История развития персонального компьютера

Цифровой компьютер — это машина, которая может решать задачи, выполняя данные ей команды. Последовательность команд, описывающих решение определенной задачи, называется программой. Электронные схемы каждого компьютера могут распознавать и выполнять ограниченный набор простых команд Языки, уровни и виртуальные машины Очевидное решение проблемы — создание еще одного набора команд, которые в большей степени, чем Я 1 ориентированы на человека и в меньшей степени на компьютер. Компьютер с п уровнями можно рассматривать как п разных виртуальных машин, у каждой из которых есть свой машинный язык. Термины «уровень» и «виртуальная машина» мы будем использовать как синонимы Следующий уровень называется уровнем микроархитектуры

Еще одно изменение, появившееся на уровне 4, — механизм поддержки более высоких уровней. Уровни 2 и 3 обычно интерпретируются, а уровни 4, 5 и выше обычно, хотя и не всегда, транслируются. В этом разделе мы кратко расскажем об истории развития многоуровневых машин, покажем, как количество и природа уровней менялись с годами.

Изобретение микропрограммирования У первых цифровых компьютеров в 40-х годах было только два уровня: уровень архитектуры набора команд, на котором осуществлялось программирование, и цифровой логический уровень, выполнявший программы. Схемы цифрового логического уровня были ненадежны, сложны для производства и понимания. В 60-е годы человек попытался ускорить дело, автоматизировав работу оператора. Программа под названием операционная система загружалась в компьютер на все время его работы В последующие годы операционные системы все больше и больше усложнялись. К уровню архитектуры набора команд добавлялись новые команды, приспособления и особенности, и в конечном итоге сформировался новый уровень

Конец микропрограммирования В 60-70-х годах количество микропрограмм значительно увеличилось. Однако они работали все медленнее и медленнее, поскольку требовали большого объема памяти. В конце концов исследователи осознали, что отказ от микропрограмм резко сократит количество команд, и компьютеры станут работать быстрее. Таким образом, компьютеры вернулись к тому состоянию, в котором они находились до изобретения микропрограммирования.

Нулевое поколение — механические компьютеры (1642-1945) Первым человеком, создавшим счетную машину, был французский ученый Блез Паскаль (1623-1662), в честь которого назван один из языков программирования. Паскаль сконструировал эту машину в 1642 году, когда ему было всего 19 лет, для своего отца, сборщика налогов. Это была механическая конструкция с шестеренками и ручным приводом. Счетная машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания. К несчастью, подобно многим современным инженерам, Бэббидж никогда не отлаживал компьютер. Ему нужны были тысячи и тысячи шестеренок, сделанных с такой точностью, которая в XIX веке была недоступна. Но идеи Бэббиджа опередили его эпоху, и даже сегодня большинство современных компьютеров по конструкции сходны с аналитической машиной. Поэтому справедливо будет сказать, что Бэббидж был дедушкой современного цифрового компьютера.

Первое поколение — электронные лампы (1945-1955) Стимулом к созданию электронного компьютера стала Вторая мировая война После появления школы за конструирование электронных вычислительных машин взялись другие исследователи. Первым рабочим компьютером был EDSAC (1949 год).

Второе поколение — транзисторы (1955-1965) Транзистор был изобретен сотрудниками лаборатории Bell Laboratories Джоном Бардином (John Bardeen), Уолтером Браттейном (Walter Brattain) и Уильямом Шокли (William Shockley), за что в 1956 году они получили Нобелевскую премию в области физики. Компания IBM выпускала также компьютеры 1401 для коммерческих расчетов. Эта машина могла считывать и записывать магнитные ленты и перфокарты и распечатывать результат так же быстро, как и 7094, но при этом стоила дешевле. Для научных вычислений она не подходила, но зато была очень удобна для ведения деловых записей.

Третье поколение — интегральные схемы (1965-1980) Изобретение в 1958 году Робертом Нойсом (Robert Noyce) кремниевой интегральной схемы означало возможность размещения на одной небольшой микросхеме десятков транзисторов. Компьютеры на интегральных схемах были меньшего размера, работали быстрее и стоили дешевле, чем их предшественники на транзисторах.

Четвертое поколение — сверхбольшие интегральные схемы (1980-?) Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС) в 80-х годах позволило помещать на одну плату сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец, миллионы транзисторов. Хотя некоторые компании (такие, как Commodore, Apple и Atari) производили персональные компьютеры с использованием своих процессоров, a pie процессоров Intel, потенциал производства IBM PC был настолько велик, что другим компаршям приходилось пробиваться с трудом.

Пятое поколение — невидимые компьютеры В 1981 году правительство Японии объявило о намерениях выделить национальным компаниям 500 миллионов долларов на разработку компьютеров пятого поколения на основе технологий искусственного интеллекта, которые должны были потеснить «тугие на голову» машины четвертого поколения

Типы компьютеров В предыдущем разделе мы кратко изложили историю компьютерных систем. В этом разделе мы расскажем о положении дел в настоящий момент и сделаем некоторые предположения на будущее. Хотя персональные компьютеры — наиболее известные типы «умных» машин, в наши дни существуют и другие типы машин, поэтому стоит кратко рассказать о них. Закон Мура связан с тем, что некоторые экономисты называют эффективным циклом. Достижения в компьютерных технологиях (увеличение количества транзисторов на одной микросхеме) приводят к продукции лучшего качества и более низким ценам.

Широкий спектр компьютеров Ричард Хамминг (Richard Hamming), бывший исследователь из Bell Laboratories, заметил, что количественное изменение величины на порядок ведет к качественному изменению. Еще один полезный вариант применения микросхем RFID — это их установка на транспортных средствах Технология RFID также предусматривает возможность применения в багажных системах Микроконтроллеры

Следующая категория — игровые компьютеры. Это, по существу, обычные компьютеры, в которых расширенные возможности графических и звуковых контроллеров сочетаются с ограничениями по объему ПО и пониженной расширяемостью В следующую категорию входят персональные компьютеры. Именно они ассоциируются у большинства людей со словом «компьютер». Персональные компьютеры бывают двух видов: настольные и портативные (ноутбуки). Мощные персональные компьютеры и рабочие станции часто используются в качестве сетевых серверов — как в локальных сетях (обычно в пределах одной организации), так и в Интернете. Наконец мы дошли до больших компьютеров размером с комнату, напоминающих компьютеры 60-х годов и традиционно называемых мэйнфреймами. В большинстве случаев эти системы — прямые потомки больших компьютеров серии 360.

Семейства компьютеров Основное внимание в этой книге уделяется вычислительным системам трех типов: персональным компьютерам, серверам и встроенным компьютерам В 1978 году появился процессор 8086, 16-разрядный процессор на одной микросхеме Через четыре года появился процессор 80486. Он работал быстрее, чем 80386, мог выполнять операции с плавающей точкой и имел кэш-память объемом 8 Кбайт. Кэш-память позволяет держать наиболее часто используемые слова внутри центрального процессора и избегать длительных обращений к основной (оперативной) памяти. Следующая модель Pentium получила новую внутреннюю архитектуру. Одновременно было решено перейти с римских цифр в обозначениях моделей на арабские. Так появился процессор Pentium 4.

Итак, в ноябре 2000 года Intel выпускает Pentium 4 — новую модель процессора, позволявшую выполнять те же программы, b что Pentium III и Xeon, но основанную на качественно новом конструктивном решении. Поскольку величина энергопотребления определяется напряжением и тактовой частотой, два процессора на одной схеме потребляют значительно меньше энергии, чем один, работающий на аналогичной скорости. Первый компьютер компании, Sun-1, был оснащен процессором Motorola 68020 и имел большой успех, как и последующие модели Sun-2 и Sun-3, также сконструированные с использованием микропроцессоров Motorola.

Знакомство с микросхемой 8051 Третий пример разительно отличается и от первого (Pentium 4 для персональных компьютеров), и от второго (UltraSPARC III для серверов). Микросхема 8051 применяется во встроенных системах. Процессор UltraSPARC предназначался для веб-серверов с десятками процессоров и физической памятью до 2 Тбайт (1 терабайт = 1012 байт). Тем не менее некоторые версии UltraSPARC могут использоваться и в ноутбуках.

Единицы измерения Во избежание недоразумений нелишне заметить, что в этой книге, равно как и в вычислительной технике в целом, вместо традиционных британских единиц используются метрические.

 

 

Русские художники