Информатика (Теория. Текстообработка и Таблици с LibreOffice)

6.1.Първо поколение компютри с архитектура на фон Нойман

През 1950 година под ръководството на Сергей Лебедев от Киевския институт по електротехника е създадена, „малка електронно изчислителна машина”. Тя съдържа около 6000 електровакумни лампи и използвана мощност около 15 кW. Машината е можела да изпълни около 3000 операции в секунда.

Друга машина по това време е австралийската CSIRAC, която изпълнява първата си тестова програма в 1949 година.

6.2. 1950-е — начало 1960-е: второ поколение

Транзистори са миниатюрни и по-ефективно подменят на вакуумните лампи и предизвикват революция в областта на компютрите.

Компютри с транзистори, които често са посочени като "второ поколение", доминират през 1950 и началото на 1960 години.

През 1954 IBM пуска IBM 650 машина, която е станала доста популярна и са произведени повече от 2000. Тя е тежала около 900 кг и още 1350 кг захранващия блок. Двата модула са били с големина от1,5 × 0,9 × 1,8 м. Цена на машината е 500 000 долара (около $ 4 млн. на базата на 2011г.).

През 1955 година Морис Уилкс открива микропрограмирането, принцип, който по-късно широко се използва в микропроцесорите на различните компютри.

През 1959 г., въз основа на транзистори IBM пуска IBM 7090 мейнфрейм и машината от среден клас IBM 1401.

Прилагането на полупроводници подобрява не само процесора, но също така и периферните устройства.

6.3. 1960-е и след това: трето и следващи поколения

Интегралните схеми съдържат стотици милиони транзистори . Бързият ръст в използването на компютри започна с така нареченото "Трето поколение" на компютрите. Това бележи началото с изобретяването на интегралните схеми от лауреатите на Нобелова награда Джак Килби и Робърт Нойс. Появата на микропроцесорите доведе до развитието на микрокомпютрите - малките и евтини компютри, които могат да притежават малки фирми или физически лица.

Фиг. 12. Интегрална схема-размер

Микрокомпютри, четвърто поколение, първите от които се появяват през 1970 г., и стават повсеместни през 1980 г. и по-късно. Стив Возняк, съосновател на Apple Computer, станал известен като конструктор на първия домашен компютър, а по-късно - първият персонален компютър.

В съответствие с идеологията на развитие на компютърните технологии от четвъртото поколение изградени върху свръх големи ИС. Следващо поколение е базата на разпределени изчислителни системи, както се смята, че петото поколение ще бъде основа за развитието на устройства способни да симулират мислене.

Първата мащабна програма на правителството на Япония за изкуствения интелект е направена през 1980г. Целта на програмата е да се създаде суперкомпютър с свръх производителност и мощен изкуствен интелект. Програмата а провалена, защото не се основава на ясна научна методология.

В момента, терминът „пето поколение" е неясен и се използва по много начини, но определено много държави работят по него.

Компютърът е машина (англ. computer), устройство или система, способна да изпълнява задания, в която може да се въвежда, съхранява и обработва информация (данни), представени в цифров (дигитален) вид, и която може да извежда резултата от работата си в използваема форма. Обработката на информация се извършва съгласно някакъв алгоритъм, представен в компютъра като програма. Описанието на последователността от инструкции се нарича програма.

Компютрите могат да имат различно устройство, като чисто механични устройства са известни още от древността, но почти всички съвременни компютри са електронни и в България са популярни наименованията ЕИМ (Електронноизчислителна машина) или ЦЕИМ (Цифрова електронноизчислителна машина).

Под ЕИМ се разбира комплекс от технически средства предназначени за автоматизирана обработка на информацията в процеса на решаване на изчислителни и информационни задачи.

В ежедневната реч под „компютър“ най-често се разбират персоналните компютри в техните разнообразни форми, които в наши дни са се превърнали в символ на информационната епоха.
2. Експоненциално развитие на компютърната техника

От диаграмата на закона на Мур се вижда, че броят на транзистори се удвоява на всеки 2 години. След изобретяването на интегралната схема развитието на компютърните технологии рязко нарасна. Този емпиричен факт, отбелязан през 1965 г. от Gordon E. Moore съосновател на компанията Intel и се наричана от закон на Мур. Той съпоставя бързо развиващи се процеси на минитюризация на компютрите.

Първите електронни компютри (например, като например тези, създадени през 1946 г.- ENIAC) са огромни устройства, с тегло един тон, заемат цели стаи и изисква много персонал за успешното функциониране. Те са толкова скъпи, че те могат да си позволят само правителства и големи изследователски организации, и представени така екзотично, че изглеждаше като че ли една малка част от тези системи ще бъдат в състояние да отговарят на всички бъдещи нужди. В контраст на това, днешните компютри са много по-мощни, компактни и много по-евтини – и са навсякъде.

Фиг.1.Диаграма на Мур
3. Математически модели използвани в компютрите.

Най-популярните са:

• 
  Автомат фон Нойман
  
• 
  Абстрактен автомат
  
• 
  Краен автомат
  
• 
  Краен автомат с памет
  
• 
  Универсална машина на Тюринг
  

(Автора не претендира са абсолютна пълнота)

1/Калкулатор

3/Миникомпютър- многопотребителска машина, способна да обслужва едновременната работа на 10 и повече потребители.

4/Мейнфрейм(Mainframe)- предназначен за централизирана обработка на големи масиви от данни и едновременна работа на 100 и повече потребители.

5/Персонален компютър PC - обикновено предназначен за операции, изпълнявани от един човек. Освен това те могат да бъдат разделени на:

• 
  Настолен компютър;
  

• 
  Преносим компютър- Ноутбук (лаптоп);
  
• 
  Субноутбук Subnotebook;
  
• 
  Нетбук Netbook;
  
• 
  Смартбук Smartbook;
  
• 
  Tablet PC;
  
• 
  Тънък персонален компютър (Thin PC или Slate PC);
  
• 
  Ултрамобилен UMPC;
  
• 
  Internet Tablet;
  
• 
  E-книга (устройство);
  
• 
  Игрова конзола (игрова конзола);
  
• 
  Pocket PC (PDA);
  
• 
  Комуникатор;
  
• 
  Smartphone.
  

7/ Сървър

8/ Суперкомпютър

4.2.На елементна основа за цифров компютър, могат да се посочат, следните решения за архитектурата на :

• 
  Релета;
  
• 
  Лампи;
  
• 
  Ферит-диодни;
  
• 
  Транзисторни- дискретни;
  
• 
  Транзисторни- интегрални.
  

• 
  Механически компютър;
  
• 
  Пневматичен компютър;
  
• 
  Хидравличен компютър;
  
• 
  Оптически компютър;
  
• 
  Електронен компютър;
  
• 
  Квантов компютър;
  
• 
  Нанокомпютър;
  
• 
  Биокомпютър;
  
• 
  Биокомпютър Адлеман;
  
• 
  Краен биоавтомат на Шапиро .
  

Повърхностно представеният подход за класификация на компютрите е очевиден. Той обикновено се използва само да се позоват общите характеристики на най-често срещаните компютърни устройства. Бързото развитие на компютърните технологии означава постоянно разширяване на нейните приложения и бързо остаряване на понятията. За по-строго описание на характеристиките на компютъра обикновено се изискват допълнителни описания.

Терминът "архитектура" сред многото си други значения има значение и на "структура на нещо". Именно това значение се употребява при описание на организацията на компютърните системи.

Архитектурата на компютъра, според Джон фон Нойман, се състои от три основни блока - памет, процесор (изчислително устройство) и входно-изходни устройства. Чрез тези три блока практически се изразяват и представят всички основни характеристики в архитектурата на компютъра, а от гледна точка на квалифицирания потребител те са основното и единствено значимото за него. Архитектурата характеризира хардуера, неговите изчислителни ресурси и особености, и рефлектира изцяло върху програмното осигуряване. Преценката за възможностите на компютъра и необходимия хардуер за изпълняване на конкретни задачи и програми по автоматизираната обработка на информацията, използването на една или друга операционна система, работа в Интернет мрежата, слушане на музика и гледане на видео и други започва от изучаването на архитектурата.

Компютърна архитектура може да варира в зависимост от вида на задачите за решаване. Оптимизацията на компютърна архитектура се извършва за най-реалистичния математически модел на физическите (или други) условия.

Възможните компютърни архитектури са :

• 
  Архитектура фон Нойман
  
• 
  Харвардска архитектура
  
• 
  Шинна архитектура на компютър
  
• 
  Архитектура на персонален компютър
  
• 
  Архитектура на паралелни изчислителни системи
  

На фиг.2 е показана структурата на РС.

Схемата на компютъра:
1. Монитор

2. Дънна платка

3. Микропроцесор

4. ATA порт

5. Оперативна памет

6. Разширителни карти

7. Захранващ блок

8. Дискови устройства

9. HDD

10. Клавиатура

Първият микропроцесор, Intel 4004, се появява на пазара през 1971 година в резултат на съвместна разработка на калкулатор между фирмите Intel и Busicom.

Концепцията на микропроцесора позволява да се създават разнообразни електронни устройства въз основа на един тип микропроцесор, като се използват едни и същи програмни средства за създаване на подобни управляващи програми. Това предопределя висока серийност и ниска цена на микропроцесорите, както и ниска стойност за разработка на програмата, а в резултат — бърза разработка и невисока цена на изделията.

Развитието на технологиите за проектиране и производство на интегрални схеми позволява създаването на все по-сложни и по-производителни микропроцесори. Съотношението между сложност, цена и време се описва от емпиричния Закон на Мур- описан по-рано в учебника.

- 16 битови;

- 32 битови;

- 64 битови;

-128 битови.

=според броя на машинните инструкции:
- с пълен набор инструкции (CISC - процесори) ;

- с редуциран набор инструкции (RISC процесори);

=според предназначението:

  - специализирани - използват се за управление в технологичните

производства, автомобилите и др.;

  - универсални - използват се в PC.

 = По последователност на изпълнение на командите:

- последователни - инструкциите се изпълняват и извличат една след друга последователно във времето;

- конвейерни - допуска се паралелно изпълнение на няколко инструкции в МП, намиращи се в различни фази на изпълнение от различни функционални устройства.

– паралелни - с възможност за паралелно изпълнение на няколко инструкции и получаване на повече от едни скаларен резултат за дадено време.

Параметри на микропроцесорите: 

• 
  Дължина на машинната дума (разрядност или брой битове, обработвани в един такт) - 8, 16 или 32;
  
• 
  тактова честота (измерва се в MHz или GHz). В последните модели тя надхвърля 2.5 GHz;
  
• 
  наличие на математически копроцесор;
  
• 
  използван технологичен процес (измерва се в нанометри - например 130 nm, 90 nm);
  
• 
  Дължина на шината за данни - 8, 16, 32 до 64 бита;
  
• 
  Обем на адресируемата памет - 1МВ, 16MB, 4GB до 64GB;
  
• 
  Наличие и използване на външна и вътрешна свръхоперативна (КЕШ) памет и виртуална памет;
  
• 
  Технически характеристики - захранване, корпус, охлаждане и др. Генерирана топлина при работа (в градуси);
  

• 
  RAM (Random Access Memory)  - памет с произволен достъп. Служи за съхраняване на данни при включено захранване на компютъра
  
• 
  ROM (Read Only Memory) - памет само за четене. Служи за постоянно съхраняване на данни без необходимост от захранване;
  

Първото поколение компютри са били оборудвани с много ограничен набор от периферни устройства. Въвеждането на инструкциите е ставало с перфокарти или перфолента, а извеждането на резултатите - чрез отпечатване с някакъв вид принтер. Преди навлизането на персоналните компютри за периферни са се считали почти всички устройства, свързани с централния процесор и оперативната памет. С годините се добавят все по-нови периферни устройства и например при персоналния компютър основните входни устройства са клавиатурата и мишката, а изходните - мониторът и принтерът. Все по-често мониторът и твърдият диск не се считат за периферни устройства, тъй като в днешно време са необходими за повечето конфигурации. Почти всички сървъри обаче нямат монитори, защото обикновено се управляват от разстояние. Има и други устройства за въвеждане и извеждане на информация: таблети, факс-контролери, цифрови камери, микрофони, високоговорители.