Kompiuterių raida
Pirmuosius mechaninius skaičiavimo įrenginius dar antikos laikais naudojomatematikai, inžinieriai bei prekeiviai. Kinijoje ir Japonijoje prieškeletą tūkstančių metų iki Kristaus gimimo jau buvo naudojamiskaičiuotuvai, padaryti iš karoliukų, pritvirtintų prie specialaus rėmo(karoliukai vadinosi kalkulėmis, iš čia ir kilo terminai “kalkuliuoti” ir“kalkuliatorius”. Ant siūlo suvertų kalkulių pozicija atitiko tam tikrąskaičių. Vieną iš tobulesnių mechaninių kalkuliatorių 1642 metais sukūrė prancūzųmokslininkas Blezas Paskalis. Šį įrenginį, pavadintą “Paskalina”,sudarėratukai, ant kurių buvo užrašyti skaičiai nuo 0 iki 9. Apsisukęs vienąkartą, ratukas užkabindavo gretimą ratuką ir pasukdavo jį per vienąskaičių.Pagrindinė “Paskalinos” yda – labai sudėtingas įvairių operacijų, išskyrussudėtį, atlikimas. Pirmąją mašiną, kuria lengvai atliekami visi keturiveiksmai , 1673 metais sukūrė vokietis Gotfrydas Vilhelmas Leibnicas. Anglų matematikas Čarlzas Babidžas, sugalvojęs dvi reikšmingiausiasmechanines skaičiavimo mašinas, dažnai vadinamas šiuolaikinės technikos“tėvu”. Pirmąją mašiną, skirtą matematiniu lentelių sudarymui ir tikrinimui(skaičiuojant skaičių skirtumą), Č. Babidžas sukūrė 1822 metais. Jivadinosi skirtuminė mašina. 1833 m. jis nutarė sukurti universaliąskaičiavimo mašiną ir pavadino ją “analizine mašina”. Tačiau realizuotianalizinę mašiną buvo labai problematiška – galiausiai ji būtų buvusi nemažesnė už garvežį. Todėl ši mašina nebuvo sukurta. Č. Babidžas nepateikėnė vieno išsamaus jos aprašymo. Tačiau aprašymas buvo išsuogotas jobendradarbės, grafienės, Augustos Ados Bairon-Lavleis dėka. Grafienė AdaLavleis vadinama pirmąja programuotoja. Jos garbei viena iš programavimokalbų pavadinta Ada. Č. Babidžo nuopelnas yra tas, kad analizinėje mašinoje jis pritaikėkomponentus, kurie yra svarbiausi ir šiuolaikiniame kompiuteryje. Jispirmasis suprato, kad skaičiavimo mašiną turi sudaryti penki pagrindiniai
komponentai:1. Įvesties įrenginys, 2. Atmintis, 3. Aritmetinis įrenginys, 4. Valdymo įrenginys, 5. Išvesties įrenginys.
Amerikietis Hermanas Holeritas 1890 metais laimėjo efektyvaus gyventojųsurašymo duomenų apdovanojimo konkursą. Jis taip pat naudojo perfokoltas.H. Holerito tabuliatorius tapo pirmąja skaičiavimo mašina, veikiančia nemechaniniu procesų pagrindu. Ji pasirodė esanti labai efektivi, ir taileido įsteigti firmą, gaminančią tokius tabuliatorius. Nuo 1924 metų ikidabar ji vadinasi IBM (International Business Machines) ir yra vienastambiausių kompiuterius gaminančių firmų. Vokiečių inžinierius Konradas Cūzė paekperimentavęs su dešimtaineskaičiavimo sistema, vis dėlto pasirinko dvejetainę. Nors ir nesusipažinosu anglų matematiko Džordžo Būlio logika, leidžiančia atlikti elementariusveiksmus su dvejetainiais skaičiais, K. Cūzė 1936 metais sukūrė skaičiavimomašiną Z – 1, kurioje buvo pritaikyti Dž. Būlio algebros principai.Vėlesniame modelyje Z – 2 vietoje mechaniniu jungiklių jungiklių jispanaudojo elektromechanines reles, o informacijai įvesti pritaikėperforuotą 35 mm pločio fotojuostą (vėliau ją pakeitė popierine). 1941 metų pabaigoje, JAV įstojus į karą, IBM firmos prezidentas pasiūlėAmerikos prezidentui savo paslaugas ir 1944 metais firma pagamino ganagalingą kompiuterį “Mark – 1”, turintį apie 750 tūkstančių dalelių, tarp jų3304 elektromechanines reles. 1943 metų pabaigoje Anglijoje ėmė veikti didelė skaičiavimo mašina“Colossus – 1”, skirta vokiečių šifrogramoms dešifruoti. Berlyne K. Cūzė sukonstravo Z – 3 ir pradėjo projektuoti Z – 4, kuriojevietoj elektromechaninių relių turėjo būti panaudotos vakuuminėselektroninės lempos. Tai būtų leidę gerokai padidinti mašinos greitį.Tačiau A. Hitleris nepalaikė šio projekto, tikėdamasis labai greitainugalėti. Nors pirmosios elektroninės skaičiavimo mašinos projektą sukūrė JAVmokslininkas Džonas Atanosovas dar 1939 metais, tačiau tik 1945 metųpabaigoje JAV buvo sukurta galinga, grynai elektroninė mašina ENIAC(Electronic Numerical Integrator, Analyser and Calculator), kuriojesumontuotos 17468 elektroninės lempos.
1947 metais Kembridže Morisas Vilksas sukonstravo mašiną EDSAC(Electronic Delay Storge Automatic Calculator). Skirtingai negu kitos, jirėmėsi nauja programavimo aprūpinimo strategija, taigi naudojostandartines, dažnai skaičiavimams taikomas programas ir įrangą programųklaidoms aptikti.[1,2]Kompiuterių kartos
Pirmoji karta. Vakuuminės lempos. ENIAC kompiuteris Kompiuteris ENIAC – elektronis skaitmeninis integratorius irskaičiuotuvas {Electronics Numerical Integrator And Computer} buvo sukurtasvadovaujant Džonui Makliui (John Mauchly) ir Džonui Ekertui (John PresperEckert) Pensilvanijos universitete (JAV) ir yra pirmasis pasaulyjebendrosios paskirties elektroninis skaitmeninis kompiuteris. Šis projektas – atsakas į JAV poreikius antrojo pasaulinio karo metu.JAV karinių pajėgų Balistikos tyrimų laboratorijai (BTL), atsakingai užtrajektorijų lentelių naujiesiems ginklams rengimą, buvo labai sunkutiksliai ir per trumpą laiką jas parengti. Be jų naujieji ginklaikariškiams buvo beverčiai. BTL samdydavo daugiau kaip 200 žmonių,daugiausia moterų, šie staliniais mechaniniais kalkuliatoriais spręsdavoįvairias balistikos lygtis. Tam tikro ginklo lentelei parengti vienasžmogus dirbdavo daug valandų ir net dienų. Pensilvanijos universiteto elektrotechnikos profesorius Dž. Maklis irvienas iš jo doktorantų Dž. Ekertas pasiūlė BTL tikslams iš elektroniniųlempų sukurti bendrosios paskirties kompiuterį. 1943 m. šis pasiūlymas JAVkariuomenės buvo priimtas, ir prasidėjo ENIAC kūrimo darbai. Sukurtojimašina priminė monstrą – svėrė 30 tonų, užėmė 1600 m2 patalpos, joje buvoper 18 000 vakuuminių elektroninių lempų. Ji išeikvodavo apie 140 KWelektros galios, tačiau veikė žymiai sparčiau už bet kurį elektromechaninįkompiuterį – galėjo atlikti 5000 sudėties operacijų per sekundę. ENIAC – dešimtainė, o ne dvejetainė mašina. Skaičiai joje buvopateikiami dešimtaine forma ir taikoma dešimtainė aritmetika. Jos atmintįsudarė 20 vadinamųjų kaupiklių {accumulator}, kiekvienas jų galėjo saugotiiki 10 dešimtainių skaičių. Kiekvienam skaičiui atvaizduoti naudotas žiedasiš 10 vakuuminių lempų. Tam tikru momentu tik viena iš lempų būdavo įjungta
ir būdavo atvaizduojamas vienas iš 10 skaitmenų. Pagrindinis trūkumas tai,kad ENIAC kompiuterį programuodavo rankiniu būdu jungdami arba išjungdamijungiklius ir perjungdami kontaktus laidžiais trumpikliais. ENIAC pagamintas 1946-aisiais metais – per vėlai, kad būtų panaudotaskare. Tad pirmasis jo uždavinys – sudėtingų skaičiavimų serija, kuri padėjonustatyti principinę vandenilinės bombos pagaminimo galimybę. ENIACkompiuterio taikymas kitiems, nei buvo numatyta, tikslams įrodė jobendrosios paskirties pobūdį. 1946-ieji – tai įžengimas į naują –elektroninių kompiuterių erą. ENIAC, veikęs BTL iki 1955-ųjų, buvoišmontuotas.1.3.2. Noimano (skaičiavimo) mašina Programų įvedimas arba jų modifikavimas ENIAC kompiuteryje buvonuobodus ir varginantis procesas. Programavimą galima buvo palengvinti tikpačią programą pateikiant patogiu atmintyje kartu su duomenimis saugotipavidalu, instrukcijas kompiuteriui teikiant juo pačiu – jam skaitant išatminties, o programas įvedant arba keičiant atminties fragmentuosenustatant tam tikras reikšmes. Ši idėja, žinoma kaip įsimenamos programos koncepcija {stored-programconcept}, dažniausiai siejama su ENIAC kompiuterio kūrėjais, ypač sumatematiku Džonu von Noimanu (John von Neumann), ENIAC projektokonsultantu. Ją maždaug tuo pačiu laiku plėtojo ir Tiūringas (Turing).Žinią apie šios idėjos pritaikymą (Electronic Discrete Variable Computer –EDVAC kompiuteryje) pirmą kartą viešai paskelbė Noimanas 1945 m. 1946 m. Noimanas kartu su savo kolegomis Prinstono pažangiųjų studijųinstitute (Princeton Institute for Advanced Studies) ėmėsi kurti naująkompiuterį IAS pavadinimu. Šis kompiuteris buvo baigtas tik 1952 m. ir yravisų vėlesnių bendrosios paskirties kompiuterių prototipas.1.7 pav. pateikta IAS kompiuterio apibendrinta struktūra. Pagrindinėskomponentės:• Pagrindinė atmintis, sauganti ir duomenis, ir instrukcijas;• Aritmetinis ir loginis įrenginys (ALĮ), galintis operuoti dvejetainiaisskaičiais.• Valdymo įrenginys, interpretuojantis atmintyje esančias instrukcijas irkontroliuojantis jų vykdymą.• Įvesties ir išvesties (Į/I) įrenginys, kurio veikimą taip patkontroliuoja valdymo įrenginys.
Ši struktūra Noimano pasiūlyta anksčiau ir jos apibūdinimą čia vertapacituoti [1]: Pirma: Kadangi įrenginys (kompiuteris) visų pirmą yra skaičiuotuvas{computer}, jis turi gebėti atlikti dažniausiai pasitaikančias elementariasaritmetines operacijas, t. y. sudėties, atimties, daugybos ir dalybos: +,–, ´, ¸. Todėl labai naudinga, kad jame būtų specializuoti šias operacijasatliekantys organai.Nepaisant to, kad kol kas šis principas tėra tik tuščias garsas,specifiniam būdui, kuriuo jis bus įgyvendintas, reikia skirti daugiaudėmesio… Bet kuriuo atveju centrinė aritmetinė {Central Arithmetic – CA}dalis įrenginyje turėtų būti. Taigi deklaruotina jo (kompiuterio) pirmojispecifinė dalis – CA. Antra: Įrenginio (kompiuterio) veikimo logiką, t. y. tikslų jooperacijų nuoseklumą, efektyviausiai gali valdyti centrinis valdymoorganas. Jeigu įrenginio (kompiuterio) veikimas pasižymės lankstumu, t. y.kompiuteris atitiks visas įmanomas paskirtis, tuomet reikės atskirtispecifiškas instrukcijas, numatytas specialioms užduotims spręsti, nuobendrųjų valdymo organų, kurie šias instrukcijas gauna ir vykdonesigilindami, kas jos iš esmės yra. Minėtos instrukcijos turi būti tamtikru būdu įsimenamos, o valdymo organai yra įrenginio (kompiuterio) tamtikros veikiančios dalys. Taigi centriniu valdymu {Central Control – CC}vadinsime tik šias pastarąsias funkcijas atliekančius organus, ir jiesudaro antrąją specifinę dalį – centrinį valdymą – CV. Trečia: Kiekvienas įrenginys, atliekantis ilgas ir sudėtingasoperacijų sekas (ypač skaičiavimus), turi turėti pakankamai atminties…a) Instrukcijoms, kurios valdo sudėtingą uždavinį, būtina dauginformacinės medžiagos, ypač tada, kai kodas yra labai išsamus (detalus, otaip dažniausiai ir būna daugelyje uždavinių). Ši medžiaga turi būtiįsimenama…Bet kuriuo atveju atminties būtinumas lemia trečiąją įrenginio specifinędalį – atmintį – A {Memory – M}. Trys specifinės dalys – CA, CV ir A atitinka asociatyvųjį žmogaus
nervųsistemos neuroną. Dar liko neaptarti sensorinių arba jautriųjų irmotorinių, arba varomųjų neuronų ekvivalentai. T. y. įrenginio(kompiuterio) įvesties ir išvesties organai… Turi būti užtikrinti įrenginio įvesties ir išvesties (sensoriniai irmotoriniai) kontaktai su tam tikra specifine išorine aplinka. Ši aplinkagali būti vadinama įrenginio išorine įrašymo terpe – R {Recording medium –R}… Ketvirta: Įrenginys turi turėti organus, transformuojančiusinformaciją iš R terpės į jo specifines CA, CV ir A dalis. Šie organaiformuoja jo įvestį {input}, ketvirtąją specifinę dalį – Į {input – I}.Atrodo natūralu, kad geriausia visas transformacijas daryti iš R (taikantĮ) į A ir niekada tiesiogiai į CA ar CV … Penkta. Įrenginys turi turėti organus, transformuojančius informacijąiš jo specifinių CA, CV ir A dalių į R. Šie organai formuoja jo išvestį.Tai penktoji specifinė dalis – I {Output – O}. Ir vėl turėtų būti natūralu,kad geriausia visas transformacijas daryti iš A (taikant I) į R, ir niekadatiesiogiai iš CA ar CV. [pic] Su labai reta išimtimi visų šiuolaikiškų kompiuterių apibendrintastruktūra ir funkcionavimas yra tokie patys (jie ir vadinami Noimanomašinomis), tad labai naudinga išnagrinėti IAS kompiuterio veikimą [2]. Kadbūtų aiškiau nūdienos vartotojams, Noimano terminologija pakeista.IAS kompiuterio atmintį sudaro 1000 saugojimo ląstelių, vadinamųžodžiais {words}, kiekvienas – po 40 dvejetainių skaitmenų (bitų).Atmintyje kartu saugomi ir duomenys, ir instrukcijos. Taigi ir skaičiai, irinstrukcijos turi būti pateikti dvejetaine forma. 1.8 pav. pavaizduotiabudu šie formatai. Kiekvienas skaičius pateikiamas ženklo bitu ir 39-iaisreikšmės bitais. Žodis taip pat gali būti sudarytas iš dviejų 20-ies bitųinstrukcijų. Kiekviena instrukcija sudaryta iš 8 bitų operacijos kodo{opcode}, kuris apibūdina vykdomą operaciją, ir 12 bitų adreso, kuriuogalima nurodyti tam tikrą žodį atmintyje (nuo 0 iki 999, nors 212 = 4096).
[pic]Valdymo įrenginys kontroliuoja IAS kompiuterį išrenkant instrukcijasiš atminties ir jas vykdant tuo pačiu metu be delsos. Tai paaiškintireikalinga detalesnė struktūrinė schema (1.9 pav.). Ir valdymo įrenginys,ir ALĮ turi saugojimo įtaisus, vadinamuosius registrus (žr. pav.), kurie,apibūdinami taip: [pic]
• Atminties buferinis registras (ABR) – jame esti žodis, kuris turi būtiišsaugomas atmintyje (įrašytas į atmintį) arba nuskaitytas iš atminties;• Atminties adreso registras (AAR) nurodo adresą atmintyje, kur žodisturi būti įrašytas iš ABR arba į jį nuskaitytas.• Instrukcijų registras (IR) saugo vykdomos instrukcijos 8 bitųoperacijos kodą.• Instrukcijų buferinis registras (IBR) laikinai saugo dešiniąjąinstrukciją iš atminties žodžio.• Programinis skaitiklis (PS) saugo kitos instrukcijų poros, kuri turibūti išrinkta iš atminties, adresą.• Akumuliatorius (AK) ir sandaugos koeficientas (SK) laikinai saugooperandus ir ALĮ veiksmų rezultatus. Pavyzdžiui, dviejų 40 bitų skaičiųsandauga bus 80 bitų; aukštesnieji 40 bitai saugomi AK, o žemesnieji – SK. IAS kompiuteris veikia pagal begalinį algoritmą, vykdant instrukcijosciklą {instruction cycle} (1.10 pav.). Kiekvieną instrukcijos ciklą sudarodu subciklai. Per išrankos ciklą {fetch cycle} kitos instrukcijosoperacijos kodas įkeliamas į IR, o atitinkamas adresas talpinamas į AAR.Ši instrukcija gali būti imama iš IBR arba iš atminties, žodį šiuo atvejutalpinant į ABR ir toliau siunčiant jį į IBR, IR ir AAR. Kodėl ne tiesiogiai? Taip yra todėl, kad visos šios operacijoskontroliuojamos elektroninių schemų, todėl naudojami elektriniai duomenųkeliai. Elektroninei daliai supaprastinti, skaitymui ir rašymui į atmintįbei duomenims siųsti arba priimti naudojama tik po vieną adresų registrą.
Kai operacijos kodas jau yra IR, prasideda vykdymo ciklas. Valdymoschemos interpretuoja operacijos kodą ir, generuodamos atitinkamus valdymosignalus, nurodinėja, kad būtų siunčiami duomenys arba kad būtų atliktosALĮ operacijos, vykdo pasirinktą instrukciją. IAS kompiuteryje buvo numatyta 21 instrukcija. Jas galima sugrupuoti
taip:• Duomenų siuntimas. Vykdoma duomenų kaita tarp atminties ir ALĮ registrųarba tarp dviejų ALĮ registrų {LOAD #, STOR #}.• Besąlyginis šakojimasis. Valdymo įrenginys paprastai operacijas vykdonuosekliai iš atminties. Tačiau šį nuoseklumą gali pakeisti šakojimosiinstrukcijos. Tuomet galima vykdyti ciklines operacijas {JUMP #}.• Sąlyginis šakojimasis. Šakojimasis gali būti daromas pagal tam tikrąsąlygą. Tokiu būdu į programas įvedami šakojimosi (perėjos) taškai {JUMP#}.• Aritmetinės operacijos. Vykdomos ALĮ {ADD #, SUB #, MUL #…}.• Adresų modifikacija. Suteikia galimybę adresus skaičiuoti ALĮ ir juosįterpti į atmintyje saugomas instrukcijas. Programos įgyja adresavimolankstumo. 1.10 pav. parodyti keli valdymo įrenginio instrukcijų vykdymopavyzdžiai. Pažymėtina, kad kiekvienai operacijai atlikti reikia keliųžingsnių. Kai kurios iš jų gana sudėtingos. Daugybos operacijai būtina 39suboperacijos – kiekvienai bito pozicijai po vieną, išskyrus ženklo bito.1.3.3. Antroji kompiuterių karta. Tranzistoriai Pirmasis esminis elektroninių kompiuterių keitimasis įvyko, kaivakuumines lempas pakeitė tranzistoriai. Tranzistoriai mažesni, pigesni irišskiria mažiau už vakuumines lempas šilumos, tuo pat metu kompiuteriuosegali vykdyti tas pačias funkcijas. Tranzistorius sukurtas ,,Bell Labs“ kompanijoje 1947 m., tačiau tik 6-ojo dešimtmečio pabaigoje pagaminti pirmieji tranzistoriniai kompiuteriai.Pirmuosius komercinius tranzistorinius kompiuterius pristatė NCR bei RCAkompanijos ir šiek tiek vėliau IBM – 7000-ąją kompiuterių šeimą. Tranzistorių taikymas būdingas antrosios kompiuterių kartos bruožas.Kompiuterius priimta klasifikuoti į kartas pagal fundamentines techninėsįrangos {hardware} technologijas (1.1 lentelė). Kiekvienai naujajai kartaibūdinga didesnė sparta, talpesnė atmintis ir mažesni matmenys. 1.1 lentelė. Kompiuterių kartos|Kar|Apytikrės |Technologija |Sparta (operacijų per ||ta |datos | |sekundę) ||1-o|1946–1957 |vakuuminės lempos |40 000 ||ji | | | ||2-o|1958–1964 |tranzistoriai |200 000 ||ji | | | ||3-o|1965–1971 |mažos ir vidutinės integracijos |1 000 000 ||ji | |mikroschemos | ||4-o|1972–1977 |didelės integracijos mikroschemos|10 000 000 ||ji | | | ||5-o|1978– |labai didelės integracijos |100 000 000 ||ji | |mikroschemos | |Be technologijų, yra ir kitų pokyčių. Antroji kompiuterių kartapasižymėjo sudėtingesniais aritmetikos ir logikos bei valdymo įrenginiais,
aukšto lygio programavimo kalbų taikymu ir tuo, kad su kompiuteriais buvoteikiama programinė įranga. Antroji kompiuterių karta taip pat siejama su ,,Digital EquipmentCorporation“ (DEC) įkūrimu 1957 m. Tais metais DEC pristatė PDP-1kompiuterį, kuris iš esmės buvo pirmas minikompiuteris ir trečiosioskompiuterių kartos pirmtakas.IBM 7094 kompiuteris Pradedant 700-osios serijos (1952 m.) ir baigiant paskutiniuoju 7000-osios serijos (1964 m.) modelių IBM kompanijos kompiuteriais akivaizdibūdinga kompiuterių evoliucija. Šių kompiuterių raida apibūdinamakompiuterių pajėgumo didėjimu, galimybių plėtra arba kainos mažėjimu. Kaip matyti iš 1.2 lentelės, pagrindinės atminties (organizuotos iš 36bitų žodžių) talpa padidėjo nuo 2K (1K = 210) iki 32K žodžių, o kreipties įvieną žodį atmintyje trukmė (atminties ciklo trukmė) sumažėjo nuo 30 msiki 1,4 ms. Operacijų kodų padaugėjo nuo 24 iki 185. Paskutiniame 1.2lentelės stulpelyje pateikta santykinė CPĮ sparta. Ji padidėjo patobulinuselementinę bazę (tranzistoriai spartesni už lempas) ir pagerinus (taposudėtingesnė) schemotechniką. Pavyzdžiui, IBM 7094 kompiuteryje pritaikytasatsarginės instrukcijos registras {Instruction Backup Register – IBR},kuris atlieka kitos išrenkamos instrukcijos buferio funkciją. Per išrankosciklą valdymo įrenginys iš atminties nuskaito du greta esančius žodžius.Tai reiškia, kad, išskyrus šakojimosi {branch} instrukcijas, kuriospasitaiko ganėtinai retai, valdymo įrenginys vienai instrukcijai pasirinktieikvoja tik pusę instrukcijos ciklo. Dėl šios išankstinės išrankos žymiaimažėja vidutinis instrukcijos ciklas. 1.11 pav. pateikta IBM 7094 kompiuterio su labai išvystyta periferijakonfigūracija (būdinga antrajai kartai). Joje pastebimi keli esminiaiskirtumai, palyginti su IAS kompiuteriu, svarbiausias – duomenų kanalų{data channels} taikymas. Duomenų kanalas – nepriklausomas Į/I modulis susavu procesoriumi ir instrukcijomis. Kompiuterizuotoje sistemoje su tokiaisįrenginiais CPĮ nevykdo detaliųjų Į/I pobūdžio instrukcijų. Šiosinstrukcijos saugomos pagrindinėje atmintyje ir vykdomos specialiospaskirties procesoriaus pačiame duomenų kanale. CPĮ inicijuoja Į/Imechanizmą siųsdamas valdymo signalą į duomenų kanalą, jam (kanalui)nurodant, kad būtina atlikti instrukcijų, esančių atmintyje, seką. Duomenųkanalas šią užduotį atlieka nepriklausomai nuo CPĮ ir ,,informuoja“pastarąjį apie operacijos įvykdymą. Taigi žymiai sumažėja CPĮ apkrova. 1.2 lentelė. IBM 700/7000 serijų kompiuterių kreipties parametrai[pic]Kita naujovė – multiplekseris, kuris atlieka centrinio skirstytuvotarp duomenų kanalų, CPĮ ir atminties funkciją. Multiplekseris tvarkokreiptis į atmintį iš CPĮ ir duomenų kanalų, suteikdamas galimybę šiems įrenginiams veikti nepriklausomai.1.3.4. Trečioji kompiuterių karta. Integrinės schemos Pavienius tranzistorius vadina diskrečiaisiais elementais. XX a. 5-ajame dešimtmetyje ir 6-ojo pirmoje pusėje elektroninė aparatūra buvomontuojama iš diskrečiųjų elementų – tranzistorių, rezistorių,kondensatorių ir pan. Visas gamybos procesas nuo tranzistoriaus pagaminimoiki spausdintos plokštės surinkimo buvo labai brangus ir ilgai trukdavo. Dėl to kompiuterių industrijoje kilo problema. Pirmuosiuose antrosioskartos kompiuteriuose buvo apie 1000 tranzistorių. Vėliau jų padaugėjo ikišimtų tūkstančių ir kėlė dar daugiau problemų gaminant naujausius irpajėgiausius kompiuterius. 1958 m. išrasta integrinė mikroschema padarė revoliucinį perversmąvisoje elektronikoje. Ji apibūdina trečiosios kartos kompiuterius. Šiameposkyryje aptarsime du labai svarbius trečiosios kartos modelius: IBMkompanijos System/360 ir DEC kompanijos PDP-8 kompiuterius.IBM System/ 360 kompiuteris Iki 1964 m. IBM kompanija gamino ir pardavinėjo 7000-osios serijoskompiuterius. Tais metais IBM pristatė System/360 – naują kompiuteriųšeimą. Paskelbimas nebuvo didelė staigmena, tik trikdė kelios anų laikų IBMproduktų vartotojams nemalonios ,,naujienos“: System/360 linijos produktainesuderinami su ankstesniais IBM kompiuteriais. Tai buvo nepopuliarus IBMkompanijos žingsnis, tačiau norint atsikratyti kai kurių 7000-osios serijosarchitektūros trūkumų jį reikėjo vieną kartą žengti ir pereiti prie naujosintegrinių schemų technologijos. System/360 kompiuterių konstrukcijapasirodė labai tobula ir IBM perėmė apie 70% visos kompiuterijos rinkos.Atlikus tam tikras modifikacijas ir išplėtus System/360 architektūradideliuose IBM kompiuteriuose išliko iki šiol.
System/360 – pirmoji suplanuotoji kompiuterių šeima, kurioje buvolabai įvairaus našumo ir kainų modelių. 1.3 lentelėje pateikti 1965 m.kompiuterių modelių parametrai. Visi modeliai suderinami programiškai,t. y. programa sudaryta vieno modelio kompiuteriui, veikia ir kito modeliokompiuteryje, skiriasi tik jos vykdymo trukmė. Pagrindiniai kompiuteriųšeimos bruožai:Panašios arba identiškos instrukcijos. Tam tikrą griežtai apibrėžtąkompiuterinių (mašininių) instrukcijų rinkinį turi visi šeimos modeliai.Taigi programa, sukurta vienam kompiuteriui, veiks ir bet kuriame kitame.Tam tikrais atvejais žemesniojo lygio šeimos modeliams tenka nepilnasinstrukcijų rinkinys, o aukštesniojo lygio – pilnas. Taigi programinissuderinamumas esti ,,iš viršaus“ ,,žemyn“, bet ne atvirkščiai.Panašios arba identiškos operacinės sistemos. Visuose šeimos modeliuosetaikomos tos pačios operacinės sistemos arba aukštesnio lygio modeliuose –išplėstų galimybių operacinės sistemos.Didėjanti sparta. Instrukcijų atlikimo sparta pereinant nuo žemesniojo prieaukštesniojo modelių lygio didėja.Į/I prievadų {ports} skaičiaus didėjimas pereinant nuo žemesniojo prieaukštesniojo modelių lygio.Atminties talpos didėjimas pereinant nuo žemesniojo prie aukštesniojomodelių lygio. 1.3 lentelė. IBM System/360 kompiuterių šeimos pagrindiniai parametrai|Duomenų iš atminties siuntimo sparta |0,5 |0,8 |2,0 |8,0 |16,0 ||(Mbaitais/s) | | | | | ||Procesoriaus ciklo trukmė (ms) |1,0 |0,625 |0,5 |0,25 |0,2 ||Santykinė sparta |1 |3,5 |10 |21 |50 ||Duomenų kanalų didžiausiasis skaičius |3 |3 |4 |6 |6 ||Didžiausioji duomenų siuntimo sparta |250 |400 |800 |1250 |1250 ||kanale (Kbaitais/s) | | | | | |Šeimos koncepcija įgyvendinama įvairiais būdais. Pavyzdžiui,instrukcijų vykdymą galima spartinti taikant sudėtingesnę ALĮschemotechniką, suteikiančią galimybę kelias smulkias operacijas vykdytivienu metu. Kitas būdas – išplėsti duomenų magistralę tarp CPĮ iratminties, pvz., IBM System/360 Model 30 kompiuteryje iš atminties tamtikru momentu galima buvo gauti tik 1 baitą duomenų, o Model 70kompiuteryje – 8 baitus. System/360 kompiuterių šeima turėjo įtakos ne tik IBM kompiuteriųraidai, bet ir visai kompiuterių industrijai. Nemažai šios šeimos elementųtapo standartiniais kituose dideliuose {mainframe} kompiuteriuose.DEC PDP-8 kompiuteris
Tais pačiais metais, kai IBM pradėjo prekiauti System/360kompiuteriais, kita kompanija – DEC pasiūlė rinkai PDP-8 kompiuteriomodelį. Vidutiniams kompiuteriams reikėjo specialių kondicionuojamųpatalpų, o PDP-8 kompiuteris (pagal industrinę klasifikaciją –supaprastintas minikompiuteris) galėjo būti išdėstomas ant laboratoriniostalo arba įmontuotas į tam tikrą kitą techninę įrangą. Jis neatliko tiekdaug įvairių uždavinių kaip didelis {mainframe} kompiuteris, tačiaupalyginti nedidelė jo kaina – 1600$ buvo prieinama net techninėmslaboratorijoms (IBM System/360 kompiuteris tuomet kainavo šimtus tūkstančiųdolerių). PDP-8 kompiuterio kaina ir nedideli matmenys suteikė galimybę kitiemsgamintojams integruoti PDP-8 į kompleksines sistemas ir jas perpardavinėti.Šiuos gamintojus vadina originalios įrangos gamintojais {Original EquipmentManufactures – OEM}. PDP-8 kompiuterių šeima (1.4 lentelė) užėmė rinkos sektorių, anksčiaupriklausiusį IBM kompiuteriams, ir suteikė DEC kompanijai galimybę būtiantroje vietoje tarp kompiuterių gamintojų greta IBM. 1.4 lentelė. PDP-8 kompiuterių evoliucija [pic]Priešingai nei IBM 700/7000 ir System/360 architektūroje su centriniu skirstytuvu (1.11 pav.) vėlesniuose PDP-8 modeliuose pradėta taikytistruktūra, kuri dabar tapo standartine mini- ir mikrokompiuteriuose –struktūra su sistemine magistrale (1.12 pav.). PDP-8 sisteminę magistralę(tiesiogiai išvertus PDP-8 kūrėjų pavadinta autobusu – {Omnibus}) sudaro 96laidininkai, kuriais siunčiami valdymo, adresų ir duomenų signalai. Visoskompiuterio sistemos komponentės kolektyviai {share} ,,naudojasi“ bendrasignalinių laidininkų visuma, taigi jų taikymas turi būti valdomas CPĮ.Tokia architektūra labai lanksti ir suteikia galimybę kurti įvairiaskompiuterio konfigūracijas.
1.3.5. Vėlesnės kompiuterių kartos Po trečiosios kompiuterių kartos vis sunkiau prieinama bendrosusitarimo dėl kompiuterių klasifikavimo pagal kartas. 1.1 lentelėjematyti, kad yra ir ketvirtoji, ir penktoji kompiuterių kartos, pagrįstosintegrinių schemų technologija. Didelės integracijos schemose vienameintegrinės schemos {Large-Scale-Integration – LSI} luste galima suformuotiper 1 000 elementų. Labai didelės integracijos schemose {Very-Large-Scale-Integration – VLSI} išdėstoma daugiau nei 10 000 elementų, o dabartiniuose
VLSI lustuose jų galima suformuoti per milijoną. Sparčiai besivystant gamybos technologijoms, dažnai atsirandant naujųproduktų, didėjant programinės įrangos ir telekomunikacijų svarbai,kompiuterių klasifikavimas pagal kartas tampa netikslus ir mažiau svarbus.Galima teigti, kad naujovės, įdiegtos kompiuterijoje praeito amžiaus 8-ajame dešimtmetyje, turi įtakos iki šiol. Čia paminėsime tik dvi iš šiųnaujovių.Puslaidininkinė atmintis XX a. 6-ajame ir 7-ajame dešimtmečiuose kompiuterių pagrindinėatmintis būdavo konstruojama iš mažų (skersmuo neviršijo 2 mm)feromagnetinių žiedelių (šerdelių). Šerdeles įnerdavo į plonų vielučiųtinklelį – suformuodavo atminties matricą. Ji buvo talpinama į magnetinįekraną ir išdėstoma kompiuteryje. Žiedelis {core}, įmagnetintas vienakryptimi, atitikdavo vienetą; įmagnetintas priešinga kryptimi – nulį.Magnetinė atmintis buvo palyginti sparti – bito skaitymas iš atmintiestrukdavo trumpiau nei 1 ms, tačiau brangi, griozdiška, taikyta destruktyvusskaitymo mechanizmas: kreiptis į šerdelę sunaikindavo jame esančiusduomenis. Todėl taikyta specialios schemos, atstatančios perskaitytuosiusduomenis. 1970 m. ,,Fairchild“ kompanija pagamino pirmą palyginti talpiąatminties mikroschemą. Lustas, kurio matmenys neviršijo vienos šerdelėsmatmenų, galėjo saugoti 256 bitus. Skaitymas nebuvo destruktyvus ir vykodaug sparčiau nei magnetinėje atmintyje. Bito skaitymas trukdavo apie 15ns. Tačiau vienas bitas atsiėjo daugiau nei atminčiai esant iš šerdelių(„korinė“ atmintis). Puslaidininkinės atminties gamybos technologija nuolat tobulėjo, ir1974 m. puslaidininkinės atminties vienas bitas tapo pigesnis neimagnetinės atminties. Nuo 1970 m. puslaidininkinės atminties raidoje pasikeitė aštuonioskartos: 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, ir dabar esti 16M bitų vienameluste. Kiekviena nauja karta keturgubino atminties talpą, mažino vieno bitokainą ir kreipties trukmę.Mikroprocesoriai Didėjant elementų tankiui atminties mikroschemose, didėjo elementųtankis ir procesoriaus lustuose. Laikui bėgant vis daugiau elementų buvoišdėstoma viename luste ir vis mažiau lustų reikėjo kompiuterioprocesoriaus konstrukcijoje. Lemiamas lūžis įvyko 1971 m., kai ,,Intel“ kompanija sukūrė i4004mikroschemą. i4004 – pirmas lustas, kuriame buvo išdėstytos visos CPĮkomponentės – sukurtas mikroprocesorius. I4004 mikroprocesorius galėjo sudėti du 4 bitų skaičius, o daugybabuvo atliekama atitinkamai kartojant sudėties operaciją. Pagal dabartiniusreikalavimus i4004 mikroprocesorius labai primityvus, tačiau juo prasidėjomikroprocesorių evoliucija. Mikroprocesorių evoliucija akivaizdžiausia pagal bitų, kuriuosprocesorius gali vienu metu apdoroti, skaičių. Šio skaičiaus tikslaus matonėra, tačiau galbūt geriausiai tai atspindi procesoriaus išorinėsmagistralės plotis. Kitu matu gali būti akumuliatoriaus arba bendrosiospaskirties registrų bitų skaičius. Kartais šie skaičiai sutampa, bet nevisada. Pavyzdžiui mikroprocesorius gali operuoti 16 bitų skaičiais, tačiauvienu metu nuskaityti arba įrašyti tik 8 bitus. 1972 m. ,,Intel“ sukūrė pirmąjį 8 bitų mikroprocesorių i8008, beveikdu kartus sudėtingesnį nei i4004. Ir i4004, ir i8008 buvo specialiosiospaskirties mikroprocesoriai (taikomi specialiais atvejais). Bendrosiospaskirties mikroprocesorių i8080 ,,Intel“ sukūrė 1974 m. Tai irgi 8 bitųprocesorius, tačiau spartesnis, su platesniu instrukcijų rinkiniu irtobulesniu adresavimu (1.5 lentelė). 1.5 lentelė. ,,Intel“ mikroprocesorių evoliucija|Charakteristikos |Mikroprocesoriaus tipas ||Instrukcijų skaičius |66 |111 |133 |154 |235 ||Adresų magistralės |8 |16 |20 |32 |32 ||plotis | | | | | ||Duomenų magistralės |8 |8 |16 |32 |32 ||plotis | | | | | ||Vyksmaženklių {flag} |4 |5 |9 |14 |14 ||skaičius | | | | | ||Registrų skaičius |8 |8 |16 |8 |8 ||Adresuojamosios |16 KB |64 KB |1 MB |4 GB |4 GB ||atminties talpa | | | | | ||Į/I prievadų {I/O |24 |256 |64 K |64 K |64 K ||ports} skaičius | | | | | ||Magistralės pralaidumas|– |0,75 MB/s|5 MB/s |32 MB/s |32 MB/s ||Registrų turinio |– |1,3 ms |0,3 ms |0,125 ms|0,06 ms ||sumavimo trukmė | | | | | |Pramoninių asmeninių kompiuterių istorija prasidėjo 1971 metais, kai duamerikiečiai Stivenas Džobsas ir Stivas Vozniakas garaže surinkokompiuterį, kurį pavadino “Apple”. (Taip pat 1971 metais buvo sukurtaspirmasis asmeninis kompiuteris “Kenbat – 1”, kurio parduota tik 40vienetų.) Tuoj pat tokių kompiuterių įsigeidė Džobso ir Vozniako draigai.Vaikinai įkūrė firmą, ir jau 1976 metais rinkoje pasirodė pirmasis
pramoninis asmeninio kompiuterio variantas “Apple – 2”. Populiariausi iš jų yra IBM PC asmeniniai kompiuteriai. Firma IBM,anksčiau gaminusi dideles skaičiavimo mašinas, 1981 metais išleido asmeninįkompiuterį IBM PC, kuris ir tapo pirmuoju populiariausiu profesiniuasmeniniu kompiuteriu. Plėtojantis mokslui ir technikai, firmos IBMpirmtaką PC keitė kiti, tobulesni, modeliai: IBM PC/XT (1983 metai),kuriame pirmą kartą įmontuotas kietasis 10 MB atminties diskas; IBM PC/AT(1984 metai), PS/2 serijos modeliai 30, 60, 70, 80, … (1987 metai). Nuo1993 metų gaminamas kompiuteris su “Pentium” procesoriumi (AT586). 1985metų sukurtos grafinės vartotojo sąsajos priemonės “MS Windows”. Dabarplačiai taikomi didelės talpos optiniai kompaktiniai diskai (CD ROM ) irdaugialypė terpė. Lietuvoje kompiuteriai pasirodė baigiantis šeštajam dešimtmečiui. Jiebuvo lempiniai, labai dideli, nepatikimi, be to, sudėtinga ir brangi jųeksploatacija. 1960 metais pirmąjį kompiuterį įsigijo Mokslų AkademijosFizikos ir Matematikos institutas. 1963 metais Vilniaus universitete irKauno politechnikos institute (dabar KTU) ėmė veikti kompiuteriai “Minsk –14”, o nuo 1971 metų – “Minsk – 22”. 1964 metais Vilniaus skaičiavimomašinų gamykla pradėjo gaminti pirmuosius lietuviškus kompiuterius “Rūta”. 1986 metais “Nuklonas” pradėjo gaminti buitinius ir mokykliniusmikrokompiuterius BK 0010Š. Tais pačiais metais Kauno politechnikosinstitute kartu su Kauno radijo matavimų technikos MTI mokslininkaissukurtas pirmasis originalus lietuviškas asmeninis kompiuteris“Santaka”.[3] Kompiuterių istorija yra vienas ilgas pasakojimas apie nuolat gerėjančiusjų veikos parametrus. Tuo pat metu pradedama suprasti, kad egzistuoja ribosto, ką dar galima išspausti iš puslaidininkių. Karts nuo karto pasirodonaujo tipo kompiuterių, naudojančių kitus kvantų fizikos principus aroptinius komponentus, pasiūlymai. Bet, bent jau artimiausioje ateityje,galime būti tikri, kad kasmet maždaug padvigubės ir puslaidininkiaisbesiremiančių dabartinių kompiuterių galimybės. Mikroschemų raštas darosivis smulkesnis, atsiranda daugelį sluoksnių turinčios integrinės schemos,todėl kompiuteriai tampa spartesni. Nauja, gudriau suplanuota kompiuteriųarchitektūra leidžia jiems vienu metu apdoroti daugiau uždavinių.Tikėkimės, jog tokie galingi asmeniniai kompiuteriai greitai stovės antstalo ir daugelyje Lietuvos namų.[4]LITERATŪRA1. G. Leonavičius, R. Ališauskas, A. Balvočius, T. Balvočienė, V.Brazdeikis, V. Gudonienė, A. Miežinienė “Informatikos skaitiniai” Kaunas“Šviesa” 19962. A. Balčytienė, G. Leonavičius “Informatika 1” Vilnius “Baltic ECO” 19973. http://www.el.vtu.lt/distancija/ivadas3.htm4. http://www.rtn.lt/mi/ssi/kompiuteris.html