Поколения ЭВМ

Поколения ЭВМ Вычислительная техника (так же как и другие виды техники - телевизоры, самолёты, и.т.п.) условно делится на поколения. Основным признаком принято считать элементную базу: к настоящему моменту насчитывается четыре поколения:

- первое - на реле и электронных лампах
- второе - на транзисторах
- третье - на микросхемах низкой и средней степени интеграции
- четвертое - на БИС

С переходом на новую элементную базу скачком уменьшаются габариты и энергопотребление, и главное - увеличивается надежность. Всё это позволяет либо реализовать ту же самую (или аналогичную) ЭВМ, но более малогабаритную, надёжную и дешевую (если не в производстве, то как минимум в эксплуатации), а значит более массовую. Либо создать вычислительное устройство, при тех же самых габаритах, стоимости и надёжности состоящее из существенно большего числа элементов, реализовать на них новые элементы архитектуры и в результате резко повысить некие параметры (объём памяти, производительность...) и/или получить новые качества. Как правило идут и по тому и по другому пути одновременно. И в результате вычислительная техника делится на два направления: "супер" и "мини" (в каждом поколении их называли по-разному).

Появление относительно дешевых и массовых вычислительных машин резко расширяет круг пользователей. Новые пользователи приносят с собой новые, ранее не решаемые на вычислительной технике задачи. Для решения этих задач выявляются новые классы алгоритмов и пишутся реализующие их программы. А так же выдвигаются новые требования к аппаратуре. Для удовлетворения этих требований изобретаются и реализуются новые элементы архитектуры; пишется принципиально новое системное программное обеспечение. Меняется сам характер работы машины и вместе с ним парадигма взаимодействия с нею пользователя. И только после этого - когда все части технико-социального феномена "вычислительная техника" придут наконец в состояние относительного равновесия, можно говорить о завершении процесса смены поколений.

Таким образом смена элементной базы только инициирует процесс смены поколений, а ключевую роль играет смена характера решаемых вычислительной техникой задач. А каждый класс задач начинает решаться тогда, когда "важность" задачи становится больше обобщенной стоимости её решения. Включающей не только затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию соответствующих устройств и программного обеспечения, но и "риск", связанный с их использованием. (В частности, чем более энергонасыщенным механизмом управляет вычислительное устройство, тем больше связанный с этим риск - при прочих равных условиях.)

Классы задач

Вычислительная машина состоит из четырёх частей:

- АЛУ - устройство непосредственно производящее действия над информацией
- УУ - устройство, принимающее решения о порядке выполнения действий
- ОЗУ - устройство, хранящее подлежащую обработке информацию, а так же используемую для этого программу
- ВУ - устройства для связи с "внешним миром" - в том числе интерфейс с пользователем и управляемым с помощью ЭВМ оборудованием; а так же машинные носители информации большой ёмкости.

Соответственно все задачи, решаемые с помощью вычислительной техники, условно можно разделить на четыре класса:

- задачи вычислительные ("инженерные")
- задачи на память  ("бухгалтерские", в т.ч. базы данных) 
- задачи на управление (в т.ч. управление оборудованием в реальном времени) 
- задачи на интерфейс 

Первое поколение - вычислительные задачи; работа только с числами; машинной слово по-возможности большой длины (для увеличения точности вычислений); монопольный режим работы (когда одна задача занимает машину целиком).

Второе поколение - бухгалтерские, а так-же инженерные задачам второй степени важности; деление машинного слова на персонально адресуемые байты ("слоги") - для облегчения работы с текстами; более развитые внешние устройства - в т.ч. средства долговременного хранения информации и её ввода/вывода; механизм прерываний для их обслуживания; пакетный режим работы и организующие его операционные системы; привилигированный режим и средства ключевой защиты памяти для их поддержки.

Третье поколение - задачи реального времени; резкое сокращение длины машинного слова (до 16 и даже 12 бит), а вместе с ним объёма и стоимости аппаратуры; развитая (в т.ч. векторная) система прерываний; механизмы организации виртуальной памяти; диалоговый режим работы и поддерживающие его многозадачные операционные системы (в т.ч. ОС UNIX); сети межмашинной связи.

Четвёртое поколение - интерфейсные задачи; еще меньший размер слова (с постепенным, по мере прогресса микроэлектронных технологий, его увеличением); микроминиатюризация внешних устройств; наращивание "сырой производительности" при примитивизации архитектуры с последующим её переусложнением (штормит!); развитый графический интерфейс.

Возможное "пятое" поколение - сложные задачи управления типа "искуственный интеллект"; живучие и расширяемые многопроцессорные комплексы (до 10^2 - 10^3 штук) с сотовой организацией; самоопределяемость данных и высокоуровневые примитивы (как в МВК Эльбрус), т.е. переход от машин фон-Неймана к машинам Лебедева; наращиваемые объектные операционные системы; речевой интерфейс на базе естественного языка с регулярной грамматикой (например Эсперанто).

Бум персональных ЭВМ

Лавинообразное возникновение и распространение персональных ЭВМ, нарушившее регулярность смены их поколений.

Развитие вычислительной техники до третьего поколения включительно происходило более-менее "регулярно": уже был успешно освоен класс простых задач "на управление"; в том числе для совсем простых но массовых задач (типа наручных часов и микрокалькуляторов) налажен выпуск специализированных микросхем; а для сложных задач, приближающихся к "искуственному интеллекту" - пороисходило постепенное накопление "предпосылок" - алгоритмов, элементов архитектуры, отдельных аппаратных средств. И недалёк уже был тот день, когда количество должно было перейти в качество...

Но в это время происходили и другие процессы:

С момента, когда постоянно снижающаяся стоимость комплекта микросхем, необходимых для изготовления вычислительного устройства, стала сопоставима с размером бюджета отдельного человека, появилась возможность приобретения подобного устройства в личное пользование. Но это было никому не нужно (кроме отдельных уникумов), то тех пор, пока вдруг не обнаружилось, что: Во-первых потребности "простого человека", которые можно было бы удовлетворить с помощью вычислительной техники столь просты, что для удовлетворения основной их части вполне достаточно простейшего восьмибитного устройства. И во-вторых что эти потребности у всех одинаковы. В результате стоимость персональной ЭВМ оказалась состоящей только из стоимости аппаратной части. А стоимость программного обеспечения, которая, как известно, на несколько порядков (!) больше стоимости аппаратуры, раскладываясь на миллионы пользователей, оказалась в пересчете на одну вычислительную установку совершенно ничтожной.

Вот тут оно и началось... Начался неуправляемый лавинообразный процесс распространения персональной вычислительной техники, перетянувший на себя все ресурсы, которые человечество способно было выделить на вычислительную технику вообще. А так как решаемые ПЭВМ задачи - на интерфейс, а для его реализации, кроме соответствующи интерфейсных устройств, не надо ничего кроме "сырой производительности" - произошел резкий откат назад в области архитектуры ЭВМ к уровню второго и даже от части первого поколения. Процесс накопления предпосылок для решения сложных задач управления не прсто прекратился, но и был обращен вспять. Появление искуственного интелекта оказалось отложено на неопределённый срок.

см. так же