Trong những thập kỷ gần đây, nhân loại đã bước vào thời đại máy tính. Máy tính thông minh và mạnh mẽ, dựa trên các nguyên tắc hoạt động toán học, làm việc với thông tin, quản lý hoạt động của từng máy và toàn bộ nhà máy, kiểm soát chất lượng của sản phẩm và các sản phẩm khác nhau. Trong thời đại của chúng ta, công nghệ máy tính là cơ sở cho sự phát triển của nền văn minh nhân loại. Trên con đường đến với vị trí này, một chặng đường ngắn nhưng cũng rất nhiều sóng gió. Và trong một thời gian dài, những cỗ máy này không được gọi là máy tính, mà là máy tính (máy tính).
Phân loại máy tính
Theo phân loại chung, máy tính được phân phối qua một số thế hệ. Các thuộc tính xác định khi phân loại thiết bị cho một thế hệ cụ thể là cấu trúc và sửa đổi riêng lẻ của chúng, chẳng hạn như các yêu cầu đối với máy tính điện tử như tốc độ, kích thước bộ nhớ, phương pháp điều khiển và phương pháp xử lý dữ liệu.
Tất nhiênViệc phân phối máy tính trong mọi trường hợp sẽ có điều kiện - có một số lượng lớn máy, theo một số dấu hiệu, được coi là kiểu máy của một thế hệ và theo những người khác, thuộc về một thế hệ hoàn toàn khác.
Do đó, các thiết bị này có thể được phân loại là các giai đoạn không trùng lặp của quá trình hình thành các mô hình của một loại máy tính điện tử.
Trong mọi trường hợp, việc cải tiến máy tính trải qua một loạt các giai đoạn. Và thế hệ máy tính của mỗi giai đoạn đều có sự khác biệt đáng kể so với nhau về cơ sở nguyên tố và kỹ thuật, sự hỗ trợ nhất định của một loại toán học cụ thể.
Thế hệ máy tính đầu tiên
Máy tính thế hệ 1 được phát triển vào những năm đầu sau chiến tranh. Máy tính điện tử không quá mạnh được tạo ra, dựa trên loại đèn điện tử (giống như trong tất cả các kiểu TV của những năm đó). Ở một mức độ nào đó, đây là giai đoạn hình thành của một kỹ thuật như vậy.
Máy tính đầu tiên được coi là loại thiết bị thí nghiệm được hình thành để phân tích các khái niệm hiện có và mới (trong các ngành khoa học khác nhau và trong một số ngành công nghiệp phức tạp). Khối lượng và khối lượng của các máy vi tính, khá lớn, thường yêu cầu các phòng rất rộng. Bây giờ nó giống như một câu chuyện cổ tích của những năm đã qua và thậm chí không có thực.
Việc đưa dữ liệu vào các máy của thế hệ đầu tiên được thực hiện bằng phương pháp nạp thẻ đục lỗ và việc quản lý chương trình các trình tự của các hàm giải được thực hiện, ví dụ, trong ENIAC - bằng phương pháp nhập phích cắm và các dạng của một quả cầu sắp chữ.
Mặc dùthực tế là một phương pháp lập trình như vậy tốn rất nhiều thời gian để chuẩn bị thiết bị, cho các kết nối trên các trường sắp chữ của các khối máy, nó cung cấp tất cả các cơ hội để chứng minh "khả năng" toán học của ENIAC và với những lợi ích đáng kể. có sự khác biệt so với phương pháp băng đục lỗ theo chương trình, phù hợp với các máy loại rơ le.
Nguyên tắc của "tư duy"
Nhân viên làm việc trên những chiếc máy tính đầu tiên không rời đi, họ liên tục ở gần máy móc và theo dõi hiệu quả của các ống chân không hiện có. Nhưng ngay sau khi ít nhất một chiếc đèn bị hỏng, ENIAC lập tức nổi lên, mọi người vội vàng tìm kiếm chiếc đèn bị hỏng.
Lý do hàng đầu (mặc dù gần đúng) cho việc thay thế đèn rất thường xuyên là sau: sự nóng lên và bức xạ của đèn đã thu hút côn trùng, chúng bay vào khối lượng bên trong của thiết bị và “giúp” tạo ra một dòng điện ngắn. mạch điện. Đó là, thế hệ đầu tiên của những chiếc máy này rất dễ bị ảnh hưởng bởi các tác động bên ngoài.
Nếu chúng ta tưởng tượng rằng những giả định này có thể đúng, thì khái niệm "bug" ("lỗi"), có nghĩa là lỗi và sai lầm trong phần mềm và phần cứng thiết bị máy tính, lại có một ý nghĩa hoàn toàn khác.
Chà, nếu đèn của ô tô hoạt động bình thường, nhân viên bảo trì có thể điều chỉnh ENIAC cho một nhiệm vụ khác bằng cách sắp xếp lại thủ công các kết nối của khoảng sáu nghìn dây. Tất cả các liên hệ này phải được chuyển đổi lại khi một loại nhiệm vụ khác xuất hiện.
Máy nối tiếp
Máy tính điện tử đầu tiên bắt đầu được sản xuất hàng loạt là UNIVAC. Nó trở thành loại máy tính kỹ thuật số điện tử đa năng đầu tiên. UNIVAC, ra đời từ năm 1946-1951, yêu cầu khoảng thời gian cộng là 120 µs, tổng số phép nhân là 1800 µs và độ chia 3600 µs.
Những chiếc máy như vậy cần diện tích lớn, nhiều điện và có số lượng đèn điện tử đáng kể.
Đặc biệt, máy tính điện tử của Liên Xô "Strela" có 6400 loại đèn này và 60 nghìn bản điốt loại bán dẫn. Tốc độ của thế hệ máy tính này không cao hơn hai hoặc ba nghìn lần hoạt động mỗi giây, kích thước của RAM không quá hai Kb. Chỉ có đơn vị M-2 (1958) đạt RAM khoảng bốn KB và tốc độ của máy đạt hai mươi nghìn hành động mỗi giây.
máy tính thế hệ thứ hai
Năm 1948, một số nhà phát minh và nhà khoa học phương Tây có được bóng bán dẫn đầu tiên hoạt động được. Đó là một cơ chế tiếp xúc điểm trong đó ba dây kim loại mỏng tiếp xúc với một dải vật liệu đa tinh thể. Do đó, dòng máy tính đã được cải thiện trong những năm đó.
Các mẫu máy tính bóng bán dẫn đầu tiên được phát hành bắt đầu từ nửa cuối những năm 1950, và 5 năm sau, các hình thức bên ngoài của máy tính kỹ thuật số đã xuất hiện với các chức năng được cải tiến đáng kể.
Đặc điểm kiến trúc
Một trong sốNguyên tắc quan trọng của bóng bán dẫn là trong một bản sao duy nhất, nó có thể thực hiện một số công việc đối với 40 đèn thông thường, và thậm chí sau đó nó sẽ duy trì tốc độ hoạt động cao hơn. Máy tỏa ra một lượng nhiệt tối thiểu, và hầu như sẽ không sử dụng các nguồn điện và năng lượng. Về vấn đề này, các yêu cầu đối với máy tính điện tử cá nhân đã tăng lên.
Song song với việc thay thế dần các loại đèn điện thông thường bằng các bóng bán dẫn hiệu quả, đã có sự gia tăng trong việc cải tiến kỹ thuật lưu trữ dữ liệu có sẵn. Việc mở rộng bộ nhớ đang được tiến hành và băng từ sửa đổi lần đầu tiên được sử dụng trong thế hệ máy tính UNIVAC đầu tiên, đã bắt đầu được cải thiện.
Cần lưu ý rằng vào giữa những năm sáu mươi của thế kỷ trước, phương pháp lưu trữ dữ liệu trên đĩa đã được sử dụng. Những tiến bộ đáng kể trong việc sử dụng máy tính khiến nó có thể đạt được tốc độ một triệu thao tác mỗi giây! Đặc biệt, "Stretch" (Anh), "Atlas" (Mỹ) có thể được coi là trong số các máy tính bán dẫn thông thường thuộc thế hệ thứ hai của máy tính điện tử. Vào thời điểm đó, Liên Xô cũng sản xuất các mẫu máy tính chất lượng cao (đặc biệt là BESM-6).
Việc phát hành máy tính dựa trên bóng bán dẫn đã làm giảm khối lượng, trọng lượng, chi phí điện và giá thành của máy, cũng như cải thiện độ tin cậy và hiệu quả. Điều này giúp tăng số lượng người dùng và danh sách các công việc cần giải quyết. Có tính đến các tính năng phân biệt thế hệ máy tính thứ hai,các nhà phát triển của những chiếc máy như vậy đã bắt đầu xây dựng các dạng thuật toán của ngôn ngữ cho kỹ thuật (đặc biệt là ALGOL, FORTRAN) và các loại tính toán kinh tế (đặc biệt là COBOL).
Yêu cầu vệ sinh đối với máy tính điện tử cũng ngày càng cao. Vào những năm 50 đã có một bước đột phá khác, nhưng vẫn còn rất xa so với trình độ hiện đại.
Tầm quan trọng của OS
Nhưng ngay cả vào thời điểm đó, nhiệm vụ hàng đầu của công nghệ máy tính là giảm tài nguyên - thời gian làm việc và bộ nhớ. Để giải quyết vấn đề này, sau đó họ bắt đầu thiết kế các nguyên mẫu của hệ điều hành hiện tại.
Các loại hệ điều hành (OS) đầu tiên giúp cải thiện khả năng tự động hóa công việc của người dùng máy tính, nhằm thực hiện một số tác vụ: nhập dữ liệu chương trình vào máy, gọi các trình dịch cần thiết, gọi các chương trình con của thư viện hiện đại cần thiết cho chương trình, v.v.
Vì vậy, ngoài chương trình và các thông tin khác nhau, trong các máy tính thế hệ thứ hai, cần phải để lại một chỉ dẫn đặc biệt, nơi chỉ ra các bước xử lý và danh sách dữ liệu về chương trình và các nhà phát triển của nó. Sau đó, một số tác vụ nhất định cho người vận hành (tập hợp có tác vụ) bắt đầu được đưa vào máy song song, trong các dạng hệ điều hành này, cần phải phân chia các loại tài nguyên máy tính giữa các dạng tác vụ nhất định - một phương pháp đa chương trình của làm việc để nghiên cứu dữ liệu đã xuất hiện.
Thế hệ thứ ba
Do phát triểnCông nghệ tạo ra các mạch tích hợp (IC) của máy tính nhằm tăng tốc độ và mức độ tin cậy của các mạch bán dẫn hiện có, cũng như giảm kích thước của chúng, lượng điện năng sử dụng và giá cả.
Các dạng vi mạch tích hợp hiện đã bắt đầu được chế tạo từ một bộ linh kiện loại điện tử cố định, được cung cấp trong các tấm silicon hình chữ nhật thuôn dài và có chiều dài một cạnh không quá 1 cm. Loại wafer này (tinh thể) được đặt trong một hộp nhựa có khối lượng nhỏ, kích thước trong đó chỉ có thể được tính toán bằng cách sử dụng lựa chọn của cái gọi là. "chân".
Vì những lý do này, tốc độ phát triển của máy tính bắt đầu tăng lên nhanh chóng. Điều này khiến nó không chỉ có thể cải thiện chất lượng công việc và giảm giá thành của những chiếc máy như vậy, mà còn tạo ra những thiết bị thuộc loại khối lượng nhỏ, đơn giản, rẻ tiền và đáng tin cậy - một máy tính mini. Những chiếc máy này ban đầu được thiết kế để giải quyết các vấn đề kỹ thuật cao trong các bài tập và kỹ thuật khác nhau.
Thời điểm hàng đầu trong những năm đó được coi là khả năng thống nhất máy móc. Thế hệ thứ ba của máy tính được tạo ra có tính đến các kiểu máy riêng lẻ tương thích của các loại khác nhau. Tất cả các bước tăng tốc khác trong quá trình phát triển toán học và các phần mềm khác nhau đều góp phần vào việc hình thành các chương trình hàng loạt cho khả năng giải các bài toán tiêu chuẩn của một ngôn ngữ lập trình hướng vấn đề. Sau đó, lần đầu tiên các gói phần mềm xuất hiện - các dạng hệ điều hành mà thế hệ máy tính thứ ba phát triển.
Thế hệ thứ tư
Tích cực cải tiến các thiết bị điện tử của máy tínhđã góp phần vào sự xuất hiện của các mạch tích hợp lớn (LSI), trong đó mỗi tinh thể chứa vài nghìn bộ phận kiểu điện. Nhờ đó, các thế hệ máy tính tiếp theo bắt đầu được sản xuất, cơ sở nguyên tố của chúng nhận được lượng bộ nhớ lớn hơn và giảm chu kỳ thực hiện các lệnh: việc sử dụng các byte bộ nhớ trong một hoạt động của máy bắt đầu giảm đáng kể. Tuy nhiên, vì chi phí lập trình hầu như không giảm, nên các nhiệm vụ giảm tài nguyên của một loại người hoàn toàn chứ không phải loại máy móc như trước đây, đã được đặt lên hàng đầu.
Các hệ điều hành thuộc loại tiếp theo được sản xuất, cho phép người vận hành cải tiến chương trình của họ ngay sau màn hình máy tính, điều này giúp đơn giản hóa công việc của người dùng, do đó những phát triển đầu tiên của cơ sở phần mềm mới đã sớm xuất hiện. Phương pháp này hoàn toàn trái ngược với lý thuyết về các giai đoạn phát triển ban đầu của thông tin, vốn sử dụng máy tính thế hệ đầu tiên. Giờ đây, máy tính bắt đầu được sử dụng không chỉ để ghi lại một lượng lớn thông tin mà còn để tự động hóa và cơ giới hóa các lĩnh vực hoạt động khác nhau.
Những thay đổi vào đầu những năm bảy mươi
Năm 1971, một mạch tích hợp lớn của máy tính đã được phát hành, nơi đặt toàn bộ bộ xử lý của một máy tính có kiến trúc thông thường. Bây giờ có thể sắp xếp trong một mạch tích hợp lớn hầu như tất cả các mạch kiểu điện tử không phức tạp trong một kiến trúc máy tính điển hình. Do đó, khả năng sản xuất hàng loạt các thiết bị thông thường cho cácgiá cả. Đây là thế hệ máy tính mới, thứ tư.
Kể từ thời điểm đó, rất nhiều mạch điều khiển và mạch điều khiển rẻ tiền (được sử dụng trong máy tính bàn phím nhỏ gọn) phù hợp với một hoặc một số bảng mạch tích hợp lớn với bộ vi xử lý, đủ RAM và cấu trúc kết nối với kiểu executive cảm biến trong cơ chế điều khiển.
Các chương trình làm việc với việc điều tiết xăng trong động cơ ô tô, với việc truyền thông tin điện tử nhất định hoặc với các chế độ rửa cố định, đã được đưa vào bộ nhớ máy tính hoặc sử dụng các loại bộ điều khiển khác nhau, hoặc trực tiếp tại các doanh nghiệp.
Những năm bảy mươi chứng kiến sự khởi đầu của việc sản xuất các hệ thống máy tính đa năng kết hợp một bộ xử lý, một lượng lớn bộ nhớ, các mạch của nhiều giao diện khác nhau với cơ chế đầu vào-đầu ra nằm trong một mạch tích hợp lớn chung (cái gọi là máy tính một chip) hoặc, trong các phiên bản khác, các mạch tích hợp lớn nằm trên một bảng mạch in chung. Kết quả là, khi thế hệ máy tính thứ tư trở nên phổ biến, sự lặp lại của tình trạng đã phát triển vào những năm 60 bắt đầu, khi các máy tính mini khiêm tốn thực hiện một phần công việc trong các máy tính lớn.
Thuộc tính máy tính thế hệ thứ tư
Máy tính điện tử thế hệ thứ tư rất phức tạp và có khả năng phân nhánh:
- chế độ đa xử lý thông thường;
- chương trình thuộc loại tuần tự song song;
- loại ngôn ngữ máy tính cấp cao;
- nổi lênmạng máy tính đầu tiên.
Sự phát triển khả năng kỹ thuật của các thiết bị này được đánh dấu bằng các điều khoản sau:
- Độ trễ tín hiệu điển hình 0,7 ns / v.
- Loại bộ nhớ hàng đầu là chất bán dẫn điển hình. Khoảng thời gian tạo ra thông tin từ loại bộ nhớ này là 100–150 ns. Bộ nhớ - 1012-1013 ký tự.
Sử dụng phần cứng triển khai hệ điều hành
Hệ thống mô-đun đã bắt đầu được sử dụng cho các công cụ dạng phần mềm.
Máy tính điện tử cá nhân đầu tiên được tạo ra vào mùa xuân năm 1976. Dựa trên bộ điều khiển 8-bit tích hợp của mạch trò chơi điện tử thông thường, các nhà khoa học đã sản xuất một máy trò chơi thông thường được Apple lập trình BASIC, đã trở nên phổ biến rộng rãi. Đầu năm 1977, Apple Comp. Xuất hiện và việc sản xuất những chiếc máy tính cá nhân đầu tiên của Apple trên Trái đất bắt đầu. Lịch sử của cấp độ máy tính này đánh dấu sự kiện này là quan trọng nhất.
Ngày nay, Apple sản xuất máy tính cá nhân Macintosh, về nhiều mặt, nó vượt qua các mẫu PC của IBM. Các mẫu điện thoại mới của Apple không chỉ nổi bật bởi chất lượng vượt trội mà còn bởi khả năng mở rộng (theo tiêu chuẩn hiện đại). Một hệ điều hành đặc biệt cũng đã được phát triển cho các máy tính của Apple, có tính đến tất cả các tính năng đặc biệt của chúng.
Thế hệ thứ năm của máy tính
Vào những năm tám mươi, quá trình phát triển của máy tính (các thế hệ máy tính) bước sang một giai đoạn mới - máy thế hệ thứ năm. Sự xuất hiện của các thiết bị nàygắn liền với sự phát triển của vi xử lý. Từ quan điểm của cấu trúc hệ thống, sự phân quyền tuyệt đối của công việc là đặc trưng, và xét trên cơ sở phần mềm và toán học, sự di chuyển theo cấp độ công việc trong cấu trúc chương trình là đặc trưng. Tổ chức công việc của máy tính điện tử ngày càng phát triển.
Hiệu suất của thế hệ máy tính thứ năm là một trăm tám đến một trăm chín hoạt động mỗi giây. Loại máy này được đặc trưng bởi một hệ thống đa xử lý, dựa trên các bộ vi xử lý thuộc loại suy yếu, được sử dụng ngay ở số nhiều. Hiện nay có các loại máy tính điện tử nhắm đến các loại ngôn ngữ máy tính cấp cao.
