Вступ

Ця тема курсової роботи є основним періодом електронного розвитку обчислювальної техніки. Актуальність цієї теми у тому, що, простеживши етапи формування ЕОМ, можна дійти певних висновків про перспективи розвитку обчислювальної техніки у майбутньому.

Метою даної курсової є вивчення етапів розвитку ЕОМ.

Завданнями даної курсової є вивчення зарубіжної, вітчизняної практики розвитку обчислювальної техніки, і навіть перспективи розвитку ЕОМ найближчим часом.

Метою практичної частини курсової роботи є вирішення поставленого завдання за допомогою ППП на ПК. Як ППП використовується табличний процесор MS Excel.

В курсової роботинаводиться ілюстрований матеріал у формі аналітичних таблиць та малюнків.

> Основні етапи розвитку обчислювальної техніки

> Зарубіжна практика розвитку ЕОМ

У 1946 році в США, в університеті міста Пенсільванія, була створена перша універсальна ЕОМ – ENIAC. ЕОМ ENIAC містила 18 тис. ламп, важила 30 тонн, займала площу 200 м-код і споживала величезну потужність. Програмування здійснювалося шляхом комутації роз'ємів та встановлення перемикачів. Таке «програмування» спричиняло появу безліч проблем, викликаних неправильною установкою перемикачів. З проектом ENIAC пов'язане ім'я ще однієї ключової постаті історії обчислювальної техніки - математика Джона фон Неймана. Саме він вперше запропонував записувати програму та її дані на згадку про машини так, щоб їх можна було за необхідності модифікувати в процесі роботи. Цей ключовий принцип, який отримав назву принципу програми, що зберігається, був використаний надалі при створенні принципово нової ЕОМ EDVAC (1951 рік). У цій машині вже застосовується двійкова арифметика та використовується оперативна пам'ять.

За етапами створення та використовуваної елементної бази ЕОМ можна умовно поділити на наступні покоління:

1-е покоління (1945-1954 рр.) - час становлення машин із фон-нейманівською архітектурою. У цей час формується типовий набір структурних елементів, які входять до складу ЕОМ. Це - центральний процесор (ЦП), оперативна пам'ять (або оперативний запам'ятовуючий пристрій-ОЗУ) та пристрої введення-виводу (УВВ). ЦП, своєю чергою, має складатися з арифметико-логічного устрою (АЛУ) і керуючого устрою (УУ). ЕОМ цього покоління працювали на електронно-вакуумних лампах, через що поглинали величезну кількість енергії та були дуже ненадійні. З їхньою допомогою вирішувалися переважно наукові завдання.

На першому етапі не існувало взагалі жодного бізнесу - моделі через відсутність самого комп'ютерного ринку. Створення обчислювальної техніки майже повністю фінансувалося державою і було пов'язане з реалізацією конкретних проектів у оборонних та вельми секретних галузях, насамперед у ядерних та космічних програмах.

2-ге покоління (1955-1964 рр.). Замість громіздкої лампи в ЕОМ стали застосовуватися мініатюрні транзистори, з'явилася пам'ять на магнітних сердечниках. Це призвело до зменшення габаритів, підвищення надійності та продуктивності ЕОМ. З'явилися мови високого рівня (Algol, FORTRAN, COBOL) створили передумови появи переносного програмного забезпечення, який залежить від типу ЕОМ. Не можна не відзначити і поява такого нововведення як процесори введення-виведення, які дозволили звільнити ЦП від управління введенням-виведенням і здійснювати введення-виведення за допомогою спеціалізованого пристрою одночасно з процесом обчислень. На цьому етапі різко розширилося коло користувачів ЕОМ і зросла номенклатура розв'язуваних завдань. Для управління ресурсами машини стали використовуватися операційні системи (ОС).

3-тє покоління (1965-1970 рр.). Зміна поколінь була знову обумовлена ​​оновленням елементної бази: замість транзисторів у різних вузлах ЕОМ стали використовуватися інтегральні мікросхеми різного ступеня інтеграції (сотні, тисячі транзисторів одному корпусі). Не лише підвищило продуктивність ЕОМ, а й знизило їх габарити і. З'явилися малогабаритні машини (міні-ЕОМ). Вони активно використовувалися для управління різними технологічними виробничими процесами в системах збирання та обробки інформації. Збільшення потужності ЕОМ уможливило одночасне виконання декількох програм на одній ЕОМ. Для цього потрібно було навчитися координувати між собою дії, що одночасно виконуються, для чого були розширені функції операційної системи. У цей період зростає питома вага розробок у галузі технологій програмування: активно розробляються теоретичні основи методів програмування, компіляції, баз даних, операційних системі т.д. Створюються пакети прикладних програмдля різних областей життєдіяльності людини. Спостерігається тенденція до створення сімей ЕОМ, тобто. машини стають сумісні знизу вгору програмно-апаратному рівні. Прикладами таких сімейств була серія IBM System 360 та наш вітчизняний аналог – ЄС ЕОМ.

На даному етапікомп'ютери стають ринковим товаром, хоч і дуже дорогим і тому доступним далеко не кожній організації. Виникнення ринкових відносин стає потужним стимулом розвитку обчислювальної техніки, оскільки дозволяє залучати інвестиції як держави, а й зростаючої кількості незалежних підприємств (покупців). Розширюються сфери застосування, спочатку за рахунок науково-технічних розрахунків, потім економічних та облікових завдань, а також управління технологічними процесами.

Проте, цей етап загалом відповідає поняттю " державний капіталізм " : розвиток галузі здійснюється у основному з допомогою державних коштів, що виражається у сильної орієнтації на держзамовлення, а й у прямому залученні бюджетних коштів на дослідження. Відповідно держава активно займається управлінням ІТ-індустрії, контролюючи, зокрема, питання стандартизації.

Число компаній-виробників (вони і розробники) обчислюється одиницями, у разі десятками, а безумовним лідером тут є IBM. При цьому кожна компанія фактично є самодостатньою і виконує повний цикл розробки та виробництва ключових компонентів. обчислювальних систем(електронних мікросхем, периферійних пристроїв, готових комп'ютерів, операційних систем та прикладних програм), а також надає послуги з їх впровадження та експлуатації. Більшість фірм має вже досить велику докомп'ютерну історію і працює не тільки в обчислювальної індустрії (наприклад, IBM і HP).

Спеціалізовані комп'ютерні компанії, деякі з яких створюються "з нуля", виникають лише наприкінці 60-х років і це є найкращим доказом становлення ринку: зростання кількості користувачів та появи можливості заробляти гроші на комп'ютерах. Класичний приклад - компанія Digital Equipment Corporation.

4-е покоління (1970-1984 рр.). Ще одна зміна елементної бази призвела до зміни поколінь. У 70-ті роки активно ведуться роботи зі створення великих і надвеликих інтегральних схем (ВІС та НВІС), які дозволили розмістити на одному кристалі десятки тисяч елементів. Це спричинило подальше істотне зниження розмірів та вартості ЕОМ. Робота з програмним забезпеченнямстала більш дружньою, що спричинило зростання кількості користувачів. При такому ступені інтеграції елементів стало можливим створити функціонально повну ЕОМ однією кристалі. У листопаді 1971 року фірма Intel випустила перший мікропроцесор i4004, який містив 2300 транзисторів та мав швидкодію 60000 операцій на секунду. І якщо раніше у світі обчислювальної техніки були лише три напрями (супер ЕОМ, великі ЕОМ (мейнфрейми) і міні-ЕОМ), то тепер до них додалося ще одне - мікропроцесорне. У випадку під процесором розуміють функціональний блок ЕОМ, призначений для логічного і арифметичної обробки інформації з урахуванням принципу мікропрограмного управління. По апаратної реалізації процесори можна розділити на мікропроцесори (цілком інтегрують всі функції процесора) і процесори з малою та середньою інтеграцією. Конструктивно це виявляється у тому, що мікропроцесори реалізують всі функції процесора однією кристалі, а процесори інших типів реалізують їх шляхом з'єднання великої кількості мікросхем. Швидкодія машин цього покоління досягає 10-12 млн. операцій на секунду.

Даний етап безпосередньо пов'язаний з появою персональних комп'ютерів, що призвело до вибухоподібного розширення кола користувачів і задач (тут, звичайно, можна виділити свої періоди розвитку). У комп'ютерній промисловості формується нова бізнес-модель, яка характеризується такими характеристиками.

1. Висока міра незалежності приватного бізнесу від фінансової підтримки держави. Хоча бюджетні організації продовжують становити значної частини споживачів, розвиток галузі відбувається з допомогою прибуток від комерційної діяльності, а чи не прямого бюджетного фінансування. Перехід від системи держзамовлення до схеми ринкових комерційних ризиків.

2. Надзвичайно розвинена система поділу праці, де кожен займається своєю справою (за наявності жорсткої конкуренції у кожному окремому напрямі работ). Тут працюють десятки, а можливо, сотні тисяч компаній по всьому світу, одні з яких займаються виробництвом окремих компонентів, інші - збиранням, треті - продажем, четверті - наданням сервісних послуг. Саме це призводить до появи принципово нового виду товарів. програмних продуктів, ринок яких стрімко зростає (Раніше програми служили в основному просто додатком до комп'ютера.)

3. Управління комп'ютерної індустрією, зокрема у галузі розробки галузевих стандартів, поступово переходить від держави до спільноти комп'ютерних фірми.

Різке розширення комп'ютерного ринку, і навіть можливість використання найефективніших бізнес - моделей призвели до появи нових лідерів галузі: Microsoft (розробка ПЗ), Intel (мікропроцесори), Compaq, Dell (комп'ютери) та інших. Формування бізнес - моделі " масового ринку " не призвело до автоматичного зникнення бізнес-схеми, орієнтованої на "ринок великих клієнтів". Фактично зараз ми спостерігаємо паралельну реалізацію цих двох бізнес-ліній у їхній "єдності та боротьбі протилежностей". У житті рідко зустрічаються "класичні" схеми та насправді реалізується деякий змішаний варіант. Проте з певним ступенем умовності можна стверджувати, що вододіл між двома бізнес-моделями проходить між представниками двох платформ: Unix-систем та мейнфреймів, з одного боку, та Wintel, з іншого. До певного часу (рубеж 80-х і 90-х років) розвиток цих ліній відбувається без помітної конкуренції з боку один одного (Wintel і ПК були ще досить слабкі), але останні десять років вони перебувають у режимі "вогневого контакту". Все це якоюсь мірою нагадує боротьбу римських легіонерів з варварами ("один професіонал коштує сотні ненавчених солдатів") із відомим історичним фіналом. Так чи інакше, але планка, що розділяє Unix-системи та ПК (іншими словами, продуктивність та вартість систем), постійно підвищується. При цьому представники Wintel-спільноти активно прориваються в сегмент великих замовників, де їм доводиться відповідним чином коригувати свою бізнес-модель, щоб досягти певних успіхів. гарним прикладомслужить Compaq). Дуже характерним моментом у розвитку світової комп'ютерної індустрії є ситуація, коли лідери Wintel-платформи – Microsoft та Intel – очолили список найбільших комп'ютерних компаній за показником ринкової вартості компаній. (За сумарними показниками ПК-сектор уже давно обійшов Unix-системи. Microsoft рік тому вийшла на перше місце серед усіх корпорацій світу, а зараз її вартість вже перевищує 500 млрд. дол.) Представники Unix-систем, у свою чергу, одночасно намагаються активно працювати на платформі Wintel (ті ж IBM і HP) або просуватися на масовий ринок своїм шляхом (згадаймо 500-доларові Java-комп'ютери у планах Sun та Oracle). Можна також згадати про компанію Apple, яка вже понад двадцять п'ять років реалізує на масовому ринку персональних комп'ютерів бізнес-модель періоду "ринку великих клієнтів". Коротше кажучи, комп'ютерний світ, як завжди, зовсім не чорно-білий.

5 покоління можна назвати мікропроцесорним. До цього часу проектувальники великих комп'ютерів нагромадили величезний теоретичний та практичний досвід, а програмісти мікропроцесорів зуміли знайти свою нішу на ринку. У 1976 році компанія Intel закінчила розробку 16-розрядного мікропроцесора i8086. У 1982 році був представлений покращений варіант мікропроцесора i8086 – i80286. Перші комп'ютери з урахуванням цього процесора з'явилися торік у 1984 року. По своїм обчислювальним можливостям цей комп'ютер став можна порівняти з IBM 370. Тому вважатимуться, що у цьому 4-е покоління розвитку ЕОМ завершилося. Великі ЕОМ були ЕОМ з багатьма десятками паралельно працюючих мікропроцесорів, що дозволяють будувати ефективні системи обробки знань; ЕОМ на надскладних мікропроцесорах з паралельно-векторною структурою, що одночасно виконують десятки послідовних команд програми; Завдання мініатюризації вирішується за допомогою чіпів (від англійського слова chip-стружка, тонке волосся). Налагоджено промисловий випуск чіпів, які містять понад мільйон транзисторів.

6-ті та наступні покоління: оптоелектронних ЕОМ з масовим паралелізмом та нейронною структурою - з розподіленою мережею великої кількості(десятки тисяч) нескладних мікропроцесорів, що моделюють архітектуру нейронних біологічних систем.

Кожне наступне покоління ЕОМ має, порівняно з попереднім, суттєво найкращі характеристики. Так, продуктивність ЕОМ і ємність всіх пристроїв збільшуються, як правило, більше ніж на порядок. Уявлення про вдосконалення технології використання комп'ютерів дає таблиця 1.1.

Параметри	Етапи розвитку комп'ютерів
Мета використання ЕОМ (переважно)	Науково-технічні розрахунки	Технічні та економічні розрахунки	Управління та економічні розрахунки	Управління та надання інформації	Телекомунікації, інформаційне обслуговування та управління
Режим роботи ЕОМ	Однопрограмний	Пакетне оброблення	Поділ часу	Персональна робота	Мережеве оброблення
Інтеграція даних				Дуже висока	Надвисока
Розташування користувача	Машинний зал	Окреме приміщення	Термінальний зал	Робочий стіл	Довільне мобільне
Тип користувача	Інженери-програмісти	Професійні программісти	Програмісти користувачі	Користувачі із загальною комп'ютерною підготовкою	Слабонавчені користувачі
Тип діалогу	Робота за пультом ЕОМ	Обмін перфоносітелями та машинограмами	Інтерактивний (через клавіатуру та екран)	Інтерактивний за жорстким меню	Інтерактивний екранний типу "питання-відповідь"

Удосконалення технології використання комп'ютерів

Електронні обчислювальні машини (ЕОМ) набули широкого поширення ще в середині 20 століття. Початок їх створення припав на 1940-ті роки з появою електромеханічних лічильних машин. У 40-60-х роках виробництво ЕОМ вимірювалося одиницями, десятками і, у разі, сотнями штук. ЕОМ були дуже дорогими і дуже великими (займали величезні зали), тому залишалися недоступними масового споживача і використовувалися лише державних установах і великих фірмах.

1945-1955 рр. це період становлення, до нього відноситься поява перших електронних обчислювальних машин, які могли автоматично за заданою програмою обробляти великі обсяги інформації, причому майже одночасно у трьох країнах: США (1945, ЕНІАК), Англії (1949, EDSAC) та СРСР (1950, МЕСМ).

У червні 1943 року артилерійське управління уклало договір з Пенсільванським університетом на будівництво "Електронної машини для розрахунку балістичних таблиць" - "Електронно-цифрового інтегратора та обчислювача" (Electronical Numerical Integrator and Calculator, скорочено ENIAC). ENIAC, що призначався для військових цілей, був закінчений через 2 місяці після капітуляції Японії (рис. 1.12).

Це була величезна споруда: понад 30 м завдовжки і площею понад 85 м 3 , вагою 30 т, що складається з 40 панелей, розташованих П-образно, що містять понад 18000 електронних ламп і 1500 реле. Машина споживала близько 150 квт енергії.

У 1949 році в Кембриджському університеті (Великобританія) групою на чолі з Морісом Вілксом було створено електронну обчислювальну машину (рис. 1.13)

EDSAC (англ. Electronic Delay Storage Automatic Computer), перший у світі діюча і практично використовується з програмою, що зберігається в пам'яті.

Її архітектура успадкувала архітектуру EDVAC. На створення EDSAC пішло два з половиною роки. Навесні 1949 року було завершено налагодження машини, і 6 травня 1949 року було виконано першу програму - обчислення таблиці квадратів чисел від 0 до 99. Вона складалася приблизно з 3000 електронних ламп. Основна пам'ять складалася з 32 ртутних ультразвукових ліній затримки (РУЛЗ), кожна з яких зберігала 32 слова по 17 біт, включаючи біт знака - це дає 1024 осередків пам'яті. Була можливість включити додаткові лінії затримки, що дозволяло працювати зі словами 35 двійкових розрядів (включаючи біт знака). Обчислення проводилися у двійковій системі зі швидкістю від 100 до 15 000 операцій на секунду. Потужність - 12 кВт, займана площа - 20 м². У 1953 році в тій же лабораторії під керівництвом Вілкса і Ренвіка почалася робота над другою моделлю ЕОМ, що стала попередницею сучасних комп'ютерів.

Як оперативний запам'ятовуючий пристрій вже використовувалися елементи

на феритових сердечниках, загальною ємністю 1024 слова. Крім того, в новій машині з'явилося і постійне запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) - спочатку на діодній, а потім на феритової матриці. Але головним нововведенням було використання мікропрограмного управління: деякі з команд можна було складати з набору мікрооперацій; мікропрограми записувалися у постійній пам'яті. EDSAC-2 була введена в дію у 1957 році і пропрацювала до 1965 року.

У нашій країні в 1948 році академік Сергій Олексійович Лебедєв запропонував проект першої на континенті Європи ЕОМ (рис. 1.14) - називалася вона мала електронна лічильно-вирішальна машина (МЕММ). У 1951 році МЕСМ офіційно вводиться в експлуатацію в Інституті точної механіки та обчислювальної техніки АН СРСР, на ній регулярно вирішуються обчислювальні завдання.

Машина оперувала з 20 розрядними двійковими кодами з швидкодією 50 операцій на секунду, мала оперативну пам'ять у 100 осередків на близько 6000 електровакуумних лампах (близько 3500 тріодів і 2500 діодів), займала площу 60 м 2 , споживала потужність близько 2000 метрів. А 1952 року академіком С.А. Лебедєвим створюється серія радянських електронних обчислювальних машин загального призначення, призначених для вирішення широкого колазадач і першою з них стала БЭСМ (рис 1.15) (велика (або швидкодіюча) електронно-лічильна машина) введена в експлуатацію восени 1952 року, відома як БЭСМ Академії Наук (БЭСМ АН). Яка була збудована на електронних лампах (5000 ламп). Швидкодія – 8-10 тис. оп./с. Зовнішня пам'ять - на магнітних барабанах (2 барабани по 512 слів) та магнітних стрічках (4 по 30 000 слів), мала паралельне 39-розрядне АЛУ з плаваючою комою, що виконувало 20 операцій.

Було створено лише одну машину БЭСМ-1 (рис. 1.15), яка стала попередницею серії вітчизняних цифрових ЕОМ. У 1953 році на БЭСМ-1 була випробувана оперативна пам'ять на ртутних трубках БЭСМ-2 (1024 слова), на початку 1955 року – на потенціалоскопах БЭСМ-3 (1024 слова), у 1957 році – на феритних сердечниках БЭСМ-4 (2047 слів ). У 1953 році (жовтень - міжнародна конференція в Дармштадті) БЕСМ визнано найкращою в Європі.

Друге покоління(Період від кінця 50-х до кінця 60-х років). У 1949 році в США було створено перший напівпровідниковий прилад, що замінює електронну лампу. Він одержав назву транзистор. Транзистори швидко впроваджувалися у радіотехніку. У 60-х роках транзистори стали елементною базою для ЕОМ другого покоління. З'єднання елементів: друковані плати та навісний монтаж дротів. Габарити значно зменшились. Продуктивність від сотень тисяч до 1 млн операцій на секунду. Спростилася експлуатація. За часів другого покоління активно стали розвиватися мови програмування високого рівня. Першими з них були ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ, Упорядкування програми перестало залежати від моделі машини, стало простіше, зрозуміліше, доступніше. Програмування як елемент грамотності стало широко поширюватися, головним чином серед людей із вищою освітою.

Великий розвиток отримали пристрої зовнішньої (магнітної) пам'яті: магнітні барабани, накопичувачі магнітних стрічках. Завдяки цьому з'явилася можливість створювати на ЕОМ інформаційно-довідкові, пошукові системи. Такі системи пов'язані з необхідністю довго зберігати на магнітних носіяхвеликі обсяги інформації.

Третє покоління(Період від кінця 60-х до кінця 70-х років). Елементна база: інтегральні схеми (ІС), які вставляють у спеціальні гнізда на друкованій платі. Збільшилася продуктивність від сотень тисяч до мільйонів операцій на секунду. Найбільш оперативно провадиться ремонт звичайних несправностей. Збільшились обсяги пам'яті. Перші інтегральні схеми містили у собі десятки, потім – сотні елементів (транзисторів, опорів та інших.). Коли ступінь інтеграції (кількість елементів) наблизився до тисячі, їх стали називати великими інтегральними схемами – ВІС; потім з'явилися надвеликі інтегральні схеми - НВІС.

ЕОМ третього покоління почали проводитися у другій половині 60-х років, коли американська фірма IBM розпочала випуск системи машин IBM-360. То були машини на ІС. Трохи згодом стали випускатися машини серії IBM-370, побудовані на БІС. У нашій країні у 70-х роках розпочався випуск машин серії ЄС ЕОМ ( єдина системаЕОМ) на зразок IBM 360/370.

На машинах третього покоління з'явився новий тип зовнішніх пристроїв - магнітні диски. Накопичувачі на магнітних дисках (НМД) працюють набагато швидше, ніж накопичувачі на магнітних стрічках (НМЛ). Широко використовуються нові типи пристроїв введення-виводу: дисплеї, графобудівники.

У цей час значно розширилися області застосування ЕОМ. Стали створюватися бази даних, перші системи штучного інтелекту, системи автоматизованого проектування (САПР) та управління (АСУ).

У 70-ті роки набула потужного розвитку лінія малих (міні) ЕОМ. Своєрідним зразком тут стали машини американської компанії DEC серії PDP. У нашій країні за цим зразком створювалася серія машин СМ ЕОМ (Система малих ЕОМ). Вони менші, дешевші, надійніші за великі машини. Машини цього типу добре пристосовані для управління різними технічними об'єктами: виробничими установками, лабораторним обладнанням, транспортними засобами. Тому їх називають керуючими машинами. У другій половині 70-х років виробництво міні-ЕОМ перевищило виробництво великих машин.

Четверте покоління(З кінця 70-х років по теперішній час). Чергова революційна подія в електроніці відбулася у 1971 році, коли американська фірма Intel оголосила про створення нового пристрою. Розміри і форма цифрових ЕОМ невпізнанно змінилися результаті розробки нових пристроїв, званих мікропроцесорами.

Мікропроцесор(МП) - це програмно-кероване електронне цифровий пристрій, призначений для обробки цифрової інформаціїта управління процесом цієї обробки, виконане на одній або кількох інтегральних схемах з високим ступенем інтеграції електронних елементів.

У 1970 році Маршіан Едвард Хофф із фірми сконструював інтегральну схему, аналогічну за своїми функціями центральному процесоруВеликий ЕОМ - перший мікропроцесор, який у 1971 року було випущено продаж. 15 листопада 1971 можна вважати початком нової ери в електроніці. Цього дня компанія розпочала постачання першого у світі мікропроцесора.

Це був справжній прорив, бо мікропроцесор розміром менше 3 см був продуктивнішим за гігантську машину ENIAC. Правда працював він набагато повільніше і міг обробляти одночасно лише 4 біти інформації (процесори великих ЕОМ обробляли 16 або 32 біти одночасно), але й коштував перший мікропроцесор у десятки тисяч разів дешевше.

Кристал був 4-розрядним процесором з класичною архітектурою ЕОМ гарвардського типу і виготовлявся за передовою p-канальною МОП (Метал - Оксид - напівпровідник) технології з проектними нормами 10 мкм. Електрична схемаприладу налічувала 2300 транзисторів. МП працював на тактовій частоті 750 кГц за тривалості циклу команд 10,8 мкс. Чіп i4004 мав адресний стек (лічильник команд та три регістри стека типу LIFO), блок РОНів (регістри загального призначення), (реєстровий файл - РФ), 4-розрядний паралельний арифметико-логічний пристрій (АЛУ), акумулятор, регістр команд з дешифратором команд та схемою управління, а також схему зв'язку з зовнішніми пристроями. Всі ці функціональні вузли поєднувалися між собою 4-розрядною ШД. Пам'ять команд досягала 4 Кбайт (для порівняння: обсяг ЗУ міні-ЕОМ на початку 70-х років рідко перевищував 16 Кбайт), а РФ ЦП налічував 16 4-розрядних регістрів, які можна було використовувати як 8 8-розрядних. Така організація РОНів збережена і наступних МП фірми Intel. Три регістри стека забезпечували три рівні вкладення підпрограм. МП i4004 монтувався в пластмасовий або металокерамічний корпус типу DIP (Dual In-line Package) лише з 16 висновками.

У систему його команд входило лише 46 інструкцій. Разом з тим кристал мав дуже обмежені засоби введення/виводу, а в системі команд були відсутні операції логічної обробки даних (І, АБО, ВИКЛЮЧНЕ АБО), у зв'язку з чим їх доводилося реалізовувати за допомогою спеціальних підпрограм. Модуль i4004 не мав можливості зупинки (команди HALT) та обробки переривань.

Спочатку мікропроцесори стали вбудовувати у різні технічні пристрої: верстати, автомобілі, літаки. Такі мікропроцесори здійснюють автоматичне керування роботою цієї техніки. З появою мікропроцесорів пов'язана одна з найважливіших подій в історії обчислювальної техніки - створення та застосування мікро-ЕОМ. Істотна відмінність мікро-ЕОМ від своїх попередників є їхні малі габарити (розміри побутового телевізора) та порівняльна дешевизна. Це перший тип комп'ютерів, що з'явився у роздрібному продажу.

Цикл команди процесора складався з 8 тактів генератора, що задає. Була мультиплексована ША (шина адреси)/ШД (шина даних), адреса 12-розрядна передавалася по 4-розряди.

1 квітня 1972 р. фірма Intel розпочала постачання першого в галузі 8-розрядного приладу i8008. Кристал виготовлявся за р-канальною МОП-технологією з проектними нормами 10 мкм і містив 3500 транзисторів. Процесор працював на частоті 500 кГц при тривалості машинного циклу 20 мкс (10 періодів генератора, що задає). На відміну від своїх попередників мікропроцесор мав архітектуру ЕОМ принстонського типу, а як пам'ять допускав застосування комбінації ПЗУ та ОЗУ.

У порівнянні з i4004 число РОН зменшилося з 16 до 8, причому два регістри використовувалися для зберігання адреси при непрямій адресації пам'яті (обмеження технології - блок РОН аналогічно кристалам 4004 та 4040 у мікропроцесорі 8008 був реалізований у вигляді динамічної пам'яті). Майже вдвічі скоротилася тривалість машинного циклу (від 8 до 5 станів). Для синхронізації роботи з повільними пристроями було введено сигнал готовності READY.

Система команд налічувала 65 вказівок. Мікропроцесор міг адресувати пам'ять обсягом 16 Кбайт. Його продуктивність проти чотириразрядними мікропроцесорами зросла в 2,3 разу. В середньому для сполучення процесора з пам'яттю та пристроями введення/виводу потрібно близько 20 схем середнього ступеня інтеграції.

Можливості р-канальної технології для створення складних високопродуктивних мікропроцесорів були майже вичерпані, тому "напрямок головного удару" перенесли на n-канальну МОП технологію.

1 квітня 1974 року мікропроцесор Intel 8080 був представлений увазі всіх зацікавлених осіб. Завдяки використанню технології n-МОП із проектними нормами 6 мкм, на кристалі вдалося розмістити 6 тис. транзисторів. Тактова частота процесора було доведено до 2 МГц, а тривалість циклу команд становила вже 2 мкс. Об'єм пам'яті, адресованої процесором, було збільшено до 64 Кбайт. За рахунок використання 40-вивідного корпусу вдалося розділити ША та ШД, загальна кількість мікросхем, що були потрібні для побудови системи в мінімальній конфігурації, скоротилося до 6 (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Структурна схемамікропроцесора Intel 8080

У Реєстровий файл були введені покажчик стека, що активно використовується при обробці переривань, а також два програмно недоступні регістри для внутрішніх пересилок. Блок РОН був реалізований на мікросхемах статичної пам'яті. Вилучення акумулятора з Реєстрового файлу та введення його до складу АЛУ спростило схему керування внутрішньою шиною.

Нове в архітектурі МП – використання багаторівневої системи переривань по вектору.

Таке технічне рішення дозволило довести загальну кількість джерел переривань до 256 (до появи БІС контролерів переривань схема формування векторів переривань вимагала застосування до 10 додаткових чипів середньої інтеграції). У i8080 виник механізм прямого доступу в пам'ять (ПДП) (як раніше в універсальних ЕОМ IBM System 360 та ін.).

ПДП відкрив зелену вулицю для застосування в мікро-ЕОМ таких складних пристроїв, як накопичувачі на магнітних дисках та стрічках дисплеї на ЕПТ, які й перетворили мікро-ЕОМ на повноцінну обчислювальну систему.

Найпопулярнішим різновидом ЕОМ сьогодні є персональні комп'ютери. Початок широкого продажу персональних ЕОМ пов'язане з іменами С. Джобса та В. Возняка, засновників фірми "Еппл комп'ютер" (Apple Computer), яка з 1977 налагодила випуск персональних комп'ютерів "Apple". З 1982 року фірма IBM розпочала випуск моделі персонального комп'ютера, що став стандартом довгі часи – IBM PC (Personal Computer). Фірма дотримувалася принципу відкритої архітектури та магістрально-модульної побудови комп'ютера (будь-який виробник може встановити комплектуючі до комп'ютера).

Є й інша лінія у розвитку ЕОМ четвертого покоління. Це суперЕОМ. Машини цього класу мають швидкодію сотні мільйонів та мільярди операцій за секунду. Першою суперЕОМ четвертого покоління була американська машина ILLIAK-4, за нею з'явилися CRAY, CYBER та ін. З вітчизняних машин до цієї серії належить багатопроцесорний обчислювальний комплекс Ельбрус. Розвиток таких обчислювальних систем відбувається шляхом збільшення числа процесорів та їх швидкодії. Сучасні багатопроцесорні обчислювальні комплексивключають десятки тисяч процесорів. Їхня швидкодія обчислюється сотнями мільярдів операцій на секунду.

Сучасні ЕОМ перевершують комп'ютери попередніх поколінь компактністю, величезними можливостями та доступністю для різних категорій користувачів. Основні технічні характеристикисучасного персонального комп'ютера: процесор (швидкість – тактова частота, розрядність), оперативна та зовнішня пам'ять (обсяг пам'яті, швидкість доступу до пам'яті та ін.), відеопам'ять, засоби введення-виводу, засоби комунікації та ін.

Дуже важливо правильно вибрати конфігурацію ЕОМ:

· Тип основного мікропроцесора та материнської плати;

· Обсяг основний та зовнішньої пам'яті;

· Номенклатуру пристроїв зовнішньої пам'яті;

· види системного та локального інтерфейсів;

· Тип відеоадаптера та відеомонітора;

· Типи клавіатури, принтера, маніпулятора, модему та ін.

Найважливішою характеристикою є продуктивність машини, основними факторами підвищення якої є:

· Збільшення тактової частоти;

· Збільшення розрядності мікропроцесора;

· Збільшення внутрішньої частоти мікропроцесора;

· Конвеєризація виконання операцій у мікропроцесорі та наявність кеш-пам'яті команд;

· Збільшення кількості регістрів мікропроцесорної пам'яті;

· Наявність та обсяг кеш-пам'яті;

· Можливість організації віртуальної пам'яті;

· Наявність математичного співпроцесора;

· Наявність процесора OverDrive;

· пропускна здатність системної шини та локальної шини;

· Обсяг ОЗУ та його швидкодія;

· Швидкодія накопичувача жорстких магнітних дисків;

· Пропускна здатність локального дискового інтерфейсу;

· Організація кешування дискової пам'яті;

· Об'єм пам'яті відеоадаптера та його пропускна здатність;

· Пропускна здатність мультикарти, що містить адаптери дискових інтерфейсів і підтримує послідовні та паралельні порти для підключення принтера, миші та ін.

ЕОМ п'ятого покоління- Це машини недалекого майбутнього. Основною їх якістю має бути високий інтелектуальний рівень. Машини п'ятого покоління – це реалізований штучний інтелект. У них буде можливе введення з голосу, голосове спілкування, машинний "зір", машинний "дотик". Багато чого вже практично зроблено у цьому напрямі.

ЕОМ п'ятого покоління повинні задовольняти наступним якісно новим функціональним вимогам:

Забезпечувати простоту застосування ЕОМ шляхом ефективних систем введення-виведення інформації, діалогової обробки інформації з використанням природних мов, можливості навчання, асоціативних побудов та логічних висновків (інтелектуалізація ЕОМ);

Спростити процес створення програмних засобівшляхом автоматизації синтезу програм за специфікаціями вихідних вимог природними мовами; удосконалити інструментальні засоби розробників;

Поліпшити основні характеристики та експлуатаційні якості ЕОМ, забезпечити їх різноманітність та високу адаптованість до додатків.

В даний час одним із основних напрямків науково-технічного прогресу є широка автоматизація технологічних процесів. Використання мікропроцесорів та пристроїв, створених на їх основі, дозволяє значно підвищити рівень автоматизації. Як приклади можна відзначити широке впровадження робототехніки, автоматизованих верстатів, механізмів і машин, вимірювальної, регулюючої та керуючої техніки, створеної на основі мікропроцесорів, обчислювальної техніки.

Складання