Реферат: История развития ЭВМ
На современном этапе
компьютер устройство дистанционный история
Потребность в более быстрых, дешевых и универсальных процессорах вынуждает производителей постоянно наращивать число транзисторов в них. Однако этот процесс не бесконечен. Поддерживать экспоненциальный рост этого числа, предсказанный Гордоном Муром в 1973 году, становится все труднее. Специалисты утверждают, что этот закон перестанет действовать, как только затворы транзисторов, регулирующие потоки информации в чипе, станут соизмеримыми с длиной волны электрона (в кремнии, на котором сейчас строится производство, это порядка 10 нанометров). И произойдет это где-то между 2010 и 2020 годами. По мере приближения к физическому пределу архитектура компьютеров становится все более изощренной, возрастает стоимость проектирования, изготовления и тестирования чипов. Таким образом, этап эволюционного развития рано или позно сменится революционными изменениями.
В результате гонки наращивания производительности возникает множество проблем. Наиболее острая из них - перегрев в сверхплотной упаковке, вызванный существенно меньшей площадью теплоотдачи. Концентрация энергии в современных микропроцессорах чрезвычайно высока. Нынешние стратегии рассеяния образующегося тепла, такие как снижение питающего напряжения или избирательная активация только нужных частей в микроцепях малоэффективны, если не применять активного охлаждения.
С уменьшением размеров транзисторов стали тоньше и изолирующие слои, а значит, снизилась и их надежность, поскольку электроны могут проникать через тонкие изоляторы (туннельный эффект). Данную проблему можно решить снижением управляющего напряжения, но лишь до определенных пределов.
На сегодняшний день основное условие повышения производительности процессоров - методы параллелизма. Как известно, микропроцессор обрабатывает последовательность инструкций (команд), составляющих ту или иную программу. Если организовать параллельное (то есть одновременное) выполнение инструкций, общая производительность существенно вырастет. Решается проблема параллелизма методами конвейеризации вычислений, применением суперскалярной архитектуры и предсказанием ветвлений. Многоядерная архитектура. Эта архитектура подразумевает интегрирование нескольких простых микропроцессорных ядер на одном чипе. Каждое ядро выполняет свой поток инструкций. Каждое микропроцессорное ядро значительно проще, чем ядро многопотокового процессора, что упрощает проектирование и тестирование чипа. Но между тем усугубляется проблема доступа к памяти, необходима замена компиляторов.
Многопотоковый процессор. Данные процессоры по архитектуре напоминают трассирующие: весь чип делится на процессорные элементы, напоминающие суперскалярный микропроцессор. В отличие от трассирующего процессора, здесь каждый элемент обрабатывает инструкции различных потоков в течение одного такта, чем достигается параллелизм на уровне потоков. Разумеется, каждый поток имеет свой программный счетчик и набор регистров.
"Плиточная" архитектура. Сторонники считают, что ПО должно компилироваться прямо в "железе", так как это даст максимальный параллелизм. Такой подход требует достаточно сложных компиляторов, которые пока еще не созданы. Процессор в данном случае состоит из множества "плиток" (tiles), каждая из которых имеет собственное ОЗУ и связана с другими "плитками" в своеобразную решетку, узлы которой можно включать и отключать. Очередность выполнения инструкций задается ПО.
Многоетажная архитектура. Здесь речь идет не о логической, а о физической структуре. Идея состоит в том, что чипы должны содержать вертикальные "штабеля" микроцепей, изготовленных по технологии тонкопленочных транзисторов, заимствованной из производства TFT-дисплеев. При этом относительно длинные горизонтальные межсоединения превращаются в короткие вертикальные, что снижает задержку сигнала и увеличивает производительность процессора. Идея "трехмерных" чипов уже реализована в виде работающих образцов восьмиэтажных микросхем памяти. Вполне возможно, что она приемлема и для микропроцессоров, и в недалеком будущем все микрочипы будут наращиваться не только горизонтально, но и вертикально.
Краткая история компьютерной техники1623г. Первая "считающая машина", созданная Уильямом Шикардом. Это довольно громоздкий аппарат мог применять простые арифметические действия (сложение, вычитание) с 7-значными числами.
1644г. "Вычислитель" Блеза Паскаля - первая по настоящему популярная считающая машина, производившая арифметические действия над 5-значными числами.
1668г. Вычислитель сера Сэмюэля Морланда, предназначавшийся для финансовых операций.
1674г. Вильгельм Годфрид фон Лейбниц сконструировал механическую счётную
машину, которая умела производить не только операции сложения и вычитания, но и умножения!
1820г. Первый калькулятор - "Арифмометр" Шарля де Кольмара. Продержалось на рынке (с некоторыми усовершенствованиями) целых 90 лет!
1834г. Знаменитая "Аналитическая машина" Чарльза Бэббиджа - первый программируемый компьютер, использовавший примитивные программы на перфокартах.
1871г. Бэббидж создал прототип аналитического устройства компьютера и печатающее устройство - принтер.
1886г. Дорр Фелт создал Comptometer - первое устройство с клавишным вводом данных.
1890г. В США произведена перепись населения - впервые в этом участвовала "считающая машина", созданная Германом Холлритом.
1935г. Корпорация IBM (International Business Machines) начала выпуск массовых вычислителей IBM-601.
1937г. Математик Алан Тюринг создал "математическую модель" компьютера, получившую название "Машина Тюринга".
1938г. Кондрад Цузе, друг и коллега знаменитого Вернера фон Брауна, создал в Берлине один из первых компьютеров - V1.
1943г. Говард Эйкен создает "ASCC Mark I" - машину, считающуюся дедушкой современных компьютеров. Её вес составлял более 7 тонн и состоял из 750 000 частей. Машина применялась в военных целях - для расчёта артиллерийских таблиц.
1945г. Джон фон Нейман разработал теоретическую модель устройства компьютера - первое в мире описание компьютера, использовавшего загружаемые извне программы. В этом же году Мочли и Эккерт создали ENIAC - самый грандиозный и мощный ламповый компьютер той эпохи. Компьютер весит более 70 тон и содержит в себе почти 18 тысяч электронных ламп. Рабочая частота компьютера не превышает 100КГц (несколько сот операций в секунду).
1956г. В Массачусетском технологическом институте создан первый компьютер на транзисторной основе. В этом же году IBM создала первый накопитель информации - прототип винчестера - жёсткий диск КАМАС 305.
1958-1959г.Д. Килби и Р. Нойс создали уникальную цепь логических элементов на
поверхности кремниевого кристалла, соединённого алюминиевыми контактами -
первый прототип микропроцессора, интегральную микросхему.
1960г. АТ разработали первый модем.
1963г. Дуглас Энгельбарт получил патент на изобретённый им манипулятор - "мышь".
1968г. Основание фирмы Intel Робертом Нойсем и Гордоном Мурем.
1969г. Intel представляет первую микросхему оперативной памяти объёмом 1 Кб. В этом же году фирма Xerox создаёт технологию лазерного копирования изображений, которая через много лет ляжет в основу технологии печати лазерных принтеров. Первые "ксероксы".
1971г. ПО заказу японского производителя микрокалькуляторов Busicom команда разработчиков Intel под руководством Теда Хоффа создаёт первый 4-разрядный микропроцессор Intel-4004. Скорость процессора - 60 тысяч операций в секунду. В этом же году команда и исследователей лаборатории IBM в Сан-Хосе создает первый 8-дюймовый "флоппи-диск".
1972г. Новый микропроцессор от Intel - 8-разрядный Intel-8008. Xerox создаёт первый микрокомпьютер Dynabook, размером чуть больше записной книжки.
1973г. В научно-исследовательском центре Xerox создан прототип первого персонального компьютера. Первый герой, появившийся на экране, - Коржик, персонаж детского телесериала "Улица Сезам". В этом же году Scelbi Computer Consulting Company выпускает на рынок первый готовый персональный компьютер, укомплектованный процессором Intel-8008 и с 1 Кб оперативной памяти. В этом же году IBM представляет жёсткий диск IBM 3340. Ёмкость диска составляла 16 Кб, он содержал 30 магнитных цилиндров по 30 дорожек в каждом. Из-за этого и был назван "винчестером" (30/30" - марка знаменитой винтовки). И в этом же году Боб Мэткэлф изобретает систему связи компьютеров, получившую название Ethernet.
1974г. Новый процессор от Intel - 8-разрядный Intel-8080. Скорость 640 тысяч операций в секунду. В скором времени на рынке появляется недорогой компьютер Altair на основе этого процессора, работающий под управлением операционной системы CP/M. В этом же году первый процессор выпускает главный конкурент Intel в 70-х годах - фирма Zilog.
1975г. IBM выпускает первый лэптоп. Первой музыкальной композицией, воспроизведённой с помощью компьютера, стала мелодия песни The Beatles "Fool On The Hill".
1976г. Фирма Advanced Micro Devices (AMD) получает право на копирование инструкций и микрокода процессоров Intel. Начало "войны процессоров". В этом же году Стив Возняк и Стив Джобс собирают в собственной гаражной мастерской компьютер серии Apple. А 1 апреля того же года на свет появляется компания Apple Computer. Компьютер Apple I поступает в широкую продажу с весьма сакраментальной цифрой на ценнике - 666. 66$.
1977г. В продажу поступают массовые компьютеры Commodore и Apple II. Который
1977г. В продажу поступают массовые компьютеры Commodore и Apple II. Который снабжён оперативной памятью в 4 Кб, постоянной памятью 16 Кб, клавиатурой и дисплеем. Цена за всё удовольствие - 1300$. Apple II обзаводится модной добавкой - дисководом флоппи-дисков.
1978г. Intel представляет новый микропроцессор - 16 разрядный Intel-8086, работающий с частотой 4,77 МГц (330 тысяч операций в секунду). Основана компания Hayes - будущий лидер в производстве модемов.commodore выпустила на рынок первые модели матричных принтеров.
1979г. Появление процессора Intel-8088, а также первых видеоигр и компьютерных приставок для них. Японская фирма NEC выпускает первый микропроцессор в этой стране. Hayes выпускает первый модем со скоростью 300 бод, предназначенный для нового компьютера Apple.
1980г. Компьютер Atari становится самым популярным компьютером года. Seagate Technologies представляет первый винчестер для персональных компьютеров - жёсткий диск диаметров 5. 25 дюймов.
1981г. Появляется компьютер Apple III. Intel представляет первый сопроцессор. Основана фирма Creative Technology (Сингапур) - создатель первой звуковой карты. Появляется в продаже первый массовый жёсткий диск ёмкостью 5 Мб и стоимостью 1700$.
1982г. На рынке появляется новая модель от IBM - знаменитая IBM PC AT - и первые клоны IBM PC. IBM представляет процессор 16-разрядный 80286. Рабочая частота 6 МГц. (1,5 млн. операций в секунду). Hercules представляет первую чёрно-белую видеокарту - Hercules Graphics Adapter (HGA).
1983г.commodore выпускает первый портативный компьютер с цветным дисплеем (5 цветов). Вес компьютера 10кг, цена 1600$. IBM представляет компьютер IBM PC XT, укомплектованный 10 Мб жёстким диском, дисководом на 360 Кб и 128 (позднее 768) Кб оперативной памяти. Цена компьютера составляла 5000$. Выпущен миллионный компьютер Apple II. Появляются первые модули памяти SIMM. Philips и Sony представляют миру технологию CD-ROM.
1984г. Apple выпускает модем на 1200 бод. Hewlett-Packard выпускает первый лазерный принтер серии LaserJet с разрешением до 300 dpi. Philips выпускает первый дисковод CD-ROM. IBM представляет первые мониторы и видеоадаптеры EGA (16 цветов, разрешение - 630х350 точек на дюйм), а также профессиональные 14-дюймовые мониторы, поддерживающие 256 цветов и разрешение в 640х480 точек.
1985г. Новый процессор от Intel - 32 разрядный 80386DX (со встроенным сопроцессором). Рабочая частота 16 МГц, скорость около 5 млн. операций в секунду. Первый модем от U. S. Robotics - Courier 2400 бод.
1986г. На компьютере Amiga демонстрируется первый анимационный ролик со звуковыми эффектами. Рождение технологии мультимедиа. Рождение стандарта SCSI (Small Computer System Interface).
1987г. Intel представляет новый вариант процессора 80386DX с рабочей частотой 20 МГц. Шведским национальным институтом контроля и измерений утверждается первый стандарт допустимых значений излучения мониторов. U. S. Robotics представляет модем Courier HST 9600
1988г.compaq выпускает первый компьютер с оперативной памятью 640 Кб - стандартная память для всех последующих поколений DOS. Hewlett-Packard выпускает первый струйный принтер серии DeskJet. Стив Джобс и основанная им компания NexT выпускает первую рабочую станцию, оснащённую новым процессором Motorola, фантастическим для того времени объёмом памяти (8 Мб), 17-дюймовым монитором и жёстким диском на 256 Мб. Цена компьютера - 6500$.
1989г. Creative Labs представляет Sound Blaster 1. 0, 8-битную монофоническую звуковую карту. Рождение стандарта SuperVGA (разрешение 800х600 точек с поддержкой 16 тысяч цветов).
1990г. Рождение сети Интернет. Intel представляет новый процессор - 32-разрядный 80486SX. Скорость 27 миллионов операций в секунду. IBM представляет новый стандарт видеоплат - XGA - в качестве замены традиционному VGA (разрешение 1024х768 точек с поддержкой 65 тысяч цветов).
1991г. Apple представляет первый монохромный ручной сканер. AMD представляет усовершенствованные "клоны" процессоров Intel - 386DX с тактовой частотой 40 МГц и 486SX с частотой 20 МГц. Первая стерео музыкальная карта - 8-битный Sound Blaster Pro.
1992г. NEC выпускает первый привод CD-ROM с удвоенной скорость (2х).
1993г. Intel представляет новый стандарт шины и слота для подключения дополнительных плат - PCI. Первый процессор нового поколения процессоров Intel - 32-разрядный Pentium. Рабочая частота от 60 МГ, быстродействие - от 100 млн. операций в секунду. Microsoft и Intel совместно с крупнейшими производителями ПК вырабатывают технологию Plug&Play (включи и работай), допускающую автоматическое распознавание компьютером новых устройств, а также их конфигурацию.
1994г. Iomega представляет диски и дисководы ZIP и JAZ - альтернативу
существующим дискетам 1. 44 Мб. US Robotics выпускает первый модем со скоростью 28800 бод.
1995г. Анонсирован стандарт новых носителей на лазерных дисках - DVD. AMD выпускает последний процессор поколения 486 - AMD 486DX-120. Intel представляет процессор Pentium Pro, предназначенный для мощных рабочих станций. Компания 3dfx выпускает набор микросхем Voodoo, который лёг в основу первых ускорителей трёхмерной графики для домашних ПК. Первые очки и шлемы "виртуальной реальности" для домашних ПК.
1996г. Рождение шины USB. Intel выпускает процессор Pentium MMX с поддержкой новых инструкций для работы с мультимедиа. Начало производства массовых жидкокристаллических мониторов для домашних ПК.
1997г. Появление процессоров Pentium II, и альтернативных процессоров AMD K6. Первые приводы DVD. Выпуск первых звуковых плат формата PCI. Новый графический порт AGP.
1998г. Apple выпускает новый компьютер iMac, отличающийся не только своей мощью, но и потрясающим дизайном. Выпуск процессоров Celeron с урезанной кэш-памятью второго уровня. "Трёхмерная революция": на рынке появляется десяток новых моделей трёхмерных ускорителей, интегрированных в обычные видеокарты. В течение года прекращён выпуск видеокарт без 3D-ускорителей.
1999г. Выпуск новых процессоров Pentium III.
2000-2003 гг. Жёсткая конкурентная борьба между Intel и AMD, приведшая к созданию процессоров с ужасающей скоростью 3200 МГц. Это привело и к росту оперативной памяти, объёму жёстких дисков, видеокарт и т.д.
Боьшинство людей, по-видимому, считают, что термины “вычислительная машина” и “вычислительная техника" синонимами и связывают их с физическим оборудованием, как, например, микропроцессором, дисплеем, дисками, принтерами и другими истройствами, привлекающими внимание людей, когда человек видит компьютер. Хотя эти устройства и важны, всё-таки они составляют только “верхушку айсберга”. На начальном этапе использованаия современного компьютера мы имеем дело не с самим компьютером, а с совокупностью правил, называемых языками программироваания, на которых указываются действия, которые должен выполнять компьютер. Важное значение языка программирования подчёркивается тем фактом, что сама вычислительная машина может рассматриваться как аппаратный интерпретатор какого-нибудь конкретного языка, который называется машинным языком. Для обеспечения эффективной работы машины разработаны машинные языки, использование которых представляет известные трудностидля человека. Большинство пользователей не чувствуют этих неудобств благодаря наличию одного или нескольких языков, созданных для улучшения связи человека с машиной. Гибкость вычислительной машины проявляется в том, что она может исполнять программы-трансляторы (в общем случае онм называются компиляторами или интерпретаторами) для преобразования программ с языков, ориентированных на пользователей, в программы на машинном языке. (В свою очередь даже сами программы, игры, системные оболочки являются ни чем иным, как довольно простая программа-транслятор, которая по мере работы, или игры обращается при помощи своих команд к “компьютерным внутренностям и наружностям”, транслиуя свои команды в машинные языки. И всё это происходит в реальном времени.)
