Развитие электронной вычислительной техники и введение предметов «Информатика», «Основа вычислительной техники», «Основа программирования»

Бесплатно!

За время развития средств электронной вычислительной техники (ЭВТ) в том числе и  контроллеров прошли ряд этапов, которые принято называть поколениями развития средств электронной вычислительной техники. Выделяют четыре основных поколения ЭВМ.

Первое поколение начинается с 1946 года, именно в этом году была разработана первая ЭВМ фирмой ENIAC. Элементной базой  первого поколения являлись электронные лампы. Быстродействие составляло порядка 20000 операций в секунду, для каждой машины был свой индивидуальный язык программирования. Занимали большую площадь, соединение элементов осуществлялось с помощью навесного монтажа, надежность ЭВМ первого поколения была низкая. В СССР машины первого  поколения «БЭСМ», «СТРЕЛА».

Второе поколение начинается с 1953 года, когда в ЭВМ начинают применяться транзисторы и диоды. Один транзистор способен заменить ~40 электронных ламп,  вследствие чего увеличилась надежность, уменьшилась занимаемая площадь, так как вместо навесного монтажа стал применяться печатный. Быстродействие составляло порядка 1миллиона операций в секунду. Увеличились объемы оперативной и внутренней памяти. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты. Улучшилась система программирования, появляются программные языки. К ЭВМ второго поколения относятся  «Минск-2», «Урал-14», «МИР».

Начало третьего поколения развития ЭВМ ознаменовано появлением первых интегральных схем (ИС) в 1964 году, которые получили широкое распространение. Одна ИС способна заменить 1000 транзисторов, благодаря чему уменьшился размер ЭВМ. В третьем поколение ЭВМ имело множество режимов работы: пакетный, мультипрограммный, диалоговый, режим коллективного пользования, что стало возможно за счет изменению логической структуры и развитой операционной системе. Быстродействие составляло порядка 200миллионов операций в секунду. К третьему поколению относятся «ИЛИАК-4», «IBM 360», «ЕС ЭВМ».

В четвертом поколение средств вычислительной техники стали использоваться большие интегральные схемы (БИС). Благодаря использованию БИС обладающие большой степенью интеграции, способствует увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее программное обеспечение. Появляется новый элемент ЭВМ – микропроцессор, который представляет собой многофункциональное устройство обработки цифровой информации, управляемая хранимой в памяти программы и конструктивно выполненная виде одной или нескольких БИС.  Первый микропроцессор Intel 4004 был создан фирмой Intel в 1971 году, мог обрабатывать только 4 бита информации, использовался как микроконкулятор.

В 1972 году появился 8-битный микропроцессор Intel 8008. Размер его регистров соответствовал стандартной единице цифровой информации – байту. В 1974 году был создан гораздо более интересный микропроцессор Intel 8080, 8 битный чип.

У него было более широкое множество микрокоманд, был первый микропроцессор, который мог делить числа. Так же в этом году появляется микропроцессор Motorola 6800, его набор инструкций состоял из 78 операций. 6800 породил нескольких потомков, таких как Motorola 6805, 6807, 6808, 68HC11, 68HC12.

В 1976 году фирма Zilog создала  микропроцессор Z80. Он был 8-разрядный и являлся, развитием Intel 8008, в котором было увеличено количество команд. Благодаря этому позволило создать и использовать на персональных компьютерах стандартные операционные системы и необычно большое, для 8-ми разрядного процессора, количество процессорных регистров, позволяло в ряде случаев строить схемы микроконтроллеров вообще без ОЗУ, используя, например, большую часть «альтернативного» набора регистров для оперативного запоминания данных. В 1979 году фирма Intel выпустила новый микропроцессор Intel 8086/8088 — 16-разрядный микропроцессор, работающий на частотах: 4.77, 8 и 10 МГц. Позволял работать с 1 Мбайтом памяти.

В этом же году компанией Motorola выпускает 8-разрядный микропроцессор Motorola 6809, в нем присутствовала одна из первых аппаратных реализаций инструкции умножения, полная 16-разрядная арифметика и быстрая система прерываний. Процессор был сильно оптимизирован и работал до пяти раз быстрее, чем процессоры серии 6800. В 1982 году фирма Intel выпустила новый микропроцессор Intel 80286, который имел 134 тыс. транзисторов и был разработан по 1,5 микронной технологии. Он мог работать с 16 Мб оперативной памяти на частотах: 8, 12 и 16 МГц. Его принципиальное новшество – защищенный режим и виртуальная память размером до 1 Гб.

В 1987 году появляется Zilog Z280 — 8-ми битный микропроцессор. В данном процессоре был добавлен блок управления памятью для расширения объёма адресуемой памяти до 16 МБ, дополнительные функции для многозадачности, мультипроцессорности, сопроцессор, кэш объёмом 256 байт и большое количество новых инструкций и режимов адресации памяти (более 2000 комбинаций).

В 1985 году появился и Intel 80386DX. Он открыл класс 32-разрядных процессоров. Микропроцессор Intel 80386 имел 275 тыс. транзисторов и изготавливался по технологии 1,5 мкм. Адресуемое адресное пространство оперативной памяти увеличилось до 4 Гб   вследствие увеличения разрядности процессора с 16 бит до 32 бит. Новый микропроцессор работал на частотах: 16, 20-40 МГц. Процессор Am386 фирмы AMD, совместимый с процессором Intel 80386, был выпущен в 1991 году. Am386 имел небольшое энергопотребление. Экономичность позволила ему достичь более высокой частоты, чем у главного конкурента: его старшая модель в керамическом корпусе работала на частоте 40 МГц, в то время как самая старшая модель Intel 80386 достигла только 33 МГц, а большинство процессоров Intel работали на частоте 16-25 МГц.

В 1989 году Intel выпустила новый микропроцессор 80486SX/DX/DX2, имевшие 1,2 млн. транзисторов на кристалле, изготовленному по технологии 1 мкм. От 386-го существенно отличается размещением на кристалле первичного кэша и встроенного математического сопроцессора 80487.

Микропроцессоры 80486 по-прежнему могли адресовать до 4 Гб оперативной памяти и работали на частотах: 25,33, 50 и 66 МГц.

В 1992 году появляется процессор Intel 80486DX4 , который работает на учетверенной частоте внешней шины, что позволило увеличить тактовую частоту процессора до 100 МГц.

Процессор Am486DX является функциональным аналогом процессора Intel 80486. Имеет 8 Кб объединённой (для инструкций и данных) кэш-памяти первого уровня. Кеш второго уровня расположен на системной плате в виде микросхем SRAM. Как и Intel 80486, Am486DX является полностью 32-битным процессором, содержит пятиступенчатый целочисленный конвейер и имеет встроенный математический сопроцессор, совместимый по командам с Intel 80387.Частота работы ядра Am486DX совпадает с частотой системной шины и составляет 25—40 МГц.

В 1993 году появились первые процессоры Pentium с частотой 60 и 66 МГц – это были 32-разрядные процессоры с 64-битной шиной данных. Pentium имел 3,1 млн. транзисторов, и был изготовлен по технологии 0,8 мкм; питание 5В. От 486-го его принципиально отличается суперскалярной архитектурой – способностью за один такт выпускать с конвейеров до двух инструкций.

Процессоры Pentium с частотой 75, 90 и 100 МГц, появившиеся  в 1994 году, представили уже второе поколение процессоров Pentium (семейство P6). При почти том же числе транзисторов они выполнялись по технологии 0,6 мкм, что позволило снизить потребляемую мощность. От первого поколения они отличались внутреннем умножением частоты и имели другой тип корпуса. Была введена новая шина, которой до этого оснащались большие ЭВМ и в одном ПК могли присутствовать до 4-х процессоров Р6. Появились версии (75  МГц в миниатюрном корпусе) для мобильных применений (блокнотные ПК). Процессоры Pentium второго поколения стали весьма популярны в PC. В 1995 году появились процессоры на 120 и 133 МГЦ, выполненные уже по технологии 0,35 мкм. 1996-й называют годом Pentium – появились процессоры на 150, 166 и 200 МГц, и Pentium  стал рядовым процессором для PC широкого применения.

От фирмы AMD был представлен AMD K5, как конкурент процессору Intel Pentium . Его особенностями были пять модулей для целочисленных вычислений, поддерживающие out-of-order выполнение, один модуль для операций с плавающей точкой, сравнимый по производительности с двумя такими модулями в Pentium, а так же, основной кэш имел 4-way ассоциативность, тогда как у Pentium — только 2-way.

Параллельно с Pentium развился и процессор Pentium Pro, который отличался новшествами «динамического исполнения инструкций». Кроме того, в его корпусе разместили и вторичный кэш, для начала объемом 256 Кб. Однако на 16-битных приложениях, а также в среде Windows 95 его применение не дало преимуществ. Процессор содержал 5,5 млн. транзисторов ядра, и 15,5 млн. транзисторов для вторичного кэша объемом 256 Кб.

Первый процессор с частотой 150 МГц появился в начале 1995 года (технология 0,6 мкм), а уже в конце года появились процессоры с частотой 166, 180, 200 МГц (технология 0,35 мкм), у которых кэш достигал 512 Кб.

В начале 1997 года появились процессоры Pentium MMX. Расширение ММХ предполагает параллельную обработку группы операндов одной инструкцией. Технология ММХ призвана ускорять выполнение мультимедийных приложений, в частности операции с изображениями и обработку сигналов. Кроме расширения ММХ эти процессоры, по сравнению с обычным Pentium, имеют удвоенный объем первичного кэша, и некоторые элементы архитектуры, позаимствованные у Pentium Pro, что повышает производительность процессора Pentium ММХ и на обычных приложениях. Процессоры Pentium ММХ имеют 4,5 млн. транзисторов и выполнены по технологии – 0,35 мкм. По состоянию на июнь 1997 года имеются процессоры с тактовыми частотами 166, 200 и 233 МГц.

Технология ММХ была соединена с архитектурой Pentium Pro – и в мае 1997 года появился процессор Pentium II. Он представляет собой слегка урезанный вариант ядра  Pentium Pro с более высокой внутренней тактовой частотой, в которое внесли поддержку ММХ. Трудности размещения вторичного кэша в одном корпусе с процессором преодолели нехитрым способом – кристалл с ядром процессора и набор кристаллов статической памяти и дополнительных схем, реализующих вторичный кэш, разместили на небольшой печатной плате-картридже. Все кристаллы закрыты общей специальной крышкой и охлаждаются специальным вентилятором. Тактовые частоты ядра – 233, 266 и 300 МГц.

От фирмы AMD был представлен процессор K6. Процессор обладает суперскалярной мультиконвеерной архитектурой. При его разработке закладывалась совместимость с существующими системами на базе Intel Pentium. При продвижении на рынке он позиционировался как процессор, имеющий такую же производительность, как и аналогичный Pentium, но при этом стоящий существенно меньше.

26 февраля 1999 года анонсирован Intel Pentium III, обладающий частота ЦП 450 МГц — 1,4 ГГц, частота шины:100—133 МГц. Ядро Pentium III представляет собой модифицированное ядро Deschutes (которое использовалось в процессорах Pentium II). По сравнению с предшественником расширен набор команд (добавлен набор инструкций SSE) и оптимизирована работа с памятью. Это позволило повысить производительность как в новых приложениях, использующих расширения SSE (Одна инструкция — множество данных), так и в существующих (за счёт возросшей скорости работы с памятью). Также был введён 64-битный серийный номер, уникальный для каждого процессора.

AMD Athlon — представленного 23 июня 1999 года, процессор был призван конкурировать с Pentium III компании Intel. Новое ядро K7 имело множество нововведений, что позволило значительно поднять производительность процессора Athlon по сравнению с предыдущими процессорами компании, в результате чего на момент анонса Athlon являлся самым производительным процессором архитектуры x86, превосходя своего основного конкурента — Intel Pentium III.

20 ноября 2000 года Intel представила Pentium 4 , ставший первым  микропроцессором, в основе которого лежала принципиально новая по сравнению с предшественниками архитектура седьмого поколения (по классификации Intel) — NetBurst . Архитектура NetBurst (рабочее наименование — P68) разрабатывалась компанией Intel, в первую очередь, с целью достижения высоких тактовых частот процессоров. NetBurst не является развитием архитектуры P6, использовавшейся в процессорах Pentium III, а представляет собой принципиально новую по сравнению с предшественниками архитектуру. Характерными особенностями архитектуры NetBurst являются гиперконвейеризация и применение кэша последовательностей микроопераций вместо традиционного кэша инструкций. АЛУ процессоров архитектуры NetBurst также имеет существенные отличия от АЛУ процессоров других архитектур. Процессоры Pentium 4 разрабатывались для настольных компьютеров («настольные»), а также часть процессоров для ноутбуков («мобильные»). Процессоры Intel Pentium 4 работали на частотах 1300—3800 МГц, частотой шины 400—1066 МГц.

AMD Athlon XP  x86-совместимый процессор архитектуры K7, ставший результатом развития семейства процессоров AMD Athlon. Важным отличием Athlon XP от своих предшественников стала поддержка набора инструкций SSE, которая в комбинации с технологией 3DNow! получила название 3DNow! Professional. Также был доработан механизм работы с виртуальной памятью (TLB) и блок аппаратной предвыборки данных из оперативной памяти. Высокая производительность процессоров Athlon XP в задачах, использующих вычисления с плавающей запятой, позволяла эффективно использовать их не только в персональных компьютерах, ноутбуках и серверах, но и в суперкомпьютерах.

27 июля 2006 года был представлен Core 2 Duo . Делятся на модели Solo (одноядерные), Duo (двухъядерные), Quad (четырёхъядерные) и Extreme (двух — или четырёхъядерные с повышенной частотой и разблокированным множителем). В отличие от процессоров архитектуры NetBurst (Pentium 4 и Pentium D), в архитектуре Core 2 ставка делается не на повышение тактовой частоты, а на улучшение других параметров процессоров, таких как кэш, эффективность и количество ядер.

AMD представил свою версию процессоров Phenom — многоядерный центральный процессор, предназначенный для использования в стационарных персональных компьютерах с частотой от 1,8Ггц-2Ггц, с кэшом от 2 Мб-6Мб.

В 2008 году появляется Intel Core i7, с частотой частота ЦП: 2,66—3,33 ГГц. Название Core i7 показывает поколение процессора (Core 2 Duo/Quad/Extreme были 6-го поколения) и продолжает использовать успешную серию брендов: Core 2 и Core. Микроархитектура содержит ряд новых возможностей, таких как: контроллер памяти находится в самом процессоре, не в отдельном чипсете, таким образом, процессор имеет прямой доступ к памяти; контроллер памяти поддерживает до 3-х каналов памяти, и в каждом может быть один или два блока памяти DDR3 DIMMs. Поэтому материнские платы для Core i7 поддерживают до 6 планок памяти, а не 4, как Core 2.Поддержка только памяти стандарта DDR3.

Однокристальное устройство: все четыре ядра, контроллер памяти, и кэш находятся на одном кристалле. Поддержка Hyper-threading (гиперпоточность), с которым получается восемь виртуальных ядер. Эта возможность была представлена в архитектуре NetBurst, но от неё отказались в Core. 8-мегабайтный кэш L3.

С середины 80-х годов в нашей стране наметился большой разрыв между уровнем теоретическим и практическим подготовкой молодых специалистов. Теория в учебных заведениях была очень на высоком уровне, чем подтверждалась во всем мире. Отечественных специалистов всегда приглашали работать в зарубежные странны, образовалась даже такое понятие, как «утечка мозгов», но практическая часть в нашей стране всегда отставала. Технологическое развитие было замедленным и даже отставала от зарубежных, компьютерное безграмотность в обществе преобладала над очень значительной  часть населения странны, фактически повсеместно. Люди заканчивали учебные заведения, такие как МАИ, Бауманский университет и т.д., но из-за отсутствия практической работы  с компьютерами люди не могли к ним подойди. Усугубляло статистику и то, что компьютерных аудиторий просто не было в учебных заведениях, лабораториях, научных центрах для работы за компьютерами. Данная ситуация привела к очень негативным последствиям вплоть до фактической остановки развития.

Для решения данной ситуации, которая складывалась в нашей стране, было принято решение о начале координарной перестройки профессионально технического образования – реформ, которые длятся по настоящее время.

Суть данной реформы заключалась в следующем – введение таких предметов как «Информатика», «Основа вычислительной техники», «Основа программирования» даже на не профилирующих специальностях. До этого данные предметы относились только к соответствующим специальностях, на которой учится человек, поэтому в таких отраслях как технических, гуманитарных  не было применения компьютеру. Стали выделать средства на приобретение оборудования, для создания кабинетов, лабораторий, дисплейных классов и вычислительных центров колледжах, ПТУ, техникумах, ВУЗах, университетах. Для повышения уровня стали выполнять реальные практические, дипломные, курсовые  проекты  с макетированием.

Детали:

Тип работы: Конспект

Предмет: Компьютерные науки

Добавить комментарий

Ваш email не будет показан.

Получать новые комментарии по электронной почте. Вы можете подписаться без комментирования.