Поколения электронных вычислительных машин

На протяжении пяти десятилетий электронная вычислительная техника очень быстро развивается, за это время сменилось несколько поколений ЭВМ.

Поколение ЭВМ определяется совокупностью взаимообусловленных и взаимосвязанных существенных особенностей и характеристик используемой при построении машин конструктивно - технологической (элементной) базы и реализуемой в машине архитектуры (логической организации).

Выпуск ламповых ЭВМ, которые относятся к первому поколению ЭВМ, начался в начале 50-х годов. В качестве компонентов логических элементов использовались электронные лампы. Эти ЭВМ из-за частого выхода из строя электронных ламп имели невысокую надежность, также большие габаритные размеры, малую емкость оперативной памяти и потребляли большую мощность. К первому поколению относятся ламповые ЭВМ, которые были ориентированы на решение научно - технических задач. У нас были созданы такие ЭВМ как БЭСМ - 2, "Стрела", М - 2, М - 3, "Минск - 1", "Урал - 1", "Урал - 2", М - 20.

В конце 50-х годов появляются вычислительные машины второго поколения. У них существенно повысилась надежность, уменьшились габаритные размеры, снизилась потребляемая мощность за счет замены электронных ламп на полупроводниковые приборы – транзисторы. ЭВМ стали обладать более высокой производительностью и большими логическими возможностями. Машины стали ориентироваться не только на научные расчеты, но и на решение планово – экономических задач и управление производственными процессами.

Второе поколение ЭВМ позволило существенно расширить сферу вычислительной техники, начать создание АСУ отраслями, предприятиями и технологическими процессами. В нашей стране были созданы полупроводниковые машины различного назначения: малые ЭВМ ("Наири", "Мир"), ЭВМ для научных расчетов и обработки данных со скоростью работы 5-30 тыс.операций/с ("Минск-2", "Урал-14" и др.), управляющие вычислительные машины ("Днепр", "ВНИИЭМ-3) и др.. Была также создана академиками С.А.Лебедевым и В.А.Мельниковым сверхбыстродействующая ЭВМ БЭСМ - 6 с производительностью 1 млн.операций/с.

Третье поколение IBM характеризуются новой элементной базой вычислительной техники в виде интегральных микросхем. Это привело к повышению надежности, быстродействия и снижению стоимости аппаратуры. В это время (середина 60-х годов) в США была создана система ЭВМ, являющаяся прообразом современных мэйнфреймов. В процессе совершенствования этой системы (IBM/360), наряду с интегральной элементной базой, появились виртуальная память, многопроцессорность, интерактивная обработка информации. Усовершенствованные системы поддерживают совместимость программного и информационного обеспечения «снизу вверх». Так, программы, разработанные в среде IBM/360 работали на следующей системе IBM/370 и т.д..

В начале 70-х годов наша и некоторые другие страны разработали и организовали серийное производство Единой Системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) с аналогичными возможностями, а также Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ) – машин третьего поколения на интегральных микросхемах.

В машинах третьего поколения при помощи соответствующих операционных систем достигается облегчение эксплутационного обслуживания ЭВМ, повышение эффективности использования дорогостоящего оборудования машин, уменьшение трудоемкости подготовки программ для решения задач на ЭВМ, облегчение связи оператора с машиной.

Интегральные микросхемы с большой (БИС) и сверхбольшой (СБИС) степенями интеграции, содержащие тысячи, десятки и сотни тысяч транзисторов на одном кристалле, явились конструктивно-технологической основой машин четвертого поколения.

К четвертому поколению относятся реализованные на СБИС такие средства вычислительной техники, как микропроцессоры и создаваемые на их основе микро-ЭВМ. Вычислительные возможности микро-ЭВМ оказались достаточными для создания на их основе в рамках ЭВМ четвертого поколения, нового по ряду эксплуатационных характеристик и способу использования типа вычислительных устройств, - персональных ЭВМ (персональных компьютеров), без которых нельзя представить мир сегодня.

В машинах четвертого поколения упрощается контакт человека с ЭВМ путем повышения уровня машинного языка, расширения благодаря применению микропроцессоров функций устройств, используемых человеком для связи с ЭВМ, начинается практическая реализация голосовой связи с ЭВМ. Наличие нескольких процессоров, ориентированных на выполнение определенных операций, процедур или на решение некоторых классов задач является характерным для крупных ЭВМ. В рамках этого поколения были созданы многопроцессорные вычислительные системы с быстродействием в несколько сотен миллионов и более операций в секунду и многопроцессорные управляющие комплексы повышенной надежности.

1985 год считается началом пятого поколения компьютеров. Переход к пятому поколению заключается в качественном переходе от обработки данных к обработке знаний, в повышении основных параметров ЭВМ. Основной упор делается на "интеллектуальность". ЭВМ этого поколения, помимо более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, обладают следующими свойствами: возможность взаимодействия с ЭВМ при помощи человеческой речи и графических изображений, способностью системы обучаться, производить ассоциативную обработку информации, делать логические суждения, вести "разумную" беседу с человеком в форме вопросов и ответов; способностью системы "понимать" содержимое базы данных. В последние десятилетия в мире бурно развивается новая область прикладной математики, специализирующаяся на искусственных нейронных сетях (НС). Исследования в этом направлении находят применение при решении ряда актуальных задач автоматизированной обработки данных. Это автоматизация процессов распознавания образов, адаптивное управление, аппроксимация функционалов, прогнозирование, создание экспертных систем, организация ассоциативной памяти и многие другие приложения. С помощью НС можно, например, предсказывать показатели биржевого рынка, выполнять распознавание оптических или звуковых сигналов, создавать самообучающиеся системы, способные управлять автомашиной при парковке или синтезировать речь по тексту.

Отечественные многопроцессорные комплексы "Эльбрус - 2" и "Эльбрус - 3" можно отнести к пятому поколению. В 1995 году окончательно был сдан Эльбрус - 2. Его производительность составляла 125 млн оп./с. Дальнейшим развитием Эльбруса - 2 должно было стать введение векторных процессоров (один процессор имел быстродействие 200-300 млн оп./с). На тот момент это была бы одна из наиболее производительных машин в мире – 1 млрд оп./с. Действующей Эльбрус - 3 не существовало. Опытный образец этой машины изготовили в 1988 году, но она даже не была отлажена.

К пятому поколению относятся мэйнфреймы System/390, быстродействие каждого из 10 процессоров которых составляет 115 млн. операций в секунду. Мэйнфреймы (серверы) System/390 с десятью процессорами способны выполнять до 900 млн. операций в секунду.

В настоящее время развитие ЭВМ происходит в шестом поколении. Разрабатывающиеся супер-ЭВМ (мэйнфреймы, серверы) фирмы IBM, “zSeries” на сегодняшний день являются самыми высокопроизводительными. Более подробно это описано в главе "Большие ЭВМ" (п.1.6.2.3).