Архитектура компьютеров первых поколений — это основа развития компьютерной техники.
В не очень длинной истории развития компьютерных технологий можно выделить отдельные периоды в зависимости от используемой элементной базы для построения компьютера. Это подразделение в некоторой степени носит достаточно условный характер, поскольку были моменты, когда ещё производились компьютеры старых поколений, но при этом технологии новых поколений уже начинали работать. В развитии компьютерной техники следует обозначить основные направления:
- Рост числа компонентов на единицу площади.
- Уменьшение габаритов.
- Повышение скоростных характеристик.
- Уменьшение ценовых показателей.
- Прогресс программного обеспечения и более детальные стандарты аппаратного обеспечения.
Нулевое поколение
К нулевому поколению можно отнести вычислительные устройства на механической основе. В 1642 году Блез Паскаль изобрёл первую счётную машину. С её помощью можно было выполнять только сложение и вычитание. Но уже в семидесятые годы того же семнадцатого века Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал аппарат, который помимо операций сложения и вычитания, умел делить и умножать. В девятнадцатом веке Чарлз Бэббидж совершил очередной скачок в прогрессе технических устройств для выполнения вычислительных операций. Его устройство, правда могло выполнять только сложение и вычитание, но итоговые результаты продавливались на пластинке из мягкой меди (первая аналогия устройствам ввода-вывода данных). Предполагалось дальнейшее развитие аналитической машины Бэббиджа, которое позволило бы выполнять все арифметические операции. В конструкцию аналитической машины входили блок памяти, вычислительный механизм и устройство для выполнения ввода и вывода данных (это практически архитектура современного компьютера, только в механическом варианте). Но самое ценное, что этот аппарат мог выполнить разные операции по заложенным алгоритмам. Алгоритм программировался на перфокарте и первым программистом была женщина Ада Ловлейс. Но тогда дело так и не дошло до полноценной практической реализации аппарата.
Мысли Бэббиджа сильно опережали своё время. Уже в двадцатом веке были сконструированы счётные автоматы. Так, например, машина Джона Атанасова имела в своей конструкции практически оперативное запоминающее устройство и применяла двоичное кодирование информации.
Первое поколение
К первому поколению относятся электронные вычислительные машины, выполненные на основе вакуумных электронных ламп (период начиная с середины сороковых годов двадцатого века по середину пятидесятых). Эти компьютеры имели быстродействие, измеряемое в десятках тысяч операций в секунду, и обладали следующими особенностями:
- Габариты компьютеров были просто огромными, так как лампы были достаточно больших размеров.
- Количество ламп было большим, и они имели тенденцию к перегоранию, что приводило к остановке работы машины для нахождения и замены неисправной лампы.
Для этих электронных вычислительных машин требовалась мощная система охлаждения, так как лампы при работе сильно нагревались.
В качестве примера электронных вычислительных машин первого поколения можно привести следующие аппараты:
- Колоссус. Это был засекреченный проект Вликобритании, в котором участвовал Алан Тьюринг. По факту этот компьютер был первым в мире, но он не оказал заметного влияния на прогресс ЭВМ по причине того, что проект был секретным.
- Эниак. Проектировали эту ЭВМ Джон Моушли и Джон Экерт. Эниак весил около тридцати тонн. К недостаткам этой машины можно отнести применение десятичного кодирования и огромное количество тумблеров и проводов.
- Эдсак. Это была первая ЭВМ с зашитым в память программным обеспечением.
- Whirlwind I. Отличительными особенностями были небольшая длина командных слов и возможность функционирования в реальном масштабе времени.
- ЭВМ 701 (и её дальнейшее развитие) компании IBM. Отличительная особенность – это была первая машина, которая сохраняла лидирующие позиции на компьютерном рынке более десяти лет.
Второе поколение
Это транзисторные электронные вычислительные машины, которые выпускались с середины пятидесятых до середины шестидесятых годов двадцатого века. Их быстродействие составляло уже сотни тысяч операций в секунду. Отказ от электронных ламп и переход на полупроводниковые транзисторы открыл путь к значительному уменьшению размеров вычислительных систем, повысил уровень их надёжности и быстродействие (вплоть до одного миллиона операций в секунду), существенно уменьшил тепловыделение от них. Попутно идёт прогресс в методах сохранения информационных данных, начала применяться запись данных на магнитные ленты. Позднее вошли в обиход диски. В это примерно же время появилась первая игра на компьютере. Первая ЭВМ на транзисторах модели TX использовалась как прототип для ветки PDP компании DEC, которые считаются основателями промышленного производства компьютерной техники. ЭВМ стали производиться и продаваться массово. Компания DEC собрала первую мини-ЭВМ, которая по габаритам была аналогична шкафу. Тогда же появились первые дисплеи.
Третье поколение
Третье поколение — это уже компьютерная техника на базе интегральных микросхем в период примерно с 1965 по 1980 год. Эти машины имели достаточно высокую производительность, которая измерялась уже миллионами операций в секунду. Интегральные микросхемы базировались на вытравливании на кристалле кремния необходимой электронной схемы. Она могла вмещать в себя не одну тысячу транзисторных элементов и, как следствие, компьютеры этого поколения опять резко уменьшились в размерах при повышении быстродействия и уменьшении их стоимости.
Последнее обстоятельство дало возможность компьютерной технике распространиться в самые разные области человеческой деятельности. Кроме того, компьютеры начали приобретать различные специализации (разная архитектура ЭВМ под решение разных задач).
