Урок 60
§35. История и перспективы развития компьютеров
Содержание урока
Поколения компьютеров
Перспективы развития компьютеров
Поколения компьютеров
Прогресс вычислительной техники во многом определялся развитием её элементной базы, т. е. тех базовых деталей (элементов), из которых собирались все устройства электронных машин. В истории вычислительной техники было четыре типа таких базовых элементов (рис. 7.2), поэтому говорят о четырёх поколениях компьютеров.
Рис. 7.2
Компьютеры первого поколения (примерно 1945—1955 годы) работали на электронных лампах. Первой электронно-вычислительной машиной (ЭВМ 1)), которая могла выполнять вычисления по заложенной в неё программе, принято считать ЭНИАК (сокращение от английского словосочетания Electronic Numeric Integrator and Computer) — рис. 7.3 (фото с сайта www.fi.edu). Эта ЭВМ была построена в 1944 году в США.
1) Термин «ЭВМ» использовался в литературе приблизительно до 80-х годов XX века. Сейчас все разновидности вычислительной техники называют компьютерами, но старые модели по традиции именуются ЭВМ.
Рис. 7.3
Используя дополнительные источники, выясните, какие ЭВМ первого поколения были построены в СССР.
Второе поколение (примерно 1955—1965 годы) появилось тогда, когда на смену лампам в электронных схемах пришли транзисторы — приборы для управления электрическими сигналами на основе кристаллов кремния. На транзисторах удалось собрать логические элементы для выполнения вычислений и элементы памяти.
Используя дополнительные источники, найдите ответы на вопросы.
— Кто и когда изобрёл транзистор?
— Когда и где была построена первая ЭВМ на транзисторах? Как она называлась?
ЭВМ на транзисторах были значительно меньше и имели существенно более высокое быстродействие; они потребляли гораздо меньше энергии, были надёжнее и не требовали таких громоздких систем отвода тепла, как ламповые машины. Многие машины второго поколения уже помещались в обычной комнате среднего размера.
Одна из наиболее быстродействующих ЭВМ второго поколения — БЭСМ-6 (СССР, 1967 год), построенная под руководством Сергея Алексеевича Лебедева.
Некоторые ЭВМ этой серии использовались до начала 90-х годов XX века (рис. 7.4).
Рис. 7.4.
Появление третьего поколения ЭВМ (примерно 1967-1975 годы) связано с изобретением интегральной микросхемы. Так называется кристалл, в котором размещается целая электронная схема: несколько транзисторов, резисторы, конденсаторы и другие радиодетали.
Используя дополнительные источники, выясните, кто и когда разработал первую интегральную микросхему.
Казалось бы, размеры этих ЭВМ снова должны были существенно уменьшиться, но этого не произошло. Дело в том, что ЭВМ третьего поколения были предназначены для коллективной (многопользовательской) работы. Это было время крупных вычислительных центров, предоставлявших услуги огромному числу пользователей. Поэтому главное внимание уделялось не уменьшению размеров и стоимости машин, а повышению их вычислительной мощности при обработке больших объёмов данных.
В это время начали выпускать семейства вычислительных машин, которые совместимы между собой как аппаратно (все устройства сконструированы по одинаковым стандартам), так и программно (имеют одинаковую систему команд).
Впервые идею общей архитектуры, обеспечивающей выполнение написанных ранее программ на любой новой модели, предложила фирма IBM, которая разработала семейства больших ЭВМ IBM/360 и IBM/370.
Используя дополнительные источники, выясните, какие семейства ЭВМ третьего поколения разрабатывались в нашей стране.
В результате прогресса в электронике существенно увеличилась плотность «упаковки» элементов на кристалле, и в одной микросхеме стали собирать целые узлы, например микропроцессор. Такие микросхемы стали называть БИС (большие интегральные схемы, от 1000 до 10000 элементов на кристалле), а позднее — СБИС (сверхбольшие ИС, более 10 000 элементов). Именно они стали основой четвёртого поколения компьютеров, которое существует примерно с 1975 года до настоящего времени.
Используя дополнительные источники, выясните, когда и кем был разработал первый микропроцессор. Как он назывался и для чего бы предназначен?
Увеличение плотности схемы позволило повысить быстродействие и надёжность компьютеров. Однако при этом увеличивается теплоотдача от миниатюрных деталей, поэтому требуются специальные меры по отводу тепла (например, установка вентиляторов охлаждения).
Первый процессор Intel 8080, предназначенный специально для компьютеров, был выпущен в 1974 году. На его базе был разработан персональный компьютер Альтаир, имевший большой коммерческий успех. Он вошел в историю ещё и потому, что в 1975 году студент Билл Гейтс со своим другом Полом Алленом написали для него транслятор языка программирования BASIC. Чуть позднее они создали известную компанию Microsoft.
В 1976 году два молодых приятеля Стив Джобс и Стив Возник в гараже родителей Джобса собрали ПК Apple, положивший начало известному ныне семейству компьютеров. А в 1981 году был продемонстрирован первый компьютер другого семейства — IBM PC (IBM Personal Computer), потомки которого в нашей стране особенно широко распространены.
Важное направление в компьютерах четвёртого поколения — параллельная (одновременная) обработка данных. Если задачу удаётся разбить на независимые друг от друга подзадачи, то их не обязательно выполнять друг за другом, они могут для экономии времени работать одновременно. Правда, для этого требуется несколько процессоров, но современный уровень техники это позволяет. Более того, в последние годы построены многоядерные процессоры, т. е. несколько процессоров «упакованы» в одном кристалле.
Мощные многопроцессорные компьютеры, в которых выполняется параллельная обработка данных, называют суперкомпьютерами. Это уникальные устройства, поэтому они изготавливаются штучно. В литературе часто упоминаются суперкомпьютеры серии CRAY, разработанные под руководством Сеймура Крэя.
Используя дополнительные источники, выясните, когда был построен первый суперкомпьютер фирмы CRAY. Какое быстродействие он имел?
Все развитые страны ведут жёсткую конкуренцию в области суперкомпьютеров, поскольку обладание такой техникой позволяет решать стратегически важные вычислительные задачи:
• исследование геофизики Земли, прогнозирование изменений климата на планете;
• создание математических моделей молекул (полимеров, кристаллов и т. п.), синтез новых материалов и лекарств;
• расчёт процессов горения и взрыва, а также моделирование других физических задач (полёт летательных аппаратов, расчёт на прочность кузовов автомобилей);
• моделирование и прогнозирование ситуации в экономике;
• моделирование работы человеческого мозга;
• расчеты процессов нефте- и газодобычи, а также сейсморазведки недр;
• проектирование новых электронных устройств.
В 2009 году в МГУ введён в строй самый мощный российский суперкомпьютер «Ломоносов» производительностью около 400 Тфлопс (рис. 7.5г). В его состав входят 8892 многоядерных процессора (общее число ядер — 35 776). На момент запуска «Ломоносов» занимал в мировом рейтинге суперкомпьютеров ТорбОО двенадцатое место. В 2014 году запущен новый суперкомпьютер «Ломоносов-2», который в несколько раз быстрее своего предшественника.
Используя дополнительные источники, выясните, что такое «флопс» и «Тфлопс».
Используя дополнительные источники, выясните, какой суперкомпьютер считается самым мощным в мире на сегодняшний день. Каково его быстродействие?
Рис. 7.5.
Настоящая революция в информационных технологиях связана с появлением разнообразных мобильных компьютеров: ноутбуков, планшетных компьютеров, смартфонов, электронных книг (рис. 7.6). Многие из них имеют сенсорные экраны и могут выполнять функции мобильного телефона и GPS-навигатора.
Рис. 7.6.
Следующая страница 
Рост возможностей компьютеров
Cкачать материалы урока
