Вычислительные машины и языки программирования

Оглавление

1. Введение.
2. История развития ЭВМ.
3. Типы ЭВМ.
4. Языки программирования.
5. Заключение.
6. Список литературы.

 

1.Введение

ЭВМ проделали большой  эволюционный путь в смысле элементной базы, каждые 7-10 лет кардинально  обновлялись конструктивно-технологические  и программно-алгоритмические принципы построения и использования ЭВМ, а также в смысле появления  новых возможностей, расширения области  применения и характера их использования.

Первые программы заключались в установке ключевых переключателей на передней панели вычислительного устройства. Очевидно, таким способом можно было составить только небольшие программы. Впоследствии увеличения объема информационной базы дальнейшее использование программ таким методом было не возможным что и привело к созданию машинного языка.

 

2. История  развития ЭВМ

ЭВМ делятся на поколения  условно по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с ЭВМ.

• Первое поколение. Релейные и ламповые компьютеры.
• Второе поколение. Полупроводниковые компьютеры.
• Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах.
• Четвёртое поколение. Компьютеры на (сверх)больших интегральных схемах.
• Пятое поколение. Многопроцессорные компьютеры.
• Шестое поколение .Электронные и оптоэлектронные.

 

Первое поколение ЭВМ

Принято считать, что первое поколение ЭВМ появилось в  ходе Второй мировой войны после 1943 года, хотя первым работающим представителем следовало бы считать машину V-1 (Z1) Конрада Цузе, продемонстрированную друзьям и Гг родственникам в 1938 году. Это была первая электронная (построенная на самодельных аналогах реле) машина, капризная в обращении и ненадёжная в вычислениях. В мае 1941 года в Берлине Цузе представил машину Z3, вызвавшую восторг у специалистов. Несмотря на ряд недостатков, это был первый компьютер, который, при других обстоятельствах, мог бы иметь коммерческий успех.Однако первыми ЭВМ считаются английский Colossus (1943 г.) и американский ENIAC (1945 г.). ENIAC был первым компьютером на вакуумных лампах.

Второе поколение ЭВМ

Второе поколение ЭВМ  – это переход к транзисторной  элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется  уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной  структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное  УУ от управления операциями ввода-вывода.

Совершенствование и удешевление  ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени  и вычислительных ресурсов в общей  стоимости автоматизированного  решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто  используемые программные средства выделяются в ППП для решения  задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются  специальные программные средства - системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение  перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы  пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали  коэффициент загрузки процессора. Системы  пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они  стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист  сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить  на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в  виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив  до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что  иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением  от английского слова batch, что означает пакет).

Третье поколение ЭВМ

Интегральная схема, чип - "микроэлектронное изделие, имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и рассматриваемое как единое конструктивное целое". (Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины. М.: Русский язык, 1993)

До изобретения интегральной микросхемы (в 1958 г.) каждый компонент  электронной схемы изготавливался отдельно, а затем компоненты соединялись  посредством пайки. Появление интегральных микросхем изменило всю технологию. При этом электронная аппаратура стала более дешевой.

Микросхема представляет собой многослойное хитросплетение сотен схем, настолько крошечных, что их невозможно разглядеть невооруженным  глазом. В этих схемах есть и пассивные  компоненты — резисторы, создающие  сопротивление электрическому току, и конденсаторы, способные накапливать заряд. Однако самыми важными компонентами интегральных микросхем являются транзисторы — приборы, способные как усиливать напряжение, так и включать и выключать его, "разговаривая" на двоичном языке.

Многочисленные и разнообразные  компоненты интегральных микросхем  формируются в кристалле кремния, являющемся, как известно, одним  из самых распространенных в природе  элементов. При обычных условиях кремний практически не проводит ток. Но при внесении примесей его  свойства меняются.

 

Первая интегральная схема

Есть множество непростых  технологических процессов, в результате которых и получаются современные  интегральные микросхемы. Производство их сложно, зато если поточная линия  и все технологические процессы отлажены, микросхемы можно "штамповать" десятками тысяч, и все затраты  с избытком окупаются.

Интегральные схемы дали возможность значительно сократить  размеры изделий, избавили от необходимости  трудоемкой пайки, соединений между  элементами. Уменьшение количества соединений способствовало повышению надежности приборов. Повысилась скорость работы, так как электрические импульсы преодолевали теперь значительно меньшие  расстояния. Особенность:

Третье поколение связывается  с появлением ЭВМ с элементной базой на интегральных схемах (ИС). В  январе 1959 г. Д. Килби была создана  первая интегральная схема, представляющая собой тонкую германиевую пластинку  длиной в 1 см. Для демонстрации возможностей интегральной технологии фирма Texas Instruments создала для ВВС США бортовой компьютер, содержащий 587 интегральных схем и объемом в 150 раз меньшим, чем у аналогичной ЭВМ старого  образца. Но у интегральной схемы  Килби был ряд существенных недостатков, которые были устранены с появлением в том же году планарных интегральных схем Р. Нойса. С этого момента  ИС-технология начала свое триумфальное шествие, захватывая все новые разделы  современной электроники и, в  первую очередь, вычислительную технику.

Первые специальные бортовые ЭВМ по ИС-технологии проектируются  и строятся по заказам военного ведомства  США. Новая технология обеспечивала большие надежность, технологичность  и быстродействие вычислительной техники  при существенном уменьшении ее габаритов. На одном квадратном миллиметре интегральной схемы оказалось возможным размещать  тысячи логических элементов. Однако не только ИС-технология определила появление  нового поколения ЭВМ - ЭВМ третьего поколения, как правило, образуют серии  моделей, программно совместимых снизу  вверх и обладающих возрастающими  от модели к модели возможностями. Вместе с тем, данная технология позволяла реализовывать намного более сложные логические архитектуры ЭВМ и их периферийного оборудования, что существенно расширяло функциональные и вычислительные возможности ЭВМ.

Наиболее важным критерием  различия ЭВМ второго и третьего поколений является существенное развитие архитектуры ЭВМ, удовлетворяющей  требованиям как решаемых задач, так и работающих на них программистов. С разработкой экспериментальных  ЭВМ Stretch фирмы IBM и Atlas Манчестерского университета подобная концепция архитектуры  ЭВМ стала реальностью; воплотила  ее уже на коммерческой основе фирма IBM созданием широко известной серии IBM/360. Частью ЭВМ становятся операционные системы, появились возможности  мультипрограммирования; многие задачи управления памятью, устройствами ввода/вывода и другими ресурсами стали  брать на себя операционные системы  или же непосредственно аппаратная часть ЭВМ.

Первой такой серией, с  которой принято вести отсчет третьего поколения, является широко известная  серия моделей IBM Series/360 (или кратко IBM/360), серийный выпуск которой был  начат в США в 1964 г; а уже  к 1970 г. серия включала 11 моделей. Данная серия оказала большое влияние  на дальнейшее развитие ЭВМ общего назначения во всех странах в качестве эталона и стандарта для многих проектных решений в области  вычислительной техники. Среди других ЭВМ третьего поколения можно  отметить такие модели как PDP-8, PDP-11, B3500 и целый ряд других. В СССР и других странах СЭВ с 1972 г. было начато производство Единой серии ЭВМ (ЕС ЭВМ), копирующей (насколько это  было технологически возможно) серию IBM/360. Наряду с серией ЕС ЭВМ в странах  СЭВ и СССР с 1970 г. было начато производство серии малых ЭВМ (СМ ЭВМ), совместимой  с известной PDP-серией.

Если модели серии IBM/360 не полностью использовали ИС-технологию (применялись и методы минитюаризации дискретных транзисторных элементов), то новая серия IBM/370 была реализована  уже по 100%-й ИС-технологии, сохраняла  преемственность с 360-й серией, но ее модели имели значительно более  лучшие технические характеристики, более развитую систему команд и  ряд важных архитектурных новшеств.

Значительно более мощным становится программное обеспечение, обеспечивающее функционирование ЭВМ  в различных режимах эксплуатации. Появляются развитые cистемы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования  проектных работ (САПР) различного назначения, совершенствуются АСУ, АСУТП и др. Большое внимание уделяется созданию пакетов прикладных программ (ППП) различного назначения. По-прежнему появляются новые  и развиваются существующие языки  и системы программирования, количество которых достигает уже порядка 3000. Наиболее широкое применение ЭВМ третьего поколения нашли в качестве технической основы создания больших и сверхбольших информационных систем. Важную роль в решении данной проблемы сыграло создание программного обеспечения (СУБД), обеспечивающего создание и ведение баз и банков данных различного назначения. Разнообразие вычислительных и программных средств, а также периферийного оборудования поставило на повестку дня вопросы эффективного выбора комплексов программно-вычислительных средств для тех или иных приложений.

О развитии ВТ третьего поколения  в СССР следует сказать особо. Для выработки единой технической  политики в области вычислительной техники в 1969 г. по инициативе Союза  была создана Межправительственная комиссия с Координационным центром, а затем и Советом главных  конструкторов. Было принято решение  о создании аналога серии IBM/360 в  качестве основы вычислительной техники  стран СЭВ. Для этого были сконцентрированы усилия больших научно-исследовательских  и проектно-конструкторских коллективов, привлечено более 20 тыс. ученых и высококвалифицированных  специалистов, создан крупный научно-исследовательский  центр вычислительной техники (НИЦЭВТ), что позволило в начале 70-х  годов наладить серийное производство первых моделей ЕС ЭВМ. Сразу же следует  отметить, что модели ЕС ЭВМ (особенно первые) являлись далеко не лучшими  копиями соответствующих оригиналов серии IBM/360.

Конец 60-х годов в СССР характеризуется большим разнообразием  несовместимых средств вычислительной техники, серьезно уступающим по основным показателям лучшим зарубежным моделям, что потребовало выработки более  разумной технической политики в  данном стратегически важном вопросе. Принимая во внимание весьма серьезное  отставание в этом вопросе от развитых в компьютерном отношении стран (и в первую очередь, от извечного  конкурента - США) и было принято  вышеуказанное решение, выглядевшее  весьма заманчиво - использовать отработанную и апробированную в течение 5 лет  и уже хорошо зарекомендовавшую  себя IBM-серию с целью быстрого и дешевого внедрения ее в народное хозяйство, открывая широкий доступ к весьма богатому программному обеспечению, созданному к тому времени за рубежом. Но все это являлось лишь тактическим  выигрышем, стратегии же развития отечественной  вычислительной техники был нанесен  мощный нокаутирующий удар.

Четвёртое поколение ЭВМ

К четвёртому поколению относятся  все компьютеры, производящиеся сегодня. Самые распространённые из них —  это настольные компьютеры, построенные  по фон-неймановской архитектуре, также известной как архитектура IBM PC.

Пятое поколение ЭВМ

О пятом поколении ЭВМ  заговорили в начале 80-х годов, когда Япония заявила о начале проекта по созданию ЭВМ нового поколения - с элементамиискусственного интеллекта (предполагалось широкое использование языка Пролог) и не фон-неймановской архитектуры.

Шестое поколение ЭВМ

Электронные и оптоэлектронные  компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру  нейронных биологических систем.