Kompiuterio raida

Kompiuterių raida

Pirmuosius mechaninius skaičiavimo įrenginius dar antikos laikais naudojo

matematikai, inžinieriai bei prekeiviai. Kinijoje ir Japonijoje prieš

keletą tūkstančių metų iki Kristaus gimimo jau buvo naudojami

skaičiuotuvai, 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 tikrą

skaičių.

Vieną iš tobulesnių mechaninių kalkuliatorių 1642 metais sukūrė prancūzų

mokslininkas Blezas Paskalis. Šį įrenginį, pavadintą “Paskalina”,sudarė

ratukai, ant kurių buvo užrašyti skaičiai nuo 0 iki 9. Apsisukęs vieną

kartą, ratukas užkabindavo gretimą ratuką ir pasukdavo jį per vieną

skaičių.

Pagrindinė “Paskalinos” yda – labai sudėtingas įvairių operacijų, išskyrus

sudėtį, atlikimas. Pirmąją mašiną, kuria lengvai atliekami visi keturi

veiksmai , 1673 metais sukūrė vokietis Gotfrydas Vilhelmas Leibnicas.

Anglų matematikas Čarlzas Babidžas, sugalvojęs dvi reikšmingiausias

mechanines skaičiavimo mašinas, dažnai vadinamas šiuolaikinės technikos

“tėvu”. Pirmąją mašiną, skirtą matematiniu lentelių sudarymui ir tikrinimui

(skaičiuojant skaičių skirtumą), Č. Babidžas sukūrė 1822 metais. Ji

vadinosi skirtuminė mašina. 1833 m. jis nutarė sukurti universalią

skaičiavimo mašiną ir pavadino ją “analizine mašina”. Tačiau realizuoti

analizinę mašiną buvo labai problematiška – galiausiai ji būtų buvusi ne

mažesnė už garvežį. Todėl ši mašina nebuvo sukurta. Č. Babidžas nepateikė

nė vieno išsamaus jos aprašymo. Tačiau aprašymas buvo išsuogotas jo

bendradarbės, grafienės, Augustos Ados Bairon-Lavleis dėka. Grafienė Ada

Lavleis vadinama pirmąja programuotoja. Jos garbei viena iš programavimo

kalbų pavadinta Ada.

Č. BBabidžo nuopelnas yra tas, kad analizinėje mašinoje jis pritaikė

komponentus, kurie yra svarbiausi ir šiuolaikiniame kompiuteryje. Jis

pirmasis 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 gyventojų

surašymo duomenų apdovanojimo konkursą. Jis taip pat naudojo perfokoltas.

H. Holerito tabuliatorius tapo pirmąja skaičiavimo mašina, veikiančia ne

mechaniniu procesų pagrindu. Ji pasirodė esanti labai efektivi, ir tai

leido įsteigti firmą, gaminančią tokius tabuliatorius. Nuo 1924 metų iki

dabar ji vadinasi IBM (International Business Machines) ir yra viena

stambiausių kompiuterius gaminančių firmų.

Vokiečių inžinierius Konradas Cūzė paekperimentavęs su dešimtaine

skaičiavimo sistema, vis dėlto pasirinko dvejetainę. Nors ir nesusipažino

su anglų matematiko Džordžo Būlio logika, leidžiančia atlikti elementarius

veiksmus su dvejetainiais skaičiais, K. Cūzė 11936 metais sukūrė skaičiavimo

mašiną Z – 1, kurioje buvo pritaikyti Dž. Būlio algebros principai.

Vėlesniame modelyje Z – 2 vietoje mechaniniu jungiklių jungiklių jis

panaudojo elektromechanines reles, o informacijai įvesti pritaikė

perforuotą 35 mm pločio fotojuostą (vėliau ją pakeitė popierine).

1941 metų pabaigoje, JAV įstojus į karą, IBM firmos prezidentas pasiūlė

Amerikos prezidentui savo paslaugas ir 1944 metais firma pagamino gana

galingą kompiuterį “Mark – 1”, turintį apie 750 tūkstančių dalelių, tarp jų

3304 elektromechanines reles.

1943 metų pabaigoje Anglijoje ėmė veikti didelė skaičiavimo mašina

“Colossus – 11”, skirta vokiečių šifrogramoms dešifruoti.

Berlyne K. Cūzė sukonstravo Z – 3 ir pradėjo projektuoti Z – 4, kurioje

vietoj elektromechaninių relių turėjo būti panaudotos vakuuminės

elektroninės lempos. Tai būtų leidę gerokai padidinti mašinos greitį.

Tačiau A. Hitleris nepalaikė šio projekto, tikėdamasis labai greitai

nugalėti.

Nors pirmosios elektroninės skaičiavimo mašinos projektą sukūrė JAV

mokslininkas Džonas Atanosovas dar 1939 metais, tačiau tik 1945 metų

pabaigoje JAV buvo sukurta galinga, grynai elektroninė mašina ENIAC

(Electronic Numerical Integrator, Analyser and Calculator), kurioje

sumontuotos 17468 elektroninės lempos.

1947 metais Kembridže Morisas Vilksas sukonstravo mašiną EDSAC

(Electronic Delay Storge Automatic Calculator). Skirtingai negu kitos, ji

rėmėsi nauja programavimo aprūpinimo strategija, taigi naudojo

standartines, dažnai skaičiavimams taikomas programas ir įrangą programų

klaidoms aptikti.[1,2]

Kompiuterių kartos

Pirmoji karta. Vakuuminės lempos. ENIAC kompiuteris

Kompiuteris ENIAC – elektronis skaitmeninis integratorius ir

skaičiuotuvas {Electronics Numerical Integrator And Computer} buvo sukurtas

vadovaujant Džonui Makliui (John Mauchly) ir Džonui Ekertui (John Presper

Eckert) Pensilvanijos universitete (JAV) ir yra pirmasis pasaulyje

bendrosios paskirties elektroninis skaitmeninis kompiuteris.

Šis projektas – atsakas į JAV poreikius antrojo pasaulinio karo metu.

JAV karinių pajėgų Balistikos tyrimų laboratorijai (BTL), atsakingai už

trajektorijų lentelių naujiesiems ginklams rengimą, buvo labai sunku

tiksliai ir per trumpą laiką jas parengti. Be jų naujieji ginklai

kariškiams buvo beverčiai. BTL samdydavo daugiau kaip 200 žmonių,

daugiausia moterų, šie staliniais mechaniniais kalkuliatoriais spręsdavo

įvairias balistikos lygtis. Tam tikro ginklo lentelei parengti vienas

žmogus dirbdavo daug valandų ir net dienų.

Pensilvanijos universiteto elektrotechnikos profesorius Dž. Maklis ir

vienas iš jo doktorantų Dž. Ekertas pasiūlė BTL tikslams iš elektroninių

lempų sukurti bendrosios paskirties kompiuterį. 1943 m. šis pasiūlymas JAV

kariuomenės buvo priimtas, ir prasidėjo ENIAC kūrimo darbai. Sukurtoji

mašina priminė monstrą – svėrė 30 tonų, užėmė 1600 m2 patalpos, joje buvo

per 18 000 vakuuminių elektroninių lempų. Ji išeikvodavo apie 140 KW

elektros galios, tačiau veikė žymiai sparčiau už bet kurį elektromechaninį

kompiuterį – galėjo atlikti 5000 sudėties operacijų per sekundę.

ENIAC – dešimtainė, o ne dvejetainė mašina. Skaičiai joje buvo

pateikiami dešimtaine forma ir taikoma dešimtainė aritmetika. Jos atmintį

sudarė 20 vadinamųjų kaupiklių {accumulator}, kiekvienas jų galėjo saugoti

iki 10 dešimtainių skaičių. Kiekvienam skaičiui atvaizduoti naudotas žiedas

iš 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 išjungdami

jungiklius ir perjungdami kontaktus laidžiais trumpikliais.

ENIAC pagamintas 1946-aisiais metais – per vėlai, kad būtų panaudotas

kare. Tad pirmasis jo uždavinys – sudėtingų skaičiavimų serija, kuri padėjo

nustatyti principinę vandenilinės bombos pagaminimo galimybę. ENIAC

kompiuterio taikymas kitiems, nei buvo numatyta, tikslams įrodė jo

bendrosios paskirties pobūdį. 1946-ieji – tai įžengimas į naują –

elektroninių kompiuterių erą. ENIAC, veikęs BTL iki 1955-ųjų, buvo

išmontuotas.

1.3.2. Noimano (skaičiavimo) mmašina

Programų įvedimas arba jų modifikavimas ENIAC kompiuteryje buvo

nuobodus ir varginantis procesas. Programavimą galima buvo palengvinti tik

pačią programą pateikiant patogiu atmintyje kartu su duomenimis saugoti

pavidalu, instrukcijas kompiuteriui teikiant juo pačiu – jam skaitant iš

atminties, o programas įvedant arba keičiant atminties fragmentuose

nustatant tam tikras reikšmes.

Ši idėja, žinoma kaip įsimenamos programos koncepcija {stored-program

concept}, dažniausiai siejama su ENIAC kompiuterio kūrėjais, ypač su

matematiku Džonu von Noimanu (John von Neumann), ENIAC projekto

konsultantu. 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 studijų

institute (Princeton Institute for Advanced Studies) ėmėsi kurti naują

kompiuterį IAS pavadinimu. Šis kompiuteris buvo baigtas tik 1952 m. ir yra

visų vėlesnių bendrosios paskirties kompiuterių prototipas.

1.7 pav. pateikta IAS kompiuterio apibendrinta struktūra. Pagrindinės

komponentės:

• Pagrindinė atmintis, sauganti ir duomenis, ir instrukcijas;

• Aritmetinis ir loginis įrenginys (ALĮ), galintis operuoti dvejetainiais

skaičiais.

• Valdymo įrenginys, interpretuojantis atmintyje esančias instrukcijas ir

kontroliuojantis jų vykdymą.

• Įvesties ir išvesties (Į/I) įrenginys, kurio veikimą taip pat

kontroliuoja valdymo įrenginys.

Ši struktūra Noimano pasiūlyta anksčiau ir jos apibūdinimą čia verta

pacituoti [1]:

Pirma: Kadangi įrenginys (kompiuteris) visų pirmą yra skaičiuotuvas

{computer}, jis turi gebėti atlikti dažniausiai pasitaikančias elementarias

aritmetines operacijas, t. y. sudėties, atimties,

daugybos ir dalybos: +,

–, ´, ¸. Todėl labai naudinga, kad jame būtų specializuoti šias operacijas

atliekantys organai.

Nepaisant to, kad kol kas šis principas tėra tik tuščias garsas,

specifiniam būdui, kuriuo jis bus įgyvendintas, reikia skirti daugiau

dėmesio. Bet kuriuo atveju centrinė aritmetinė {Central Arithmetic – CA}

dalis įrenginyje turėtų būti. Taigi deklaruotina jo (kompiuterio) pirmoji

specifinė dalis – CA.

Antra: Įrenginio (kompiuterio) veikimo logiką, t. y. tikslų jo

operacijų nuoseklumą, efektyviausiai gali valdyti centrinis valdymo

organas. Jeigu įrenginio (kompiuterio) veikimas pasižymės lankstumu, t. y.

kompiuteris atitiks visas įmanomas paskirtis, tuomet reikės atskirti

specifiškas instrukcijas, numatytas specialioms užduotims spręsti, nuo

bendrųjų valdymo organų, kurie šias instrukcijas gauna ir vykdo

nesigilindami, kas jos iš esmės yra. Minėtos instrukcijos turi būti tam

tikru būdu įsimenamos, o valdymo organai yra įrenginio (kompiuterio) tam

tikros veikiančios dalys. Taigi centriniu valdymu {Central Control – CC}

vadinsime tik šias pastarąsias funkcijas atliekančius organus, ir jie

sudaro antrąją specifinę dalį – centrinį valdymą – CV.

Trečia: Kiekvienas įrenginys, atliekantis ilgas ir sudėtingas

operacijų sekas (ypač skaičiavimus), turi turėti pakankamai atminties.

a) Instrukcijoms, kurios valdo sudėtingą uždavinį, būtina daug

informacinės medžiagos, ypač tada, kai kodas yra labai išsamus (detalus, o

taip dažniausiai ir būna daugelyje uždavinių). Ši medžiaga turi būti

įsimenama.

Bet kuriuo atveju atminties būtinumas lemia trečiąją įrenginio specifinę

dalį – atmintį – A {Memory – M}.

Trys specifinės dalys – CA, CV ir A atitinka asociatyvųjį žmogaus

nervųsistemos neuroną. Dar liko neaptarti sensorinių arba jautriųjų ir

motorinių, arba varomųjų neuronų ekvivalentai. T. y. įrenginio

(kompiuterio) įvesties ir išvesties organai.

Turi būti užtikrinti įrenginio įvesties ir išvesties (sensoriniai ir

motoriniai) kontaktai su tam tikra specifine išorine aplinka. Ši aplinka

gali būti vadinama įrenginio išorine įrašymo terpe – R {Recording medium –

R}.

Ketvirta: Įrenginys turi turėti organus, transformuojančius

informaciją iš R terpės į jo specifines CA, CV ir A dalis. Šie organai

formuoja jo įvestį {input}, ketvirtąją specifinę dalį – Į {input – I}.

Atrodo natūralu, kad geriausia visas transformacijas daryti iš R (taikant

Į) į A ir niekada tiesiogiai į CA ar CV .

Penkta. Įrenginys turi turėti organus, transformuojančius informaciją

iš 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 niekada

tiesiogiai iš CA ar CV.

[pic]

Su labai reta išimtimi visų šiuolaikiškų kompiuterių apibendrinta

struktūra ir funkcionavimas yra tokie patys (jie ir vadinami Noimano

mašinomis), tad labai naudinga išnagrinėti IAS kompiuterio veikimą [2]. Kad

būtų aiškiau nūdienos vartotojams, Noimano terminologija pakeista.

IAS kompiuterio atmintį sudaro 1000 saugojimo ląstelių, vadinamų

žodžiais {words}, kiekvienas – po 40 dvejetainių skaitmenų (bitų).

Atmintyje kkartu saugomi ir duomenys, ir instrukcijos. Taigi ir skaičiai, ir

instrukcijos turi būti pateikti dvejetaine forma. 1.8 pav. pavaizduoti

abudu šie formatai. Kiekvienas skaičius pateikiamas ženklo bitu ir 39-iais

reikšmės bitais. Žodis taip pat gali būti sudarytas iš dviejų 20-ies bitų

instrukcijų. Kiekviena instrukcija sudaryta iš 8 bitų operacijos kodo

{opcode}, kuris apibūdina vykdomą operaciją, ir 12 bitų adreso, kuriuo

galima nurodyti tam tikrą žodį atmintyje (nuo 0 iki 999, nors 212 = 4096).

[pic]

Valdymo įrenginys kontroliuoja IAS kompiuterį išrenkant instrukcijas

iš atminties ir jas vykdant tuo pačiu metu be delsos. Tai paaiškinti

reikalinga 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 būti

išsaugomas atmintyje (įrašytas į atmintį) arba nuskaitytas iš atminties;

• Atminties adreso registras (AAR) nurodo adresą atmintyje, kur žodis

turi būti įrašytas iš ABR arba į jį nuskaitytas.

• Instrukcijų registras (IR) saugo vykdomos instrukcijos 8 bitų

operacijos kodą.

• Instrukcijų buferinis registras (IBR) laikinai saugo dešiniąją

instrukciją iš atminties žodžio.

• Programinis skaitiklis (PS) saugo kitos instrukcijų poros, kuri turi

būti išrinkta iš atminties, adresą.

• Akumuliatorius (AK) ir sandaugos koeficientas (SK) laikinai saugo

operandus ir ALĮ veiksmų rezultatus. Pavyzdžiui, dviejų 40 bitų skaičių

sandauga bus 80 bitų; aukštesnieji 40 bitai saugomi AK, o žžemesnieji – SK.

IAS kompiuteris veikia pagal begalinį algoritmą, vykdant instrukcijos

ciklą {instruction cycle} (1.10 pav.). Kiekvieną instrukcijos ciklą sudaro

du subciklai. Per išrankos ciklą {fetch cycle} kitos instrukcijos

operacijos kodas įkeliamas į IR, o atitinkamas adresas talpinamas į AAR.

Ši instrukcija gali būti imama iš IBR arba iš atminties, žodį šiuo atveju

talpinant į ABR ir toliau siunčiant jį į IBR, IR ir AAR.

Kodėl ne tiesiogiai? Taip yra todėl, kad visos šios operacijos

kontroliuojamos elektroninių schemų, todėl naudojami elektriniai duomenų

keliai. Elektroninei daliai supaprastinti, skaitymui ir rašymui į atmintį

bei duomenims siųsti arba priimti naudojama tik po vieną adresų registrą.

Kai operacijos kodas jau yra IR, prasideda vykdymo ciklas. Valdymo

schemos interpretuoja operacijos kodą ir, generuodamos atitinkamus valdymo

signalus, nurodinėja, kad būtų siunčiami duomenys arba kad būtų atliktos

ALĮ operacijos, vykdo pasirinktą instrukciją.

IAS kompiuteryje buvo numatyta 21 instrukcija. Jas galima sugrupuoti

taip:

• Duomenų siuntimas. Vykdoma duomenų kaita tarp atminties ir ALĮ registrų

arba tarp dviejų ALĮ registrų {LOAD #, STOR #}.

• Besąlyginis šakojimasis. Valdymo įrenginys paprastai operacijas vykdo

nuosekliai iš atminties. Tačiau šį nuoseklumą gali pakeisti šakojimosi

instrukcijos. Tuomet galima vykdyti ciklines operacijas {JUMP #}.

• Sąlyginis šakojimasis. Šakojimasis gali būti daromas pagal tam tikrą

sąlygą. Tokiu būdu į programas įvedami šakojimosi (perėjos) taškai {JUMP

#}.

• Aritmetinės operacijos. Vykdomos ALĮ {ADD #, SUB #, MUL ##.}.

• Adresų modifikacija. Suteikia galimybę adresus skaičiuoti ALĮ ir juos

įterpti į atmintyje saugomas instrukcijas. Programos įgyja adresavimo

lankstumo.

1.10 pav. parodyti keli valdymo įrenginio instrukcijų vykdymo

pavyzdžiai. Pažymėtina, kad kiekvienai operacijai atlikti reikia kelių

žingsnių. Kai kurios iš jų gana sudėtingos. Daugybos operacijai būtina 39

suboperacijos – kiekvienai bito pozicijai po vieną, išskyrus ženklo bito.

1.3.3. Antroji kompiuterių karta. Tranzistoriai

Pirmasis esminis elektroninių kompiuterių keitimasis įvyko, kai

vakuumines lempas pakeitė tranzistoriai. Tranzistoriai mažesni, pigesni ir

išskiria mažiau už vakuumines lempas šilumos, tuo pat metu kompiuteriuose

gali 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 RCA

kompanijos ir šiek tiek vėliau IBM – 7000-ąją kompiuterių šeimą.

Tranzistorių taikymas būdingas antrosios kompiuterių kartos bruožas.

Kompiuterius priimta klasifikuoti į kartas pagal fundamentines techninės

įrangos {hardware} technologijas (1.1 lentelė). Kiekvienai naujajai kartai

būdinga didesnė sparta, talpesnė atmintis ir mažesni matmenys.

1.1 lentelė. Kompiuterių kartos

|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 karta

pasižymėjo sudėtingesniais aritmetikos ir logikos bei valdymo įrenginiais,

aukšto lygio programavimo kalbų taikymu ir tuo, kad su kompiuteriais buvo

teikiama programinė įranga.

Antroji kompiuterių karta taip pat siejama su ,,Digital Equipment

Corporation“ (DEC) įkūrimu 1957 m. Tais metais DEC pristatė PDP-1

kompiuterį, kuris iš esmės buvo pirmas minikompiuteris ir trečiosios

kompiuterių kartos pirmtakas.

IBM 7094 kompiuteris

Pradedant 700-osios serijos (1952 m.) ir baigiant paskutiniuoju 7000-

osios serijos (1964 m.) modelių IBM kompanijos kompiuteriais akivaizdi

būdinga kompiuterių evoliucija. Šių kompiuterių raida apibūdinama

kompiuterių pajėgumo didėjimu, galimybių plėtra arba kainos mažėjimu.

Kaip matyti iš 1.2 lentelės, pagrindinės atminties (organizuotos iš 36

bitų žodžių) talpa padidėjo nuo 2K (1K = 210) iki 32K žodžių, o kreipties į

vieną žodį atmintyje trukmė (atminties ciklo trukmė) sumažėjo nuo 30 ms

iki 1,4 ms. Operacijų kodų padaugėjo nuo 24 iki 185. Paskutiniame 1.2

lentelės stulpelyje pateikta santykinė CPĮ sparta. Ji padidėjo patobulinus

elementinę bazę (tranzistoriai spartesni už lempas) ir pagerinus (tapo

sudėtingesnė) schemotechniką. Pavyzdžiui, IBM 7094 kompiuteryje pritaikytas

atsarginės instrukcijos registras {Instruction Backup Register – IBR},

kuris atlieka kitos išrenkamos instrukcijos buferio funkciją. Per išrankos

ciklą valdymo įrenginys iš atminties nuskaito du greta esančius žodžius.

Tai reiškia, kad, išskyrus šakojimosi {branch} instrukcijas, kurios

pasitaiko ganėtinai retai, valdymo įrenginys vienai instrukcijai pasirinkti

eikvoja tik pusę instrukcijos ciklo. Dėl šios išankstinės išrankos žymiai

mažėja vidutinis instrukcijos ciklas.

1.11 pav. pateikta IBM 7094 kompiuterio su labai išvystyta periferija

konfigūracija (būdinga antrajai kartai). Joje pastebimi keli esminiai

skirtumai, palyginti su IAS kompiuteriu, svarbiausias – duomenų kanalų

{data channels} taikymas. Duomenų kanalas – nepriklausomas Į/I modulis su

savu procesoriumi ir instrukcijomis. Kompiuterizuotoje sistemoje su tokiais

įrenginiais CPĮ nevykdo detaliųjų Į/I pobūdžio instrukcijų. Šios

instrukcijos saugomos pagrindinėje atmintyje ir vykdomos specialios

paskirties procesoriaus pačiame duomenų kanale. CPĮ inicijuoja Į/I

mechanizmą siųsdamas valdymo signalą į duomenų kanalą, jam (kanalui)

nurodant, kad būtina atlikti instrukcijų, esančių atmintyje, seką. Duomenų

kanalas 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 skirstytuvo

tarp duomenų kanalų, CPĮ ir atminties funkciją. Multiplekseris tvarko

kreiptis 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 buvo

montuojama iš diskrečiųjų elementų – tranzistorių, rezistorių,

kondensatorių ir pan. Visas gamybos procesas nuo tranzistoriaus pagaminimo

iki spausdintos plokštės surinkimo buvo labai brangus ir ilgai trukdavo.

Dėl to kompiuterių industrijoje kilo problema. Pirmuosiuose antrosios

kartos kompiuteriuose buvo apie 1000 tranzistorių. Vėliau jų padaugėjo iki

šimtų tūkstančių ir kėlė dar daugiau problemų gaminant naujausius ir

pajėgiausius kompiuterius.

1958 m. išrasta integrinė mikroschema padarė revoliucinį perversmą

visoje elektronikoje. Ji apibūdina trečiosios kartos kompiuterius. Šiame

poskyryje aptarsime du labai svarbius trečiosios kartos modelius: IBM

kompanijos System/360 ir DEC kompanijos PDP-8 kompiuterius.

IBM System/ 360 kompiuteris

Iki 1964 m. IBM kompanija gamino ir pardavinėjo 7000-osios serijos

kompiuterius. Tais metais IBM pristatė System/360 – naują kompiuterių

šeimą. Paskelbimas nebuvo didelė staigmena, tik trikdė kelios anų laikų IBM

produktų vartotojams nemalonios ,,naujienos“: System/360 linijos produktai

nesuderinami su ankstesniais IBM kompiuteriais. Tai buvo nepopuliarus IBM

kompanijos žingsnis, tačiau norint atsikratyti kai kurių 7000-osios serijos

architektūros trūkumų jį reikėjo vieną kartą žengti ir pereiti prie naujos

integrinių schemų technologijos. System/360 kompiuterių konstrukcija

pasirodė labai tobula ir IBM perėmė apie 70% visos kompiuterijos rinkos.

Atlikus tam tikras modifikacijas ir išplėtus System/360 architektūra

dideliuose IBM kompiuteriuose išliko iki šiol.

System/360 – pirmoji suplanuotoji kompiuterių šeima, kurioje buvo

labai 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 modelio

kompiuteryje, skiriasi tik jos vykdymo trukmė. Pagrindiniai kompiuterių

šeimos bruožai:

Panašios arba identiškos instrukcijos. Tam tikrą griežtai apibrėžtą

kompiuterinių (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 nepilnas

instrukcijų rinkinys, o aukštesniojo lygio – pilnas. Taigi programinis

suderinamumas esti ,,iš viršaus“ ,,žemyn“, bet ne atvirkščiai.

Panašios arba identiškos operacinės sistemos. Visuose šeimos modeliuose

taikomos tos pačios operacinės sistemos arba aukštesnio lygio modeliuose –

išplėstų galimybių operacinės sistemos.

Didėjanti sparta. Instrukcijų atlikimo sparta pereinant nuo žemesniojo prie

aukštesniojo modelių lygio didėja.

Į/I prievadų {ports} skaičiaus didėjimas pereinant nuo žemesniojo prie

aukštesniojo modelių lygio.

Atminties talpos didėjimas pereinant nuo žemesniojo prie aukštesniojo

modelių 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 |

|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 |

Šeimos koncepcija įgyvendinama įvairiais būdais. Pavyzdžiui,

instrukcijų vykdymą galima spartinti taikant sudėtingesnę ALĮ

schemotechniką, suteikiančią galimybę kelias smulkias operacijas vykdyti

vienu metu. Kitas būdas – išplėsti duomenų magistralę tarp CPĮ ir

atminties, pvz., IBM System/360 Model 30 kompiuteryje iš atminties tam

tikru momentu galima buvo gauti tik 1 baitą duomenų, o Model 70

kompiuteryje – 8 baitus.

System/360 kompiuterių šeima turėjo įtakos ne tik IBM kompiuterių

raidai, bet ir visai kompiuterių industrijai. Nemažai šios šeimos elementų

tapo standartiniais kituose dideliuose {mainframe} kompiuteriuose.

DEC PDP-8 kompiuteris

Tais pačiais metais, kai IBM pradėjo prekiauti System/360

kompiuteriais, kita kompanija – DEC pasiūlė rinkai PDP-8 kompiuterio

modelį. Vidutiniams kompiuteriams reikėjo specialių kondicionuojamų

patalpų, o PDP-8 kompiuteris (pagal industrinę klasifikaciją –

supaprastintas minikompiuteris) galėjo būti išdėstomas ant laboratorinio

stalo arba įmontuotas į tam tikrą kitą techninę įrangą. Jis neatliko tiek

daug įvairių uždavinių kaip didelis {mainframe} kompiuteris, tačiau

palyginti nedidelė jo kaina – 1600$ buvo prieinama net techninėms

laboratorijoms (IBM System/360 kompiuteris tuomet kainavo šimtus tūkstančių

dolerių).

PDP-8 kompiuterio kaina ir nedideli matmenys suteikė galimybę kitiems

gamintojams integruoti PDP-8 į kompleksines sistemas ir jas perpardavinėti.

Šiuos gamintojus vadina originalios įrangos gamintojais {Original Equipment

Manufactures – OEM}.

PDP-8 kompiuterių šeima (1.4 lentelė) užėmė rinkos sektorių, anksčiau

priklausiusį IBM kompiuteriams, ir suteikė DEC kompanijai galimybę būti

antroje 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 taikyti

struktūra, 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 96

laidininkai, kuriais siunčiami valdymo, adresų ir duomenų signalai. Visos

kompiuterio sistemos komponentės kolektyviai {share} ,,naudojasi“ bendra

signalinių laidininkų visuma, taigi jų taikymas turi būti valdomas CPĮ.

Tokia architektūra labai lanksti ir suteikia galimybę kurti įvairias

kompiuterio konfigūracijas.

1.3.5. Vėlesnės kompiuterių kartos

trečiosios kompiuterių kartos vis sunkiau prieinama bendro

susitarimo dėl kompiuterių klasifikavimo pagal kartas. 1.1 lentelėje

matyti, kad yra ir ketvirtoji, ir penktoji kompiuterių kartos, pagrįstos

integrinių schemų technologija. Didelės integracijos schemose viename

integrinės schemos {Large-Scale-Integration – LSI} luste galima suformuoti

per 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 naujų

produktų, didėjant programinės įrangos ir telekomunikacijų svarbai,

kompiuterių klasifikavimas pagal kartas tampa netikslus ir mažiau svarbus.

Galima tteigti, kad naujovės, įdiegtos kompiuterijoje praeito amžiaus 8-

ajame dešimtmetyje, turi įtakos iki šiol. Čia paminėsime tik dvi iš šių

naujovių.

Puslaidininkinė atmintis

XX a. 6-ajame ir 7-ajame dešimtmečiuose kompiuterių pagrindinė

atmintis būdavo konstruojama iš mažų (skersmuo neviršijo 2 mm)

feromagnetinių žiedelių (šerdelių). Šerdeles įnerdavo į plonų vielučių

tinklelį – suformuodavo atminties matricą. Ji buvo talpinama į magnetinį

ekraną ir išdėstoma kompiuteryje. Žiedelis {core}, įmagnetintas viena

kryptimi, atitikdavo vienetą; įmagnetintas priešinga kryptimi – nulį.

Magnetinė atmintis buvo palyginti sparti – bito skaitymas iš atminties

trukdavo trumpiau nei 1 ms, tačiau bbrangi, griozdiška, taikyta destruktyvus

skaitymo mechanizmas: kreiptis į šerdelę sunaikindavo jame esančius

duomenis. Todėl taikyta specialios schemos, atstatančios perskaitytuosius

duomenis.

1970 m. ,,Fairchild“ kompanija pagamino pirmą palyginti talpią

atminties mikroschemą. Lustas, kurio matmenys neviršijo vienos šerdelės

matmenų, galėjo saugoti 256 bitus. Skaitymas nebuvo destruktyvus ir vyko

daug sparčiau nei magnetinėje atmintyje. Bito skaitymas trukdavo apie 15

ns. Tačiau vienas bitas atsiėjo daugiau nei atminčiai esant iš šerdelių

(„korinė“ atmintis).

Puslaidininkinės atminties gamybos technologija nuolat tobulėjo, ir

1974 m. puslaidininkinės atminties vienas bitas tapo pigesnis nei

magnetinės atminties.

Nuo 1970 m. puslaidininkinės atminties raidoje pasikeitė aštuonios

kartos: 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, ir dabar esti 16M bitų viename

luste. Kiekviena nauja karta keturgubino atminties talpą, mažino vieno bito

kainą ir kreipties trukmę.

Mikroprocesoriai

Didėjant elementų tankiui atminties mikroschemose, didėjo elementų

tankis ir procesoriaus lustuose. Laikui bėgant vis daugiau elementų buvo

išdėstoma viename luste ir vis mažiau lustų reikėjo kompiuterio

procesoriaus konstrukcijoje.

Lemiamas lūžis įvyko 1971 m., kai ,,Intel“ kompanija sukūrė i4004

mikroschemą. i4004 – pirmas lustas, kuriame buvo išdėstytos visos CPĮ

komponentės – sukurtas mikroprocesorius.

I4004 mikroprocesorius galėjo ssudėti du 4 bitų skaičius, o daugyba

buvo atliekama atitinkamai kartojant sudėties operaciją. Pagal dabartinius

reikalavimus i4004 mikroprocesorius labai primityvus, tačiau juo prasidėjo

mikroprocesorių evoliucija.

Mikroprocesorių evoliucija akivaizdžiausia pagal bitų, kuriuos

procesorius gali vienu metu apdoroti, skaičių. Šio skaičiaus tikslaus mato

nėra, tačiau galbūt geriausiai tai atspindi procesoriaus išorinės

magistralės plotis. Kitu matu gali būti akumuliatoriaus arba bendrosios

paskirties registrų bitų skaičius. Kartais šie skaičiai sutampa, bet ne

visada. Pavyzdžiui mikroprocesorius gali operuoti 16 bitų skaičiais, tačiau

vienu metu nuskaityti arba įrašyti tik 8 bitus.

1972 m. ,,Intel“ sukūrė ppirmąjį 8 bitų mikroprocesorių i8008, beveik

du kartus sudėtingesnį nei i4004. Ir i4004, ir i8008 buvo specialiosios

paskirties mikroprocesoriai (taikomi specialiais atvejais). Bendrosios

paskirties mikroprocesorių i8080 ,,Intel“ sukūrė 1974 m. Tai irgi 8 bitų

procesorius, tačiau spartesnis, su platesniu instrukcijų rinkiniu ir

tobulesniu 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 |

|Duomenų magistralės |8 |8 |16 |32 |32 |

|Vyksmaženklių {flag} |4 |5 |9 |14 |14 |

|Registrų skaičius |8 |8 |16 |8 |8 |

|Adresuojamosios |16 KB |64 KB |1 MB |4 GB |4 GB |

|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 |

Pramoninių asmeninių kompiuterių istorija prasidėjo 1971 metais, kai du

amerikiečiai Stivenas Džobsas ir Stivas Vozniakas garaže surinko

kompiuterį, kurį pavadino “Apple”. (Taip pat 1971 metais buvo sukurtas

pirmasis asmeninis kompiuteris “Kenbat – 1”, kurio parduota tik 40

vienetų.) Tuoj pat ttokių 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 asmeninį

kompiuterį IBM PC, kuris ir tapo pirmuoju populiariausiu profesiniu

asmeniniu kompiuteriu. Plėtojantis mokslui ir technikai, firmos IBM

pirmtaką 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). Nuo

1993 metų gaminamas kompiuteris su “Pentium” procesoriumi (AT586). 1985

metų sukurtos grafinės vartotojo sąsajos priemonės “MS Windows”. Dabar

plačiai taikomi didelės talpos optiniai kompaktiniai diskai (CD ROM ) ir

daugialypė terpė.

Lietuvoje kompiuteriai pasirodė baigiantis šeštajam dešimtmečiui. Jie

buvo lempiniai, labai dideli, nepatikimi, be to, sudėtinga ir brangi jų

eksploatacija. 1960 metais pirmąjį kompiuterį įsigijo Mokslų Akademijos

Fizikos ir Matematikos institutas. 1963 metais Vilniaus universitete ir

Kauno politechnikos institute (dabar KTU) ėmė veikti kompiuteriai “Minsk –

14”, o nuo 1971 metų – “Minsk – 22”. 1964 metais Vilniaus skaičiavimo

mašinų gamykla pradėjo gaminti pirmuosius lietuviškus kompiuterius „Rūta“.

1986 metais “Nuklonas” pradėjo gaminti buitinius ir mokyklinius

mikrokompiuterius BK 0010Š. Tais pačiais metais Kauno politechnikos

institute kartu su Kauno radijo matavimų technikos MTI mokslininkais

sukurtas pirmasis originalus lietuviškas asmeninis kompiuteris

“Santaka”.[3]

Kompiuterių istorija yra vienas ilgas pasakojimas apie nuolat gerėjančius

jų veikos parametrus. Tuo pat metu pradedama suprasti, kad egzistuoja ribos

to, ką dar galima išspausti iš puslaidininkių. Karts nuo karto pasirodo

naujo tipo kompiuterių, naudojančių kitus kvantų fizikos principus ar

optinius komponentus, pasiūlymai. Bet, bent jau artimiausioje ateityje,

galime būti tikri, kad kasmet maždaug padvigubės ir puslaidininkiais

besiremiančių dabartinių kompiuterių galimybės. Mikroschemų raštas darosi

vis smulkesnis, atsiranda daugelį sluoksnių turinčios integrinės schemos,

todėl kompiuteriai tampa spartesni. Nauja, gudriau suplanuota kompiuterių

architektūra leidžia jiems vienu metu apdoroti daugiau uždavinių.

Tikėkimės, jog tokie galingi asmeniniai kompiuteriai greitai stovės ant

stalo ir daugelyje Lietuvos namų.[4]

LITERATŪRA

1. G. Leonavičius, R. Ališauskas, A. Balvočius, T. Balvočienė, V.

Brazdeikis, V. Gudonienė, A. Miežinienė “Informatikos skaitiniai” Kaunas

“Šviesa” 1996

2. A. Balčytienė, G. Leonavičius “Informatika 1” Vilnius “Baltic ECO” 1997

3. http://www.el.vtu.lt/distancija/ivadas3.htm

4. http://www.rtn.lt/mi/ssi/kompiuteris.html