لقد سمع كل واحد منا مصطلح "الكمبيوتر". ومع ذلك، لا يستطيع الجميع أن يقول بالضبط ما هو عليه. أيضًا، لا يفهم الجميع نوع التاريخ الذي مرت به هذه التقنية لتصبح مألوفة لمستخدم اليوم.

تعريف

إذن ما هو الكمبيوتر؟ الكمبيوتر الإلكتروني عبارة عن مجموعة من الأجهزة الإلكترونية التي تؤدي أنواعًا مختلفة من المهام عمليات المعلومات. الشخص الذي يقوم بتشغيل آلات الرفع هو مشغل الكمبيوتر. بشكل عام، يعد الكمبيوتر الإلكتروني أحد أنواع التنفيذ الحاسوبي. اليوم، يعرف الجميع تقريبا ما هو الكمبيوتر، ولكن نادرا ما يستخدم هذا الاختصار. يتم استخدامه بشكل أساسي في التوثيق القانوني وفي تسمية أجهزة الكمبيوتر التي تم تطويرها بين عامي 1940 و1980.

الجيل الاول

كانت أجهزة الكمبيوتر الأنبوبية هي الأولى أجهزة الكمبيوتروالتي بدأ إنتاجها في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي. في ذلك الوقت تقريبًا، بدأ الناس يتعلمون بشكل جماعي ما هو الكمبيوتر.

في الاتحاد السوفيتي، أصبح MESM ممثلاً لهذه الآلات. أدار التطوير لهذا الكمبيوترليبيديف. وسرعان ما تم تطوير ممثل جديد لهذا الجيل من أجهزة الكمبيوتر، BESM، على أساسه. للإنتاج الضخم هذه السيارةحصلت على بعض التحسينات. كان اسمه BESM-2.

في الولايات المتحدة، يعرف الكثير من الناس أيضًا ما هو الكمبيوتر. ممثل الجيل الأول من الأجهزة الإلكترونية أجهزة الكمبيوترأصبح "أدفاك". ومع ذلك، كان أقل بكثير من حيث المعلمات الكمبيوتر المنزلي. كان هذا بسبب حقيقة أن BESM-2 طبق مبادئ التصميم الجديدة. يمكن للآلة السوفيتية إجراء حوالي عشرة آلاف عملية في الثانية.

من الناحية الهيكلية، كان الجيل الأول من أجهزة الكمبيوتر مشابهًا جدًا لآلة فون نيومان. بالطبع، كانت المعلمات أسوأ بعدة مرات من تلك الخاصة بممثلي تكنولوجيا الكمبيوتر الأقل وظيفية اليوم. تم تجميع برامج الكمبيوتر من الجيل الأول باستخدام كود الآلة.

تميز ممثلو هذه الآلات بأبعادهم الهائلة و استهلاك عاليطاقة. وكان سعر السيارة باهظا ل المستخدمين العاديين. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن تشغيلها إلا بواسطة مشغل كمبيوتر مدرب خصيصًا، حيث كان من الصعب فهم جميع البرامج. لذلك، تم استخدامها فقط من قبل العلماء لبعض المهام العلمية والتقنية.

وسرعان ما ظهرت لغات البرمجة الأولى: التشفير الرمزي والأكواد التلقائية.

الجيل الثاني

وفي عام 1948، تم إنشاء أول ترانزستور. تم تنفيذ التطوير من قبل الفيزيائيين جون باردين ووليام شوكلي، وكذلك المجرب والتر براتين. الممثلين الأوائل من هذا الجيلبدأت تظهر أجهزة الكمبيوتر التي تم إنشاؤها بناءً على الترانزستورات في أواخر الخمسينيات، وبحلول منتصف الستينيات، ظهرت أجهزة كمبيوتر ذات أبعاد أصغر بكثير.

بيت سمة مميزةوميزة الترانزستور أنه يمكن أن يعمل مثل أربعين مصباحا، ولكن في نفس الوقت سرعته أعلى. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب هذه الأجهزة طاقة أقل بكثير ولم تسخن عمليا. بالتوازي مع هذا، زاد حجم الذاكرة لتخزين المعلومات. بفضل الجهود أجهزة الكمبيوتر العلماءوحقق أداءً يعادل مليون عملية في الثانية.

الممثل الأمريكي هو جهاز كمبيوتر أطلس. الاتحاد السوفياتييمكن تمثيلها بواسطة آلة BESM-6.

جميع التحسينات التي حدثت مع ظهور الترانزستورات مكنت من توسيع نطاق تطبيقات الكمبيوتر بشكل كبير. بدأ إنشاء لغات البرمجة لأغراض مختلفة بشكل نشط. ومن الأمثلة على ذلك فورتران وكوبول.

ومع ذلك، لا تزال الآلات تعاني من نقص الذاكرة. لتوفير المساحة، بدأوا في تطوير أنظمة التشغيل التي جعلت من الممكن تخصيص الموارد بشكل أكثر كفاءة.

الجيل الثالث

ويتمثل هذا الجيل بشكل أساسي في أجهزة الكمبيوتر التي كانت تعتمد على الدوائر المتكاملة. بمساعدة المرحلية، كان من الممكن تحقيق سرعة أكبر، وتقليل الحجم، وزيادة الموثوقية، وكذلك تقليل تكلفة الجهاز.

وسرعان ما بدأ ظهور أول ما يسمى بالحواسيب الصغيرة. كانت هذه آلات بسيطة وصغيرة وموثوقة وغير مكلفة. في البداية كان المقصود منها إنشاء وحدات تحكم، لكن سرعان ما أدرك المستهلكون أنه يمكن استخدامها كأجهزة حوسبة عادية. نظرًا لسعرها المنخفض وبساطتها، ظهرت أجهزة الكمبيوتر الصغيرة في كل شركة تقريبًا من المطورين والباحثين والمهندسين وما إلى ذلك.

الجيل الرابع

أدى التقدم الكبير في تطوير الكمبيوتر إلى ظهور دوائر متكاملة واسعة النطاق. لقد كانوا بلورة تضم الآلاف العناصر الإلكترونية. نظرًا لتكلفتها المنخفضة ومعلماتها الجيدة، اكتسبت أجهزة الكمبيوتر LSI شعبية هائلة.

في أبريل 1976، قام صديقان بتطوير الأول من نوعه في العالم كمبيوتر شخصي. معروف للكثيرين ستيف جوبزوعمل ستيف وزنياك في المساء في المرآب لإنشاء جهاز كمبيوتر، والذي أصبح يُعرف فيما بعد باسم Appl واكتسب شعبية هائلة. وبعد مرور عام تم إنشاؤه شركة تحمل نفس الاسموالتي بدأت في إنتاج أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

الجيل الخامس

حدث الانتقال إلى الجيل الخامس من أجهزة الكمبيوتر في أواخر الثمانينات مع ظهور المعالجات الدقيقة. عندها تم الانتقال إلى العمل في الأصداف و بيئات البرمجيات. زادت إنتاجية الماكينة إلى 10 9 عمليات في الثانية. تم تطوير أجهزة الكمبيوتر بهدف اللغات عالية المستوى.

بفضل أنظمة التشغيل التي جعلت من السهل إدارة الجهاز، أصبح الكمبيوتر لا غنى عنه في كل مجالات الحياة البشرية تقريبًا.

مثل هذا الاختراق الهائل في مجال أجهزة الكمبيوتر يتطلب مثل هذه الفترة القصيرة من الزمن. اليوم، يتذكر عدد قليل من الناس تلك الآلات الضخمة التي احتلت غرفا بأكملها، لكنها لا تستطيع التباهي بالإنتاجية. وكان استخدامها يقتصر على مناطق معينة. اليوم الكمبيوتر جهاز لا غنى عنهفي حياة كل شخص. وفي الوقت نفسه، تعد أجهزة الكمبيوتر الحالية صغيرة جدًا وقوية.

أسئلة ل عمل اختباري.

1. الهيكل الكلاسيكي لجهاز كمبيوتر الجيل الأول وميزاته وعيوبه المميزة.

2. تطوير البنية الحاسوبية في أجهزة الجيل الثاني. الصفات الشخصيةكمبيوتر الجيل الثاني.

3. هيكل كمبيوتر الجيل الثالث وميزاته الرئيسية وطرق تشغيله.

__________________________________________________________________

مقدمة

ترتبط الصفحة الأولى في تاريخ إنشاء أجهزة الكمبيوتر باسم الفيلسوف والكاتب وعالم الرياضيات والفيزيائي الفرنسي بليز باسكال. وفي عام 1641، صمم آلة حاسبة ميكانيكية تسمح بجمع الأرقام وطرحها. في عام 1673، قام العالم الألماني البارز جوتفريد لايبنتز ببناء أول آلة حاسبة قادرة على إجراء جميع العمليات الحسابية الأربع ميكانيكيًا. وقد تم استخدام عدد من أهم آلياتها حتى منتصف القرن العشرين. في بعض أنواع السيارات. يمكن تصنيف جميع الآلات على أنها آلة لايبنتز، ولا سيما أجهزة الكمبيوتر الأولى، التي أجرت الضرب كجمع متكرر، والقسمة كطرح متكرر. وكانت الميزة الرئيسية لجميع هذه الآلات هي سرعة ودقة الحسابات، والتي كانت أعلى من تلك التي يقوم بها البشر. أظهر خلقهم الإمكانية الأساسية لميكنة النشاط الفكري البشري.

يعد ظهور أجهزة الكمبيوتر أحد العلامات الهامة للثورة العلمية والتكنولوجية الحديثة. استخدام واسعوقد أدت أجهزة الكمبيوتر إلى حقيقة أن كل شيء عدد أكبربدأ الناس في التعرف على الأساسيات تكنولوجيا الكمبيوتروأصبحت البرمجة تدريجياً عنصراً من عناصر الثقافة. أولاً أجهزة الكمبيوتر الإلكترونيةظهرت في النصف الأول من القرن العشرين. يمكنهم أن يفعلوا أكثر من ذلك بكثير الآلات الحاسبة الميكانيكية، والتي أضافت وطرحت وضربت فقط. كانت هذه آلات إلكترونية قادرة على حل المشاكل المعقدة.

في تكنولوجيا الكمبيوتر، هناك فترة غريبة لتطوير أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية. يتم تصنيف الكمبيوتر إلى جيل أو آخر حسب نوع العناصر الرئيسية المستخدمة فيه أو على تقنية تصنيعها. ومن الواضح أن حدود الأجيال من حيث الزمن غير واضحة للغاية، لأنه في نفس الوقت تم بالفعل إنتاج أجهزة كمبيوتر بأنواعها المختلفة.

مع كل جيل جديد، يزداد أداء أجهزة الكمبيوتر، وينخفض ​​استهلاك الطاقة ووزن أجهزة الكمبيوتر، وتزداد موثوقيتها. وفي الوقت نفسه، زادت قدراتهم "الفكرية" - القدرة على "فهم" الشخص وتزويده بالمعلومات. وسيلة فعالةللوصول إلى الكمبيوتر. من المعتاد حاليًا الحديث عن خمسة أجيال من أجهزة الكمبيوتر:

1 – مصابيح فراغ كهربائية 50 ثانية

2 – الترانزستورات 60 ثانية.

3 – دوائر متكاملة(IS)، السبعينات

4 – الدوائر المتكاملة الكبيرة (LSIs) والدوائر المتكاملة الكبيرة جدًا، الثمانينات.

5 – أنظمة متعددة المعالجات المعالجة المتوازية، التسعينيات

سنركز في هذا الاختبار على فحص أجهزة الكمبيوتر من الأجيال الثلاثة الأولى.

من بين أشياء أخرى، أود أيضًا أن أشير إلى التطورات الرائعة لأجهزة الكمبيوتر من الأجيال الأولى التي كانت موجودة على أراضي اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية آنذاك. وبدأ كل شيء بالتوازي وبشكل مستقل عن الولايات المتحدة، بطريقة نموذجية الحرب الباردةفي جو من السرية التامة. وفي الولايات المتحدة، كان العميل الرئيسي لتكنولوجيا الحوسبة الناشئة هو وزارة الدفاع. في أواخر الأربعينيات - أوائل الخمسينيات، ظهرت الأفكار الأولى، والمشاريع الأولى، وأخيرا، أول أجهزة كمبيوتر رقمية - أصلية تماما، وليست منسوخة من النماذج الغربية. في الواقع، لا يمكن أن يكون هناك أي عينات. يتم تشكيل المدارس العلمية الرئيسية التي ابتكرت آلات الجيلين الأول والثاني. هذه، أولا وقبل كل شيء، مدرسة عالم بارز، مؤسس أجهزة الكمبيوتر الرقمية في بلدنا، الأكاديمي S. A. Lebedev. هذه هي مدرسة إ.س. بروك، الذي تم تحت قيادته إنشاء أجهزة كمبيوتر صغيرة ومراقبة. هذه هي مدرسة بينزا العلمية، برئاسة بي.آي. راميف والذي كان يعمل بنجاح في جميع أنحاء العالم حتى نهاية الستينيات تكنولوجيا الكمبيوترهدف عام. علاوة على ذلك، عندما ننظر إلى أجهزة الكمبيوتر من الأجيال الثلاثة الأولى، سنذكر عمل السوفييت الموصوف أعلاه المدارس العلمية.

كمبيوتر الجيل الأول

أجهزة الكمبيوتر من الجيل الأول هي آلات مكوناتها الرئيسية هي الأنابيب المفرغة. ظهرت أجهزة الكمبيوتر المبنية عليها في الأربعينيات من القرن العشرين. تم بناء أول أنبوب إلكتروني - صمام ثنائي مفرغ - على يد فليمنج فقط في عام 1904، على الرغم من أن تأثير النقل التيار الكهربائياكتشفها أديسون من خلال الفراغ في عام 1883. وسرعان ما اخترع Lee de Forrest صمامًا ثلاثيًا مفرغًا - أنبوب به ثلاثة أقطاب كهربائية، ثم أنبوب إلكترون مملوء بالغاز - ثيراترون، وأنبوب بخمسة أقطاب - خماسي، وما إلى ذلك. حتى الثلاثينيات، ظهر فراغ إلكتروني ومملوء بالغاز تم استخدام الأنابيب بشكل رئيسي في هندسة الراديو. لكن في عام 1931، قام الإنجليزي ويني ويليامز ببناء (لاحتياجات الفيزياء التجريبية) عداد الثيراترون للنبضات الكهربائية، وبذلك فتح منطقة جديدةالتطبيقات أنابيب مفرغة. يتكون العداد الإلكتروني من سلسلة من المشغلات. الزناد، الذي اخترعه M. A. Bonch-Bruevich (1918) و- بشكل مستقل - من قبل الأمريكيين W. Iccles و F. Jordan (1919)، يحتوي على مصباحين ويمكن أن يكون في أي لحظة في إحدى حالتين مستقرتين؛ إنه مرحل إلكتروني. مثل الكهروميكانيكية، يمكن استخدامه لتخزين رقم ثنائي واحد.

مصباح كهربائي.

أنبوب الإلكترون هو جهاز فراغ كهربائي (أجهزة الفراغ الكهربائي هي أجهزة لتوليد وتضخيم وتحويل الطاقة المغناطيسية، حيث مساحة العملمتحرر من الهواء ومحمي من الغلاف الجوي المحيط بواسطة غلاف صلب محكم للغاز)، ويعتمد عمله على تغير في تدفق الإلكترونات (المأخوذة من الكاثود وتتحرك في الفراغ) الحقل الكهربائييتم تشكيلها باستخدام الأقطاب الكهربائية. اعتمادا على قيمة الطاقة الناتجة، يتم تقسيم الأنابيب الإلكترونية إلى أنابيب الاستقبال والتضخيم (انتاج الطاقة- لا يزيد عن 10 واط) و مصابيح المولدات(أكثر من 10 واط).

أدى استخدام الأنبوب المفرغ كعنصر رئيسي للكمبيوتر إلى ظهور العديد من المشكلات. ونظرًا لأن ارتفاع المصباح الزجاجي يبلغ 7 سم، فقد كانت الآلات ضخمة. كل 7-8 دقائق. كان أحد المصابيح معطلاً، وبما أن هناك ما بين 15 إلى 20 ألفًا منها في الكمبيوتر، فقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً للعثور على المصباح التالف واستبداله. بالإضافة إلى ذلك، سلطوا الضوء على كمية كبيرةالحرارة، وتشغيل جهاز كمبيوتر "حديث" في ذلك الوقت كان مطلوبًا أنظمة خاصةتبريد.

لفهم الأنماط المربكة كمبيوتر ضخم، كانت هناك حاجة إلى فرق كاملة من المهندسين. لم تكن هناك أجهزة إدخال في أجهزة الكمبيوتر هذه، لذلك تم إدخال البيانات إلى الذاكرة عن طريق توصيل القابس الأيمن بالمقبس الأيمن.

من أمثلة أجهزة الجيل الأول Mark 1، وENIAC، وEDSAC (الآلة الحاسبة الأوتوماتيكية للتخزين الإلكتروني)، وهي أول آلة تحتوي على برنامج مخزن. UNIVAC (الكمبيوتر التلقائي العالمي). تم تقديم النسخة الأولى من Univac إلى مكتب الإحصاء الأمريكي. في وقت لاحق تم إنشاء العديد نماذج مختلفة Univac، والتي وجدت التطبيق في مجالات متنوعةأنشطة. وهكذا، أصبح Univac الأول الكمبيوتر التسلسلي. وكان أيضًا أول جهاز كمبيوتر يستخدم الشريط المغناطيسي بدلاً من البطاقات المثقوبة.

عندما أصبح معروفًا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية عن إنشاء آلة ENIAC في الولايات المتحدة الأمريكية، بدأت الأكاديمية الأوكرانية للعلوم وأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في تطوير أول جهاز كمبيوتر محلي يعمل. كانت المعلومات حول التطورات في الغرب مجزأة، وبطبيعة الحال، لم يكن من الممكن الوصول إلى الوثائق الخاصة بأجهزة الكمبيوتر الأولى للمتخصصين لدينا. تم تعيين سيرجي ألكساندروفيتش ليبيديف مديرًا للتطوير. تم التطوير بالقرب من كييف، في مختبر سري في بلدة فيوفانيا. الكترونية صغيرة آلة حاسبة(MESM) - كان هذا هو اسم من بنات أفكار ليبيديف وموظفي مختبره - احتل جناحًا كاملاً لمبنى مكون من طابقين ويتكون من 6 آلاف أنبوب إلكتروني. تم الانتهاء من تصميمه وتركيبه وتصحيح أخطائه في وقت قياسي - خلال عامين، بمساعدة 12 عالمًا و15 فنيًا فقط. على الرغم من حقيقة أن MESM كان في الأساس مجرد نموذج لآلة عاملة، إلا أنه وجد مستخدميه على الفور: اصطف صف من علماء الرياضيات في كييف وموسكو للحصول على أول جهاز كمبيوتر، والذي تتطلب مهامه استخدام جهاز كمبيوتر عالي السرعة. في آلته الأولى، طبق ليبيديف المبادئ الأساسية لبناء الكمبيوتر، مثل:

توافر الأجهزة الحسابية والذاكرة وأجهزة الإدخال/الإخراج والتحكم؛

تشفير وتخزين البرنامج في الذاكرة، مثل الأرقام؛

النظام الثنائيأرقام لترميز الأرقام والأوامر؛

التنفيذ التلقائي للحسابات بناء على برنامج مخزن؛

وجود كل من الحساب و العمليات المنطقية;

المبدأ الهرميبناء الذاكرة؛

استخدام الطرق العددية في تنفيذ العمليات الحسابية.

بعد الملايو آلة إلكترونيةتم إنشاء أول طائرة كبيرة - BESM-1، والتي كان S.I. عمل ليبيديف بالفعل في موسكو، في ITM وVT التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. بالتزامن مع ITM و VT وفي المنافسة معها، شارك SKB-245 المشكل حديثًا مع جهاز الكمبيوتر الخاص به Strela في تطوير أجهزة الكمبيوتر.

شكلت BESM وStrela أسطول مركز الحوسبة التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية الذي تم إنشاؤه في عام 1955، والذي حمل على الفور حمولة ثقيلة جدًا. لقد شعر علماء الرياضيات وعلماء الطاقة النووية الحرارية والمطورون الأوائل لتكنولوجيا الصواريخ وغيرهم الكثير بالحاجة إلى إجراء حسابات فائقة السرعة (في ذلك الوقت). عندما تم تجهيز ذاكرة الوصول العشوائي BESM في عام 1954 بقاعدة عناصر محسنة، كانت سرعة الجهاز (ما يصل إلى 8 آلاف عملية في الثانية) على مستوى أفضل أجهزة الكمبيوتر الأمريكية والأعلى في أوروبا. خلق تقرير ليبيديف عن BESM في عام 1956 في مؤتمر في مدينة دارمشتات بألمانيا الغربية ضجة كبيرة، حيث تبين أن الآلة السوفيتية غير المعروفة هي أفضل كمبيوتر أوروبي. في عام 1958، تم إعداد BESM، الذي أصبح الآن BESM-2، والذي تم فيه استبدال الذاكرة الموجودة على المناظير المحتملة بذاكرة النوى الفريتية وتم توسيع مجموعة الأوامر، لـ إنتاج متسلسلفي أحد المصانع في قازان. وهكذا بدأ تاريخ الإنتاج الصناعي لأجهزة الكمبيوتر في الاتحاد السوفيتي!

حددت القاعدة الأولية لأجهزة الكمبيوتر الأولى - الأنابيب المفرغة - أبعادها الكبيرة، واستهلاكها الكبير للطاقة، وموثوقيتها المنخفضة، ونتيجة لذلك، أحجام الإنتاج الصغيرة ودائرة ضيقة من المستخدمين، وخاصة من عالم العلوم. في مثل هذه الآلات لم تكن هناك أي وسيلة للجمع بين عمليات البرنامج الذي يتم تنفيذه وموازاة العمل أجهزة مختلفة; تم تنفيذ الأوامر واحدًا تلو الآخر، وكانت وحدة ALU في وضع الخمول أثناء تبادل البيانات مع الأجهزة الخارجية، وكانت مجموعتها محدودة جدًا. مقدار ذاكرة الوصول العشوائي BESM-2، على سبيل المثال، يتكون من 2048 كلمة ذات 39 بت؛ وتم استخدام الطبول المغناطيسية ومحركات الأشرطة المغناطيسية كذاكرة خارجية. كانت عملية الاتصال بين الإنسان وآلة الجيل الأول كثيفة العمالة وغير فعالة. كقاعدة عامة، يقوم المطور نفسه، الذي كتب البرنامج في كود الآلة، بإدخاله إلى ذاكرة الكمبيوتر باستخدام بطاقات مثقوبة ثم يتحكم في تنفيذه يدويًا. الوحش الالكتروني على وقت محددتم منحه للاستخدام الكامل للمبرمج، وتعتمد فعالية حل مشكلة الحوسبة إلى حد كبير على مستوى مهارته وقدرته على العثور على الأخطاء وتصحيحها بسرعة والقدرة على التنقل في وحدة تحكم الكمبيوتر. قم بالتركيز على التحكم اليدويتحديد عدم وجود أي قدرات التخزين المؤقت للبرنامج.

كمبيوتر الجيل الثاني

طلب أجهزة أشباه الموصلاتجعل من الممكن زيادة موثوقية الكمبيوتر بشكل كبير وتقليل وزنه وأبعاده واستهلاكه للطاقة. شكلت عناصر أشباه الموصلات - الترانزستورات - أساس أجهزة الكمبيوتر من الجيل الثاني. تتمتع هذه الحواسيب، مقارنة بأجهزة كمبيوتر الجيل الأول، بقدرات وسرعة أكبر.

وبدأ كل شيء على هذا النحو: في الأول من يوليو عام 1948، على إحدى الصفحات المخصصة للإذاعة والتلفزيون في صحيفة نيويورك تايمز، تم وضع رسالة متواضعة مفادها أن مختبرات بيل للهواتف قد طورت جهاز الكتروني، قادرة على استبدال أنبوب فراغ. قام عالم الفيزياء النظرية جون باردين وعالم التجارب الرائد في الشركة والتر برايتن بإنشاء أول ترانزستور عامل. لقد كان عبارة عن جهاز نقطة اتصال حيث كانت ثلاثة "هوائيات" معدنية على اتصال بقضيب من الجرمانيوم متعدد البلورات.

ظهرت أول أجهزة الكمبيوتر المعتمدة على الترانزستور في أواخر الخمسينيات، وبحلول منتصف الستينيات، تم إنشاء أجهزة خارجية أكثر إحكاما، مما يسمح إلى الرقميةصدرت في عام 1965 أول حاسوب صغير، وهو PDP-8، بحجم الثلاجة وبتكلفة 20 ألف دولار فقط.

سبق إنشاء الترانزستور عمل متواصل دام حوالي 10 سنوات، بدأه الفيزيائي النظري ويليام شوكلي في عام 1938. أدى استخدام الترانزستورات كعنصر أساسي في أجهزة الكمبيوتر إلى تقليص حجم أجهزة الكمبيوتر مئات المرات وزيادة موثوقيتها.

الترانزستور

يعتمد على الأجهزة الإلكترونية كريستال أشباه الموصلات، لها ثلاثة (أو أكثر) مخرجات، مخصصة للتوليد والتحويل الاهتزازات الكهربائية. اخترع في عام 1948 من قبل دبليو شوكلي، ج. باردين ووالت. بريتين. الترانزستورات تشكل اثنين رئيسيين فئة كبيرة: الترانزستورات أحادية القطب وثنائية القطب.

في الترانزستورات أحادية القطب، يحدث تدفق التيار عبر البلورة بسبب حاملات شحنة ذات إشارة واحدة فقط - الإلكترونات أو الثقوب. الترانزستورات ثنائية القطب(والتي تسمى عادةً ببساطة "الترانزستورات")، فإن التيار عبر البلورة ناتج عن حركة حاملات الشحنة لكلا العلامتين. مثل هذا الترانزستور عبارة عن رقاقة شبه موصلة أحادية البلورة يتم فيها، باستخدام تقنيات تكنولوجية خاصة، 3 مناطق مع الموصلية المختلفة: فتحة ( ص) والالكترونية ( ن). اعتمادا على ترتيب تناوبها، تتميز الترانزستورات ص-ن-صاكتب و ن-ن-نيكتب. المنطقة الوسطى (عادة ما تكون رقيقة جدًا) - بترتيب عدة ميكرونات، تسمى القاعدة، والاثنتين الأخرتين هما الباعث والمجمع. يتم فصل القاعدة عن الباعث والمجمع التحولات ثقب الإلكترون (ص نالتحولات): الباعث والمجمع. الخيوط المعدنية مصنوعة من القاعدة والباعث والمجمع.

وحتى الآن معظم قدرة مذهلةالترانزستور هو أنه وحده قادر على تشغيل 40 أنبوبًا مفرغًا والعمل معه في نفس الوقت سرعة أعلى، تولد حرارة قليلة جدًا ولا تستهلك أي كهرباء تقريبًا. بالتزامن مع عملية استبدال الأنابيب المفرغة بالترانزستورات، تم تحسين طرق تخزين المعلومات. زادت سعة الذاكرة، وبدأ استخدام الشريط المغناطيسي، الذي استخدم لأول مرة في كمبيوتر Univac، لإدخال المعلومات وإخراجها. وفي منتصف الستينيات، انتشر تخزين المعلومات على الأقراص على نطاق واسع.

إذا تحدثنا في المخطط العامفيما يتعلق بالتغيرات الهيكلية في أجهزة الجيل الثاني، فإن هذا أولاً وقبل كل شيء هو ظهور إمكانية الجمع بين عمليات الإدخال / الإخراج مع العمليات الحسابية في المعالج المركزي، وزيادة حجم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) والذاكرة الخارجية، واستخدام أجهزة أبجدية رقمية لإدخال وإخراج البيانات. تم استبدال الوضع "المفتوح" لاستخدام أجهزة الجيل الأول بوضع "مغلق"، حيث لم يعد يُسمح للمبرمج بالدخول إلى غرفة الكمبيوتر، بل قدم برنامجه إلى لغة خوارزميةلمشغل الكمبيوتر، الذي كان مسؤولاً عن مروره الإضافي على الجهاز.

إن التقدم الكبير في هندسة الكمبيوتر جعل من الممكن تحقيق سرعات تصل إلى مليون عملية في الثانية! أمثلة أجهزة الكمبيوتر الترانزستور"الامتداد" (إنجلترا)، "أطلس" (الولايات المتحدة الأمريكية) يمكن أن يخدم. في ذلك الوقت، كان الاتحاد السوفييتي يواكب العصر وأنتج أجهزة كمبيوتر ذات مستوى عالمي (على سبيل المثال، BESM-6).

أصبح BESM-6 أول كمبيوتر محلي تم قبوله من قبل لجنة الدولة بالكامل برمجة. شارك العديد من الخبراء البارزين في البلاد في إنشائها. كان ليبيديف من أوائل من فهموا قيمة عظيمة تعاونعلماء الرياضيات والمهندسين في إنشاء أنظمة الكمبيوتر. تصبح أهمية ذلك واضحة عندما يتطور تطوير تكنولوجيا الحوسبة الفعالة من مشكلة هندسية وتكنولوجية إلى مشكلة رياضية لا يمكن حلها إلا من خلال الجهود المشتركة للمهندسين وعلماء الرياضيات.
أخيرًا - وهذا أمر مهم أيضًا - تمت كتابة جميع دوائر BESM-6 بمبادرة من S. A. Lebedev بواسطة صيغ الجبر البوليانية. فتحت فرص وافرةلأتمتة تصميم وإعداد وثائق التثبيت والإنتاج. تم إصداره للمصنع على شكل جداول تم الحصول عليها من BESM-2، حيث تم تنفيذ النمذجة المخططات الكتلية. في مزيد من النظامتم تحسين التصميم بشكل ملحوظ بفضل عمل ج.ج. ريابوف (نظام النبض).

السمات الأساسية الرئيسية لـ BESM-6: الخط الرئيسي، أو كما أسمته S.A. في عام 1964. ليبيديف، مبدأ إمدادات المياه لتنظيم الإدارة؛ بمساعدتها، تتم معالجة تدفقات الأوامر والمعاملات بالتوازي (ما يصل إلى ثمانية أوامر الآلةفي مراحل مختلفة)؛ الاستخدام الذاكرة الترابطيةعلى سجلات فائقة السرعة، مما قلل من عدد مرات الوصول إلى ذاكرة الفريت، مما يسمح بتحسين العمليات الحسابية المحلية في ديناميكيات الحساب؛ التقسيم الطبقي لذاكرة الوصول العشوائي (RAM) إلى وحدات مستقلة، مما جعل من الممكن الوصول إلى كتل الذاكرة في عدة اتجاهات في وقت واحد؛ وضع التشغيل متعدد البرامج للحل المتزامن للعديد من المهام ذات الأولويات المحددة؛ آلية الأجهزة لتحويل العنوان الرياضي إلى عنوان فعلي، مما جعل من الممكن تخصيص ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ديناميكيًا أثناء العمليات الحسابية باستخدام نظام التشغيل; مبدأ تنظيم الذاكرة ورقة تلو الأخرى وآليات حماية الأرقام والأوامر التي تم تطويرها على أساسه؛ نظام متطورالمقاطعات اللازمة ل الانتقال التلقائيمن حل مشكلة إلى أخرى، والوصول إلى الأجهزة الخارجية، ومراقبة عملها.

تستخدم الدوائر الإلكترونية BESM-6 60 ألف ترانزستور و 180 ألف صمام ثنائي لأشباه الموصلات. كانت القاعدة الأساسية لـ BESM-6 جديدة تمامًا في ذلك الوقت، حيث وضعت الأسس لدوائر أجهزة الكمبيوتر في الجيل الثالث و الجيل الرابع. إن مبدأ فصل منطق الآلة المعقد، المبني على كتل الصمام الثنائي، عن نفس نوع جزء مكبر الصوت الموجود على الترانزستورات يضمن سهولة التصنيع والتشغيل الموثوق. وبلغ متوسط ​​سرعة الآلة مليون عملية في الثانية.

الخصائص الرئيسية لمختلف المحلية

كمبيوتر الجيل الثاني

صفات:
الاستهداف
استمارة عرض البيانات	النقطة العائمة	النقطة العائمة		النقطة الثابتة، الشخصية		النقطة العائمة والثابتة، الشخصية		النقطة العائمة، رمزية
طول الكلمة الآلية (حجم مزدوج)
الأداء (العملية/العمليات)
ذاكرة الوصول العشوائي، النوع، السعة (بالكلمات)	الفريت الأساسية 8192	الفريت الأساسية 4096-16384	الفريت الأساسية 4096-16384	الفريت الأساسية 8192	الفريت الأساسية 8192-65536	الفريت الأساسية 16384-65636	الفريت الأساسية 16384-32768	الفريت الأساسية 32768-131071
VZU، النوع، السعة (الكلمات)	نمل 8000000	نمل 16 مليون	نمل 8000000	نمل ما يصل إلى 5 ملايين	نمل 12 مليون نمب 130 الف	نمل ما يصل إلى 16 مليون	نمل ما يصل إلى 32 مليون نمب ما يصل إلى 192 ألف	نمل 32 مليون نمب 512 الف

كمبيوتر الجيل الثالث

أدت متطلبات الموثوقية والاكتناز وقابلية التصنيع إلى إنشاء قاعدة جديدة لعناصر الكمبيوتر - الدوائر المتكاملة. الدائرة المتكاملة، والتي تسمى أيضًا بالشريحة، هي دائرة مصغرة دائرة كهربائيةمحفورة على سطح بلورة السيليكون بمساحة حوالي 10 ملم2. مع ظهور الدوائر المتكاملة، بدأ تطوير أجهزة الكمبيوتر من الجيل الثالث. تتميز آلات هذا الجيل بمجموعة موسعة من جميع أنواع المعدات لإدخال المعلومات وإخراجها وتخزينها. مثال على كمبيوتر الجيل الثالث هو نظام واحدأجهزة الكمبيوتر الإلكترونية (أجهزة الكمبيوتر EC).

أولاً وأساسي معالحواشي ( الملكية الفكرية) ظهر عام 1964. في البداية تم استخدامها فقط في الفضاء و المعدات العسكرية. الآن يمكن العثور عليها في أي مكان، بما في ذلك السيارات و الأجهزة. أما بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر، فهي ببساطة لا يمكن تصورها بدون دوائر متكاملة!

كان ظهور IP يعني ثورة حقيقية في تكنولوجيا الحوسبة. بعد كل شيء، فهو وحده قادر على استبدال الآلاف من الترانزستورات، كل منها، بدوره، قد استبدل بالفعل 40 أنبوبا مفرغا. بمعنى آخر، تتمتع بلورة واحدة صغيرة بنفس القوة الحاسوبية التي يتمتع بها إنياك الذي يبلغ وزنه 30 طنًا! لقد زاد أداء أجهزة كمبيوتر الجيل الثالث 100 مرة، وانخفضت الأبعاد بشكل ملحوظ.

دارة متكاملة.

دارة متكاملة- مصغرة جهاز الكترونيالتي تكون جميع عناصرها أو جزء منها متصلة بشكل لا ينفصم هيكلياً وكهربائياً مع بعضها البعض.

تصنع الدوائر المتكاملة من مواد شبه موصلة عالية النقاء (عادة السيليكون والجرمانيوم)، حيث يتم إعادة ترتيب الشبكة البلورية نفسها بحيث تصبح المناطق الفردية من البلورة عناصر دائرة معقدة. تتحول لوحة صغيرة من مادة بلورية يبلغ حجمها حوالي 1 مم2 إلى جهاز إلكتروني شديد التعقيد، يعادل وحدة راديو تتكون من 50-100 جزء عادي أو أكثر. إنه قادر على تضخيم أو توليد الإشارات وأداء العديد من وظائف الراديو الأخرى.

من أجل الحماية من تأثيرات خارجيةيتم إنتاج الدوائر المتكاملة في حالات وقائية. بناءً على عدد العناصر، يتم تمييز الدوائر المتكاملة: الدرجة الأولى من التكامل (حتى 10 عناصر)، الدرجة الثانية من التكامل (من 10 إلى 100)، إلخ. العناصر الفرديةالدوائر المتكاملة صغيرة جدًا (في حدود 0.5-10 ميكرون) ويمكن مقارنتها أحيانًا بحجم جزيئات الغبار (1-100 ميكرون). لذلك، يتم إنتاج الدوائر المتكاملة في ظروف نظيفة بشكل خاص.

يضاف إلى كل مزايا أجهزة كمبيوتر الجيل الثالث حقيقة أن إنتاجها كان أرخص من إنتاج أجهزة الجيل الثاني. وبفضل هذا، تمكنت العديد من المنظمات من شراء واستخدام هذه الآلات. وهذا بدوره أدى إلى زيادة الطلب عليها أجهزة الكمبيوتر المركزيةمصممة لحل معظم المهام المختلفة. كانت معظم أجهزة الكمبيوتر التي تم إنشاؤها من قبل عبارة عن آلات متخصصة يمكنها حل المشكلات من نوع واحد.

في الواقع، خلال هذه السنوات بالتحديد، مع ظهور عائلة آلات IBM 360، نشأ هذا المفهوم هندسة الكمبيوترالذي يرمز إلى مجمع الأجهزة و برمجةلحل مشاكل المستخدم. عند الحديث عن الهندسة المعمارية، فإننا، كقاعدة عامة، لا نعني طرقًا لأداء وظائف أو معلمات معينة والتنظيم الفني أجهزة معينة، متضمن في نظام الحوسبة. بالنسبة للأجهزة من نفس العائلة، قد تكون مختلفة تمامًا، لكن أنظمة الأوامر وطرق تنظيم العلاقة بين الوحدات والأجهزة الخارجية وكذلك البرامج ستكون شائعة.

بحلول منتصف الستينيات، على أراضي اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية آنذاك، بالإضافة إلى المدارس العلمية الرئيسية لإنشاء أجهزة الكمبيوتر في موسكو وبينزا، تم إنتاج أجهزة الكمبيوتر في مينسك (سلسلة "مينسك" من الآلات متوسطة الأداء)، يريفان (الآلات الصغيرة وأجهزة الكمبيوتر متوسطة الأداء "نايري"، "الموزعة"). أجرى معهد علم التحكم الآلي التابع لأكاديمية العلوم في أوكرانيا، برئاسة فيكتور ميخائيلوفيتش غلوشكوف، العديد من البحث النظريفي مجال تصميم الكمبيوتر وتجسدت النظرية في الآلات الحقيقية - أجهزة الكمبيوتر الصغيرة للتحكم "دنيبر"، وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة للتطبيقات الهندسية "برومين" و"مير". أصبح الأكاديمي غلوشكوف واعظًا متحمسًا لإدخال أنظمة التحكم الآلي في الاقتصاد الوطني. قاد الأكاديمي V.S Semenikhin أيضًا تطوير أنظمة مماثلة لأغراض الدفاع.

وفي 30 ديسمبر 1967، أصدرت اللجنة المركزية ومجلس الوزراء قرارًا مشتركًا بشأن تطوير سلسلة موحدة من أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية. لقد كان قرارًا فريدًا بطريقته الخاصة، فللمرة الأولى تم تحديد المصير على هذا المستوى مزيد من التطويرتكنولوجيا الكمبيوتر في البلاد. تم إنشاء مركز البحث العلمي لتكنولوجيا الحوسبة الإلكترونية (NICEVT)، واتحدت المنظمات الأخرى تحت قيادته. وبقي السؤال مفتوحا: كيف سيكون الحال؟ صف جديدسيارات تمت مناقشة هذه المشكلة لعدة سنوات، ولكن في عام 1968 بدأت وزارة صناعة الراديو العمل على إعادة إنتاج بنية عائلة IBM 360 المتوافقة مع البرامج. وفي ديسمبر 1969، تمت الموافقة على هذا الخيار أخيرًا.

ولنتذكر أنه في عام 1964، تمكنت شركة IBM، في سلسلة 360، لأول مرة من تحقيق فكرة إنشاء عائلة من أجهزة الكمبيوتر ذات الأداء المتنوع، مع العمارة المشتركةو أكمل توافق البرامج. أنتج هذا الحدث انطباع عظيمعلى العالم العلمي والصناعي وشهدت الانتقال إلى الجيل الثالث من تكنولوجيا الحوسبة. أنظمة آي بي إمكان لدى 360 برامج غنية على مستوى النظام والتطبيق.

لإنتاج الآلات والمكونات المحلية من سلسلة الاتحاد الأوروبي، تم بناء وتوسيع أكثر من عشرة مصانع منتشرة جغرافيًا في جميع أنحاء البلاد. تم إنتاج أجهزة الكمبيوتر نفسها في مصنع الحوسبة والآلات التحليلية (CAM) في موسكو ومينسك وبينزا وكازان ويريفان. على مدار 20 عامًا، تم إصدار ثلاثة أجيال من أجهزة الكمبيوتر ES، المشابهة في الهندسة المعمارية لعائلة IBM-360 و370، كما ذكرنا سابقًا، اختلفت الأجهزة من نفس العائلة في الأداء. على سبيل المثال، تراوحت سرعة حاسوب ES في المرحلة الأولى من 20 ألف عملية/ثانية في أصغر طراز ES-1020 إلى 500 ألف عملية/ثانية في أقوى ES-1050.

في آلات الجيل الثالث أكثر من نظام مرنالمقاطعات، مما يسمح لك بمزامنة العمل المعالج المركزيمعالجات الإدخال/الإخراج والاستجابة بشكل صحيح لحالات الطوارئ في برامج المستخدم. يتطلب وضع البرامج المتعددة لتشغيل الكمبيوتر الإنشاء وسائل قويةحماية الذاكرة. تم إنشاء الآليات التوزيع الديناميكيالذاكرة، وتم تحسين أنظمة التشغيل.

هذا التحول، بالإضافة إلى نظام المقاطعة المتطور وآليات حماية الذاكرة، جعل من الممكن تنفيذ وضع متعدد البرامج ووضع مشاركة الوقت في نظام الكمبيوتر الجاري تطويره، مما جعل من الممكن الجمع بين تنفيذ العديد من مهام التحكم على جهاز واحد، وكذلك تطوير برامج المكافحة.

لقد أتاح استخدام قاعدة العناصر الجديدة زيادة كبيرة في الأداء وسعة ذاكرة الوصول العشوائي للجيل الجديد من الأجهزة. لقد توسع النطاق بشكل ملحوظ الأجهزة الخارجية- ظهرت محركات الأقراص على محركات الأقراص القابلة للإزالة الأقراص المغناطيسية، أبجدية رقمية و يعرض الرسم، المتآمرون ، إلخ.

لكن لسوء الحظ، كان العامل المحدد الرئيسي في مواصلة تحسين الكمبيوتر ES، بالطبع، قاعدة العنصر. حتى عام 1990، عندما أدى بداية الإصلاح الاقتصادي إلى توقف إنتاج الآلات بشكل فعال، لم يتحول الاتحاد الأوروبي قط إلى الدوائر المتكاملة واسعة النطاق. لم تسمح تقنيات وزارة الصناعة الإلكترونية بإنشاء عناصر على شرائح أصغر من 2 ميكرون، لذلك آخر التطوراتتم تجهيز السلسلة برقائق ذاكرة بسعة 64 كيلوبت فقط (!).