Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). ЭВМ 4-го поколения

Начало 70-х годов знаменует переход к компьютерам четвертого поколения – на сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Другим признаком ЭВМ нового поколения являются резкие изменения в архитектуре. Техника четвертого поколения породила качественно новый элемент ЭВМ – микропроцессор. В 1971 году пришли к идее ограничить возможности процессора, заложив в него небольшой набор операций, микропрограммы которых должны быть заранее введены в постоянную память. Оценки показали, что применение постоянного запоминающего устройства в 16 килобит позволит исключить 100‑200 обычных интегральных схем. Так возникла идея микропроцессора, который можно реализовать даже на одном кристалле, а программу в его память записать навсегда. В то время в рядовом микропроцессоре уровень интеграции соответствовал плотности, равной примерно 500 транзисторам на один квадратный миллиметр, при этом достигалась очень хорошая надежность.

К середине 70-х годов положение на компьютерном рынке резко и непредвиденно стало изменяться. Четко выделились две концепции развития ЭВМ. Воплощением первой концепции стали суперкомпьютеры, а второй – персональные ЭВМ.

Из больших компьютеров четвертого поколения на сверхбольших интегральных схемах особенно выделялись американские машины «Крей-1» и «Крей-2», а также советские модели «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2». Первые их образцы появились примерно в одно и то же время – в 1976 году. Все они относятся к категории суперкомпьютеров, так как имеют предельно достижимые для своего времени характеристики и очень высокую стоимость.

В машинах четвертого поколения сделан отход от архитектуры фон Неймана, которая была ведущим признаком подавляющего большинства всех предыдущих компьютеров.

Многопроцессорные ЭВМ, в связи с громадным быстродействием и особенностями архитектуры, используются для решения ряда уникальных задач гидродинамики, аэродинамики, долгосрочного прогноза погоды и т.п. Наряду с суперкомпьютерами в состав четвертого поколения входят многие типы мини-ЭВМ, также опирающиеся на элементную базу из сверхбольших интегральных схем.

III. Персональные компьютеры

Хотя и персональные компьютеры относятся к ЭВМ 4-го поколения, все же возможность их широкого распространения, несмотря на достижения технологии СБИС, оставалась бы весьма небольшой (рис.4). Если бы в 1970 г. не был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру — Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intеl скон­струировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центрально­му процессору большого компьютера. Так появился пер­вый микропроцессор Iпtеl-4004, кото­рый был выпущен в продажу в 1971 г. Это был настоя­щий прорыв, ибо микропроцессор Intеl-4004 размером менее 3 см был

Рис.4 IBM 5110 весивший 23 кг, позиционировался в 1975 году как портативный компьютер по цене $14000.

 

производительнее гигантской машины ЕNIАС. Правда, возможности Intе1~4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора больших ком­пьютеров того времени, — он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита инфор­мации (процессоры больших компьютеров обрабатывали 16 или 32 бита одновременно), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле. Но рост производительности микропроцессоров не заставил себя ждать. В 1973 г. фирма Intе1 выпустила 8-битовый микропроцессор Intе1-8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intе1-8080, которая до конца 70-х годов ста­ла стандартом для микрокомпьютерной индустрии.

Вначале микропроцессоры ис­пользовались в различных специализированных устройствах, например, в калькуляторах. Но в 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intе1-8008 персонального компьютера, т.е. устройства, вы­полняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя. В начале 1975 г. появился первый коммерчески распро­страняемый персональный компьютер Альтаир-8800 на основе микропроцес­сора Intе1-8080. Этот компьютер продавался по цене около 500 дол. И хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встре­чено с большим энтузиазмом: впервые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели снабжали этот компьютер дополни­тельными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основа­тели фирмы Мicrosoft) создали для компьютера “Альтаир” интерпретатор язы­ка Ваsic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компь­ютером и легко писать для него программы. Это также способствовало попу­лярности персональных компьютеров.

Успех Альтаир-8800 заставил многие фирмы также заняться производ­ством персональных компьютеров. Персональные компьютеры стали прода­ваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год. Появилось несколько журналов, посвященных персональным компьютерам. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых применений. Появились и коммерчески распространяемые про­граммы, например, программа для редактирования текстов Word Star и таблич­ный процессор VisiСаlс (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти (и многие дру­гие) программы сделали покупку персональных компьютеров весьма выгодным для бизнеса: с их помощью стало возможно выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т.д. Использование же больших компьютеров для этих целей было слишком дорого.

  Первая персональная ЭВМ была разработана в 1973 г. во Франции. Ее автор Труонг Тронг Ти. Первые экземпляры были восприняты как дорогостоящая экзотическая игрушка. Массовое производство и внедрение в практику персональных компьютеров связывают с именем Стива Джобса, руководителя и основателя фирмы "Эпл компьютер", 1977 г. наладившей выпуск персональных компьютеров "Apple" (Рис.5).

 

 

Рис.5 Apple II – первый цветной 8-битный домашний компьютер с графическим разрешением 280х192 точки. Популярные в СССР компьютеры «Правец» и «Агат» повторяли именно эту линейку.

 

Создатели Apple II Стефен Возняк и Стивен Джобс хорошо знали, что это – революция в компьютеростроении. Пластиковый корпус, цветной телевизор-дисплей, игровой порт и бытовой магнитофон в качестве «жесткого диска», да и цена $1298 очень и американцам и европейцам. Поэтому 1977 год многими по праву считается началом новой эры, поскольку как символизирует логотип Apple, запретный плод был надкушен…

      В конце 70-х годов распространение персональных компьютеров даже привело к некоторому снижению спроса на большие ком­пьютеры и мини-компьютеры (мини-ЭВМ). Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IВМ— ведущей компании по производству больших компьютеров, и в 1979 г. фирма IВМ решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Однако руководство фирмы недооценило будущую важность этого рынка и рассматривало создание персонального компьютера всего лишь как мелкий эксперимент — что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования. Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, от­ветственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер “с нуля”, а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.

Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был вы­бран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intе1-8088. Его использо­вание позволило значительно увеличить потенциальные возможности компью­тера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компью­тере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его про­граммное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 г. новый компьютер под названием IВМ РС был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года ком­пьютер IВМ РС занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров.

 Если бы IВМ РС был сде­лан так же, как другие существовавшие во время его появления компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже о нем забыли. Действи­тельно, кто сейчас помнит о самых замечательных моделях телевизоров, теле­фонов или даже автомобилей пятнадцатилетней давности!

Однако с компьютерами IВМ РС получилось по-другому. Фирма IВМ не сделала свой компьютер единым неразъемным устройством и не стала защи­щать его конструкцию патентами. Наоборот, она собрала компьютер из не­зависимо изготовленных частей и не стала держать спецификации этих частей и способы их соединения в секрете. Напротив, принципы конструкции IВМ РС были доступны всем желающим. Этот подход, называемый принципом от­крытой архитектуры, обеспечил потрясающий успех компьютеру IВМ РС, хотя и лишил фирму IВМ возможности единолично пользоваться плодами это­го успеха.

Заключение

 

       Итак, в своей работе я попыталась рассказать о истории развития компьютера. Помимо этого также развивался и рынок периферийных устройств (принтеров, сканеров и т.д.), рынок мониторов, рынок программного обеспечения. Поэтому компьютер занимает очень важное место в нашей жизни. На предприятиях внедряются новые автоматизированные линии, новые станки с программируемыми контроллерами, высвобождаются тяжелые рабочие места, поэтому производство развивается интенсивнее с применением компьютерной техники, т.е. компьютеры выполняют работу вместо человека.

К сожалению, невозможно в рамках реферата охватить всю историю компьютеров. Можно было бы еще долго рассказывать о том, как в маленьком городке Пало-Альто (штат Калифорния) в научно-ис­сле­до­ва­тель­ском центре Xerox PARK собрался цвет программистов того времени, чтобы разработать революционные концепции, в корне изменившие образ ма­шин, и проложить дорогу для компьютеров конца XX века. Как талантливый школь­ник Билл Гейтс и его друг Пол Аллен познакомились с Эдом Робертсом и создали удивительный язык БЕЙСИК для компьютера Altair, что позволило разрабатывать для него прикладные программы. Как постепенно менялся облик персонального компьютера, появились монитор и клавиатура, накопитель на гибких магнитных дисках, так называемых дискетах, а затем и жесткий диск. Неотъемлемыми принадлежностями стали принтер и «мышь». Можно было бы рассказать и о невидимой войне на компьютерных рынках за право ус­та­нав­ли­вать стандарты между огромной корпорацией IBM, и молодой Apple, дерзнувшей с ней соревноваться, заставившей весь мир решать, что же лучше Macintosh или PC? И о многих других интересных вещах, про­ис­хо­див­ших совсем недавно, но ставших уже ис­торией.

Для многих мир без компьютера – далекая история, при­мер­но такая же далекая, как открытие Америки или Октябрьская революция. Но каждый раз, включая компьютер, невозможно перестать удивляться человеческому гению, создавшему это чудо.

Современные персональные IВМ РС - совместимые компьютеры являются наиболее широ­ко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. Эти компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет десяткам и сотням пользователей легко обмениваться ин­формацией и одновременно получать доступ к общим базам данных. Средства электронной почты позволяют пользователям компьютеров с помощью обыч­ной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные сообщения в другие города и страны и получать информацию из крупных банков данных. Глобаль­ная система электронной связи Intеrnеt обеспечивает за крайне низкую цену возможность оперативного получения информации из всех уголков земного шара, предоставляет возможности голосовой и факсимильной связи, облегчает создание внутрикорпоративных сетей передачи информации для фирм, имею­щих отделения в разных городах и странах.

Однако возможности IВМ РС - совместимых персональных компьютеров по обработке информации все же ограничены, и не во всех ситуациях их приме­нение оправдано.

Для понимания истории компьютерной техники рассмотренный реферат имеет, по крайней мере, два аспекта: первый – вся деятельность, связанная с автоматическими вычислениями, до создания компьютера ENIAC рассматривалась как предыстория; второй – развитие компьютерной техники определяется только в терминах технологии аппаратуры и схем микропроцессора.

 

   

Список литературы

1. В.Э. Фигурнов, “IBM PC для пользователя. Краткий курс”,   Москва, “Инфра-М”, 1998 г.

2. Жигарев А. Н. Основы компьютноной грамоты -Л. Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987 г. - 255 с.

3.  Кузнецов Е. Ю., Осман В. М. Персональные компьютеры и  программируемые микрокалькуляторы: Учеб. пособие для ВТУЗов - М.: Высш. шк. -1991 г. 160 с.

4. Растригин Л. А. С компьютером наедине - М.: Радио и связь, - 1990 г. – 224 с.

5. Журнал «Вокруг света»  №2 2003г.