭВМ четвертого поколения

Появление четвертого поколения компьютеров датируется 1971 годом. Компонентами компьютеров этого поколения были микропроцессоры.

Микропроцессор — это очень большая интегрированная система. Он работает в соответствии с заложенной в память программой. По своим возможностям микропроцессор может заменить функциональность процессора.

Микрокомпьютер представляет собой комбинацию микропроцессора, модуля ввода/вывода и модуля внешней памяти. Скорость компьютеров той эпохи достигала 100 миллионов операций в секунду.

Внимание! Если профессор обнаружит плагиат в вашей работе, у вас будут большие неприятности (вплоть до исключения). Если вы не можете написать работу самостоятельно, закажите ее здесь

Особенностью машин поколения IV был их небольшой размер и относительно низкая цена. Это стало предпосылкой для разработки первых персональных компьютеров.

Персональный компьютер — это автономное рабочее устройство с универсальными функциями.

В 1976 году молодой американской компанией Apple был выпущен первый компьютер. Компьютер, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком, назывался Apple 1.

Микрокомпьютер Apple имел следующие характеристики:

цветной дисплей;
мышь в качестве манипулятора;
удобная клавиатура;
магнитные и оптические компактные диски.

С появлением компьютеров спрос на мейнфреймы снизился. Лидер в производстве мэйнфреймов, компания IBM, затем разработала микрокомпьютеры. В 1981 году компания выпустила IBM PC, микрокомпьютер с собственной операционной системой Microsoft. Устройство было основано на 16-битном процессоре Intel 8088. Он имел монохромный текстовый дисплей и два дисковых накопителя на 160 килобайт. IBM PC имел 64 Кбайт оперативной памяти. Открытая архитектура этой модели стала эталоном на международном рынке персональных компьютеров для бизнеса.

В 1984 году компания Apple выпустила свой первый компьютер Macintosh. Это семейство компьютеров широко использовалось в сфере образования в США.

К четвертому поколению компьютеров относятся и так называемые суперкомпьютеры. Компьютеры этого типа характеризуются производительностью до миллиардов операций в секунду. Первые суперкомпьютеры. К этой категории относится отечественный многопроцессорный комплекс «Эльбрус».

Пятое поколение компьютеров (1990-…)

Термин «пятое поколение компьютеров» считается спорным. История предыдущих четырех поколений показывает, что усовершенствования происходили за счет увеличения количества элементов на единицу площади. По этой логике от компьютеров пятого поколения ожидались параллельные вычисления — взаимодействие огромного количества процессоров.

В начале $80$-х Япония объявила правительственную программу по разработке компьютеров нового типа. Разработчики делали ставку на параллельные вычисления, многопроцессорность и переход от процедурных языков программирования к языкам, основанным на логике. По мнению специалистов использование таких языков должно было бы сделать программы самообучаемыми и тем самым приблизить человечество на шаг к реализации искусственного интеллекта.

Одновременно в СССР была предпринята попытка создания многопроцессорного компьютера «Марс».

Замечание 2

Однако, оказалось, что параллельная работа нескольких процессоров не дает той высокой производительности, которая ожидалась. Разработанные образцы быстро устаревали. Что же касается языков, основанных на логике, выяснилось, что они не позволяют создавать программы необходимого уровня сложности без использования обычных процедурных подходов.

Поэтому многие специалисты считают, что пятое поколение компьютеров не состоялось как таковое, а для дальнейшего совершенствования нужны принципиально новые технологии. Другие утверждают, что все-таки можно называть пятым поколением реализацию параллельных вычислений и облачных технологий.

Происхождение и историяЧетвертое поколение

Изобретение микропроцессорного чипа привело к появлению четвертого поколения компьютеров. Это привело к разработке микрокомпьютера или персонального компьютера.

Первый микропроцессор, Intel 4004, был разработан американской компанией Intel в 1971 году.

Технология VLSI (Very Large Scale Integration) позволила создать полный процессор или основную память в одной интегральной схеме, которую можно было производить массово и по очень низкой цене.

Это привело к появлению новых классов машин, таких как персональные компьютеры и высокопроизводительные параллельные процессоры с тысячами процессоров.

Важность

В микропроцессорах сначала использовалась технология крупномасштабной интеграции, а затем технология очень крупномасштабной интеграции для инкапсуляции миллионов транзисторов на одном кристалле.

Технология микропроцессоров теперь присутствует во всех современных компьютерах. Чипы как таковые можно производить дешево и в больших количествах.

Это поколение компьютеров развивалось очень быстро, потому что они были очень универсальными и простыми в использовании.Роль компьютеров была очень полезной, особенно в области промышленности и информационных технологий.

Новый микропроцессор был таким же мощным, как компьютер ENIAC 1946 г. То, что занимало целую комнату в первом поколении, теперь могло уместиться на ладони.

Настольные компьютеры стали обычным явлением. Персональные компьютеры, которые можно увидеть в офисах и домах, относятся к четвертому поколению компьютеров.

Поколение IV (с 1972 года по настоящее время)

Четвертое поколение — это нынешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые были использованы большие интегральные схемы (ИС), эквивалентные по мощности примерно 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 году удалось установить центральный процессор небольшого компьютера на 1/4-дюймовый (0,635 см2.) чип. СБИС уже использовались в таких компьютерах, как Иллиак, Эльбрус, Макинтош.

Производительность таких машин составляла тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ была увеличена до 500 миллионов двоичных цифр. Такие машины выполняют несколько инструкций над несколькими наборами операндов одновременно.

По своей структуре машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и мультимашинные комплексы, работающие на общую память и общий массив внешних устройств.

Распространение персональных компьютеров в конце 1970-х гг. привело к некоторому снижению спроса на мейнфреймы и миникомпьютеры. Это было основной заботой IBM (International Business Machines Corporation), ведущего производителя крупных компьютеров. В 1979 году компания IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров и разработала первый персональный компьютер — IBM PC.

Конструкционно-технологической основой четвертого поколения компьютеров являются крупные (LSI) и сверхкрупные (SVI) ИС.

Четвертое поколение включает в себя такие новые вычислительные устройства, как микропроцессоры и микрокомпьютеры, созданные на их основе на базе СБИС. Микропроцессоры и микрокомпьютеры нашли широкое применение в устройствах и системах автоматизации измерений, обработке данных и управлении технологическими процессами, конструировании различных специализированных цифровых устройств и машин.

Вычислительных возможностей микрокомпьютеров было достаточно для того, чтобы создать на их базе в рамках четвертого поколения компьютеров новый тип вычислительных устройств с широким спектром рабочих характеристик и приложений — персональные компьютеры, которые сейчас нашли широкое применение.

В четвертом поколении персональных компьютеров дальнейшее упрощение контактов человека с компьютерами достигается за счет повышения уровня владения машинным языком, значительного расширения функций устройств (терминалов), используемых людьми для общения с компьютерами, начинается практическая реализация голосового общения с компьютерами. Использование СПИС позволяет на аппаратном обеспечении реализовать некоторые функции программ операционных систем (аппаратная реализация трансляторов с алгоритмических языков высокого уровня и т.д.), что способствует повышению производительности машин.

Характерной чертой больших компьютеров четвертого поколения является наличие нескольких процессоров, ориентированных на выполнение определенных операций, процедур или решение определенных классов задач. В контексте этого поколения появляются многопроцессорные вычислительные системы с рабочей скоростью в несколько десятков и даже сотен миллионов операций в секунду. Это поколение также включает в себя многопроцессорные системы управления высокой надежности с автоматической сменой структуры (автоматическая реконфигурация).

На каких элементах построены, устройство, структурная схема

Компьютеры на больших интегральных системах состояли из следующих компонентов:

плата памяти и дополнительное запоминающее устройство;
основная панель со сверхбольшой интегральной системой и местом для доппамяти;
интерфейсы печатной платы и платы дисковода;
дисковод с функцией считывания и записи информации на магнитные носители;
внешние магнитные или гибкие носители данных;
панель для ввода информации.

Все устройства компьютера объединяла единая шина. Она состояла из линии передачи информации, сигналов питания и управления. Это облегчило структуру ЭВМ. Передачу данных производилась с помощью сервисных программ.

Процессор и основное запоминающее устройство были основой ядра персонального компьютера. Основная память состояла из постоянной и оперативной. Постоянное запоминающее устройство записывало и хранило постоянно используемые программы.

Интеграция

Это поколение узнало о процессах создания интегральных схем, содержащих тысячи транзисторов на одном кристалле.

При крупномасштабной интеграции (LSI) 1000 устройств можно разместить на кристалле, а при очень крупномасштабной интеграции (VLSI) можно разместить 100 000 устройств на кристалле.

С микропроцессором можно было разместить центральный процессор (ЦП) компьютера на одном кристалле. В простых системах весь компьютер может уместиться на одной микросхеме: процессор, основная память и контроллеры ввода / вывода.

Микросхемы обработки используются для ЦП, а микросхемы памяти — для ОЗУ. Однако было возможно разработать процессоры со встроенной памятью или кеш-памятью на одном кристалле.