ЭВМ второго поколения: элементарная база, программное обеспечение, характеристики

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт  нефти и газа

кафедра топливообеспечения и горюче-смазочных материалов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по информатике

тема: “ЭВМ второго поколения: элементарная база, программное обеспечение, характеристики”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель				Е.Д.Агафонов
Студент НБ 13-06	190600.62.06	081312472		И.Д.Секрет

 

 

 

Красноярск 2013 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

   ВВЕДЕНИЕ 3

1 Переход на второе поколение 4

2 Характерные черты ЭВМ второго поколения 6

3 История создания и основные принципы работы и характеристики элементной базы ЭВМ второго поколения 7

4 Иные направления развития ЭВМ второго поколения 11

5 Внутренняя организация и применение 12

6 Требования к программам 15

7 Языки программирования 17

8 Операционные системы второго поколения 18

9 ЭВМ второго поколения 10

  ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

  Список использованной литературы 23

 

ВВЕДЕНИЕ

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность  в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Более 1500 лет тому назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д.

В наше время  трудно представить себе, что без  компьютеров можно обойтись. А  ведь не так давно, до начала 70-х годов  вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности  и мало известным широкой публике. Однако в 1971 году произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью  превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов  людей. В том, вне всякого сомнения знаменательном году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с красивым  названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до ученых и инженеров.

В конце XX века невозможно представить себе жизнь без персонального компьютера. Компьютер прочно вошел в нашу жизнь, став главным помощником человека. На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений.

В данном реферате мы рассмотрим историю второго  поколения ЭВМ.

 

Переход на второе поколение

 

Второе поколение ЭВМ создавалось  в период с 1955 по 1964 года. На самом  деле, четко ограничивать рамки поколений  сложно, так как в одно и то же время выпускались ЭВМ, относящиеся  к разным поколениям, да и сам  переход от поколения к поколению  был не резким, а постепенным. Вначале  заменялись одни элементы ЭВМ, затем  – другие, и так, постепенно, за несколько  лет, осуществлялся переход.

 

Рисунок 1 - Полупроводниковый триод

 

Переход на новую элементную базу оказался неизбежным, так как рост производительности и надежность ЭВМ  первого поколения достигли своего максимума. Основные причины, приведшие  к необходимости замены электронных  ламп, были следующими:

1. Нить накаливания в электронных  лампах со временем теряет  свои эмиссионные свойства и  перегорает. В среднем, срок службы  лампы не превышал 10 000 часов. Таким  образом, в ЭВМ, состоящей из 104 электронных ламп, в среднем, каждый час, выходила из строя одна электронная лампа. Столь низкие показатели надежности были головной болью разработчиков, заставляли применять сложные и дорогостоящие способы повышения надежности, и сильно сдерживали рост производительности ЭВМ. Для сравнения, транзисторы в то время имели срок службы, превосходящий срок службы электронных ламп в тысячи раз.

2. ЭВМ на электронных лампах  требуют мощных источников питания,  при этом почти 75% энергии растрачивается  на тепловых потерях. Это, в  свою очередь, приводит к необходимости  организации дорогостоящих и  сложных систем охлаждения. Транзисторы  потребляют на порядок меньше  энергии и слабее греются.

3. Большие габариты электронных  ламп. Самые миниатюрные радиолампы  не позволяли в одном кубическом  дециметре разместить более 1000 элементов, в то же время  использование транзисторов позволяло  на порядок увеличить плотность  монтажа.

4. Радиолампы – это хрупкий  элемент. Его установка требует  осторожности и аккуратности, и  с большим трудом поддается  автоматизации. В то же время  транзисторы - гораздо более надежны  и прочны, что позволяет легко  автоматизировать процесс их  производства и монтажа, а это  приводит к снижению себестоимости  транзисторов и ЭВМ в целом.

Таким образом, основой ЭВМ второго  поколения стало использование  новой элементной базы – полупроводниковых транзисторов (триодов), составляющих основную часть конструкции ЭВМ (рис 1).

 

Характерные черты ЭВМ второго поколения

 

• Элементная  база – полупроводниковые элементы (транзисторы).
• Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж.
• Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.
• Быстродействие – 100 – 500 тыс. операций в секунду.
• Эксплуатация – вычислительные центры со специальным  штатом  обслуживающего персонала,  появилась новая  специальность – оператор ЭВМ.
• Программирование – на алгоритмических языках, появление ОС.
• Оперативная память – 2 – 32 Кбайт.
• Введен  принцип разделения времени.
• Введен принцип  микропрограммного управления.
• Недостаток – несовместимость программного обеспечения.

 

История создания и основные принципы работы и характеристики элементной базы ЭВМ  второго поколения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - Копия транзистора разработанного в лаборатории Белла

23 декабря  1947г.

 

История создания транзисторов началась еще 22 октября 1925 года, когда Юлием  Эдгаром Лилиенфельдом был зарегистрирован патент на принцип работы полевого транзистора. Теория работы полевых транзисторов - проще биполярных, поэтому обоснована и запатентована она была значительно раньше биполярных транзисторов. В общем случае принцип действия полевого транзистора аналогичен работе электронных ламп. Исток в полевом транзисторе подобен катоду вакуумного триода, затвор — сетке, сток — аноду. Однако, трудности в практической реализации полевых транзисторов позволили создать действующую модель лишь в 1960 году, значительно позже создания биполярного транзистора, и только в девяностых годах технология полевых транзисторов стала доминировать над биполярными.

Первый действующий транзистор был биполярным, и создали его  в 1947 году ведущие специалисты Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн из фирмы «Bell Labs». Официальная демонстрация устройства состоялась 23 декабря 1947 года, и именно эта дата считается официальным днем изобретения транзистора.

Первый биполярный транзистор представлял  собой прибор, в котором два  металлических контакта соединялись  с бруском из поликристаллического германия. Его копия изображена на рисунке 2.

Таким образом, основой ЭВМ второго  поколения стали биполярные транзисторы, представляющие собой три последовательно  расположенные слоя полупроводников: эмиттера, базы и коллектора.

Полупроводники — это вещества, удельное сопротивление которых  изменяется в зависимости от температуры, наличия примесей или изменением освещенности. При построении транзисторов использовали полупроводники с различными примесными проводимостями.

Примеси бывают двух типов – донорной и акцепторной. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются «лишние» электроны. Такие полупроводники называются полупроводниками n-типа. Например, для кремния с валентностью n = 4 донорной примесью является мышьяк с  валентностью n=5. Каждый атом примеси  мышьяка приведет к образованию  одного электрона проводимости.

При добавлении акцепторной примеси  в полупроводнике образуются «лишние» частицы с положительным зарядом, численно равным заряду электрона. Такие  частицы называются дырками, а полупроводники с лишними дырками называются полупроводниками p-тип. Например, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью n = 3. Каждый атом индия приведет к образованию лишней «дырки».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3- Упрощенная схема биполярного  транзистора

 

При контакте двух полупроводников  различного типа, электроны из полупроводника n-типа начинают переходить в полупроводник p-типа, а дырки из полупроводника p-типа - в полупроводник n-типа. Однако, как только пограничный слой полупроводника n-типа «насытится» дырками, а пограничный  слоя полупроводника р-типа насытится  электронами, процесс диффузии дырок  и электронов прекратится из-за образования, так называемого, запирающего слоя.

Но стоит подать на полупроводник n-типа отрицательное напряжение, а  на полупроводник р-типа - положительное, как запирающий слой разрушится, и  диффузия дырок и электронов возобновится. Если же на полупроводник n-типа подать положительное напряжение, а на p-типа – отрицательное, то запирающий слой увеличится. То есть, при подаче на коллектор  логической единицы (например, напряжение 5 вольт), на эмиттере можем получить либо логический ноль (напряжение меньше 1 вольта), либо логическую единицу (напряжение 5 вольт). Логическую единицу получаем, если на базу подаем положительное напряжение (например, 5 вольт), иначе на эмиттере имеем логический ноль. На основе этих элементов и строились ЭВМ второго поколения.

Как видите, принцип работы полупроводниковых  транзисторов не сильно отличается от принципа работы электронных ламп. Однако, их использование позволило значительно усовершенствовать ЭВМ без существенных изменений в структурной схеме. Так производительность ЭВМ выросла примерно на два порядка, а габариты уменьшились на порядок. Значительно (на несколько порядков) повысилась надежность. При этом стоимость ЭВМ снизилась!

Эту ситуацию хорошо иллюстрирует переход  от ламповых ЭВМ на полупроводниковые  ЭВМ, выполненный фирмой IBM в линейке  моделей 709 и 7090. IBM 709 – это ламповая ЭВМ, созданная в августе 1958 года. IBM 7090 – это полупроводниковая  ЭВМ, созданная в июне 1960 года, схожая по структуре с IBM 7090. При этом полупроводниковая  ЭВМ была более, чем в 6 раз, быстрее  своего лампового собрата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для сравнения, в таблице приведены усредненные данные по производительности и габаритам для ЭВМ первого и второго поколения. Данные взяты из книги «Развитие вычислительных машин», авторы Апокин И.А., Мейстров Л.Е

 

 

 

Иные  направления развития ЭВМ второго  поколения

 

Стоит отметить, что замена электронных  ламп на новые элементы шла не только в одном направлении (использование  транзисторов). Были предприняты и  другие способы усовершенствования ЭВМ. Так в Японии в 1958 году серийно  выпускались ЭВМ на параметронах.

Параметрон – это электронный  элемент, принцип действия которого основан на особенностях параметрического возбуждения и усиления электрических  колебаний. Как описано в большой  советской энциклопедии, простейший параметрон представляет собой колебательный  контур, настроенный на частоту f0. При  периодическом изменении под  воздействием сигнала накачки с  частотой fn, равной примерно 2*f0, одного из энергоёмких параметров контура, в нём возникает колебание с частотой fm = fn/2, когерентное по отношению к возбуждающему колебанию. При этом фаза возбуждённых в параметроне колебаний может принимать одно из двух отличающихся на 180° значений, условно обозначаемых (0, p), и сколь угодно долго находиться в этом состоянии. Именно эта способность параметрона и позволяет использовать его в качестве основы для построения ЭВМ.

Также были выпущены ЭВМ (в СССР –  Сетунь, а во Франции - КАБ-500), использующие вместо электронных ламп магнитные элементы (ферритовые сердечники) в качестве логических элементов и запоминающих устройств.

Однако, эти направления развития ЭВМ не выдержали конкуренции  с транзисторами, так как транзисторы  были более технологическими, легче  подвергались миниатюризации и позволяли  использовать технологии интегральных схем.