Аналого-цифровые вычислительные машины АЦВМ

Аналого-цифровые вычислительные машины АЦВМ. АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность.

Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов. В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ последовательностью цифр, а метод решения задач как в АВМ метод математического моделирования. 2.4 Поколения ЭВМ 2.4.1 Поколение первое.

Компьютеры на электронных лампах. 1948-1958 Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа -вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил для нужд экспериментальной физики тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров.

Триггер, изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем 1918 и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом 1919, содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной цифры.

Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени.

Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации современного компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения. Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штеккера с нужным гнездом.

Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC Electronic Delay Storage Automatic Calculator первая машина с хранимой программой. UNIVAC Universal Automatic Computer. Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента. 2.4.2 Поколение второе.

Транзисторные компьютеры. 1959-19671 июля 1948 года на одной из страниц Нью-Йорк Таймс, посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма Белл телефон лабораториз разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором три металлических усика контактировали с бруском из поликристаллического германия.

Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. долларов. Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности.

И все-таки самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации.

А в середине 60-х годов получило распространение хранение информации на дисках. Большие достижения в архитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион операций в секунду Примерами транзисторных компьютеров могут послужить Стретч Англия, Атлас США. В то время СССР шел в ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня например БЭСМ-6 2.4.3 Поколение третье.

Интегральные схемы. 1968-1973Подобно тому, как появление транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения. Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2. Первые интегральные схемы ИС появились в 1964 году. Сначала они использовались только в космической и военной технике.

Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же касается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и 30-тонный Эниак Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились. Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины.

А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа. 2.4.4 Поколение четвертое. Большие интегральные схемы. 1974-1982Вы уже знаете, что электромеханические детали счетных машин уступили место электронным лампам, которые в свою очередь уступили место транзисторам, а последние - интегральным схемам.

Могло создастся впечатление, что технические возможности ЭВМ исчерпаны. В самом деле, что же можно еще придумать Чтобы получить ответ на этот вопрос, давайте вернемся к началу 70-х годов. Именно в это время была предпринята попытка выяснить, можно ли на одном кристалле разместить больше одной интегральной схемы.

Оказалось, можно Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном-единственном кристалле тысячи интегральных схем. Так, уже в 1980 году, центральный процессор небольшого компьютера оказался возможным разместить на кристалле, площадью всего в четверть квадратного дюйма 1,61 см2. Началась эпоха микрокомпьютеров.

Каково же быстродействие современной микроЭВМ Оно в 10 раз превышает быстродействие ЭВМ третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз - быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 10 раз - быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах. Далее, почти 40 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили около 2,5 млн. долларов. Сегодня же ЭВМ со значительно большим быстродействием, более широкими возможностями, более высокой надежностью, существенно меньшими габаритами и более простая в эксплуатации стоит примерно 2000 долларов.

Каждые 2 года стоимость ЭВМ снижается примерно в 2 раза. Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне гигантские фирмы Microsoft и Intel. Первая из них очень сильно повлияла на развитие программного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна благодаря выпускаемым ей лучшим микропроцессорам. Пятое поколение ЭВМОсобого упоминания заслуживает так называемое пятое поколение, программа разработки которого была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта.

С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на почти естественном языке, что от них требуется.

Развитие вычислительной техники Вычислительная техника не сразу достигла современного уровня. В ее развитии отмечают предысторию и четыре поколения ЭВМ.ПоколениеЭлементная базаБыстродействиеПрограммноеобеспечение ПрименениеПримеры1-е 1946 - 1959Электронныелампы10 - 20 тыс. опcМашинные языкиРасчетные задачиЭНИАК США, МЭСМ СССР2-е1960 - 1969Полупроводники100 - 500 тыс. опсАлгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режимИнженерные, научные, экономические задачиIВМ 701 США, БЭСМ-6, БЭСМ-4 СССР3-е1970 - 1979Интегральные микросхемыПорядка 1млн. опсОперационные системы, режим разделения времениАСУ, САПР, научно-техничес-кие задачиIBM 360 США, ЕС 1030, 1060 СССР4-е1980 - настоящее времяБИС, микропроцессорыДесятки и сотни млн. опсБазы и банки данныхУправление, коммуникации,АРМ, обработка текстов, графикаПЭВМ, серверыПримечаниеБИС - большие интегральные схемыАСУ - автоматизированная система управленияСАПР - система автоматического проектированияАРМ - автоматизированное рабочее место,БЭСМ и МЭСМ - соответственно большая и малая электронные счетные машиныПЭВМ - персональная электронная вычислительная машина. 3