История развития компьютеров, процессоров,операционных систем

Содержание

3

4

4

7

11

18

24

25

29

30

Введение………………………………………………………………………….

История развития компьютеров, операционных систем, процессоров…..

Первое поколение (1945-1955): электронные лампы и коммутационные панели………………………………………………………………..

В поколение (1955-1965): транзисторы и системы пакетной обработки…………………………………………………………………………..

Третье поколение (1965-1980): интегральные схемы и многозадачность………………………………………………………………………

Четвёртое поколение (с 1980 года по наши дни): персональные компьютеры…………………………………………………………………..

Сравнительная характеристика поколений компьютеров…………….

Эволюция использования компьютеров: проект ЭВМ пятого поколения………………………………………………………………………

Заключение……………………………………………………………………….

Список используемой литературы……………………………………………...

Введение

История развития вычислительной техники представляет немалый интерес, показывая тесную взаимосвязь математики с физикой (прежде всего с физикой твердого тела, полупроводников, электроникой) и современной технологией, уровнем развития которой во многом определяется прогресс в производстве средств вычислительной техники. Появление ЭВМ или компьютеров – одна из существенных примет современной научно-технической революции. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры. Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи. Кроме того, они имели две отличительные особенности, которыми предыдущие машины не обладали:

Они могли выполнять определенную последовательность операций по заранее заданной программе или последовательно решать задачи разных типов.

Способность хранить информацию в специальной памяти.

В процессе конструирования компьютеров появились и развивались операционные системы. Поэтому в данной работе мы обсудим следующие друг за другом поколения компьютеров. Такая схема взаимосвязи поколений операционных систем и компьютеров довольно груба, но она обеспечивает некую структуру, без которой ничего не было бы понятно.

Цель работы: проследить хронологию событий развития компьютеров, операционных систем, процессоров.

Задачи: 1.Соединить воедино по поколениям ЭВМ истории развития компьютеров, процессоров и операционных систем.

2. Дать сравнительную характеристику разных поколений компьютеров.

3. Выявить прогнозы на будущее.

1. История развития компьютеров, операционных систем, процессоров

1.1. Первое поколение (1945-1955):
электронные лампы и коммутационные панели

Первый настоящий цифровой компьютер был изобретён английским математиком Чарльзом Бэббиджем. Его аналитическая машина должна была выполнять вычисления без участия человека: исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в то время широко использовались в ткацких станках) и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии – память). Это была чисто механическая машина, а технологии того времени не были достаточно развиты для изготовления многих деталей и механизмов высокой точности. Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию аналитической машины, однако он разработал основные идеи, и в 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века (электромеханических реле) смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Ещё раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину. [9, c. 21]

Но электромеханические реле были очень медлительны, длительность такта составляла несколько секунд, и позже реле заменили электронными лампами (Рис. 1).

Рис. 1. Электронная лампа.

Появлению электронных ламп предшествовало создание вакуумных ламп. Первая вакуумная лампа была построена Флемингом в 1904 г. В 1906 г. Ли де Форест изобретает вакуумный триод (Рис. 2). Триод состоял из трёх основных элементов, расположенных в стеклянной вакуумной лампе: катода, анода и разделяющей их сетки. При нагревании катода внешним источником питания он испускает электроны, которые собираются в аноде. Сетка, расположенная в середине лампы, позволяет управлять потоком электронов. Когда на сетку попадает ток отрицательного потенциала, электроны отталкиваются от сетки и собираются вокруг катода; при подаче тока положительного потенциала электроны проходят через сетку и улавливаются анодом. Таким образом, изменяя значение потенциала сетки, можно моделировать состояния анода включено/выключено [6, c.41], это позволяло представлять информацию в двоичном коде.

Рис. Вакуумная трубка триода.

После триода появляется газонаполненная электронная лампа – титратрон, пятиэлектродная лампа – пентод и т.д.

До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Вини Вильямс построил тиратронный счётчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счётчик состоял из ряда триггеров. Триггер, изобретённый американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом в 1919 году, содержал 2 лампы и в каждый момент времени мог находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представлял собой электронное реле – подобно механическому его можно было использовано для хранения одной двоичной цифры.

Использование электронных ламп в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы – 7 см, машины получились громоздкими, заполняющими комнаты, с десятками тысяч электронных ламп. Каждые 7 – 8 минут одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 – 20 тыс., то для поиска и замены повреждённой лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации таких ЭВМ того времени требовались специальные системы охлаждения.

Чтобы разобраться в запутанных системах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройства ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штекера с нужным гнездом. [6, c.42]

Всё программирование выполнялось на абсолютном машинном языке, управление основными функциями машины осуществлялось просто при помощи соединения коммутационных панелей проводами. Тогда ещё не были известны языки программирования (не было даже ассемблера). Об операционных системах никто и не слышал. Фактически тогда на компьютерах занимались только прямыми числовыми вычислениями, например расчётами таблиц синусов, косинусов и логарифмов. [10, c.28]

К началу 50-х, с выпуском перфокарт (Рис. 3), установившееся положение несколько улучшилось. Стало возможным вместо использования коммутационных панелей записывать и считывать программы с карт, но во всём остальном процедура вычисления оставалась прежней. [11, c.50]

Рис. 3. Перфокарта.

Следует заметить, что везде одинаково кодировались (Рис. 4) только цифры и латинские буквы; в кодировании остальных символов существовал большой разнобой.

________________________________________________________________

/&-0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQR/STUVWXYZ:#@'="[.<(+|]$*);^\,%_>?

12 / X XXXXXXXXX XXXXXX

11| X XXXXXXXXX XXXXXX

0| X XXXXXXXXX XXXXXX

1| X X X X

2| X X X X X X X X

3| X X X X X X X X

4| X X X X X X X X

5| X X X X X X X X

6| X X X X X X X X

7| X X X X X X X X

8| X X X X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

9| X X X X

|__________________________________________________________________

Рис. 4. Пример кода.

Примерами машин первого поколения могут служить ENIAC, EDSAC, UNIVAC. Первый экземпляр UNIVAC был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей UNIVAC, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом UNIVAC был первым серийным компьютером.

1.2. Второе поколение (1955-1965):

транзисторы и системы пакетной обработки

Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. инженерами Bell Laboratory Джоном Бардином и Уолтером Брайттеном транзисторов – миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить электронные лампы.

Транзисторы состоят главным образом из кремния и германия, а также добавок определённого состава. Проводимость материала зависит от состава введённых примесей и может быть отрицательной, т.е. N-типа, или положительной Р-типа. Материалы обоих типов являются проводником, позволяющим электрическому току выбирать любое направление. Однако при соединении материалов разных типов возникает барьер, в результате чего электрический ток определённой полярности течёт только в одном направлении. Именно поэтому такой материал называется полупроводниковым.

Для создания транзистора следует поместить пластину одного типа между пластинами другого типа. Если материал средней пластины обладает проводимостью Р-типа, то транзистор будет обозначен как NPN, а если N-типа – то как PNP. [6, c.41]

Транзистор NPN типа по своей структуре похож на триодную электронную лампу, но по сравнению с электронной лампой, транзистор используемый в качестве переключателя, обладает гораздо большей эффективностью [6, c.42] (он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не потреблять электроэнергию).

В середине 50-х годов были найдены очень дешёвые способы производства транзисторов, и во второй половине 50-х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности. Единственная часть компьютера, где транзисторы не могли заменить электронные лампы, – это блоки памяти, то там вместо ламп стали использовать изобретённые к тому времени схемы памяти на магнитных сердечниках. [9, с. 23].

Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объём памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ UNIVAC, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации.

Машины теперь называемые майнфреймами, располагались в специальных комнатах с кондиционированным воздухом, где ими управлял целый штат профессиональных операторов. Впервые сложилось чёткое разделение между проектировщиками, сборщиками, операторами, программистами и обслуживающим персоналом. Чтобы выполнить задание (то есть программу или комплект программ), программист сначала должен был записать его на бумаге (на Фортране или ассемблере), а затем перенести на перфокарты. После этого – принести колоду перфокарт в комнату ввода данных, передать одному из операторов и ждать, когда будет готов результат.

Когда компьютер заканчивал выполнение какого-либо из текущих заданий, оператор подходил к принтеру, открывал лист с полученными данными и относил его в комнату для распечаток, где программист позже мог его забрать. Затем оператор брал одну из колод перфокарт, принесённых из комнаты ввода данных, и считывал их. Если в процессе расчётов был необходим компилятор языка Фортран, то оператору приходилось брать его из картотечного шкафа и загружать в машину отдельно. [10, c.28]

Если учитывать высокую стоимость оборудования, не удивительно, что люди довольно скоро занялись поиском способа повышения эффективности использования машинного времени. Общепринятым решением стала система пакетной обработки. Первоначальный замысел состоял в том, чтобы собрать полный поднос заданий (колод перфокарт) в комнате входных данных и затем переписать их на магнитную ленту, используя небольшой и (относительно) недорогой компьютер, например, IBM 1401, который был очень хорош для считывания карт, копирования лент и печати выходных данных, но не подходил для числовых вычислений. [10, c.29]

Другие, более дорогостоящие машины, такие как IBM 7094, использовались для настоящих вычислений (Рис. 5).

тут должен быть рисунок, потом расскажу как его вставить

Рис. 5. Ранняя система пакетной обработки: программист приносит карты для IBM 1401 (а);

IBM 1401 записывает пакет заданий на магнитную ленту (б); оператор приносит входные данные на ленте к IBM 7094 (в); IBM 7094 выполняет вычисления (г); оператор переносит ленту с выходными данными на IBM 1401 (д); IBM 1401 печатает выходные данные (е)

Примерно после часа сбора пакета заданий лента перематывалась, и её относили в машинную комнату, где устанавливали на лентопротяжном устройстве. Затем оператор загружал специальную программу (прообраз сегодняшней операционной системы), которая считывала первое задание с ленты и запускала его. Выходные данные записывались на вторую ленту вместо того, чтобы идти на печать. Завершив очередное задание, операционная система автоматически считывала с ленты следующие, и начинала обрабатывать его. После обработки всего пакета оператор снимал ленты с входной и выходной информацией, ставил новую ленту со следующим заданием, а готовые данные помещал на IBM 1401 для печати в автономном режиме (то есть без связи с главным компьютером).

Рис. 6. Структура типичного задания FMS

Структура типичного входного задания показана на рис. 6. Оно начиналось с карты $JOB, на которой указывалось максимальное время выполнения задания в минутах, загружаемый учётный номер и имя программиста. Затем поступала карта $FORTRAN, дающая операционной системе указание загрузить компилятор языка Фортран с системной магнитной ленты. Эта карта следовала за программой, которую нужно было компилировать, а после неё шла карта $LOAD, указывающая операционной системе загрузить только что скомпилированную объектную программу. Скомпилированные программы часто записывались на временных лентах, данные с которых могли стираться сразу после использования, и их загрузка должна была выполняться явно. Следом шла карта $RUN с данными, дающая операционной системе команду выполнить программу. Наконец карта завершения $END отмечала конец задания. Эти примитивные управляющие перфокарты были предшественниками современных языков управления и интерпретаторов команд. [10, c.30]

Большие компьютеры второго поколения использовались главным образом для научных и технических вычислений, таких как решение дифференциальных уравнений в частных производных, часто встречающихся в физике и инженерных задачах. В основном на них программировали на языке Фортран и ассемблере, а типичными операционными системами были FMS (Fortran Monitor System) и IBSYS (операционная система, созданная компанией IBM для компьютера IBM 7094).

1.3. Третье поколение (1965-1980):
интегральные схемы и многозадачность

Подобно тому, как появление транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной технике – рождение машин третьего поколения.

До появления интегральных схем транзисторы изготавливались по отдельности, и при сборке схем их приходилось соединять и спаивать вручную. В 1958 году Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника без проводов получить несколько транзисторов (в первой интегральной схеме их было всего шесть). В 1959 году Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрёл более совершенный метод, позволивший создать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами [9, с.24]. Интегральная схема, которую также называли кристаллом, представляла собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2. В дальнейшем количество транзисторов, которых удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. В 1968 году фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 году фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти емкостью 1 Кбит.

В том же году был сделан ещё один важный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард Хофф из той же фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в конце 1970 году. Возможности Intel-4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, – он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита одновременно). Но, в 1973 году фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel-8008, а в 1974 году – его усовершенствованную версию Intel-8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии [9, с. 24].

К началу 60-х годов большинство изготовителей компьютеров имело две отдельные, полностью несовместимые производственные линии. С одной стороны существовали научные крупномасштабные компьютеры с пословной обработкой текста типа IBM 7094, использовавшихся для числовых вычислений в науке и технике. С другой стороны – коммерческие компьютеры с посимвольной обработкой, такие как IBM 1401, широко используемые банками и страховыми компаниями для сортировки и печати данных.

Развитие и поддержка двух совершенно разных производственных линии для изготовителей было нереентабельно. Кроме того, многим покупателям изначально требовалась небольшая машина, однако позже её возможностей становилось недостаточно и требовался более мощный компьютер, который работал бы с теми же самыми программами, но быстрее.

Фирма IBM попыталась решить эти проблемы разом, выпустив серию машин IBM/308. 360-е были серией программно-совместимых машин, варьирующихся от компьютеров размером с IBM 1401 до машин, значительно более мощных, чем IBM 7094. Эти компьютеры различались только ценой и производительностью. Так как все машины имели одинаковую структуру и набор команд, программы, написанные для оного компьютера, могли работать на всех других (по крайней мере, в теории). Кроме того, 360-е были разработаны для поддержки как научных (то есть численных), так и коммерческих вычислений. Одно семейство машин могло удовлетворить нужды всех покупателей. В последующие годы, используя более современные технологии, корпорация IBM выпустила компьютеры, совместимые с 360, эти серии известны под номерами 370, 4300, 3080 и 3090. [10, c.31]

Корпорация IBM добилась мгновенного успеха, а идею семейства совместимых компьютеров скоро приняли и все остальные основные производители. 360-е стали первой основной линией компьютеров, на которой использовались мелкомасштабные интегральные схемы, дававшие преимущество в цене и качестве по сравнению с машинами второго поколения, созданными из отдельных транзисторов. В настоящее время они часто используются для управления огромными базами данных (например, для систем бронирования и продажи билетов на авиалиниях) или как серверы узлов Интернета, которые должны обрабатывать тысячи запросов в секунду.

Основное преимущество «одного семейства» оказалось одновременно и величайшей его слабостью. По замыслу его создателей всё программное обеспечение, включая операционную систему OS/360, должно было одинаково хорошо работать на всех моделях компьютеров: и в небольших системах, которые часто заменяли 1401-е и применялись для копирования перфокарт на магнитные ленты, и на огромных системах, заменяющих 7094-е и использовавшихся для расчёта прогноза погоды и других сложных вычислений. Кроме того, предполагалось, что одну операционную систему можно будет использовать в системах, как с несколькими внешними устройствами, так и с большим их количеством; а также как в коммерческих, так и в научных областях. Но самым важным было, чтобы это семейство машин давало результаты независимо от того, кто и как его использует. [11, c.54]

Ни IBM, ни кто-либо ещё не мог написать программного обеспечения, удовлетворяющего всем этим противоречивым требованиям. В результате появилась огромная и необычайно сложная операционная система, примерно на два или три порядка превышающая по величине FMS. Она состояла из миллионов строк, написанных на ассемблере тысячами программистов, содержала тысячи и тысячи ошибок, что повлекло за собой непрерывный поток новых версий, в которых пытались исправить эти ошибки. В каждой новой версии устранялась только часть ошибок, вместо них появлялись новые, так что общее их число, вероятно, оставалось постоянным.

Несмотря на свои огромные размеры и недостатки, OS/360 и подобные ей операционные системы третьего поколения, созданные другими производителями компьютеров, на самом деле достаточно неплохо удовлетворяли требованиям большинства клиентов. Они даже сделали популярными несколько ключевых технических приёмов, отсутствовавших в операционных системах второго поколения. Самым важным достижением явилась многозадачность. На компьютере IBM 7094, когда текущая работа приостанавливалась в ожидании операции ввода-вывода с магнитной ленты или других устройств, центральный процессор просто бездействовал до окончания операции ввода-вывода. При сложных научных вычислениях и ограниченных возможностях процессора устройства ввода-вывода задействовались довольно редко, так что это потраченное впустую время не играло существенной роли. Но при коммерческой обработке данных время ожидания устройства ввода-вывода могло занимать 80 или 90% всего рабочего времени, поэтому необходимо было что-нибудь сделать во избежание длительного простаивания весьма дорогостоящего процессора. [10, c.32]

Пока одно задание ожидало завершения работы устройства ввода-вывода, другое могло использовать центральный процессор. Если в оперативной памяти содержалось достаточное количество заданий, центральный процессор мог быть загружен почти на все 100% по времени. Множество одновременно хранящихся в памяти заданий требовало наличия специального оборудования для защиты каждого задания от возможного любопытства и ущерба со стороны остальных заданий. 360-я и другие системы третьего поколения были снабжены подобными аппаратными средствами. [11, c.56]

Другой важным плюсом операционных систем третьего поколения стала способность считывать задание с перфокарт на диск по мере того, как их приносили в машинный зал. Всякий раз, когда текущее задание заканчивалось, операционная система могла загружать новое задание с диска в освободившийся раздел памяти и запускать его. Этот технический приём называется «подкачкой» данных или спулингом (spooling, это английское слово произошло от аббревиатуры Simultaneous Peripheral Operation On Line – совместная периферийная операция в интерактивном режиме) и его также используют для выдачи полученных данных. С появлением подкачки стали больше не нужны 1401-е и исчезли многократные переносы магнитных лент. Желание сократить время ожидания ответа привело к разработке режима разделения времени, варианту многозадачности, при котором у каждого пользователя есть свой диалоговый терминал и компьютер может обеспечивать быстрое интерактивное обслуживание нескольких пользователей. При этом он может работать над большими пакетами в фоновом режиме, когда центральные процессор не занят другими заданиями. Первая серьёзная система с режимом разделения времени CTSS (Compatible Time Sharing System – Совместимая система разделения времени) была разработана в Массачусетском технологическом институте (M.I.T.) на специально переделанном компьютере IBM 7094. [10, c.33] Однако режим разделения времени не стал действительно популярным до тех пор, пока не получили широкого распространения необходимые технические средства защиты.

После успеха системы CTSS Массачусетский технологический институт, система исследовательских лабораторий Bell Labs и корпорация General Electric (тогда главный изготовитель компьютеров) решили начать разработку «компьютерного предприятия общественного пользования» - машины, которая должна поддерживать сотни одновременных пользователей в режиме разделения времени. Образцом для новой машины послужила система распределения электроэнергии. Когда вам нужна электроэнергия, вы просто вставляете штепсель в розетку и получаете энергии столько, сколько вам нужно. Проектировщики этой системы, известной как MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service – мультиплексная информационная и вычислительная служба), предоставляли себе одну огромную вычислительную машину, воспользоваться услугой которой мог каждый человек в районе Бостона. [4, c.23]

Итак, MULTICS подала много конструктивных идей компьютерным теоретикам, но превратить её в серьёзный продукт и добиться коммерческого успеха оказалось намного тяжелее, чем ожидалось. Существовало много причин, по которым система MULTICS не захватила весь мир. Не последнюю роль сыграл тот факт, что эта система была написана на языке PL/I, а компилятор языка PL/I появился лишь через несколько лет. Система исследовательских лабораторий Bell Labs выбыла из проекта, General Electric совсем оставила компьютерный бизнес. Однако Массачусетский технологический институт проявил упорство и со временем получил работающую систему. В конце концов, она была продана как коммерческое изделие компанией Honeywell, купившей компьютерный бизнес General Electric, и установлена примерно в восьмидесяти больших компаниях и университетах по всему миру. Несмотря на свою малочисленность, пользователи системы MULTICS были отчаянно преданы ей. Например, компания General Electric, Ford и управление национальной безопасности США оставили свои системы MULTICS только в конце 90-х годов, через 30 лет после выхода системы. [10, c.34]

Ещё одним важным моментом развития во времена третьего поколения феноменальный рост мини-компьютеров, начиная с выпуска машины PDP-1 корпорацией DEC в 1961 году. Компьютеры PDP-1 обладали оперативной памятью, состоящей всего лишь из 4 К 18-битовых слов. На некоторых видах нечисловой работы они работали почти с такой же скоростью, как IBM 7094, что дало толчок к появлению новой индустрии. За этой машиной последовала целая серия других PDP (в отличие от семейства IBM, полностью несовместимых), и как кульминация – PDP-11. [4, c.27]

Кен Томпсон, один из специалистов по компьютерам в Bell Labs, работавший над проектом MULTICS, впоследствии нашёл мини-компьютер PDP-7, которым никто не пользовался, и решил написать усечённую однопользовательскую версию системы MULTICS. Эта работа позже развилась в операционную систему UNIX, ставшей популярной в академическом мире, в правительственных управлениях и во многих компаниях. По причине широкой доступности исходного кода различные организации создали свои собственные (несовместимые) версии, что привело к хаосу. Были разработаны две главные версии: System V корпорации AT&T и BDS (Berkeley Software Distribution) Калифорнийского университета Беркли. Это системы, в свою очередь, распадаются на отдельные разновидности. Чтобы стало возможным писать программы, разработанные в любой UNIX-системе, Институт инженеров по электротехнике и электронике IEEE разработали стандарт системы UNIX, называемой POSIX, который теперь поддерживают большинство версий UNIX. Стандарт POSIX определяет минимальный интерфейс системного вызова, который должен поддерживать совместимые системы UNIX. Некоторые другие операционные системы теперь тоже поддерживаю интерфейс POSIX.

В 1974 году, когда компания Intel выпустила Intel 8080 – первый универсальный 8-разрядный центральный процессор, - для него потребовалась операционная система, с помощью которой можно было бы протестировать новинку. Компания Intel привлекла к разработкам и написанию нужной операционной системы одного из своих консультантов Гэри Килдэлла. Сначала Килдэлл с другом сконструировали контроллер для 8-дюймового гибкого диска, недавно выпущенного компанией Shugart Associates, и подключили этот диск к процессору Intel 8080. Таким образом, появился первый микроконтроллер с диском. Затем Кэлдэлл создал дисковую операционную систему, называемую CP\M (Control Program for Microcomputers – программа управления для микрокомпьютеров). Когда Килдэлл заявил о своих правах на CP\M, корпорация Intel удовлетворила его просьбу, поскольку не думала, что у микрокомпьютеров с диском есть будущее. Позже Килдэлл создал свою компанию Digital Research для дальнейшего развития и продажи CP\M. [8, c. 180]

В 1977 году компания Digital Research переработала CP\M, чтобы сделать эту систему пригодной для работы на микрокомпьютерах с процессорами Intel 8080 или Zilog Z80, а также с другими процессорами. Затем было написано множество прикладных программ, работающих в CP/M, что позволило CP/M занимать высокую позицию в мире микрокомпьютеров на притяжении 5 лет. [8, c.181]

Отдельно стоит упомянуть, что в 1987 году автор создал маленький клон системы UNIX для образовательных целей, так называемую систему MINIX. Функционально система MINIX очень похожа на UNIX, включая поддержку стандарта POSIX. [10, c. 35]

Желая иметь свободно распространяемую рабочую (в противоположности образовательной) версию MINIX подмигнуло финского студента Линуса Торвальдса к написанию системы Linux. Эта система была разработана на основе MINIX и первоначально обладала её характерными особенностями (например, поддерживала ту же файловую систему). С тех пор система Linux была значительно расширена, но она всё ещё сохраняет большую часть структуры, общей как для системы MINIX, так и для системы UNIX (на которой и была основана система MINIX).

1.4. Четвёртое поколение (с 1980 года по наши дни):
персональные компьютеры

Революционным событием в развитии компьютерной технологии четвёртого поколения машин было создание больших и сверхбольших интегральных схем и персонального компьютера. Начиная с 1980 года практически все ЭВМ стали строиться на основе микропроцессоров. [11, c.57]

В начале 80-х корпорация IBM разработала IBM PC (Personal Computer – персональный компьютер) и начала искать для него программное обеспечение. Сотрудники IBM связались с Биллом Гейтсом, чтобы получить лицензию на право использование его интерпретатора языка BASIC. Вскоре IBM снова обратилась к Гейтсу с просьбой обеспечить её операционной системой. Гейтс выяснил, что у местного производителя компьютеров, Seattle Computer Products, есть подходящая операционная система DOS (Disk Operating System – дисковая операционная система). Он направился в эту компанию с предложением выкупить DOS (предположительно за $50 000), которое компания Seattle Computer Products с готовностью приняла.

Затем Гейтс создал пакет программ DOS/BASIC, и пакет был выкуплен IBM. Когда корпорация IBM захотела некоторых усовершенствований в программе, Билл Гейтс пригласил для этой работы Тима Паттерсона, человека, написавшего DOS, ставшим первым служащим компании Гейтса Microsoft. Видоизменённая система была переименована в MS-DOS (Microsoft Disk Operating System) и быстро заняла доминирующее положение на рынке IBM PC. Самым важным оказалось решение Гейтса продать MS-DOS компьютерным компаниям для установки вместе с их оборудованием. [4, c.62]

Когда в 1983 году появился компьютер IBM PC/AT с центральным процессором Intel 80286, система MS-DOS уже «прочно стояла на ногах», а CP/M доживала свои последние дни. Позже система MS-DOS широко использовалась на компьютерах с процессором 80386 и 80486. Хотя первоначальная версия MS-DOS была довольно примитивна, последующие версии системы выходили со всё лучшими разработанными свойствами, включая многое, позаимствованное от UNIX. [6, c.97]

В 1985 году появился 32-разрядный процессор Intel 80386. Он содержал 275 тыс. транзисторов и выполнял более 5 млн. операций в секунду. Следующим из семейства Intel стал процессор 486, появившийся в 1989 году. Этот процессор содержал уже 1,2 млн. транзисторов и первый встроенный сопроцессор. Он работал в 50 раз быстрее процессора 4004. В 1993 году Intel представила первый процессор Pentium, производительность которого выросла в пять раз по сравнению с семейством Intel 486. Процессор семейства Р6, называемый Pentium Pro появился на свет в 1995 году. Он являлся первым процессором, кэш-память второго уровня которого была размещена прямо в кристалле. В мае 1997 года компания Intel пересмотрела архитектуру Р6 и представила процессор Pentium II. В апреле 1998 года семейство Pentium II пополнилось дешёвым процессором Celeron используемый в домашних ПК, и профессиональным процессором Pentium Xeo, предназначенный для серверов и рабочих станций.

В то время как процессор Pentium стремительно занимал доминирующее положение на рынке, AMD приобрела компанию NexGen, работавшую над процессором Nx686. В результате слияния компаний появился процессор AMD К6. Этот процессор, как в аппаратном, так и программном отношении совместим с процессором Pentium. [6, c.44]

CP/M, MS-DOS и другие операционные системы для первых микрокомпьютеров полностью основывались на вводе команд с клавиатуры. Затем в 60-е годы Дагом Энгельбартом был изобретён графический интерфейс пользователя (GUI – Graphical User Interface), состоящий из окон, значков, различных меню и мыши. Эту идею переняли разработчики из Xerox PARC и встроили в сконструированные ими машины. Тогда Джобс приступил к созданию Apple с графическим интерфейсом. Это привело к проекту Lisa, который был слишком дорог и потерпел коммерческую неудачу. Вторая попытка Джобса, Apple Macintosh, имела огромный успех, потому что на нём работал дружественный интерфейс, то есть предназначенный для пользователей, ничего не знающих о компьютерах и, более того, вовсе не желающих чему-либо учиться. [5, c.18]

Когда корпорация Microsoft решила создать приемника MS-DOS, она находилась полностью под влиянием успехов компании Macintosh. Была разработана система, получившая название Windows, базой для которой послужил GUI. Система Windows первоначально работала поверх MS-DOS (то есть это была скорее оболочка, чем настоящая операционная система). На протяжении 10 лет, с 1985 по 1995 год, система Windows исполняла роль графической среды поверх MS-DOS. Однако в 1995 году вышла в свет автономная версия Windows 95. Она включала в себя множество особенностей операционной системы MS-DOS, но только для загрузки и выполнения старых программ. [1, c.44]

В 1998 году была выпущена слегка изменённая версия этой системы, получившая название Windows 98. Тем не менее Windows 95, и Windows 98 всё ещё содержат большое количество программ 16-разрядного ассемблера Intel.

Другой операционной системой Microsoft стала Windows NT (NT означает New Technology), которая на определённом уровне совместима с Windows 95, но её ядро написано полностью заново. Это целиком 32-разрядная система. Дэвид Катлер, главный разработчик Windows NT, была также одним из создателей операционной системы VMS для компании VAX, поэтому некоторые идеи системы VMS присутствуют в NT. Корпорация Microsoft ожидала, что первая версия NT вытесни MS-DOS и все другие версии Windows, так как это была система, намного превосходящая предыдущие, но надежда не оправдалась. И только система Windows NT 4.0 наконец-то удалось получить относительно широкое распределение, особенно в корпоративных сетях. Версия Windows NT 5.0 была переименована в Windows 2000 в начале 1999 года. Она должна была стать приемником Windows 98, и Windows NT 4.0. Но этому также не было суждено случиться, поэтому корпорация Microsoft выпустила ещё одну версию Windows 98, названную Microsoft Me (Millennium edition – выпуск тысячелетия). [5, c.21]

В 1999 году AMD представила процессор Athlon, который ей позволил конкурировать с Intel на рынке высокоскоростных настольных ПК практически на равных. Следующий, 2000 год ознаменовался появлением на рынке новых разработок этих компаний. Так, например, AMD впервые представила процессоры Athlon Thunderbird и Duron. Процессор Duron – идентичен процессору Athlon и отличается от него только машинный объёмом кэш-памяти второго уровня; Thunderbird – использует интегрированную кэш-память, что позволяет значительно повысить его быстродействие.

Компания Intel в 2000 году представила Pentium 4, а так же анонсировала процессор Itanium, который стал первым представителем 64-разрядных процессоров Intel. Благодаря этому процессору в недалёком будующем появятся совершенно новые операционные системы и приложения, которые, тем не менее, будут совместимы с 32-разрядным прграммным обеспечением. [7, c.145]

В 2000 году произошло ещё одно знаменитое событие, имеющее историческое значение: компании Intel и AMD преодолели барьер в 1 ГГц.

В 2001 году Intel представила новую версию процессора Pentium 4 с рабочей частотой 2 ГГц. Кроме этого, компанией AMD был представлен процессор Athlon ХР. [6, c.45] Так же, 2001 появилась версия Windows NT 5.1, которая стала продаваться под названием MS Windows XP и постепенно благодаря резкому скачку производительности компьютеров и еще тому, что под новое железо производители стали выпускать драйвера совместимые только с MS Windows XP и не подходящие для MS Windows 98. [2, c.21]

В 2002 году Intel представила процессор Pentium 4, впервые достигший рабочей частоты 3,06 ГГц. Последующие за ним процессоры будут также поддерживать технологию Huper-Threading (HТ), благодаря которой компьютер с одним процессором превращается в виртуальную двухпроцессорную систему. Одновременное выполнение двух потоков приложений даёт для процессоров с технологией НТ прирост производительности 25-40% по сравнению с обычными процессорами Pentium 4. Данная технология совместима с Windows XP Номе Edition, которая не поддерживает обычные двухпроцессорные платы. [2, c.24]

В 2003 году AMD выпустила первый 64-разрядный процессор Athlon 64 (К8). В отличие от серверных 64-разрядных процессоров Intel – Itanium и Itanium 2, оптимизированных для новой 64-разрядной архитектуры программных систем и довольно медленно работающих с традиционными 32-разрядными программами, Athlon 64 воплощает в себе 64-разрядное расширение семейства х86, представителями которого являются более ранние процессоры Athlon, Pentium 4 и др. Поэтому Athlon 64 выполняет 32-разрядные приложения также эффективно, как и 64-разрядные. Intel ответила выпуском Pentium Extreme Edition – первого процессора для потребительского рынка, оснащённого кэш-памятью третьего уровня L3 объёмом 2 Мбайт, что отразилось не только на производительности, но и на количестве транзисторов. [7, c.147]

Стремительная эволюция компьютеров а, в частности процессоров превзошла все  ожидания пользователей на момент выхода Vista в 2007 году. Операционная система Vista казалась медленной, это стало очевидно не только  пользователям, но и  самим  разработчикам из Microsoft. Быстрое развитие виртуализации и огромный рост популярности многоядерных процессоров  привела к тому, что Vista должна была управлять системами, общее количество ядер в которых превышало 64.

Причина краха столь нашумевшей операционной системы Windows Vista было несколько. Во-первых, вопреки длительного тестирования беты-версии, Vista оказалась не только несовместимой с приложениями и драйверами разработанными для ранних версий Windows, но и менее стабильной своего предшественника Windows XP. Большинству пользователей сразу пришлось столкнуться с проблемой несовместимости операционной системы с аппаратным обеспечением и постоянными проблемами связанными со сбоями в системе. Немногим позднее компания Microsoft опубликовала список приложений несовместимых с новой операционной системой. В список вошли многие известные антивирусы и фаерволы.

Во-вторых, операционная система Windows XP пользовалась слишком большим успехом – на момент появления Windows XP, более 80% всех компьютеров работали под управлением операционных систем компании Microsoft, примерно две трети работали под управлением Windows 95/98, на остальных компьютерах была установлена Windows NT / 2000. Основная цель Windows XP состояла в унификации основ кода и Microsoft успешно достигла этой цели.

И, в-третьих, Vista оказалась намного медленнее XP и слишком требовательной к аппаратным ресурсам. На момент выхода Windows Vista, код содержал более 50 млн. строк. Windows XP содержал лишь 35 млн. строк. Даже на самом мощном компьютере новая версия Windows XP оказалась намного эффективнее, чем новая Vista.

В 2009 году, Microsoft предлагает новую операционную систему MS Windows 7, которая по своей нумерации версии является — MS Windows NT 6.1. (т.е. это немного обновленная и отлаженная MS Windows NT 6.0 – та же самая Vista). Получилось так, что слабые места в архитектуре, концепции которой были заложены еще два десятилетия назад, стали причиной неудач Vista. В Windows 7 они были заменены более эффективной системой. Однако, ни для кого ни секрет, что мощность процессоров и виртуализация со временем будут увеличиваться. Таким образом, серьезные изменения в архитектуре Windows 7 могут оказаться, по сути, временной мерой, до того момента, когда будут предприняты еще более резкие меры. И, возможно, что точно так же как когда то Windows XP (NT 5.1) ожидал успех после неуспешной Windows 2000 (NT 5.0), так же и сегодня ОС MS Windows 7 будет ждать успех и популярность среди пользователей ПК.

Главным соперником Microsoft в мире персональных компьютеров становится система UNIX (и её различные производные). UNIX является самой сильной системой для рабочих станций и других компьютеров старших моделей, таких как сетевые серверы. Она стала особенно популярна на машинах с высокопроизводительными RISC-процессорами (RISC, reduced instruction set computer – компьютер с сокращённым набором команд). На компьютерах с процессорами Pentium популярная альтернатива Windows для студентов и других разнообразных пользователей становится Linux. [10, c.38]

1.5.Сравнительная характеристика поколений компьютеров

В соответствии с элементарной базой и уровнем развития программных средств в настоящее время выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в Таблице 1, из которой видно, что во время развития компьютеров четко обозначилась тенденция к уменьшению размеров и увеличению производительности.

Таблица 1. Сравнительная характеристика поколений ЭВМ

1.6. Эволюция использования компьютеров:
проект ЭВМ пятого поколения.

Особого упоминания заслуживает так называемое пятое поколение, программа разработки которого была принята в Японии в 1982 году. 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. Коротко говоря, для компьютеров «пятого поколения» не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на «почти естественном» языке, что от них требуется.

Учитывая сложность реализации поставленных перед пятым поколением задач, вполне возможно разбиение его на более обозримые и лучше ощущаемые этапы, первый из которых во многом реализован в рамках настоящего четвертого поколения.

Рассмотренная технология проектирования программ реализует последовательное преобразование целого ряда сигналов, т.е. их кодирование (Рис. 7).

Рис. 7. Технология проектирования программ

Эта схема имеет два недостатка:

Процесс подготовки задачи к решению на ЭВМ несоизмеримо продолжительнее самого решения: многие месяцы подготовки задачи несопоставимы с несколькими минутами ее решения компьютером.

Цепочка «заказчик – ЭВМ» работает в общем случае как неисправный телефон в силу того, что в процессе общения участники этой цепочки используют несколько языков (естественный, математический, язык графических символов, язык программирования и т.д.), часть из которых неоднозначна по смыслу высказываний. Из-за этого результаты решения задачи требуется согласовывать с заказчиком и, возможно, вносить в программу изменения. Это также удлиняет процесс подготовки программного продукта.

Таким образом, продолжительность подготовки задачи к ее автоматизированному решению – одна из причин совершенствования традиционной технологии этой процедуры. Вторая причина связана с объективной эволюцией использования компьютеров, которая показана в Таблице 2.

Таблица 2. Эволюция использования компьютеров

Как видно из Таблицы 2, компьютер «приближается» к конечному пользователю, который не является хорошо подготовленным в области общения с компьютером и испытывает значительные затруднения в решении своих прикладных задач с использованием компьютера. В этой связи возникает проблема организации нового типа взаимодействия конечного пользователя и компьютера. Основная идея этого проекта – сделать общение конечного пользователя с компьютером максимально простым, подобным общению с любым бытовым прибором. Для решения поставленной задачи предлагались следующие направления:

Разработка простого интерфейса, позволяющего конечному пользователю вести диалог с компьютером для решения своих задач. Подобный интерфейс может быть организован двумя способами: естественно-языковым и графическим. Поддержка естественно-языкового диалога – очень сложная и не решенная пока задача. Реальным является создание графического интерфейса, что и сделано в ряде программных продуктов, например, в ОС Windows’xx. Этот интерфейс обладает наглядностью, не требует специальных знаний. Однако разработка доступных интерфейсов решает проблему только наполовину – позволяет конечному пользователю обращаться к заранее спроектированному программному обеспечению, не принимая участие в его разработке;

Привлечение конечного пользователя к проектированию программных продуктов.

Это направление позволило бы включить заказчика непосредственно в процесс создания программ, что в конечном итоге сократило бы время разработки программных продуктов и, возможно, повысило бы их качество. Подобная технология связана с автоформализацией профессиональных знаний конечного пользователя и предполагает два этапа проектирования программных продуктов (Рис. 8):

Программист Заказчик

Рис. 8. Подготовка прикладных задач по проекту ЭВМ пятого поколения:
а) программист создает пустую программную оболочку;
б) заказчик (конечный пользователь) наполняет оболочку знаниями

а) Программистом создается «пустая» универсальная программная оболочка, способная наполняться конкретными знаниями и с их использованием решать практические задачи. Например, эту оболочку можно было бы заполнить правилами составления квартальных и иных балансов предприятий, и тогда она могла бы решать задачи бухгалтерского учета.

б) Конечный пользователь заполняет созданную программистом программную оболочку, вводя в нее знания, носителем которых (в некоторой предметной области) он является. Здесь может  использоваться понятный интерфейс, который обсуждался выше. После этого  программный продукт готов к эксплуатации.

Наполненная знаниями конечного пользователя программная оболочка готова к решению тех прикладных задач, правила решения которых внес в нее конечный пользователь. Таким образом, начинается эксплуатация программного продукта.

Предлагаемая технология имеет много серьезных проблем, связанных с представлением и манипулированием знаниями. Тем не менее, с ней связывают прорыв в области проектирования прикладных программных продуктов.

Заключение

Электронно-вычислительные машины принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна, прежде всего, быстрота смены поколений – за ее короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас учёные работают на компьютерах пятого поколения. Определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению, прежде всего, является их элементная база (из каких в основном элементов они построены), и такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации.

Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне гигантские фирмы: Microsoft и Intel. Первая из них очень сильно повлияла на развитие программного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна благодаря выпускаемым ей лучшим микропроцессорам.

Как уже было сказано выше, сейчас ведутся интенсивные разработки ЭВМ пятого поколения. Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Ставятся совершенно другие задачи, в сравнении всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с первого по четвёртое поколения стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ пятого поколения является создание искусственного интеллекта машины, развитие «интеллектуализации» компьютеров – устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.

Список используемой литературы

Windows 95 не для всех. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: КомпьютерПресс, 1997. 288 с. – ил.

Андреева А.Г. и др. Microsoft® Windows XP. Руководство администратора / Под общ.ред. А.Н. Чекмарёва. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 848 с.: ил.

Мэтьюз М., Метьюз к.Б. Windows 95: книга ответов – СПб: Питер ком, 1998. – 448 с.: ил.

Операционные системы: [Сборник/ Ред.Б.М. Васильев].- М.: Знание, 1990-47 с.: ил.

Рассел Борланд. Знакомство с Microsoft Windows 98/Пер. с англ. – М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997. – 400 с.: ил.

Скот Мюллер. Модернизация и ремонт ПК, 16-е издание: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. – 1328 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Соломенчук В.Г., Соломенчук П.В. Железо ПК 2006. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 448 с.: ил.

Стивен Бигелоу. Устройство и ремонт персонального компьютера. Аппаратная платформа и основные компоненты. 2-е изд. Пер.с англ. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2005 г. – 976 с.: ил.

Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Изд. 7-е, пераб. и доп. – М.: ИНФПА-М, 1998. – 640 с.: ил.

Э. Таненбаум. Современные операционные системы. 2-е из. – СПб.: Питер, 2006. – 1038с.: ил.

Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2006.- 718 с.: ил.

30