Практическая часть в дипломной работе Чирковой Д.С. Второе поколение компьютеров
Второе поколение компьютеров
Второе поколение компьютеров создавалось в период с 1955 по 1964 г.
Важное событие, определившее возможность перехода на новую элементную базу в производстве компьютеров, произошло в 1926 году. Юлиус Эдгар Лилиенфелд (Dr. Julius Edgar Lilienfield) получил патент под названием "Метод и прибор для управления электрическими токами" (Method and apparatus for controlling electric currents), а почти 20 лет спустя, в 1945 году, специалисты компании Bell Laboratories начали изучение полупроводниковых материалов, что в конечном итоге вылилось в создание первого точечного германиевого транзистора. Дальнейшие исследования поупроводниковых материалов привели к созданию плоскостных кремниевых транзисторов.
В 1953 году В Массачусетском технологическом институте был разработан первый экспериментальный компьютер на транзистарах ТХ-0 (в 1955 году он был введен в эксплуатацию).
Подчеркнем основные особенности компьютеров 2-го поколения:
- Переход на полупроводниковую элементную базу повысил надежность вычислительных систем, произошло уменьшение габаритов и энергопотребления, снизилась стоимость компьютера в целом и стоимость выполнения одной операции, возник новый критерий оценки компьютера - цена/производительность.
- В связи с переходом на ферриты в схемах оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) произошло удешевление ОЗУ и системы управления памятью, увеличился объем оперативной памяти. В арифметическое устройство стали встраиваться сверхбыстрые запоминающие устройства- регистры на транзисторах.
- Появляется новый тип команд, связанный с применением регистров. Расширяется количество устройств ввода/вывода.
- Появляются внешние запоминающие устройства на магнитных лентах, магнитных барабанах, магнитных дисках, магнитных картах.
- Кроме устройств считывания и записи на перфоленты появляются устройства вывода на алфавитно-цифровые печатающие устройства, вывод на телетайп, прием и передача данных по телеграфу.
- Общее устройство управления становилось слишком большим, поэтому появляются дополнительно местные устройства управления.
- Развиваются языки высокого уровня (Алгол60, Кобол, Фортран2) и трансляторы к ним. Компьютеры стали широко использоваться для экономических расчетов.
- Появляется пакетная обработка данных. В компьютерах первого поколения вручную выполнялись операции ввода программы и вывода результатов. Во втором поколении применение запоминающих устройств на магнитных лентах позволяло записывать на магнитной ленте несколько программ, которые автоматически выполнялись в компьютере одна за другой и в той же последовательности результаты записывались на другую ленту. Этот вид обработки получил название пакетной обработки. Пакетный режим работы больших универсальных компьютеров второго поколения лишал пользователя
непосредственного общения с вычислительной системой, подготовленные к решению программы передавались оператору, оператор вводил программу в компьютер, получал результат и передавал его пользователю, после чего пользователь вносил изменения в программу и вновь передавал ее оператору, процесс отладки был сложным.
В 1951 году М.Уилкс и Д.Стринджер обнародовали идею микропрограммного управления, но только в 1957 году был построен первый компьютер EDSAC-2 c микропрограммным управлением. Сущность микропрограммного управления состоит в том, что любая машинная операция выполняется как последовательность микроопераций.
В 1955 году Белл лаборатория (Bell Laboratories) анонсировала первый полностью транзисторный компьютер TRADIC.
В 1957 году был выпущен первый специализированный бизнес омпьютер корпорацией NCR под названием NCR304. С первых лет появления компьютеров они применялись не только для расчетов, но и для управления производственными процессами. Компьютеры управляли процессами в доменных печах, прокатных станах, управляли военными обьектами.
В 1958 была создана система SAGE (Semi-Automatic Ground Environment), осуществлявшая объединение радарных станций США и Канады в первую крупномасштабную компьютерную сеть. Воздушная система защиты базировалась на компьютере AN/FSQ-7, известном как Whirlwind II (Вихрь II), компьютер потреблял мощность 1 Мега-ватт для питания 55000 электронных ламп, 175000 диодов, 13000 транзисторов.
1959 году был создан первый мини-компьютер, компьютер, предназначенный для управления технологическими процессами, с обработкой информации о протекающем процессе, под названием PDP1, разработанный корпорацией DEC (Digital Eguipment Corporation).
Мини компьютеры отличаются от компьютеров общего назначения и от специализированных компьютеров, специально предназначенных для управления производственными процессами. Основными особенностями миникомпьютеров являются:
- использование общей шины;
- модульность структуры - компьютер состоит из отдельных, конструктивно оформленных модулей, каждый модуль выполняет определенные функции, структуру компьютера можно изменять присоединением дополнительных модулей к общей шине;
- укороченное слово, так как датчики, поставляющие данные для обработки не имели достаточно высокой точности измерений, кроме того, такая высокая точность не требовалась для управления большинством объектов;
- уменьшенный обьем оперативной памяти;
- передовая технология;
- простая и дешевая периферия;
- меньший объем программного обеспечения;
- низкая стоимость.
В СССР в 1961 г. был начат серийный выпуск первой полупроводниковой вычислительной машины "Раздан 2". Машина была предназначена для решения научно-технических и инженерных задач, не требовавших высокой производительности (скорость вычислений - до 5 тысяч операций в 1 секунд). Оперативное запоминающее устройство было выполнено на ферритовых сердечниках. Для расширения круга решаемых задач, требующих большого объема памяти, в машине предусмотрно внешнее запоминающее устройство — накопитель на магнитной ленте.
В 1967 году в России была создана самая мощная вычислительная машина семейства БЭСМ - БЭСМ6, высокопроизводительная и оригинальная по архитектуре отечественная вычислительная машина на транзисторной элементной базе. Это была вычислительная машина мирового уровня.
В структуру компьютеров второго поколения был введен специализированный процессор, управляющий обменом данных между устройствами ввода/вывода и основной памятью. Это управление осуществляется программой ввода/вывода, которая считывается из основной памяти и выполняется процессором ввода/вывода автономно. Для обеспечения возможности совместной работы процессора ввода/вывода и центрального процессора были введены прерывания работы центрального процессора по сигналу от процессора ввода/вывода.
Появились компьютеры со стеком. Это KDF9 фирмы Electrik (Великобритания) и В5000 фирмы Burroughs (США), выполняющие безадресные команды, стек использовался вместо регистра-аккумулятора, в него последовательно заносились данные, которые извлекались при выполнении операции, результат операции заносился в верхнюю ячейку стека. Машины такой конфигурации получили название стековых.
В апреле 1961 года был введен в строй компьютер FX1, разработанный Линкольновской лабораторией Массачусетского технологического института. Разработка носила экспериментальный характер и преследовала цель - достичь максимальных вычислительных возможностей за счет использования наиболее передовых достижений в технологии. В компьютере впервые в качестве основного запоминающего устройства была использована память на тонких магнитных пленках. Емкость памяти составляла 1024 числа из 13 двоичных разрядов. Полный цикл обращения к памяти составлял 0,37мксек.
В 1959 г. под руководством Н.П.Брусенцова на вычислительном центре Московского университета была разработана малая цифровая вычислительная машина, предназначенная для решения научно-технических и экономических задач средней сложности "Сетунь".
"Сетунь" имела 2 ступени памяти: память на магнитном барабане, емкостью 1944 или 3888 коротких слов, и оперативное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках, емкостью 162 коротких слова (пересылка из одного устройства в другое осуществлялось группами по 54 коротких слова.
К вычислительным машинам второго поколения относятся такие отечественные вычислительные машины, как Урал14, Урал16, Минск22, Минск23, Минск32, БЭСМ3, БЭСМ4, М220, М222, БЭСМ6, МИР2, Наири и др.
Компьютер "Атлас" был разработан под руководством Т.Килбурна в Манчестерском университете совместно с фирмой "Ферранти" и в 1961 году был установлен в университете. В компьютере "Атлас" впервые была применена страничная организация машинной памяти, получившая широкое распространение в универсальных компьютерах 60 годов.
В годы с 1955 по 1961 в США фирмой IBM разрабатывался проект "Stretch", оказавший большое влияние на развитие структуры универсальных компьютеров. В проекте были воплощены все известные к 1960 году структурные принципы повышения производительности, такие как:
- совмещение операций, характерное для мультипрограммирования;
- разделение времени работы различных блоков и устройств, выполняющих одну команду;
- cовмещение во времени подготовки и выполнения нескольких команд одновременно;
- параллельное выполнение нескольких независимых программ.
Наряду с компьютерами фирмы IBM мощные вычислительные системы разрабатывались и другими фирмами. Наиболее мощной вычислительной системой, разработанной до 1965 года был компьютер ", Control Data Corp. 6600". Разработка проекта была начата в 1957 году по заказу Комиссии по атомной энергии США. В состав системы входило 11 устройств обработки данных, в том числе центральный процессор и 10 компьютеров-спутников. Каждый компьютер-спутник имел оперативное запоминающее устройство емкостью 4096 слов по 12 двоичных разряда. Мультипроцессорная организация позволяла эффективно совмещать во времени работу отдельных компонентов системы.
Компьютер "CDC 6600" использовался при решении научных задач в области ядерной физики. Первый экземпляр компьютера был установлен вычислительным центром " Control Data Corporation" в августе 1964 года в г. Лос-Анжелес. К середине 1965 года было введено еще три экземпляра, один из них был установлен в Европейском центре ядерных исследований. Еще пять компьютеров были установлены в крупнейших атомных научных центрах США.
