"Технические средства ИТ"

Технические средства ИТ

Mark 1

• В 1943 году по заказу ВМФ США при финансовой и технической поддержке фирмы IBM под руководством Г. Эйкена была создана первая универсальная цифровая вычислительная машина Mark 1 . Она достигала 17 м в длину и более 2,5 м в высоту. В качестве переключательных устройств использовались электромеханические реле, данные вводились на перфоленте в десятичной системе счисления. Эта машина могла выполнять сложение и вычитание 23 -разрядных чисел за 0,3 с, умножать два числа за 3 с и использовалась для расчета траектории полета артиллерийских снарядов.

Z-3

• В 1941 в Германии под руководством К. Цузе была создана электромеханическая вычислительная машина Z-3 , основанная на двоичной системе счисления. Эта машина была значительно меньше машины Эйкена и гораздо дешевле в производстве. Она использовалась для расчетов, связанных с конструированием самолетов и ракет. Но дальнейшее ее развитие (в частности, идеи перевода на вакуумные электронные лампы) не получили поддержки правительства Германии.

Colossus

• В Великобритании в конце 1943 года вошла в строй вычислительная машина Colossus, в которой вместо электромеханических реле содержалось около 2000 электронных ламп. В ее разработке активное участие принял математик А. Тьюринг с его идеями по формализации описания расчетных задач. Но эта машина имела узкоспециализированный характер: была предназначена для дешифровки немецких кодов путем перебора различных вариантов. Скорость обработки достигала 5000 символов в секунду.

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)

• Первой ламповой универсальной цифровой вычислительной машиной считают ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), которая была создана в 1946 году по заказу Министерства обороны США под руководством П. Экерта . Она содержала более 17000 электронных ламп и работала с десятичной арифметикой. По своим размерам (около 6 м в высоту и 26 м в длину) машина более чем вдвое превосходила Mark-1, но и быстродействие ее было намного больше – до 300 операций умножения в секунду. На этом компьютере были проведены расчеты, подтверждающие принципиальную возможность создания водородной бомбы.
• В 1973 году Окружной суд США вынес вердикт, в соответствии с которым профессор физики из штата Айова Джон Атанасофф был официально признан изобретателем первого компьютера. Этим самым была поставлена точка в многолетней тяжбе о заимствовании Экертом идей Атанасоффа, который создал первый прототип компьютера, содержащий электронные лампы.

EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)

• Следующая модель ( 1945-1951 гг.) тех же разработчиков – машина EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) имела более вместительную внутреннюю память, в которую можно было записывать не только данные, но и программу. Система кодировки была уже двоичной, что позволило значительно сократить количество электронных ламп.
• В этой разработке в качестве консультанта принимал участие талантливый математик Д. фон Нейман. В 1945 году он опубликовал «Предварительный доклад о машине EDVAC», в котором описал не только конкретную машину, но и обрисовал формальную, логическую организацию компьютера, выделил и детально обрисовал ключевые компоненты того, что сейчас называют «архитектурой фон Неймана» [1] Справедливости ради следует отметить, что первым в мире компьютером с программами, хранимыми в памяти, стал EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer), созданный в 1947 году в Кембриджском университете (Великобритания) группой ученых под руководством Мориса Уилкса.

Процессор

Устройство

управления

Арифметико-логическое

устройство

Запоминающее

устройство

(память)

Устройства

ввода-вывода

Архитектура «машины фон Неймана»

МЭСМ

• Исходной точкой отсчета истории нашей отечественной вычислительной техники считается 1948 год, когда сотрудники Энергетического института АН СССР Исаак Брук и Башир Рамеев получили авторское свидетельство на изобретение «Автоматическая цифровая вычислительная машина». В том же 1948 году в Институте электротехники АН УССР под руководством академика Сергея Лебедева начались работы над проектом создания МЭСМ – малой электронной счетной машины.
• В период с 1948 по 1952 гг. создавались опытные образцы, единичные экземпляры вычислительных машин, которые, также как и в США, использовались одновременно как для проведения особо важных расчетов (зачастую засекреченных), так и для отладки конструкторских и технологических решений.

БЭСМ-1

• В 1953 году С.А. Лебедев стал директором московского Института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) и возглавил разработку серии знаменитых БЭСМ (больших электронных счетных машин): от БЭСМ-1 до БЭСМ-6.
• БЭСМ-1 ( 1953 г.) имела 5000 электронных ламп, выполняла 8...10 тыс. операций в секунду. Ее особенностью стало введение операций над числами с плавающей запятой с обеспечением большого диапазона используемых чисел. На БЭСМ-1 были испытаны в реальной эксплуатации три типа оперативной памяти объемом 1024 39-разрядных слова:
• 1) на электроакустических ртутных трубках (линиях задержки); память такого типа использовалась в EDSAC и EDVAC;
• 2) на электронно-лучевых трубках (потенциалоскопах);
• 3) на ферритовых магнитных сердечниках.

БЭСМ-6

• Особое место в истории развития отечественной вычислительной техники занимает БЭСМ-6, серийно выпускавшаяся с 1967 года в течение 17 лет. В ее архитектуре был реализован принцип распараллеливания вычислительных процессов, и ее производительность – 1 млн. операций в секунду – была рекордной для середины 60-х годов. На БЭСМ-6 появились первые полноценные операционные системы, мощные трансляторы, ценнейшие библиотеки стандартных подпрограмм, реализующих численные методы решения различных задач, всё – отечественного производства.

• К концу 60-х годов в нашей стране выпускалось около 20 типов ЭВМ общего назначения – серии БЭСМ (Москва, С.А.Лебедев), Урал (Пенза, Б.И.Рамеев), Днепр, Мир (Киев, В.М.Глушков), Минск (Минск, В. Пржиялковский) и другие, а также специализированные машины преимущественно для оборонного ведомства. Кстати, в отличие от Запада, где «двигателями прогресса» в области вычислительной техники были не только военные, но и представители делового мира, в СССР ими были, в основном, военные. Но постепенно и ученые, и хозяйственники, и чиновники стали осознавать роль вычислительных машин в экономике страны и насущную необходимость в разработке машин нового поколения. 
• Встал вопрос о переходе к индустрии ЭВМ. В декабре 1969 году на правительственном уровне было принято решение выбрать в качестве промышленного стандарта для универсальных вычислительных машин единой серии (ЕС ЭВМ) серию машин IBM S/360. Первая машина этой серии – ЕС-1020 была выпущена в 1971 году.
• Производство ЕС ЭВМ было налажено совместно с другими социалистическими странами в рамках СЭВ (Совета по экономической взаимопомощи). Многие ученые выступили против копирования систем IBM, но предложить что-то взамен в качестве единого стандарта не смогли.
• Конечно, идеальным вариантом была бы реализация архитектурных принципов IBM в сотрудничестве с самой компанией, и не семейства почти пятилетней давности, а самых современных моделей, и в сочетании с всесторонней поддержкой собственных разработок. Но на всё у государства не хватало средств, и пошли по более простому варианту. Так начался закат отечественной индустрии вычислительной техники.

  Поколение

Период, годы

1

1946 -1960

2

Элементная база

3

1955-1970

Вакуумные электронные лампы

Архитектура

4

1965-1980

Быстродействие

Архитектура фон Неймана

Полупроводниковые диоды и транзисторы

Программное обеспечение

10 – 20 тыс. оп/с

1980-наст. вр.

Мультипрограммный режим

Интегральные схемы

Машинные языки

Внешние устройства

Локальные сети ЭВМ, вычислительные системы коллективного пользования

Сверхбольшие интегральные схемы

100-500 тыс. оп/с

Устройства ввода с перфолент и перфокарт,

Многопроцессорные системы, персональные компьютеры, глобальные сети

Порядка 1 млн. оп/с

Операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков

Десятки и сотни млн. оп/с

Операционные системы, диалоговые системы, системы машинной графики

АЦПУ, телетайпы, НМЛ, НМБ

Пакеты прикладных программ, базы данных и знаний, браузеры

Видеотерминалы, НЖМД

НГМД, модемы, сканеры, лазерные принтеры

Применение

Режим работы ЭВМ

Расчетные задачи

Инженерные, научные, экономические задачи

Однопрограммный

Интеграция данных

Низкая

АСУ, САПР, научно-технические задачи

Расположение пользователей

Пакетная обработка

Тип пользователя

Разделение времени

Средняя

Задачи управления, телекоммуникации, создание АРМ, обработка текстов, мультимедиа

Машинный зал

Тип диалога

Инженеры–программисты

Отдельное помещение

Персональная и сетевая обработка

Высокая

Примеры

Терминальный зал

Работа за пультом ЭВМ

Профессиональные программисты

Очень высокая

Обмен перфоносителями и машинограммами

ENIAC, UNIVAC (США);

БЭСМ - 1,2, М-1, М-20 (СССР)

Программисты-пользователи

Рабочий стол и мобильное расположение

IBM 701/709 (США)

БЭСМ-4, , М-220, Минск, БЭСМ-6 (СССР)

Пользователи с общей комп-ой подготовкой

Интерактивный (через клавиатуру и экран)

Интерактивный типа «вопрос-ответ»

IBM 360/370, PDP-11/20, Cray-1 (США);

ЕС 1050, 1066,

Эльбрус 1,2 (СССР)

Cray T3E, SGI (США),

ПК, серверы, рабочие станции различных производителей

Персональный компьютер типа IBM PC

• Одним из революционных достижений в области вычислительной техники явилось создание на основе микропроцессоров персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения. Первый персональный компьютер «Altair-8800» (Эдвард Робертс, фирма MITS) на базе микропроцессора Intel 8080 с тактовой частотой 2 Мгц и оперативной памятью 256 байт появился в США в 1975 году. Он продавался за 397 долл. в виде комплекта, из которого любой немного сведущий в электронике мог собрать действующую машину (правда, без дисплея). Два молодых человека – Пол Аллен и Уильям Гейтс сумели извлечь немалую выгоду из выпуска ПК «Altair», написав для него конкретную реализацию языка программирования Basic. В этом же 1975 году они организовали свою фирму – «Microsoft».

Но широкую дорогу новой индустрии – промышленному производству персональных компьютеров открыла фирма «Apple» (Стефен Возняк и Стивен Джобс), наладив производство ПК «Apple-2» в 1977 году.

Новая эпоха персональных компьютеров началась с 1981 года. 12 августа 1981 года на рынок ПК вышла корпорация IBM (International Business Machines) со своей моделью IBM PC. (Отметим, что к этому времени рынок ПК в США составлял более 140 млн. долл.). Самой важной особенностью этого компьютера была так называемая открытая архитектура , то есть возможность сборки ПК из комплектующих от разных производителей, а также возможность доукомплектования ПК в процессе эксплуатации.

В 1983 г. появился PC/XT с жестким 10 Мб диском, в 1984 г. – PC/XT на базе процессора Intel 80286 (6 МГц), в 1986 г. – ПК на базе 32-х разрядного процессора Intel 80386.

Кстати, первая советская персональная ЭВМ «Агат» появилась в 1982 году (НИИ вычислительных комплексов, М.А. Карцев). (8-разрядный процессор, 300 тыс. операций в секунду, оперативная память 64 Кб, постоянная память 16 Кб, внешняя память – накопитель на гибких магнитных дисках (109 Кб) и накопитель на магнитной ленте (бытовой магнитофон с кассетой МК-60)). Но серийный выпуск был организован только в 1985 году. Отметим, что в этом же году в СССР началось инициированное правительством движение по информатизации школ.

Основные параметры

Цена

IBM PC (1981 г.)

$3045

ЦП

INTANT i7024XP (фирма Интант (Томск), ноябрь 2006 г.)

4,77 МГц i8088

ОЗУ

 $1150

64 Кб

Накопители

2,8 ГГц Pentium D

1024 Мб

Гибкий диск на 160 Кб

Дисплей

11,5” монохромный текстовый монитор

Другие свойства

HDD на 160 Мб, FDD на 1,44 Мб, DVD RW / CD RW

Параллельный порт для касс. магнитофона, 2” встроенный динамик

ОС и требования к ОЗУ для работы ОС

19” LCD монитор с TFT-матрицей 1280  1024 пикс.

MS DOS 1.0 (16 Кб)

8 портов USB, видеоплата с DVI, TV-out и 256 Мб памятью, встроенный 6-канальный звук, 1 Гбит сетевой адаптер

Windows ХР (256 Мб)

Количество транзисторов в процессорах

Микропроцессор

Процессор

Год выпуска

4004

Кол-во транзисторов

1971

8008

8080

2 250

1972

8086

2 500

1974

286

5 000

1978

29 000

1982

Процессор 386™

120 000

1985

Процессор 486™ DX

275 000

Процессор Pentium®

1989

Процессор Pentium II

1 180 000

1993

1997

Процессор Pentium III

3 100 000

7 500 000

1999

Процессор Pentium 4

24 000 000

2000

Процессор Pentium 4

Процессор Pentium 4

42 000 000

2001

Процессор Pentium 4

60 000 000

2002

90 000 000

2003

Процессор Pentium 4 XE

120 000 000

2004

Broadwell, 14нм

178 000 000

2014

1 900 000 000

Процессор

Оперативная память