Елементарна основа: определение, класификация, характеристики

Елементарната компютърна база се нарича тяхната основна електронна компонента. Този компонент варира в зависимост от генерирането на компютри. Поколенията на компютърната елементна база обясняват историята на компютърното развитие, основано на развиващите се технологии. С всяко ново поколение компютърни вериги, размерите им стават още по-миниатюрни, скоростта на обработка на информацията се удвоява, паметта става по-голяма, а удобството и надеждността се подобряват. Времевата линия, определена за всяко поколение, е важна за разбирането на елементарната основа на компютъра. Но тя не е дефинирана докрай и се счита за доста условна. Поколенията на елементарна база всъщност се основават на развиващата се технология на чиповете, а не на определена времева рамка.


Първото поколение компютри

Пет поколения компютри могат да се характеризират с протичане на електрически ток:
  • във вакуумни тръби;
  • в транзистори;
  • в интегрални схеми;
  • в микропроцесорни чипове;
  • в интелигентни устройства, способни на изкуствен интелект.
  • Първото поколение компютри се появява през 40-те и 1950-те години. Първите поколения компютри всъщност бяха първите универсални и оригинални цифрови компютри. Те изглежда са заменили електромеханичните системи, които са твърде бавни, за да възложат задачи. Първите компютърни генератори използват вакуумни тръби за превключване. Запечатаното стъкло позволява на тока да тече през жиците от нишкитекъм метални плочи.

    Как са работили първите компютри

    Компютърната база на елементарите, тръби, са направени от херметични стъклени съдове с размери с крушка. В системата нямаше движещи се части. Елементната основа на първото поколение бяха лампите, които се наричаха диоди и триоди. Входът и изходът се извършват с помощта на перфокарти, магнитни барабани, пишещи машини и четящи устройства за перфокарти. Интерфейсът на системата е изпълнен с помощта на приставки и машинен език.


    Елементарната база на компютъра от първо поколение беше трудна за използване. Уредите свързват електрическите вериги чрез свързване на множество кабели към конекторите. След това използваха специални картички и чакаха няколко часа, за да получат резултата за всяка форма на изчисление. Първите компютри бяха толкова големи, че заеха цялата стая. Асемблерът и софтуерът на операционната система все още липсваха. Системите могат да решат само по един проблем. Тези машини са проектирани за операции на ниско ниво, а програмирането е извършено само с помощта на двоични цифри 0 и 1.

    ENIAC - най-мощният от първите компютри

    Един от най-известните компютри в тази епоха е ENIAC (Electronic Numerical Integrator и Компютър), проектирани и построени от инженера Джон Маккли и Джон Преспер Екерт от Университета на Пенсилвания. Колекцията му е направена от екип от петдесет души. ENIAC беше 1000 пъти по-бърз от предишните електромеханични компютри, но много по-бавен при препрограмиране. Наред с другите нещаENIAC беше използван за изучаване на възможностите на термоядрените оръжия, балистичните артилерийски огневи двигатели и двигателите с термично запалване, а понякога и за прогнози за времето. Тези системи са огромни по размер и заемат цели стаи, като използват много електричество, което ги прави източник на непоносима топлина.

    Универсален автоматичен компютър

    UNIVAC (универсален автоматичен компютър) е създаден от всички същите инженери - John McClie и John Presper Eckert. Компютърът е първият в същата епоха, който е предназначен за търговски цели, в допълнение към военната употреба. Използвайки елементарната си база, той много добре е манипулирал азбуки и числа и е бил използван от Бюрото за преброяване на населението на САЩ за прехвърляне на населението. По-късно той бил използван за изготвяне на отчети за продажбите на компании и дори за прогнозиране на резултатите от президентските избори през 1952 година. За разлика от повече от 17 000 вакуумни тръби на ENIAC, UNIVAC I използва малко над 5 000 електрически крушки. Той също е два пъти по-вероятно от предшественика си. Над 46 от тези компютри бяха продадени.

    Компютри от второ поколение: 1950-1960 г.

    Компютрите от второ поколение бяха компютри, в които вместо вакуумни лампи бяха използвани транзистори. Това беше елементарната основа на второто поколение. Новите компютри бяха по-добри от своите предшественици по много начини поради относително малкия размер, скоростта и по-ниските разходи. Транзисторите са градивни елементи на почти всеки микрочип и са по-надеждни,енергийно ефективни и способни да провеждат електроенергията по-бързо и по-добре от вакуумните тръби.
    Както тръбите, основната база на компютър от второ поколение, включващ транзистори, са ключове или електронни капаци, които са използвани за усилване или контрол на тока, или за включване или изключване на електрически сигнали. Транзисторите се наричат ​​полупроводници, защото съдържат елементи, разположени между проводници и изолатори.
    Изобретението на транзисторни полупроводници
    Транзисторните полупроводници са изобретени в Bell Laboratories през 1947 г. от учени Уилям Шокли, Джон Бардин и Валтер Браттен, но не са били пуснати до средата на 50-те години. Инженерите и създателите на новата елементна база видяха бъдещето на компютрите от второто поколение за подобряване на процедурите за входни и изходни данни. Първоначално тези процеси бяха сходни с най-новите модели на компютрите от първо поколение. Работата беше доста трудоемка и изтощителна, защото включваше работата на няколко служители, които носеха перфокарти от стая в стая.

    Партидна система за предаване на данни

    За да се ускори процесът, беше създадена и въведена партидна система. Тя включва събиране на няколко задачи за данни за няколко перфокарти и подаването им в магнитни ленти, използвайки сравнително малка и евтина система. IBM-1401 беше един от тези компютри. За него са използвани операционната система IBM-7094 и Fortran Monitor System. Когато обработката на данните приключи, файловете бяха прехвърлени обратно на магнитната лента. Използване на по-малкосистема, например, данни IBM-1401 може да се отпечатват няколко перфокарти като изходната информация. Това са прекурсори, действащи на системния софтуер.

    разполага с второто поколение на компютри

    След това започва процеса на актуализиране на ограничителен код двоичен машина за езици, които се поддържат изцяло от символична и буквено кодиране. Разработчиците вече могат да пишат монтажен и високо ниво езици като FORTRAN, COBOL, снежна топка и BASIC.
    Ранните суперкомпютри са само някои от колите, които се използват транзистори. Примери за такива системи са универсална енергия ЮНИВАК LARC от Спери Ранд (1960) и IBM-7030 Stretch суперкомпютър (1961) и CDC 6600 мейнфрейм (1963).

    Трето поколение компютри, 1960-1970 години

    елемент основата на третото поколение на компютри - е mnohoprohrammnoe интегралните схеми и програмиране. Компютърни използва трето поколение чип интегрална схема (IC) вместо транзистори. Изпълнението на тези компютри се срещне и Закона на Мур, в който се посочва, че размерът на транзистори спада толкова бързо, че техният брой в схемата удвоява на всеки 2 години.

    Ползите от интегрални схеми

    на полупроводника интегрална схема включва огромен брой транзистори, кондензатори и диоди. След това те бяха отпечатани върху отделни части на дъската. Ръчно свързване на кондензатори и диоди в транзисторите се отнема време и не е напълно надежден. Джак Килби от Texas Instruments и Робърт Нойс от Fairchild Corporation отделно открили предимствата на интегрални схеми през 1958 г. и 1959съответно. Килби изгради своя IP в Германия, докато Нойс е на силиконов чип.
    Първата система, която използва IP, е IBM 360, която е била използвана за управление на търговски и научни задачи. След поставянето на няколко транзистора на един чип, в допълнение към намаляване на разходите, скоростта и производителността на всеки един компютър също значително се увеличи. От момента на своето изобретение скоростта на IP се удвоява на всеки две години, което допълнително намалява размера и цената на компютрите.

    Използване на интегрални схеми на съвременни компютри

    Днес почти всички електронни устройства използват някои форми на интегрални схеми, поставени върху печатни платки. За разлика от интегралната схема, взаимодействието с компютрите се е подобрило. Вместо пробивни карти за входни и изходни данни, информацията за дисплея е чрез визуални дисплеи, използвани клавиатури и подобрени периферни входни устройства. Компютрите сега използват софтуера на операционната система за управление на оборудване и ресурси, което позволява на системите да изпълняват различни програми едновременно. Това се случи поради централизирани приложения, които контролират разпределението на паметта. Компютрите са станали достъпни за широка публика поради техния размер и справедлива стойност. Това поколение стартира и концепцията за "компютърно семейство", което насърчава производителите да създават компютърни компоненти, които са съвместими с други системи. Примери за тези системи са суперкомпютрите Scientific Systems Systems Sigma 7 (1966) и суперкомпютрите IBM-360(1964) и CDC 8600 (1969).

    Четвъртото поколение компютри: от 1970-те до сега

    Микропроцесор, ОС и графичен интерфейс - елементарна база на съвременните компютри. Раждането на микропроцесор е едновременно раждане на микрокомпютър. Това също съответства на закона на Мур, който предвижда експоненциалния растеж на транзистора и микрочипа от 1965 г. насам. Intel, неговите инженери Тед Хоф, Федерико Фаггин и Стан Масор през ноември 1971 г. представиха първия в света процесор Intel 4004 с един чип.Фактът, че първото поколение напълни цялата стая, вече може да бъде инсталирано на дланта. Разбира се, новият микрочип е толкова мощен, колкото и компютърът ENIAC от 1946 г. насам. Четвъртото поколение и неговата елементарна основа играят важна роля в създаването на различни устройства.

    Процесор Intel 4004

    Скоро производителите започнаха да интегрират тези микрочипове в новите си компютри. През 1973 г. Xerox Alto е освободен от PARC. Това беше истински персонален компютър, включващ Ethernet порт, мишка и графичен интерфейс с растерни изображения, първият по рода си. През 1974 г. Intel представи 8-битов микропроцесор с общо предназначение, наречен "8808". Тогава програмистът Gary Arlen Kiddall започна да създава софтуер, базиран на диск, известен като "Програма за управление на микрокомпютри" (CPM). Тя се превърна в прототип на съвременната елементарна база на персоналния компютър.

    Първи домашен персонален компютър

    През 1981 г. International Business Machine представи първия си компютър за дом с процесор 4004. Той е известен като IBM PC. Компанията си сътрудничис Бил Гейтс, който купи дисковата операционна система от Сиатълския компютърен продукт и го разпространи от нов IBM компютър. Архитектурата на IBM PC се превърна в стандартен пазарен модел.
    Създаването на операционната система Windows
    Apple, водена от Стив Джобс, промени софтуерната програма, когато през 1984 г. Apple Macintosh пусна подобрен графичен потребителски интерфейс (графичен потребителски интерфейс), използвайки идеята за интерфейс, извлечен от Xerox PARC , Двете контролни програми за микрокомпютъра и операционната система на диска са операционни системи с команден ред, когато потребителят трябва да взаимодейства с компютъра чрез клавиатурата. След успеха на графичния интерфейс на Apple, Microsoft интегрира черупката на Windows версията на DOS през 1985 година. Windows беше използван през следващите 10 години, докато не беше преоткрит като Windows 95. Това беше оригинален софтуер за операционната система с всички необходими помощни програми.

    Появата на Linux

    Въпреки че софтуерът стана обичайно и корпорациите започнаха да вземат пари за него, новото движение на програмисти стартира Linux през 1991 г. Водени от Linux Torvalds, те стартираха свободната операционна система с отворен код, наречена Linux. В допълнение към Linux, други операционни системи с отворен код и свободен софтуер бяха разпределени за обслужване на офис, мрежа и домашни компютри.

    Разпространение на мобилни устройства

    През 80-те и 2000-те години станаха персонални компютри и настолни компютричесто срещано явление. Те бяха инсталирани в офиси, училища и домове, разходите им станаха приемливи, а размерът - компактен. Софтуерът, който работи на тези компютри, също стана по-достъпен. Скоро микропроцесорите излязоха с монополизиране на настолни компютри и преминаха към други платформи. Първо дойде лаптопа, а след това таблети и смартфони, конзоли, вградени системи, смарт карти, които станаха популярни поради необходимостта от използване на интернет по време на шофиране. Според едно скорошно проучване, мобилните телефони представляват 60% от всички цифрови устройства по света.

    Пето поколение компютри: настояще и бъдеще

    Пето поколение Компютрите са изградени върху технологичния напредък, придобит в предишните поколения компютри. Съвременните инженери се надяват да подобрят взаимодействието между хората и машината чрез използването на човешкия интелект и големите данни, натрупани от самото начало на ерата на цифровите технологии. Те идват от теорията, концепцията и прилагането на изкуствен интелект (AI) и машинното обучение (ML). AI - това е елементарната база на поколението 5. Това е реалност, която стана възможна благодарение на паралелната обработка и свръхпроводниците. Компютърни устройства с изкуствен интелект все още се разработват, но някои от тези технологии започват да се появяват и използват, например, разпознаването на глас. AI и ML могат да бъдат различни, но се използват като взаимозаменяеми за създаване на устройства, които са достатъчно интелигентни, за да взаимодействат с хора, други компютри,среда и програми. Същността на петото поколение ще бъде да се използват тези технологии в крайна сметка да се създадат машини, които могат да обработват и реагират на естествен език, както и да могат да се учат и да се организират. Разпространението на изчислителни устройства с възможност за самостоятелно учене, реагиране и взаимодействие по различни начини въз основа на опита и околната среда също даде тласък на концепцията за интернет на нещата (Интернет на нещата). На върха и с правилните алгоритми, компютрите вероятно ще демонстрират високи нива на учене, надминавайки интелигентността на хората. Вече се изпълняват много проекти за изкуствен интелект, докато други все още се разработват. Пионери в тази област са Google, Amazon, Microsoft, Apple, Facebook и Tesla. Първите реализации започнаха с интелигентни домашни устройства, които са проектирани да автоматизират и интегрират домашни операции, аудио и визуални устройства и автопилотни превозни средства.

    Свързани публикации