Коллективное создание текстового документа. Практическая работа 15 "Подготовка реферата по теме: "История развития компьютерной техники"

Материал для практической работы 15 "Подготовка реферата по теме: "История развития компьютерной техники"

Человеческое общество по мере своего развития овладевало не только веществом и энергией, но и информацией. С появлением и массовым распространение компьютеров человек получил мощное средство для эффективного использования информационных ресурсов, для усиления своей интеллектуальной деятельности. С этого момента (середина XX века) начался переход от индустриального общества к обществу информационному, в котором главным ресурсом становится информация.

Возможность использования членами общества полной, своевременной и достоверной информации в значительной мере зависит от степени развития и освоения новых информационных технологий, основой которых являются компьютеры. Рассмотрим основные вехи в истории их развития.

Первая ЭВМ ENIAC была создана в конце 1945 г. в США.

Основные идеи, по которым долгие годы развивалась вычислительная техника, были сформулированы в 1946 г. американским математиком Джоном фон Нейманом. Они получили название архитектуры фон Неймана.

В 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой фон Неймана – английская машина EDSAC. Годом позже появилась американская ЭВМ EDVAC.

В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ — малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев.

Серийное производство ЭВМ началось в 50-х годах XX века.

Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения, связанные со сменой элементной базы. Кроме того, машины разных поколений различаются логической архитектурой и программным обеспечением, быстродействием, оперативной памятью, способом ввода и вывода информации и т.д.

Первое поколение ЭВМ — ламповые машины 50-х годов. Скорость счета самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тысяч операций в секунду. Для ввода программ и данных использовались перфоленты и перфокарты. Поскольку внутренняя память этих машин была невелика (могла вместить в себя несколько тысяч чисел и команд программы), то они, главным образом, использовались для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. Это были довольно громоздкие сооружения, содержавшие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт. Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд, поэтому программирование в те времена было доступно немногим.

В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. В 60-х годах 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 операций в секунду. 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 (это связано с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации). Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них были ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.

Сергей Алексеевич Лебедев(20.10.1902 – 03.07.1974)

Р одился в Нижнем Новгороде в семье учителя и литератора Алексея Ивановича Лебедева и учительницы Анастасии Петровны. В 1921 году сдал экзамены за курс средней школы и поступил в Московское высшее техническое училище имени Баумана, которое окончил в апреле 1928 года по специальности «инженер-электрик».

Во время войны разработал систему стабилизации танкового орудия при прицеливании, принятую на вооружение, аналоговую систему автоматического самонаведения на цель авиационной торпеды. В 1945 году создал первую в стране электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, которые часто встречаются в задачах, связанных с энергетикой.

В мае 1946 года назначен директором Института энергетики АН УССР в Киеве. В 1947 году после разделения этого института становится директором Института электротехники.

В 1947 году организовал в Институте электротехники лабораторию моделирования и вычислительной техники, в которой в1948—1950 годах под его руководством была разработана первая в СССР и континентальной Европе Малая электронно-счётная машина (МЭСМ). В 1950 году приглашён в Институт точной механики и вычислительной техники в Москве, где руководил созданием БЭСМ-1. После сдачи БЭСМ-1, с 1952 года являлся директором ИТМиВТ. Институт впоследствии получил его имя.

Под его руководством были созданы 15 типов ЭВМ, начиная с ламповых (БЭСМ-1, БЭСМ-2, М-20) и заканчивая современными суперкомпьютерами на интегральных схемах

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе — интегральных схемах: на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см² монтировались сложные электронные схемы. Их назвали интегральными схемами (ИС). Первые ИС содержали в себе десятки, затем — сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилась к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами — БИС; затем появились сверхбольшие интегральные схемы — СБИС. ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. В Советском Союзе в 70-х годах 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. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду. 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). В 70-е годы получила мощное развитие линия малых (мини) ЭВМ.

Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессор — это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера — процессора. Первоначально микропроцессоры стали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микроЭВМ. МикроЭВМ относятся к машинам четвертого поколения. Существенным отличием микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.

Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются персональные компьютеры (ПК). Первый ПК появился на свет в 1976 году в США. С 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее конструкторам удалось создать такую архитектуру, которая стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых уже становится невозможным обойтись в большинстве областей человеческой деятельности.

Другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения, это — суперкомпьютер. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Суперкомпьютер – это многопроцессорный вычислительный комплекс.

Не учитывая элементную базу вычислительных машин можно было бы сказать, что первый компьютер был разработан Аланом Тьюрингом «Колос» разработанный еще в 1943 г. Эта машина предназначалась для дешифровки немецких секретных сообщений времен второй мировой войны. Это была одна из первых попыток создания универсальной программируемой машины. Однако сегодняшнему определению компьютер она не соответствовала.

Компонентная база компьютеров первого поколения это электронные лампы. Они предназначались для решения научно-технических задач. Такими машинами обладали военные ведомства и государственные институты. Их стоимость была на столько велика, что даже крупные корпорации не могли приобрести их. Эти машины были огромных размеров и весили порядка 5 – 30 тонн, занимали площадь в несколько сотен квадратных метров. Так что зачастую для них нужны были отдельные помещения, а иногда и целые здания. Потребительская мощность таких машин измерялась сотнями киловатт энергии. К примеру машина ЭНИАК потребляла 150 кВт. Некоторые из них оперировали десятичными числами, такие как Марк-1, а не двоичными как существующие машины.

Вычислительная мощность составляла всего несколько тысяч операций в секунду. К примеру на такие операции как сложение, вычитание требовалось несколько секунд. На деления и умножение уходило до нескольких десятков секунд. А на вычисление логарифма или тригонометрической функции понадобилось больше минуты.

Элементной базой компьютеров этого поколения были: электромеханические реле, которые быстро ломались и создавали сильный шум как в производственном цехе, электронно-вакуумные лампы срок службы которых не превышал несколько месяцев. Их в машине было десятки тысяч. Таким образом каждый день, что-то ломалось.

Морис Уилкс рядом с блоком оперативной памяти EDSAC

ЭВМ первого поколения были полностью программируемые машины. Что их и отличало от арифмометров и калькуляторов. Но программировать на таких компьютерах было довольно сложно. Т.к. языков высокого уровня не было и языков низкого уровня (ассемблер) тоже не было. Все инструкции компьютеру давались в машинном коде. Мало понятному не посвященному человеку. Чтобы работать на таком компьютере нужно было быть не только профессиональным программистом, но и опытным инженером- электронщиком. Программировалась машина путем изменения положения переключателей и тумблеров на ее лицевых панелях которые были почти на всем корпусе машины. Модификация программы была равносильна десяти минутной физкультурной зарядке.

Объем оперативной памяти составлял от 512 до 2048 байт. Память представляла из себя трубки заполненные ртутью, кристаллы распространялись по трубке и сохраняли информацию. Под конец первого поколения и на начало второго стали выпускать память на магнитных сердечниках.

В ЭВМ первого поколения реализовали фундаментальные принципы построения вычислительных машин. Один из больших недостатков этих компьютеров это не согласованность быстродействия арифметического - логического устройства, управляющего устройства и оперативной памяти из-за различной элементной базы.

Все быстродействие определялось самым медленным элементом это внутренняя память которая снижала общую эффективность. Во время первого поколения пытались убрать этот недостаток за счет асинхронной работы компонентов. Введения понятие буфера, когда передаваемые данные копировались в буфер, освобождая устройство для следующих операций. Уже тогда для работы устройства ввода-вывода использовалась собственная память.

Большим недостатком первого поколения в том, что изначально данные машины разрабатывались для выполнения арифметических задач. И решение на них каких-либо аналитических задач было весьма трудоемко.

Компьютеры первого поколения в России появились с опозданием. К ним можно отнести МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина разработанная в институте электротехники АН УССР под руководством С.А. Лебедева 1950 г. К первому поколению относятся и такие машины как БЭСМ, Урал, М-2, Стрела.

Второе поколение

Элементной базой второго поколения стали полупроводники. Транзисторы пришли на смену не надежным электронно-вакуумным лампам. Транзисторы значительно уменьшили компьютеры в размере и стоимости. И не удивительно. Один транзистор способен заменить несколько десятков электронных ламп. При этом тепловыделение значительно уменьшилось и потребление электроэнергии тоже, а скорость работы стала выше. Если сравнивать машины первого и второго поколения то на примере это выглядело так. Марк-1 это компьютер первого поколения занимавший огромный зал. Его высота 2,5 м и длина 17 м и при этом он стоил 500 тыс. долларов. PDP-8 – ЭВМ второго поколения. Размером с холодильник, и при этом он стоил всего 20 тыс. долларов.

Слово транзистор происходит от двух английских слов transfer – переносить, resistor – сопротивление. Полупроводниковый прибор который работает как переключатель. Современные транзисторы делаются на основе монокристального полупроводника.

П охожими свойствами, как у полупроводника есть и у электронной лампы. Когда нагрет катод, возникает эмиссия и ток течет в одном направлении. От катода к аноду который положительно заряжен. В обратном направлении напряжения нет. Отсюда и возникла идея вместо электронных ламп использовать полупроводники. Это значительно сэкономит электроэнергию, затраты на охлаждение и сделает компьютеры более надежными.

Диод – пример самого простого полупроводника. Его принцип заключается в свойствах между металлом и полупроводником. Они применяются в аппаратуре которая служит для преобразования электрических колебаний. Они выпрямляют ток и поэтому применяться в стабилизаторах. Во втором поколении машин диоды стали активно использоваться. На их базе строятся схемы дешифраторов и пассивно запоминающих устроиств.

Вместе с заменой ламп на транзисторы и усовершенствовалась элементная база хранения информации. Для хранения информации стали применять не только перфоленты и перфокарты, но и магнитную ленту. Что значительно ускорило ввод-вывод информации в машину. К началу 60-х годов стали применять накопители на магнитных дисках. Что еще значительнее ускорило обработку информации.

Предшествующие ламповые компьютеры нуждались в дополнительном оборудовании. В подвалах вычислительных центров находились средства электропитания кондиционирования воздуха. С приходом второго поколения ЭВМ, потребность в них отпала.

К тому же электронная – вакуумная лампа работает тогда и только тогда когда через нее проходит эмиссионный ток. Эмиссия возникает когда катод лампы нагрет до большой температуры. Машины прошлого поколения имели десятки тысяч таких ламп. На их питание нужна была не малая электрическая энергия. От 50-150 киловатт. 

Память на магнитных сердечниках или ферритовая память

Применялась также память на магнитных сердечниках. Представляя из себя матрицу маленьких колец которые поляризовались в двух направлениях. Что соответствовало одному биту информации. Технология отлично подходила в качестве оперативной памяти ЭВМ. Платы собирались почти вручную и были очень дорогие. А их объем составлял около 32 Кб.

Память на магнитных сердечниках или ферритовая память как ее еще называли. Строилась на базе ферритов это полупроводник но обладает определенными магнитными свойствами. Производятся они из магнитного железняка с примесями магния и никеля. Достоинство их в том, что они могут быстро намагничиваться и сохранять свое намагниченное состояние. Ферриты обладают высоким сопротивлением и потери тока при их намагничивании минимальны. Из ферритов делаются сердечники. Напоминают обычные кольца. Эти кольца выстраивают рядами образуя матрицу. Так называемую плату памяти. На каждом сердечники есть две обмотки для записи бита данных и одна для считывания.

В машине UNIVAC и LARC впервые начали использоваться магнитные барабаны. IBM для своих ЭВМ IBM 1401, IBM 1410 применили магнитные диски.

Однако в чем отличие второго поколения от первого? В их элементной базе. Транзисторы заменили лампы. Как следствие возросла производительность. Уменьшилась потребление электроэнергии. Уменьшилось выделение тепла. Нет необходимости в мощном кондиционировании помещений.

Среди советских компьютеров второго поколения стал Минск-22. Он мог выполнять до пяти тысяч элементарных операций в секунду. Его оперативная память была построена на ферритовых сердечниках, объемом порядка шести – восьми тысяч чисел. В нем применялись магнитные диски, которые могли хранить несколько миллионов чисел. Д информации был через перфокарты и перфоленты. Для вывода даны к нему возможно было подключить алфавитное - цифровое печатающее устройство. Последующая модель Минск-32 могла выполнять уже 250 тысяч операций в секунду. Объем оперативной памяти составлял 65 536 байт.

PDP-8 компьютер второго поколения. Производство корпорации DEC.

С появлением компьютеров второго поколения расширилась сфера их применения. От правительственных и военных учреждении они стали появляться в частных организациях, институтах. Главным образом за счет снижения стоимости машин и развитию программного обеспечения. Начали создавать специальное системное программное обеспечение. Появились системы пакетной обработки информации. Предшественники операционных систем. Которые предназначались для управления вычислительным процессом. Был разработан формальный язык управления заданиями. Совокупность нескольких заданий, в виде колоды перфокарт. Получил название пакет заданий. Данный подход жив и до сих пор. В ДОС bat – файлы, в Windows cmd – файлы. Затем и операционные системы не заставили себя долго ждать. Именно для компьютеров второго поколения начали разрабатывать операционные системы. Это значительно ускорило управление ЭВМ.

Большое внимание уделяли усовершенствованию программированию машин. В 50-х стали появляться первые языки программирования: B0, Fact, MathMatic и другие. В след за ними появились языки высокого уровня Fortran, Algol. В дальнейшем стали разрабатывать библиотеки в которых хранились ранее созданные функции. Написанные один раз вызывались они повторно.

ЭВМ четвертого поколения
Четвертое поколение ЭВМ исчисляется с 1970 года по настоящее время. 
        

Конструктивно-технологической основой вычислительной техники четвертого поколения становятся большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы, созданные в 70-80-х годах. С помощью БИС на одном кристалле можно создать устройства, содержащие тысячи и десятки тысяч транзисторов. Компактность узлов при использовании БИС позволяет строить ЭВМ с большим числом вычислительных устройств - процессоров (так называемые многопроцессорные вычислительные системы). При этом, БИС - технология частично использовалась уже и в проектах предыдущего поколения (IBM/360, ЕС ЭВМ ряд-2 и др.).

Наиболее важный в концептуальном плане критерий, по которому ЭВМ четвертого поколения можно отделить от ЭВМ третьего поколения, состоит в том, что первые проектировались уже в расчете на эффективное использование современных языков программирования и упрощения процесса программирования для проблемного программиста. В аппаратном отношении для них характерно широкое использование ИС- технологии и быстродействующих запоминающих устройств. Наиболее известной серией ЭВМ четвертого поколения можно считать IBM/370, которая в отличие от не менее известной серии IBM/360 третьего поколения, располагает более развитой системой команд и более широким использованием микропрограммирования. В старших моделях 370-й серии был реализован аппарат виртуальной памяти, позволяющий создавать для пользователя видимость неограниченных ресурсов оперативной памяти. 

       ЭВМ "IBM-370-168" (США, 1972 г.)

Парк всех машин четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов:

микро-ЭВМ,

персональные компьютеры (ПК),

мини-ЭВМ, специальные ЭВМ,

ЭВМ общего назначения,

супер-ЭВМ.

В отличие от вычислительной техники первых трех поколений ЭВМ четвертого поколения правильнее было бы характеризовать тремя основными показателями:

элементной базой (СБИС),

персональным характером использования (ПК),

нетрадиционной архитектурой (супер-ЭВМ). 

 Сверхбольшая интегральная схема (СБИС)

 Элементная база на основе СБИС позволила достичь больших успехов в деле миниатюризации, повышения надежности и производительности, позволив создавать микро- и мини-ЭВМ, превосходящие по возможностям средние и большие ЭВМ предыдущего поколения при значительно меньшей стоимости. Существенные изменения претерпела и архитектура вычислительной техники, рост сложности которой удалось добиться также благодаря элементной базе. Технология производства процессоров на базе БИС и СБИС позволила избавиться от контроля производства средств ВТ со стороны государства и крупных фирм-разработчиков, дав возможность любому, обладающему определенными знаниями и навыками, человеку довольно легко создавать в домашних условиях, что существенно приблизило ее к массовому пользователю и ускорило темпы компьютерной революции и массовой информатизации общества. 

Феномен персонального компьютера (ПК) восходит к созданию в 1965 г. первой мини-ЭВМ PDP-8, которая появилась в результате универсализации специализированного микропроцессора для управления ядерным реактором. Машина быстро завоевала популярность и стала первым массовым компьютером этого класса; в начале 70-х годов число машин превысило 100 тыс. шт. Дальнейшим важным шагом был переход от мини- к микро- ЭВМ; этот новый структурный уровень вычислительной техники начал формироваться на рубеже 70-х годов, когда появление БИС дало возможность создать универсальный процессор на одном кристалле. Первый микропроцессор Intel-4004 был создан в 1971 г. и содержал 2250 элементов, а первый универсальный микропроцессор Intel-8080, явившийся стандартом микрокомпьютерной технологии и созданный в 1974 г., содержал уже 4500 элементов и послужил основой для создания первых ПК. В 1979 г. выпускается один из самых мощных и универсальных 16-битный микропроцессор Motorolla-68000 c 70.000 элементами, а в 1981 г. - первый 32-битный микропроцессор Hewlett Packard с 450 тыс. элементами. Выпускались и другие микропроцессоры, но отмеченные были лидерами своего времени; на сегодня ВТ располагает большим набором превосходных универсальных микропроцессоров.

Первый персональный компьютер "Альтаир-8800"  (США, 1974 г.)

Первым ПК можно считать Altair-8800, созданный на базе микропроцессора Intel-8080 в 1974 г. Э. Робертсом. Компьютер рассылался по почте, стоил всего 397 $ и имел возможности для расширения периферийными устройствами. Для Altair-8800 П. Аллен и У. Гейтс создали транслятор с популярного языка Basic, существенно увеличив интеллектуальность первого ПК (впоследствии они основали теперь знаменитую компанию MicroSoft Inc). Доработка ПК цветным монитором привела к созданию конкурирующей модели ПК Z-2. Через год после появления первого Altair-8800 в производство ПК включилось более 20 различных компаний и фирм. Начала формироваться ПК-индустрия (собственно производство ПК, их сбыт, периодические и непериодические издания, выставки, конференции и т.д.). А уже в 1977 г. были запущены в серийное производство три модели ПК Apple-2 (фирма Apple Computers), TRS-80 (фирма Tandy Radio Shark) и PET (фирма Commodore), из которых в конкурентной борьбе сначала отстающая фирма Apple становится вскоре лидером производства ПК (ее модель Apple-2 имела огромный успех). К 1980 г. корпорация Apple выходит на Уолл-стрит с самым большим акционерным капиталом и годовым доходом в 117 млн. $. Такой успех позволил сформироваться мнению, что именно модель Apple-2 является первым ПК.

ПК "Apple II" (США, 1977 г.)

Но уже в 1981 г. фирма IBM, во избежание потери массового рынка, начинает выпуск своих ныне широко известных серий ПК IBM PC/XT/AT и PS/2,открывших новую эпоху персональной ВТ. Выход на арену ПК-индустрии гиганта IBM ставит производство ПК на промышленную основу, что позволяет решить целый ряд важных для пользователя вопросов (стандартизация, унификация, развитое программное обеспечение и др.), которым фирма уделяла большое внимание уже в рамках производства серий IBM/360 и IBM/370. 

Персональный компьютер

"IBM PC" (США, 1981 г.)

Супер-ЭВМ характеризуются как высокой производительностью ( 2х10⁷ оп/с.), так и нетрадиционной архитектурой. Развитие супер-ЭВМ обусловлено необходимостью решения сложных задач, требующих большого времени и не поддающихся обработке вычислительными средствами других классов. К таким задачам относятся многие задачи математической физики, космологии и астрономии, моделирования сложных систем и др. Наряду с этим вполне естественным желанием является получить ЭВМ с максимальным быстродействием - именно ускорение счета лежало в основе создания вычислительной техники вообще.

Супер-ЭВМ "Скиф-4"

(Россия, 2009 г.)

Новым этапом для развития ЭВМ послужили большие интегральные схемы (БИС). Элементная база компьютеров четвертого поколения это БИС. Стремительное развитие электроники, позволило разместить на одном кристалле тысячи полупроводников. Такая миниатюризация привела к появлению недорогих компьютеров. Небольшие ЭВМ могли разместиться на одном письменном столе. Именно в эти годы зародился термин «Персональный компьютер». Исчезают огромные дорогостоящие монстры. За одним таким компьютером, через терминалы, работало сразу несколько десятков пользователей. Теперь. Один человек – один компьютер. Машина стала, действительно персональной.

Характеристики ЭВМ четвертого поколения

• Мультипроцессорность

• Языки высокого уровня

• Компьютерные сети

• Параллельная и последовательная обработка данных

Первым мини-компьютером считают PDP-8 корпорации DEC. Эта машина создавалась для управления ядерным реактором. Но она стала популярна на частных производственных предприятий и в высших учебных заведениях. Ее массовый выпуск начался 1965 году и к началу 70-х количество этих ЭВМ превысило 100 000 штук. Важный переход от мини-компьютеров к микро-компьютерам, это создание микропроцессора. Благодаря БИС стало возможным разместить все основные элементы центрального процессора на одном кристалле. Первым микропроцессором стал Intel-4004 созданный 1971 г. Он содержал в себе более двух тысяч полупроводников, которые разместились на одной подложке. В одной интегральной схеме разместились арифметическое - логическое устройство и управляющее устройство.

Одним из первых персональных компьютеров четвертого поколения считается Altair-8800. Созданный на базе микропроцессора Intel-8080. Его появление стимулировало рост периферийных устройств, компиляторов высокого уровня.

Интегральные схемы можно классифицировать по количеству элементов размещенных на одном кристалле:

• ПИС – (Простые интегральные схемы) до 10 элементов

• МИС – (Малые интегральные схемы) до 100 элементов

• СИС – (Средние интегральные схемы) до 1 000 элементов

• БИС – (Большие интегральные схемы) до 10 000 элементов

• СБИС – (Сверхбольшие интегральные схемы) до 1 000 000 элементов

• УБИС – (Ультрабольшие интегральные схемы) до 1 000 000 000 элементов

• ГБИС – (Гигабольшие интегральные схемы) свыше 1 000 000 000 элементов

Большая интегральная схема – усовершенствованный потомок простой интегральной схемы. Которая являлась одним из основных элементов предыдущего поколения. Большой, ее называют, не потому что интегральная схема большая, а потому что в ней высокая степень интеграции.

Процесс изготовления БИС выглядит следующим образом. Над кристаллом наносится светочувствительный слой фоторезист. Который в дальнейшем засвечивается над шаблоном. После этого негатив проявляют. Удаляют те области которые засвечены. В образовавшиеся пробелы фоторезиста вводят примеси. После отжига кристалла проводят аналогичные операции используя при этом разные фотошаблоны. Каждый шаблон отвечает за образование определенной группы элементов интегральной схемы. В заключительной стадии изготовления БИС применяются фотошаблоны, которые формируют алюминиевые дорожки для соединения цепей сложной конфигурации. БИС стали одними из первых продуктов электроники которые выпускаются только серийно. 

В дальнейшем стали выпускаться программно-управляемые БИС. Функции такой схемы меняются в зависимости от программы, которая тоже напыляется на отдельном кристалле. Данная БИС состоит из операционной части и программы. Ввод программы в БИС, настраивает ее на определенный класс задач. Одна и та же интегральная схема может работать и как арифметическое устройство и как управляющее устройство.

Применение БИС дало резкое улучшение основных показателей скорости работы и надежности. Такая высокая степень интеграции, привела к уменьшению числа монтажных операций, уменьшила количество внешних соединений, которые изначально не надежные. Это очень способствовало уменьшению размеров, стоимости и повышению надежности.

Однако появление БИС привело и к появлению проблем. Одна из главных это проблема теплоотвода. Чем выше степень интеграции схемы тем выше тепловыделение. Требуется постоянное охлаждение, без которого интегральная схема перегреться и сгорит. Существует также проблемы: межсоединений элементов, контроля параметров. Большие интегральные схемы уже начали применять в третьем поколении. Пример System/360.

Проводя исследования удалось создать модели интегральных схем. Которые работают со скоростью в несколько миллиардов операций в секунду. При создании опытных образцов выяснилось, что невозможно пустить их в серийное производство. Оказывается при современном развитии техники достижение таких скоростей невозможно вообще. И проблема не в инженерных решениях. А в необходимости достижения абсолютно чистых химических материалах, однородности кристалла, стабильных температурных режимах. Взаимодействие электрических полей внутри кристалла.

Кроме изменения технической базы четвертого поколения ЭВМ, изменилось и направление создания этих машин. Они проектировались с расчетом на применение языков программирования высокого уровня, многие на аппаратном уровне были спроектированы под определенные операционные системы.

Один из самых популярных компьютеров четвертого поколения это IBM System/370. Который в отличи от своего предшественника третьего поколения System/360, имел более мощную систему микрокоманд и большие возможности низкоуровневого программирования. В машинах серии System/370 программно была реализована виртуальная память. Когда часть дискового пространства отводилась для использования хранения временных данных. Тем самым эмулировалась оперативная память. У конечного пользователя создавалась впечатление, что ресурсов у машины больше чем есть на самом деле.

Технические характеристики ЭВМ четвертого поколения

• Применение модульности для создания программного обеспечения

• Средняя задержка сигнала 0.7 нс/вентиль

• Впервые модули операционной системы начали реализовывать на аппаратном уровне

• Базовым элементом оперативной памяти стал полупроводник. Чтение запись 100-150 нс.

К четвертому поколению советских ЭВМ можно отнести: ЕС-1015, ЕС-1025, ЕС-1035, ЕС-1045, ЕС-1055, ЕС-1065. Персональные компьютеры, которые стали популярны в быту: Электроника-85, Искра-226, ЕС-1840, ЕС-1841, ЕС-1842. К этому поколению относиться и многопроцессорный компьютер «Эльбрус». Применяемый на производстве и машиносчетных станциях. Позже его сменил «Эльбрус-2». Вычислительная мощность этой машины, для четвертого поколения, была очень велика. Он имел порядка 64 мегабайт оперативной памяти, мог выполнять до 5 миллионов операций, с плавающей точкой, в секунду. Пропускная способность шины до 120 Мб/с.

ЭВМ четвертого поколения являются машинами массового применения. Они способны заменить ЭВМ предыдущего поколения во всех сферах человеческой деятельности. В управлении технологическими процессами предприятий, торговле, инженерных расчетах, справочных центров, регулировании транспортного движения, билинговых системах.