Электронно-вычислительный период

 

2. Электронно-вычислительный период

 

2.1. Аналоговые вычислительные  машины (АВМ)

 

В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.

Достоинства АВМ:

• высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;
• простота конструкции АВМ;
• лёгкость подготовки задачи к решению;
• наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.

Недостатки АВМ:

• малая точность получаемых результатов (до 10%);
• алгоритмическая ограниченность решаемых задач;
• ручной ввод решаемой задачи в машину;
• большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением сложности задачи.

 

2.2. Электронные вычислительные машины (ЭВМ)

 

В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микро-ЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

• высокая точность вычислений;
• универсальность;
• автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;
• разнообразие задач, решаемых ЭВМ;
• независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

• сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);
• недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;
• сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;
• требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры.

Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения. Смена поколений связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту вычислительной мощности ЭВМ, т.е. быстродействия и объема памяти, а также происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером. Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ.

П О К О Л Е Н И Я   Э В М

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ	I	II	III	IV
Годы применения	1946-1960	1960-1964	1964-1970	1970-1980
Основной элемент	Эл.лампа	Транзистор	ИС	БИС
|Количество ЭВМ в мире (шт.)	Сотни	Тысячи	Десятки тысяч	Миллионы
Размеры ЭВМ	Большие	Значительно меньше	Мини-ЭВМ	микроЭВМ
Быстродействие(усл)	1	10	1000	10000
Носитель информации	Перфокарта, перфолента	Магнитная лента	Диск	Гибкий диск

 

I поколение

В первой половине XX в. бурно развивалась радиотехника. Основным элементом радиоприемников и радиопередатчиков в то время были электронно-вакуумные лампы. Электронные лампы стали технической основой для первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

Первая ЭВМ - универсальная машина на электронных лампах построена в США в 1945 году. Она называлась ENIAC, ее конструкторами были Моучли и Эккерт. Скорость счета этой машины превосходила скорость релейных машин того времени в тысячу раз.

В 1946 г. вышла в свет статья Джона фон Неймана, в которой были изложены принципы устройства и работы ЭВМ. Главный из них - принцип хранимой в памяти программы, согласно которому данные и программа помещаются в общую память машины.

В 1949 г. была построена первая ЭВМ с архитектурой Неймана.

В нашей СССР, первая ЭВМ была создана в 1951 г. Называлась она МЭСМ - малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев.

Затем были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ (большая электронная счетная машина). В то-время эти машины были одними из лучших в мире. Самым выдающимся достижением в 60-х г. было изобретение БЭСМ - 6 - это первая отечественная и одна из первых в миреЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в секунду.

Итак, первое поколение ЭВМ - ламповые машины 50-х годов. Скорость счета самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тыс.опер/сек. Для ввода программ и данных использовались перфокарты и перфоленты. Т.к. внутренняя память машин была невелика, то они пользовались для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. Это были довольно громоздкие сооружения, содержащие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт. Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд Это довольно трудоемкая работа. Поэтому программирование в тс времена было доступно немногим.

 

II поколение

В 1949 г. в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор.

В 60-х г. транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее.надежнее, менее энергоемкими. Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч опер/сек. Объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения.

Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные, поисковые системы. Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них стали ФОРТРАН. АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.

 

III поколение

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе - интегральных схемах. С помощью очень сложной технологии специалисты научились монтировать на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см, достаточно сложные электронные схемы.Их назвали интегральными схемами (ИС).

Первые ИС содержали в себе десятки, затем - сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда количество элементов достигло тысячи, их стали называть большими интегральными схемами - БИС, затем появились сверхбольшие интегральные схемы – СБИС. 

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х г.г., когда американская фирма IВМ приступила к выпуску системы машин IВМ-360. В Советском Союзе в 70-х г. начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ).

Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры ЭВМ Появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла миллионов опер/сек. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств - магнитные диски Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители

В этот период существенно расширились области применения ЭВМ, Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ).

 

IV поколение.

В 70-е г. получили мощное развитие мини-ЭВМ. Они стали меньше, дешевле, надежнее больших машин. Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 г. когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессоры стали  осуществлять управление работой станков, автомобилей, самолетов. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.

Микро-ЭВМ относятся к машинам четвертого поколения. Существенным отличием микро-ЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной торговле. Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются персональные компьютеры. В 1976 г на свет появился первый персональный компьютер серии Аррle-1 под руководством американцев Стива Джобса и Стива Возняка.

В аппаратном комплекте ПК используется цветной графический дисплей, манипуляторы.удобная клавиатура, компактные диски. Программное обеспечение позволяет человеку легко общаться с машиной, быстро усваивать основные приемы работы с ней, получать пользу от компьютера, не прибегая к программированию.

Машины с такими свойствами быстро приобрели популярность, их выпускают большими тиражами. С 1980 г. самой лучшей является американская фирма IВМ, а с начала 90-х г. большую популярность приобрели машины фирмы Аррle марки Macintosh( в основном в системе образования).

 

V поколение

ЭВМ пятого поколения - машины недалекого будущего, основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание».

 

2.3. Аналого-цифровые вычислительные  машины (АЦВМ)

 

АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.

В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).

 

4. Список литературы

 

1. 1. А.П.Пятибратов, А.С.Касаткин, Р.В.Можаров. “ЭВМ, МИНИ-ЭВМ и микропроцессорная техника в учебном процессе.”

2. А.П.Пятибратов, А.С.Касаткин, Р.В.Можаров. “Электронно-вычислительные  машины в управлении.”

3. Владимир Гаков: «Ада Лавлейс Программа-максимум» // Cosmopolitan в Украине, июнь 2006, 190-192 c.

4.  «Справочник необходимых знаний» / Кондрашов, Москва: 2000. – 608-613 с.

5.http://schools.keldysh.ru Виртуальный музей информатики