Смена поколений ЭВМ-переход на новую элементную базу. Большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы
Введение
Данная работа посвящена смене поколений ЭВМ. Компьютеры стали неотъемлемой частью нашей жизни. Всего лишь 20 лет назад для того, чтобы, например, узнать телефон ближайшей закусочной с доставкой пиццы, большинство из нас стало бы звонить в справочную службу по телефону, либо смотреть в справочнике “желтые страницы”.
Теперь мы просто открываем нашу любимую поисковую систему и вводим название того, что хотим найти. Миллионы приложений (то есть программ в сети Интернет) делают нашу жизнь проще, быстрее, интересней, безопасней. Мы привыкли пользоваться Интернетом всегда и всюду, с помощью мобильного телефона, планшетного компьютера или, например, телевизора.
Поэтому данная работа является актуальной. Объектом исследования являются компьютеры. Предметом исследования является переход на новую элементную базу.
Цель работы — проанализировать процесс перехода на новую элементную базу. В работе решаются следующие задачи:
описывается смена поколений ЭВМ;
рассматриваются большие интегральные схемы;
рассматриваются сверхбольшие интегральные схемы;
Смена поколений ЭВМ
Годы Второй мировой войны были критическим периодом в истории вычислительной техники, когда начали появляться мощные гигантские компьютеры. Незадолго до начала войны, в 1938 году, немецкий инженер Конрад Цузе (1910–1995) построил свой Z1, первый в мире программируемый двоичный компьютер.
В следующем году американский физик Джон Атанасофф (1903–1995) и его помощник, инженер-электрик Клиффорд Берри (1918–1963) создали более сложную двоичную машину, которую они назвали Atanasoff Berry Computer (ABC). Это был большой прогресс - в 1000 раз более точный, чем дифференциальный анализатор Буша. Это были первые машины, которые использовали электрические переключатели для хранения номеров: когда переключатель был «выключен», он сохранял нулевой номер; перевернул на другую, «вкл», позицию, он сохранил номер один. Таким образом, сотни или тысячи коммутаторов могут хранить очень много двоичных цифр (хотя двоичный код гораздо менее эффективен в этом отношении, чем десятичный, поскольку для хранения трехзначного десятичного числа требуется до восьми двоичных цифр).
В 1944 году в Гарвардском университете математиком Говардом Айкеном (1900–1973) при поддержке IBM был построен цифровой «Гарвард Марк I» или «Автоматический калькулятор с управлением последовательностями» (ASCC).
Гигантская машина длиной в 15 м была похожа на огромный механический калькулятор, встроенный в стену. Он сохранял и обрабатывал числа, используя электромагнитные реле типа «щелкающий ключ» (электрические магниты, которые автоматически переключали линии на телефонных станциях). Однако ретрансляторы страдали от нескольких проблем: они были большими (вот почему Марк был большим); им нужны были довольно мощные импульсы, чтобы заставить их переключиться; и они были медленными (потребовалось время, чтобы реле переключилось с «выключено» на «включено» или с 0 на 1).
Первые компьютерные системы использовали вакуумные трубки в качестве базового элемента и магнитные барабаны для памяти, были огромными, занимая целые комнаты. Эти компьютеры были очень дорогими в эксплуатации, и в дополнение к использованию большого количества электричества, первые компьютеры выделяли много тепла, что часто являлось причиной неисправностей.
Компьютеры первого поколения полагались на машинный язык, язык программирования низкого уровня, , и они могли решать только одну задачу за один раз [1].
Операторам потребуются дни или даже недели, чтобы создать новую проблему. Входные данные основывались на перфокартах и бумажной ленте, а выходные данные выводились на печатающем устройстве.
Компьютеры UNIVAC и ENIAC являются примерами вычислительных устройств первого поколения.
Рисунок 1. Компьютер UNIVAC, 1951 год
UNIVAC был первым коммерческим компьютером, поставленным бизнес-клиенту, Бюро переписей США в 1951 году [2].
Транзисторы заменят вакуумные трубки во втором поколении компьютеров. Транзистор был изобретен в Bell Labs в 1947 году, но не нашел широкого применения в компьютерах до конца 1950-х годов.
Шокли, который возглавлял команду, полагал, что он может использовать полупроводники (такие материалы, как германий и кремний, которые позволяют электричеству течь через них, только когда они обработаны особым образом), чтобы создать лучшую форму базового элемента, чем вакуумная трубка. Когда его ранние эксперименты не увенчались успехом, он поручил Бардину и Браттену поработать над ним. В конце концов, в декабре 1947 года они создали новую форму усилителя, которая стала называться точечным контактным транзистором и получили патент. Это разозлило Шокли и побудило его изобрести еще лучшую конструкцию - переходный транзистор, который с тех пор стал основой большинства транзисторов.
Транзистор намного превосходил вакуумную трубку, позволяя компьютерам становиться меньше, быстрее, дешевле, энергоэффективнее и надежнее, чем их предшественники первого поколения. Несмотря на то, что транзистор все еще генерировал большое количество тепла, которое было вредно для компьютера, это было значительное улучшение по сравнению с вакуумной трубкой
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Компьютеры второго поколения по-прежнему полагались на перфокарты для ввода и распечатки для вывода [3].
Рисунок 2. Транзистор
Компьютеры второго поколения перешли со сложного двоичного машинного языка на символические или ассемблерные языки, что позволило программистам задавать инструкции словами. В это же время разрабатывались языки программирования высокого уровня, такие как ранние версии COBOL и FORTRAN. Это были также первые компьютеры, которые сохранили свои инструкции в своей памяти, которая перешла от магнитного барабана к технологии магнитного сердечника.
Разработка интегральной схемы была отличительной чертой компьютеров третьего поколения. Транзисторы были миниатюрными и размещались на кремниевых чипах, называемых полупроводниками, что резко увеличивало скорость и эффективность компьютеров.
Рисунок 3. Сверхбольшая интегральная схема
Вместо перфокарт и распечаток пользователи взаимодействовали с компьютерами третьего поколения с помощью клавиатур и мониторов и взаимодействовали с операционной системой, что позволяло устройству одновременно запускать множество различных приложений с центральной программой, контролирующей память.
Компьютеры впервые стали доступны для массовой аудитории, потому что они были меньше и дешевле, чем их предшественники.
Микропроцессор принес четвертое поколение компьютеров, поскольку тысячи интегральных микросхем были встроены в один кремниевый чип. То, что в первом поколении заполняло целую комнату, теперь могло поместиться в ладони [4].
Рисунок 4. Процессор
В 1981 году IBM представила свой первый компьютер для домашнего пользователя, а в 1984 году Apple представила Macintosh. Микропроцессоры также вышли из сферы настольных компьютеров и во многих сферах жизни, поскольку все больше и больше бытовых устройств стали использовать микропроцессоры.
По мере того как эти маленькие компьютеры становились все более мощными, их можно было объединять в сети, что в конечном итоге привело к развитию Интернета. В компьютерах четвертого поколения также были разработаны графические интерфейсы, мышь и портативные устройства.
Вычислительные устройства пятого поколения, основаны на искусственном интеллекте, Использование параллельной обработки и сверхпроводников помогает сделать искусственный интеллект реальностью. Задачи, которые решаются искусственным нейронными сетями находят самые разнообразные сферы применения [5].
Во-первых это бизнес-задачи. Сюда относится прогнозирование на фондовых рынках и электронная коммерция, управление предприятием, управление системой взаимодействия с клиентами и т.д.
Во-вторых это научные задачи. Интеллектуальный анализ данных незаменим в биологиии, медицине, астрономии, информатики, кибернетике, физике.
В-третьих, это задачи анализа Web-данных. Сюда относятся задачи поисковых систем, технологии поиска по изображению, голосу, систем безопасности в сети.
В мобильной связи нейросети используются для осуществления интеллектуальной маршрутизации данных. Искусственные интеллектуалные системы позволяют улучшить передачу данных от источника к потребителю, сделать ее более надежной и эффективной.
В поисковых системах нейросети находят применение для фильтрации данных, отнесения контента к той или иной категории, проверка на соответствие задачам пользователя. Особую роль нейронные сети играют для фильтрации спама, позволяют осуществлять ее значительно эффективнее.
На производстве используется для оптимизации режимов производственного процесса, комплексная диагностика качества продукции (с помощью льтразвука, оптических приборов, радиоактивного излучения), мониторинга и визуализации многомерной диспетчерской информации, предупреждение аварийных ситуаций, робототехника.
Квантовые вычисления, молекулярные и нанотехнологии радикально изменят облик компьютеров в ближайшие годы. Целью вычислений пятого поколения является разработка устройств, которые реагируют на ввод естественного языка и способны к обучению и самоорганизации.
Большие интегральные схемы
Интегральная схема представляет собой тонкий кусочек кремния или иногда другого материала, который был специально обработан так, что на его поверхности вытравлена крошечная электрическая цепь. Схема может содержать многие миллионы микроскопических отдельных элементов, включая транзисторы, резисторы, конденсаторы и проводники, которые все электрически связаны определенным образом для выполнения некоторой полезной функции.
Первые интегральные схемы были основаны на идее, что тот же процесс, который использовался для создания кластеров транзисторов на кремниевых пластинах, мог бы использоваться для создания функциональной схемы, такой как компьютерная логическая схема.
Кусочки полупроводниковых материалов кремния и германия в то время уже печатались с рисунками, открытые поверхности травились химикатами, а затем рисунок удалялся, оставляя десятки отдельных транзисторов, готовых для нарезки и упаковки по отдельности
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Задать вопрос
