§ 6. Поколения электронной вычислительной техники

Определения и обозначения

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) — устройство для автоматической обработки и хранения информации. Простой вычислительный прибор, например счёты, помогает выполнить отдельное действие, но не хранит программу и не обрабатывает данные автоматически так, как ЭВМ. Это различие нужно, чтобы понимать: компьютер не просто считает, а выполняет заданную последовательность операций с информацией. Поэтому ЭВМ применяют для решения разных задач, а не только для арифметических вычислений.

Поколение ЭВМ — условная группа вычислительных машин, сходных прежде всего по элементной базе и организации работы. Машины одного поколения могли отличаться размерами или назначением, но использовали похожие технологии. Такое деление помогает сравнивать этапы развития вычислительной техники и видеть, какие изменения дали новые компоненты. Границы поколений не всегда можно провести по точной дате.

Элементная база — электронные компоненты, из которых построены основные устройства компьютера. К ней относятся, например, электронные лампы, транзисторы и интегральные схемы. Именно по таким компонентам обычно определяют поколение ЭВМ, поскольку они влияют на размеры, быстродействие и надёжность машины. Знание элементной базы помогает понять, почему один компьютер относится к более раннему этапу развития, чем другой.

Микропроцессор — электронное устройство, выполняющее основные операции обработки данных и управляющее работой компьютера. Он получает команды, обрабатывает данные и помогает согласовать действия других устройств. Благодаря компактным микропроцессорам стало возможно создавать персональные компьютеры, рассчитанные на работу одного пользователя. Поэтому этот термин особенно важен при изучении четвёртого поколения ЭВМ.

Как это устроено

Историю ЭВМ делят на поколения, потому что появление новых электронных компонентов заметно меняло сами машины. Когда элементная база становилась компактнее и эффективнее, компьютеры занимали меньше места и потребляли меньше энергии. Более надёжные компоненты реже выходили из строя, а новые способы обработки сигналов ускоряли вычисления. Поколения помогают связать эти изменения с конкретными технологиями, хотя переход от одной технологии к другой происходил постепенно.

В первом поколении основой машин были электронные лампы — компоненты, управляющие электрическими сигналами. Лампы были крупными и выделяли много тепла, поэтому ЭВМ занимали большие помещения и требовали мощного электропитания. При большом числе деталей вероятность неисправности возрастала, а обслуживание становилось сложным. Возможности таких машин были ограничены по сравнению с более поздними: их создавали для сравнительно узкого круга вычислительных задач.

Во втором поколении лампы стали заменять транзисторами — небольшими компонентами, способными управлять электрическим сигналом. Транзисторы были компактнее и экономичнее, а также служили надёжнее, поэтому машины стали меньше и требовали меньше энергии. Уменьшение размеров компонентов позволяло размещать в устройстве больше элементов, что помогало повышать скорость вычислений. Так замена элементной базы изменила не только габариты, но и практические возможности ЭВМ.

В третьем поколении широко применялись интегральные схемы: на одной небольшой пластине размещали множество электронных компонентов. Если собирать устройство из отдельных деталей, каждой нужно место и отдельное соединение; объединение компонентов сокращало размеры и число соединений. Это повышало надёжность и позволяло создавать более производительные машины. Благодаря интегральным схемам вычислительная техника становилась доступнее для разных организаций и задач.

Четвёртое поколение связано с микропроцессорами, которые объединили основные функции обработки данных и управления в компактном устройстве. Это позволило создавать персональные компьютеры, пригодные для индивидуальной работы, а не только большие машины для коллективного использования. Чем компактнее становились основные компоненты, тем проще было уменьшить размер всего компьютера. При этом границы поколений условны: в разных классификациях даты и отдельные характеристики могут различаться, а старые и новые технологии некоторое время сосуществуют.

Поколения электронной вычислительной техники

Пользуйся таблицей, чтобы сопоставить поколение с его главным признаком — элементной базой. Затем проследи, как менялись размеры и надёжность вместе с развитием компонентов. Возможности и примеры приведены обобщённо: конкретные машины одного поколения могли различаться.

Разбор задач

Задача 1. Определить, к какому поколению относится ЭВМ, построенная на электронных лампах. Чтобы ответить, не нужно угадывать возраст машины по её размерам или назначению. Достаточно выделить в условии сведения об устройстве компьютера и сопоставить их с признаком поколения. Лампы служили элементной базой первого поколения.

1. Находим в условии указание на электронные лампы.
2. Вспоминаем последовательность элементных баз: лампы, транзисторы, интегральные схемы, микропроцессоры.
3. Сопоставляем лампы с первым этапом этой последовательности.

Ответ: это ЭВМ первого поколения. Основание для ответа — ламповая элементная база, а не предполагаемые размеры или дата создания машины.

Задача 2. Одна машина использует транзисторы, другая — интегральные схемы. Нужно указать, какая относится к более позднему поколению и почему. Сначала определим технологическое место каждого компонента, а затем сравним поколения. Важно не смешивать отдельный транзистор и схему, которая объединяет множество компонентов.

1. Устанавливаем признаки: транзисторы характерны для второго поколения, интегральные схемы — для третьего.
2. Сравниваем номера поколений: третье следует за вторым.
3. Проверяем, что вывод сделан по элементной базе, а не по внешнему виду устройств.

Ответ: машина на интегральных схемах относится к более позднему, третьему поколению. Транзисторная машина принадлежит ко второму поколению, поскольку транзисторы вошли в употребление раньше интегральных схем.

Задача 3. Устройство имеет микропроцессор и предназначено для индивидуальной работы пользователя. Определить его поколение и объяснить, какие изменения сделали такой компьютер возможным. Здесь есть два связанных признака: технология внутри устройства и способ его использования. Первый позволяет назвать поколение, второй помогает понять результат развития компонентов.

1. Находим главный технологический признак — микропроцессор.
2. Связываем микропроцессоры с четвёртым поколением ЭВМ.
3. Объясняем причину: объединение основных функций в компактном устройстве позволило уменьшить компьютер и сделать его пригодным для личного использования.

Ответ: это компьютер четвёртого поколения. Появление компактных микропроцессоров сделало возможными персональные компьютеры, рассчитанные на работу одного пользователя.

Типичные ошибки

Ошибка — считать границы поколений строго привязанными к календарным датам. Её допускают, потому что названия поколений могут сопровождаться примерными временными рамками. Однако новые технологии появлялись постепенно, а в разных источниках даты могут немного отличаться. Проверяй себя: сначала назови элементную базу, а дату считай дополнительной подсказкой.

Ошибка — определять поколение только по размеру машины. Кажется логичным, что большой компьютер старше маленького, но размеры зависят также от назначения и устройства конкретной модели. Главный признак поколения — элементная база, а компактность обычно является следствием её развития. Чтобы проверить ответ, найди, какие компоненты использовались в машине.

Ошибка — путать транзисторы и интегральные схемы. Это происходит потому, что оба вида компонентов связаны с развитием электроники и могут быть очень маленькими. Но транзисторы характерны для второго поколения, а интегральные схемы — для третьего; схема объединяет множество компонентов на одной пластине. Проверь порядок: сначала транзисторы, затем интегральные схемы.

Ошибка — думать, будто каждое новое поколение полностью отменяло все прежние принципы работы. Такое представление возникает из-за резкой смены названий и технологий в классификации. На деле поколения прежде всего описывают изменение элементной базы и связанных с ней возможностей, а развитие идёт постепенно. Проверяй себя: отличай новую технологию компонентов от полного изменения всех способов работы компьютера.

Связь с другими темами

Чтобы разбираться в поколениях ЭВМ, полезно знать, что такое информация и данные: компьютер хранит и обрабатывает именно их. Понятия «компьютер» и «электронные компоненты» помогают понять, из чего состоит вычислительная машина и чем она отличается от простого прибора. Знание этих основ позволяет увидеть связь между внутренним устройством и возможностями компьютера.

История поколений помогает объяснить устройство современных компьютеров: в них используются микропроцессоры и сложные электронные компоненты. Она также показывает, почему вычислительная техника стала компактнее, быстрее и доступнее. Понимая эту последовательность, легче разбираться в дальнейшем развитии компьютеров и новых технологий.

Что запомнить

• Поколения ЭВМ выделяют прежде всего по элементной базе.
• Для первого поколения характерны электронные лампы.
• Во втором поколении широкое применение получили транзисторы.
• Основой третьего поколения стали интегральные схемы.
• Четвёртое поколение связано с микропроцессорами и появлением персональных компьютеров.
• Смена элементной базы обычно повышала быстродействие и надёжность и уменьшала размеры машин.
• Границы поколений условны.