Четвертое поколение ЭВМ: 1980–1990-е годы

Революционным событием в развитии компьютерных технологий третьего поколения машин было создание больших и сверхбольших интегральных схем (Large Scale Integration — LSI и Very Large Scale Integration — VLSI), микропроцессора (1969 г.) и персонального компьютера.

ПРИМЕЧАНИЕ

Большие интегральные схемы столь плотно упаковывают активные элементы, что все электронное оборудование компьютера первого поколения (монстра, занимавшего зал площадью 100–150 м²) размещается сейчас в одном микропроцессоре площадью 1,5–2 см². Расстояния между активными элементами в сверхбольшой интегральной схеме составляют сейчас (2005 г.) 0,09–0,11 мкм (для сравнения, толщина человеческого волоса равна нескольким десяткам микрон).

Начиная с 1980 года практически все ЭВМ стали создаваться на основе микропроцессоров. Самым востребованным компьютером стал персональный.

Логические интегральные схемы в компьютерах стали создаваться на основе униполярных полевых CMOS–транзисторов с непосредственными связями, работающими с меньшими амплитудами электрических напряжений (единицы вольт), потребляющими меньше мощности, нежели биполярные, и тем самым позволяющие реализовать более прогрессивные нанотехнологии (в те годы - масштаба единиц микрон).

Оперативная память стала строиться не на ферритовых сердечниках, а также на интегральных CMOS–транзисторных схемах, причем непосредственно запоминающим элементом в них служила паразитная емкость между электродами (затвором и истоком) этих транзисторов.

Первый персональный компьютер создали в апреле 1976 года два друга: Стив Джобс (р. 1955) — сотрудник фирмы Atari, и Стефан Возняк (р. 1950 г.), работавший в компании Hewlett. На базе интегрального 8-ми битного контроллера жестко запаянной схемы популярной электронной игры, работая вечерами в автомобильном гараже, они сделали простенький программируемый на языке Бейсик игровой компьютер «Apple», который имел бешеный успех. В начале 1977 г. была зарегистрирована фирма Apple Comp., и началось производство первого в мире персонального компьютера «Apple»[8].

Иногда встречающаяся информация о том, что первый ПК был представлен в 1981 году фирмой IBM, не соответствует истине, ибо фирма IBM всего лишь создала компьютер IBM PC (IBM 5150), запущенный в массовое производство. К этому времени фирма Apple уже разработала ПК Apple 2.

ПРИМЕЧАНИЕ

В настоящее время фирма Apple выпускает персональные компьютеры Macintosh (Macintosh — один из лучших сортов яблок в США), которые по многим характеристикам превосходят компьютеры IBM PC.

В нашей стране поначалу тоже выпускали отечественные микропроцессоры: К580, К588, К1801, К1810 и другие и персональные компьютеры ЕС: 1840, 1841, 1842,1842, 1845, 1850, 1860, Искра 1030, 1031, ДВК, Электроника 85 и др. Но поскольку эти ПК не были конкурентоспособны на мировом рынке, наши компьютерные фирмы сейчас занимаются лишь «отверточной» сборкой ПК из комплектующих, выпускаемых в других странах.

У нас в основном используются ПК типа IBM PC. Это можно объяснить следующими причинами:

Ÿ до начала 90-х годов США запрещали поставки в СССР передовых информационных технологий, к которым были отнесены и мощные компьютеры Macintosh;

Ÿ ПК Macintosh ,были существенно дороже IBM PC (в настоящее время цены на них сблизились);

Ÿ для IBM PC разработано значительно большее количество прикладных программ, что облегчает их использование в самых разных прикладных областях.

Познакомимся вкратце с характеристиками одной из последних (на начало 2004 года)[AP4] моделей «Маков», а именно так часто называют ПК «Макинтош». В 2003 году компания Apple начала поставки новой, самой быстрой модели Power Mac G5 на 64-разрядных процессорах Power PC 970, имеющих максимальную частоту 2 ГГц и поддерживающих частоту системной шины 1 ГГц. Внутренняя шина передачи данных Hyper Transport имеет пропускную способность в дуплексном режиме 3,2 Гбайт/с. Адресное пространство для оперативной памяти 16 Гбайт, кэш-память второго уровня 512 кбайт. Power Mac 65 оборудован тремя слотами интерфейса PCI x, обеспечивающими скорость передачи данных до 2 Гбайт/с. В видеоадаптерах ПК, имеющих объем видеопамяти 64 Мб, применяются графические чипсеты ATI Radeon 9800 Pro или nVidia GeForce FX 5200. Периферийные интерфейсы: один порт FireWire 800, два порта FireWire 400, либо три порта USB 2.0, не считая портов для клавиатуры и мыши. Power PC 970 поддерживает беспроводные интерфейсы IEEE 802.11b и IEEE 802.11g Turbo (54 мбит/с), имеет адаптер Gigabit Ethernet. Естественно, компьютеры имеют комбопривод CD/DVD и «винчестер» (80 и 160 Гбайт). Основная операционная система MAC OS X 10.2 Jaguar.

Новая система Mac Pro построена на основе двух дву-ядерных процессоров Dual-Core Intel Xeon 5100, обеспечивающих производительность 4-ядерной рабочей станции. Возможные варианты частот: 2, 2,66 и 3 ГГц. В архитектуре Dual-Core Intel Xeon используется 4 Мбайт общей кэш-памяти 2-го уровня на процессор и 64-разрядная шина данных и регистров. Ранее высокопроизводительные процессоры Intel Xeon были только в серверах, а теперь и рабочие станции от Apple строятся на их основе.

· MacPro *. Двухпроцессорная система Dual-core Intel Xeon 2 ГГц с 5 Гбайт памяти DDR2 FB-DIMM 667 МГц и 4 Мбайт кэша 2-го уровня на каждый процессор, RAID-массив на основе двух жёстких дисков 250 Гбайт Seagate 7200.9 (ST3250824AS P), видеокарта NVIDIA GeForce 7300 GT, Mac OS X 10.4.9.

· Power Mac G5 Dual. Двуядерная система 2.0 ГГц, с 1 Мбайт кэша 2-го уровня, 2,5 Гбайт памяти, видеокартой GeForce 6600LE, жёстким диском WDC WD1600JS-41MVB1 70 Гбайт, Mac OS X 10.4.9.

С точки зрения «железа» у Apple получилась отлично сбалансированная система, в которой производительность процессоров, памяти и объединяющих их интерфейсов находятся в полной готовности к работе с высокоскоростной периферией и 64-разрядными ОС и ПО. Проблемы, связанные с оптимизацией ПО под новое «железо» - процессор от Intel требует оптимизации программного кода. Все программы должны быть написаны с использованием специального кода Universal Binary. Заявление Apple об удвоении производительности в сравнении с предыдущим поколением Power Mac G5 Quad обретает реальные очертания. Выход новых версий популярных программ, оптимизированных под код Universal Binary, в будущем, есть Universal-версии QuarkXPress 7.0 и Apple Aperture. В ноябре 2007 года обещан выпуск Adobe Acrobat 8. Mac Pro работает только с последним поколением ОС — 64-разрядной системой MacOS X 10.4 (Tiger), но не способна на эмуляцию «классики».

В линейке систем Mac Pro используются два двуядерных процессора Dual-Core Intel Xeon 5100, обеспечивающих производительность 4-ядерной рабочей станции. Варианты частот: 2, 2,66 и 3 ГГц. Архитектура Dual-Core Intel Xeon использует 4 Мбайт общей кэш-памяти 2-го уровня на процессор и 64-разрядную шину данных и регистров. Прекрасно продуманный корпус Mac Pro вмещает 4 жёстких диска общей ёмкостью до 2 Тбайт и 2 дисковода SuperDrive с поддержкой двухслойных дисков (DVD+R DL/DVD±RW/CD-RW). Система поддерживает 8 слотов высокоскоростной памяти на двух картах по 4 слота на карту, максимум — 16 Гбайт!

Доступ к слотам памяти настолько удобен, что с задачей расширения справится даже ребёнок. Предлагаются четыре слота PCI Express и дополнительные порты USB и FireWire ввода/вывода, включая 4 порта на передней панели корпуса, что позволяет с удобством подключать быстродействующие внешние накопители и устройства.

Выбор из трёх профессиональных графических карт: NVIDIA GeForce 7300 GT, ATI Radeon X1900 XT и NVIDIA Quadro FX 4500. К каждой подключаются два монитора, включая роскошный 30-дюймовый Apple Cinema HD Display. Возможна конфигурация системы с несколькими графическими картами: 2, 3 или 4 NVIDIA GeForce 7300 GT, а это позволяет подключить к системе одновременно 8 мониторов. Максимальное разрешение одного — 2560х1600 точек. Всё это делает систему Mac Pro идеальной для редактирования графики, дизайна и вёрстки.

Дизайн корпуса унаследован от Power Macintosh G5 и не претерпел серьёзных изменений. Радиаторы и вентиляторы компактно размещены по боковым стенкам, отсутствуют шлейфы и провода внутри корпуса, корпус из анодированного алюминия покрыт защитной плёнкой электролитическим способом, что обеспечивает хорошую теплопроводность. В базовой комплектации системный блок слегка потяжелел (19,2 кг) и увеличился в размерах (высота 51,1 см, ширина 20,6 см, глубина 47,5 см). Техническое решение внутренней части корпуса удобно и совершенно.

Тест на производительность подтвердил двукратный прирост производительности систем с процессором Dual-core Intel Xeon над PowerPC G5.

Эволюцию IBM PC, а позднее — и их характеристики, рассмотрим более подробно.

Ÿ 1981 год. Выпуск первой модели IBM PC 5150. Его основные характеристики:

1. процессор i8088 c тактовой частотой 4,75 МГц;

2. емкость оперативной и постоянной памяти по 64 кбайт;

3. емкость дискеты 5,25” флоппи дисковода 160 кбайт.

Ÿ 1982 год. Удвоена емкость дискет, выпущена MS DOS 1.1.

Ÿ 1983 год. Выпущен IBM PC XT (eXtended Technology), RAM 640 кбайт, винчестер — 10 Мб. Анонсирована операционная система DOS 2.0.

Ÿ 1984 год. Выпущен IBM PC AT (Advanced Technology), процессор — i80286, цветной монитор, винчестер — 20 Мб, операционная система DOS 3.1.

Ÿ 1986 год. Выпущен первый laptop (портативный ПК), вес — около 5 кг.

Ÿ 1987 год. Первый ПК с микропроцессором i386, дискеты — 3,5”.

Ÿ 1989 год. Первый ПК с микропроцессором i486.

Ÿ 1992 год. Анонсирована линейка ноутбуков Think Pad.

Ÿ 1993 год. Выпуск серверов с операционной системой Microsoft Windows NT.

Ÿ 1994 год. Первый ПК с микропроцессором Pentium.

Ÿ 2001 год. Широко отмечалось 20-летие создания фирмой IBM первого массового ПК.

Новации в IBM PC последних лет указаны при рассмотрении архитектуры современных ПК. Из заслуживающих внимания прочих новых компьютерных разработок следует назвать:

Ÿ В 1970 году для компьютера PDP-11 разработана операционная система UNIX, весьма удобная для работы в сети Интернет, получившая затем широкое распространение для всех типов ЭВМ.

Ÿ В 1980 году фирмой Seagate был выпущен первый массовый винчестер емкостью 5 Мбайт.

Ÿ В 1981 году появился первый модем AT&T со скоростью передачи данных 2400 бод.

Ÿ В 1981 году в компьютерах стали применяться микропроцессоры с RISC-архитектурой. Концепция процессоров с сокращенным набором команд была выдвинута еще в 1964 году при создании суперкомпьютера CDC 6600, однако проект по разработке коммерческого RICS-процессора был начат компанией IBM лишь в 1975 году.

Ÿ В 1982 году фирма Intel разработала первые микросхемы столь популярной сейчас флэш-памяти.

Ÿ В 1990 году фирмой Apple для ПК Macintosh Portable был предложен первый ЖК-монитор на основе активной матрицы.

Ÿ В 1991 году Линусом Торвальдсом была создана операционная система Linux — свободная UNIX-подобная операционная система, входящая сегодня наряду с MS Windows и Mac OS в тройку наиболее распространенных операционных систем.

Ÿ Появились эффективные системы объектно-ориентированного программирования (Visial C++, Visial Basic и другие), существенно облегчающие труд программистов.

Для эффективного использования ЭВМ уже не нужно было несколько программистов: в середине 80-х годов один программист приходился в среднем на 10 машин. Динамика мирового парка ЭВМ (1) и общей численности профессиональных программистов (2) показана на рис. 3.7 [23, c 146].

Рис. 3.7. Динамика мирового парка ЭВМ и численности программистов