Четвертое и пятое поколения ЭВМ (1974 — настоящее время)

Так или иначе, очевидно, что, начиная с середины 70-х, все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.

И, конечно же, самое главное – что с начала 80-х, благодаря появлению персональных компьютеров, вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств последнего десятилетия – графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети – обязаны своим появлением и развитием именно этой технике. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, отнюдь не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.

Элементная база ЭВМ – большие интегральные схемы (БИС). Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень 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. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека.

К этому поколению можно отнести ЭВМ ЕС: ЕС-1015, -1025, -1035, -1045, -1055, -1065 (“Ряд 2”), -1036, -1046, -1066, СМ-1420, -1600, -1700, все персональные ЭВМ («Электроника МС 0501», «Электроника-85», «Искра-226», ЕС-1840, -1841, -1842 и др.), а также другие типы и модификации. К ЭВМ четвертого поколения относится также многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус». «Эльбрус-1» имел быстродействие до 5,5 млн. операций с плавающей точкой в секунду, а объем оперативной памяти до 64 Мб. У «Эльбрус-2» производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мслов (слово 72 разряда), максимальную пропускную способность каналов ввода-вывода – 120 Мб/с.

Особого упоминания заслуживает так называемое пятое поколение, программа разработки которого была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки – задачи хранения и обработки знаний. Для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на почти естественном языке, что от них требуется.

АРХИТЕКТУРА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Рассмотрим физическую организацию персонального компьютера фирмы IBM, его периферию и принципы сопряжения отдельных компонентов.

Микропроцессор

Является центральным узлом персонального компьютера. Процессор обладает способностью выполнять команды, составляющие компьютерную программу. Персональные компьютеры строятся на базе микропроцессоров, выполняемых в настоящее время на одном кристалле или «чипе».

Микропроцессор, использованный в IBM/PC, был разработан и создан фирмой «Интел». Принципиальное отличие IBM/PC от персональных компьютеров предыдущего поколения заключается в использовании 16-разрядного микропроцессора. До появления IBM/PC наиболее популярные персональные компьютеры строились на базе 8-разрядных микропроцессоров.

Различия между 8- и 16-разрядными микропроцессорами состоит в том, что 8-разрядные процессоры могут манипулировать данными, состоящими из 8 бит, а 16-разрядные процессоры могут работать и 16-разрядными данными. Основное преимущество 16-разрядных процессоров перед 8-разрядными заключается в значительном повышении их быстродействия, мощности и удобства их набора команд. Кроме того, существенно увеличивается объем адресуемой памяти. Большинство 8-разрядных процессоров может использовать не более 64К памяти, что значительно уменьшает возможности эффективного использования персональных компьютеров. Процессоры 8088 и 8086, используемые в IBM/PC, позволяют адресовать 1024К.

Краткие сведения об остальных компонентах компьютера

Для того чтобы микропроцессор мог работать, необходимы некоторые вспомогательные компоненты. Многие части могут переноситься с одной модели на другую. Фактически большая часть системы составлена из стандартных компонентов, начиная с микропроцессора 8088 фирмы «Интел». Особенность персонального компьютера фирмы IBM состоит в оригинальном способе организации известных компонентов в единую функционирующую систему. Электронная промышленность представляет разработчикам компьютеров большой набор необходимых стандартных компонентов, задача разработчика заключается в том, чтобы объединить их нужным образом.

Составляющие IBM/PC можно рассматривать с трех различных точек зрения: где они размещаются, как они функционируют, и как они взаимодействуют друг с другом.

Рассмотрим вопрос пространственного размещения этих составляющих.

Физически составляющие IBM/PC можно разделить на компоненты системного блока и компоненты блока расширения. Все основные платы, входящие в состав любой модели IBM/PC, размещаются в большом блоке, получившем название «системный». Системный блок включает все необходимые компоненты, позволяющие компьютеру работать без каких-либо дополнений. Здесь находятся микропроцессор, первые 64К памяти и встроенные программы, записанные в микросхемах ПЗУ. Блоки расширения или карты, как их иногда называют, могут использоваться для обслуживания устройств, подключаемых к IBM/PC. Они могут использоваться для двух основных целей: для увеличения объема памяти и подключения дополнительных устройств. Если оборудование умещается на одной плате, то его можно разместить внутри корпуса IBM/PC. Если же оно не помещается в корпус как, например, в случае с дисплеем, то внутри размещается только плата управления, которая соединяется с оборудованием с помощью кабеля, который можно пропустить через отверстие в задней стенке корпуса. Каждому разъему расширения соответствует специальное отверстие в задней стенке корпуса, закрытое заглушкой, если оно не используется. Системный блок разработан фирмой IBM, а блоки расширения могут разрабатывать все желающие, при условии, что они будут соблюдать основные правила, касающиеся размеров, электрических параметров соединений, теплового режима и так далее.

Функциональное назначение

Сигналы синхронизации работы системы обеспечиваются генератором 8284А. Эти сигналы используются всеми элементами компьютера и задают длительность операций. С тактовым генератором связан таймер 8255А-5, использующийся для поддержки интерфейса накопителя на кассетной магнитной ленте и встроенного динамика.

Функционирование компьютерной системы основано на использовании прерываний. Для организации работы системы прерываний используется микросхема 8259А. Когда данные передаются внутри компьютерной системы, они проходят по общему каналу, к которому имеют доступ все компоненты системы. Этот путь получил название шины данных.

Концепция шины представляет собой один из наиболее совершенных методов унификации при разработке компьютеров. Вместо того чтобы пытаться соединять все элементы компьютерной системы между собой специальными соединениями, разработчики компьютеров ограничили пересылку данных одной общей шиной. Данные пересылаются по шине в сопровождении специальных сигналов, обозначающих их назначение. Эта идея чрезвычайно упростила конструкцию компьютеров и существенно увеличила ее гибкость. Чтобы добавить новый компонент, не требуется выполнять множество различных соединений, достаточно присоединить его к шине. Чтобы упорядочить передачу информации по шине используется контроллер шины.