Лекция 4




НазваниеЛекция 4
страница6/7
Дата31.12.2012
Размер0.54 Mb.
ТипЛекция
1   2   3   4   5   6   7

Развитие элементной базы


В истории инструментальных средств вычислений обычно выделяют четыре больших периода: домеханический, механический, электромеханический и электронный. Наиболее полное представление об мировой истории развития можно получить в приводимом с разрешения автора обзоре Б.Н. Малиновского.

Полунин: «Традиционно в истории инструментальных средств вычислений выделяют четыре больших периода: домеханический, механический, электромеханический и электронный. Такая периодизация основана на физической природе элементов (деталей, приборов), которые использовались при построении вычислительных средств, и, по-видимому, имеет право на существование. Правда, даже при таком крупном “дроблении” истории интересующего нас предмета возникают некоторые противоречия.»

Но значительно больше затруднений и разночтений вызывает периодизация внутри самого интересного и динамичного этапа истории ВТ - электронного. Опять-таки традиционно, его делят на поколения ЭВМ, положив в основу тот же физико-технологический принцип, поскольку с определенной условностью можно утверждать, что элементная база компьютеров меняется дискретно, а эволюция идей ВТ носит непрерывный характер. В соответствии с такой периодизацией к первому поколению (1944-1955) относят ламповые машины, ко второму (1955-1964) - транзисторные, к третьему (1965-1974) - машины на интегральных схемах (ИС) малой и средней интеграции, к четвертому (1975-1984 и далее) - машины на ИС большой и сверхбольшой интеграции (БИС и СБИС, соответственно). Но, во-первых, временные границы поколений, определенные разными авторами, редко совпадают и отличаются на несколько лет (выше приведен лишь один вариант хронологии); во-вторых, многие делят электронный период не на четыре, а на пять и даже на шесть поколений, или дробят их на более мелкие части (например, вводят третье-с-половиной поколение); в-третьих, ощущая неполноту сугубо физико-технологического принципа периодизации, характеризуют также каждое поколение и наиболее существенными для него нововведениями в структурной организации компьютеров и в их программном обеспечении. Однако и здесь, как говорится, “имеет место быть” разнобой. Трудно, например, совместить “аппаратные” поколения с поколениями языков программирования: первое - машинный язык, второе - языки ассемблера, третье - языки высокого уровня, четвертое - естественные (natural) языки.

Нет, “привязка” к поколениям решительно не представляется мне основой для рассказа о истории ВТ последнего 40-летия. Мне ближе подход С. Орлова, который выделяет в ней не поколения, “втиснутые” во временные границы, а, так сказать, “пользовательские факторы”, определяющие (в его терминологии) “волны компьютерной революции”. Первая такая волна связана с созданием компьютеров, предоставлявших различные вычислительные ресурсы организациям-пользователям (исторически сюда относятся и ЭВМ “ламповой декады”). Вторую волну вызвало появление персональных компьютеров, которые “демократизировали” информационные технологии и изменили представление о вычислительных машинах как о некоем элитарном устройстве, доступном лишь специалистам. И, наконец, - третья волна: возникновение и развитие локальных и глобальных вычислительных сетей, обеспечивших доступ к многочисленным и разнообразным информационным ресурсам огромному числу индивидуальных пользователей. Заметьте, что при таком походе время зарождения “волн” не определено (но, конечно, невольно подразумевается), а их верхняя временная граница оставлена открытой, что полностью соответствует нынешнему состоянию “компьютерной революции”, в котором одновременно присутствуют все три волны (хотя и разной амплитуды).

Электронные лампы




Транзистор










Б Э К
<Статья из»Компьютерры»>

Одним из самых важных достижений, которые привели к революции в компьютерах, было изобретение полупроводника или транзистора в 1948 году. Этот подвиг совершили инженеры фирмы Bell Laboratories Джон Бардин (John Bardeen), Вальтер Бреттейн (Walter Brattain) и Виллиам Шокли (William Scockley).

Однако, акцентируя внимание на вкладе отечественных ученых, следует отметить, что в 1941 г. В.Е. Лашкарев опубликовал статью "Исследование запирающих слоев методом термозонда" (Известия АН СССР. Сер.физ.Т5, 1941) и в соавторстве с К.М. Косоноговой статью "Влияние примесей на вентильный фотоэффект в закиси меди" (там же). Он установил, что обе стороны "запорного слоя", расположенного параллельно границе раздела медь — закись меди, имеют противоположные знаки носителей тока. Это явление получило название p-n перехода (p — от positive, n — от negative). В.Е. Лашкарев раскрыл и механизм инжекции — важнейшего явления, на основе которого действуют полупроводниковые диоды и транзисторы. Он по праву должен был бы получить Нобелевскую премию по физике за открытие транзисторного эффекта, которой в 1956 г. были удостоены американские ученые Джон Бардин, Вильям Шокли, Уолтер Браттейн.

О первой демонстрации транзистора газета “NEW YORK TIMES” написала 1 июля 1948 года: “Вчера BELL TELEFONE LABORATORIES1 впервые продемонстрировала изобретенный прибор под названием “транзистор”, его в некоторых случаях можно использовать в области радиотехники вместо электронных ламп.” Новость, по мнению редактора, не походила на сенсацию, публика также не проявила интереса к новому прибору, и Bell пыталась продвинуть новинку путем раздачи лицензий на использование всем желающим.

Первый транзистор представял собой металлический цилиндр диаметром около 13 мм. Рабочие элементы прибора состояли из двух тонких проволочек, подходящих к кусочку твердого полупроводникового материала величиной с булавочную головку, приплавленному к металлическому основанию. Вещество, помещенное на металлическом основании усиливает ток, подводимый к нему по одной проволочке, а другая проволочка отводила усиленный ток.




Транзистор, который является не более чем твердотельным электронным переключателем, заменил гораздо более большие по размерам электронные лампы и потреблял значительно меньше энергии, выполнял ту же работу, что и лампа. Вследствие этого, компьютерная система, построенная на транзисторах, была много меньше и гораздо эффективней.

Лампа также могла выполнять роль переключателя, однако в этом качестве была неэффективной. Она потребляла большое количество электроэнергии и выделяла большое количество тепла, которое было важной проблемой в первых вычислительных системах. Кроме этого, лампы были чрезвычайно ненадежные, примерно одна поломка каждые два часа или около того для больших систем.

В 1948-49 гг. появились основополагающие статьи о транзисторах, и мир принялся "догонять Америку". В СССР точечный транзистор был воспроизведён уже в мае 1949 года, и это своя детективная история (укажем лишь, что её главным персонажем стали академик А. И. Берг, будущий министр электроники А. И. Шокин, нач. отдела фрязинского НИИ А. Б. Красилов и дипломница С. Г. Мадоян).

Точечные транзисторы продержались в промышленности около десяти лет; плоскостные биполярные транзисторы Шокли выпускаются и поныне; в 1958 году на их основе были созданы первые микросхемы, а с середины 1960-х годов подавляющее большинство микрочипов изготавливается на основе МОП-транзисторов, почти предсказанных некогда Бардином. Транзисторы стали материальной основой нарождающегося информационного общества.

Следующим шагом к созданию современных мощных вычислительных систем послужило создание интегральной микросхемы.

Интегральная микросхема





Отцом первой интегральной микросхемы считают Джека Килби (Jack Kilby) из Texas Instruments и Роберта Нойса (Robert Noce) из Fairchild.

С транзисторной техникой Джек Килби начал работать после посещения конференции, на которой Bell демонстрировала транзистор. Он загорелся идеей создания портативного слухового аппарата на основе транзистора, возглавил данный проект в фирме Centralab и до 1958 года руководил производством слуховых аппаратов.

Когда Джек Килби пришел в компанию Texas Instruments, фирма производила главным образом транзисторы, конденсаторы и резисторы.

Для создания радиоэлектронных устройств применялась микромодульная технология - это как сборка детского домика из кубиков, среди которых были как транзисторы, так и пассивные элементы - резистроры и конденсаторы. Случилось так, что Джек Килби, как новичек компании, не отработавший полгода и не имевший права на отпуск, вынужден был работать все лето и принять на себя массу рутинной работы.

Среди рутинной работы Килби пришлось разобраться и с вопросом ценообразования. И тут он понял, что для полупроводниковой компании выгоднее заниматься только производством полупроводников, а не всего спектра наименований и номенклатур.

“Мысль повела меня дальше, полупроводники - это единственное, что нам требуется: резисторы и конденсаторы можно сделать из того же материала, что и активные элементы. Я также решил, что уж если все компоненты сделаны из одного материала, то они могут и размещаться удобным образом, соединяясь так друг с другом, чтобы получилась готовая схема.”

В конце лета, 28 августа, Джек Килби продемонстрировал макет простейшего компьютерного строительного кирпичика - триггера. Первая интегральная микросхема содержала 6 транзисторов.

С Робертом Нойсом связывают комплекс идей по диффузионным резисторам, изоляции слоев микросхемы pn-переходом, смещенным в обратном направлении, соединении элементов схемы с помощью напыляемого слоя алюминия.


Как и положено по тому времени, стимулом для работ по развитию интегральных микросхем служило противостояние систем, время военных заказов. Texas Instruments работала над микросхемами для ракет “Минитмен”, Fairchild сотрудничала с NASA и выпустила свою первую серию логических интегральных микросхем Micrologic в 1960 году.

Микропроцессор

(Как устроен и работает микропроцессор)


Термин микропроцессор связывают с разработкой, которую американская фирма Intel выполняла на рубеже 70 годов прошлого века по заказу японской кампании. На одном из первых этапов разработки один из основателей фирмы Intel, Гордон Мур предложил вместо набора специализированных интегральных схем с жесткой логикой создать универсальный логический блок (процессор на кристалле), который мог бы быть запрограммирован на выполнение заданных функций.

Микропроцессор построен по классической схеме фон Неймана. Деятельность микропроцессора сводится к извлечению управляющим устройством из оперативной памяти команд и данных, преобразованию, а затем записи через устройства ввода-вывода (видеоадаптер и контроллер ввода - вывода в случае персонального компьютера).





Последовательность действий при выполнении программы можно описать так:

М П Оперативная память







1 Байт 2 Байт

ДШ Ком

Код ком-ды 1операнд

РГ Ком Сч-к Адрес 2 операнд Код ком-ды

Инст 16 бит Деши 1 операнд 2 операнд

УУ рукций фра Код ком-ды

тор

Рег.акк Буф. Пространство

Регистр ввода - вывода

Буф. 216

АЛУ Регистр Данные (16 разрядов)


ВУ+ОЗУ


УУ


АЛУ


ВУ


Ввод


Извлечение Выполнение

программы первой программы


Вывод
в память команды












В простейшем случае микропроцессор содержит арифметико-логическое устройство - АЛУ с двумя буферными регистрами на входе и регистром-аккумулятором результата на выходе.

Счетчик инструкций хранит адрес следующей команды. Управляет процессом выборки командного слова из оперативной памяти так называемый дешифратор адреса - логическое устройство, переводящее двоичный адрес в сигнал для выборки последовательных адресов оперативной памяти.

Дешифратор кода команды определяет, что должно делать арифметическое устройство - то ли складывать два числа, хранящиеся по месту первого и второго операнда, то ли умножать их, а может быть вычитать.


При выполнении программы, после первой команды, с помощью счетчика команд - выбирается и выполняется следующая. Однако такой линейный порядок может быть нарушен в результате проверки заранее заданного в программе условия - например проверки достижения некоторого граничного значения, очень часто нуля. Такие специальные команды так и называются - команды передачи управления. Кроме команд управления и арифметико-логических команд таких как сложение, вычитание, умножение и деление в составе команд микропроцессора типа PENTIUM около 300 различных команд.

Типовая структура командного слова макропроцессора представлена ниже. Первая часть командного слова отводится для хранения кода команды, вторая - адресов операндов. Результат операции для экономии места помещается, как правило, по месту первого операнда.




Код команды Первый операнд Второй операнд


Для хранения кода команды в микропроцессоре отводится 1 байт - 8 двоичных разрядов, которые могут закодировать 28 различных комбинаций - то есть 256 различных команд. Последние микропроцессоры имеют расширенную систему команд. Например, микропроцессор PENTIUM MMX отличался от своих предшественников - PENTIUM и PENTIUM-II наличием специальных 50 команд для обработки графической информации, что делало его принципиально более быстрым.

Кроме разрядности, частоты и адресного пространства для эффективной работы компьютера имеет значение тип интерфейса с системной шиной, состав устройств внешней памяти, их интерфейсы, частота обмена по системной шине, тип программного обеспечения.

Квантовые элементы, биоэлементы и биокомпьютеры

И немного философии…


Информатика – Сomputer Science \ Отличие трактовок термина у нас и на Западе.
1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Лекция 4 iconЛекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое строение лекция III 51 развитие значения слов в онтогенезе лекция IV 67 развитие понятий и методы их исследования лекция V 91 «семантические поля»
Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного...
Лекция 4 iconКурс лекций Москва 2008 Содержание Лекция Введение 3 Лекция Научные знания в средневековой Руси и окружающем мире 9 Лекция История науки и техники в XIV первой половине XVII вв. 19
Лекция Развитие науки и техники в России в Новое время (вторая пол. XVII-XVIII вв.) 26
Лекция 4 iconЛекция-визуализация Лекция 2
Лекция физиология и биофизика возбудимых тканей. Биоэлектрические явления в возбудимых системах. Учение о биотоках. Токи покоя и...
Лекция 4 iconЛекция Введение в бд и субд. Модели данных 2 Лекция Инфологическая модель «Сущность-связь»
Лекция Программирование в Mathcad, Интерполяция и регрессия, функции сглаживания данных и предсказания. 104
Лекция 4 iconТекст лекций н. О. Воскресенская Оглавление Лекция 1: Введение в дисциплину. Предмет и задачи курса Лекция 2: Основные организационные формы и практические мероприятия пр
Лекция 4: пр и средства массовой информации. Информационная политика РФ – тенденции и проблемы развития. Правовые основы пр
Лекция 4 iconЛекция №8. Особенности занятий легкой атлетикой с детьми, подростками, юношами лекция №9. Особенности занятий легкой атлетикой с женщинами …63 ЛИТЕРАТУРА лекция №1 «Введение в предмет. История развития легкой атлетики»
Лекция №6. Организация и проведение соревнований по легкой атлетике
Лекция 4 iconЛекция религии современных неписьменных народов: человек и его мир лекция шаманизм приложение список сокращений Лекция предмет и основные понятия истории религий слово «религия»
Редактор Т. Липкина Художник Л. Чинёное Корректор Г. Казакова Компьютерная верстка М. Егоровой
Лекция 4 iconЛекция одиннадцатая. Постиндустриальный мир как замкнутая хозяйственная система. 77 Лекция двенадцатая. Постиндустриальный мир как единственный полюс хозяйственной мощи. Кризис модели «догоняющего»
Лекция четвертая. Трансформация производственных отношений постиндустриального общества. 25
Лекция 4 iconЛекция Полупроводниковые приборы
Лекция 19. Предельная чувствительность и шумы электронных усилителей
Лекция 4 iconЛекция
Лекция Обзор и архитектура вычислительных сетей 8 Тема Основные определения и термины 8
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница