История развития вычислительной техники.Типичная архитектура ПК

Министерство  образования и науки Украины

Севастопольская общеобразовательная школа I-III ступеней №15

Севастопольского  городского совета

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

 

«История развития вычислительной техники.Типичная архитектура ПК»

 

 

 

 

Выполнила:

Ученица 9-А класса

                                                                                            Зайченко А.О.

 

 

Проверил:

учитель информатики 

Красильников Г.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                Севастополь

                                                            2012 г.

История вычислительной техники

Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми  приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов, однако для удобства помещаемые при этом в специальные контейнеры. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени.

 

Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более  и более сложные устройства: абак (счёты), логарифмическая линейка, механический арифмометр, электронный компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, сама по себе, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.

 

Ранние приспособления и устройства для счёта

 

В 1623 году Вильгельм Шикард придумал «Считающие часы» — первый механический калькулятор, умевший выполнять  четыре арифметических действия. Считающими часами устройство было названо потому, что как и в настоящих часах  работа механизма была основана на использовании звёздочек и шестерёнок. Практическое использование это изобретение нашло в руках друга Шикарда, философа и астронома Иоганна Кеплера.

 

Примерно в 1820 году Charles Xavier Thomas создал первый удачный, серийно выпускаемый  механический калькулятор — Арифмометр Томаса, который мог складывать, вычитать, умножать и делить. В основном, он был основан на работе Лейбница. Механические калькуляторы, считающие десятичные числа, использовались до 1970-х.

 

Лейбниц также описал двоичную систему  счисления, центральный ингредиент всех современных компьютеров. Однако вплоть до 1940-х, многие последующие разработки (включая машины Чарльза Бэббиджа и даже ЭНИАК 1945 года) были основаны на более сложной в реализации десятичной системе.

 

1801: появление  перфокарт

 

В 1801 году Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок, в котором вышиваемый узор определялся перфокартами. Серия  карт могла быть заменена, и смена  узора не требовала изменений  в механике станка. Это было важной вехой в истории программирования.

 

В 1890 году Бюро Переписи США использовало перфокарты и механизмы сортировки (табуляторы[1]), разработанные Германом Холлеритом, чтобы обработать поток  данных десятилетней переписи, переданный под мандат в соответствии с Конституцией. Компания Холлерита в конечном счёте стала ядром IBM. Эта корпорация развила технологию перфокарт в мощный инструмент для деловой обработки данных и выпустила обширную линию специализированного оборудования для их записи. К 1950 году технология IBM стала вездесущей в промышленности и правительстве. Предупреждение, напечатанное на большинстве карт, «не сворачивать, не скручивать и не рвать», стало девизом послевоенной эры.

 

Первое поколение  компьютеров с архитектурой фон  Неймана

 

Первой работающей машиной с  архитектурой фон Неймана стал манчестерский «Baby» — Small-Scale Experimental Machine (Малая экспериментальная машина), созданный в Манчестерском университете в 1948 году; в 1949 году за ним последовал компьютер Манчестерский Марк I, который уже был полной системой, с трубками Уильямса и магнитным барабаном в качестве памяти, а также с индексными регистрами. Другим претендентом на звание «первый цифровой компьютер с хранимой программой» стал EDSAC, разработанный и сконструированный в Кембриджском университете. Заработавший менее чем через год после «Baby», он уже мог использоваться для решения реальных проблем. На самом деле, EDSAC был создан на основе архитектуры компьютера EDVAC, наследника ENIAC. В отличие от ENIAC, использовавшего параллельную обработку, EDVAC располагал единственным обрабатывающим блоком. Такое решение было проще и надёжнее, поэтому такой вариант становился первым реализованным после каждой очередной волны миниатюризации. Многие считают, что Манчестерский Марк I / EDSAC / EDVAC стали «Евами», от которых ведут свою архитектуру почти все современные компьютеры.

 

Первый универсальный программируемый  компьютер в континентальной  Европе был создан командой учёных под руководством Сергея Алексеевича  Лебедева из Киевского института  электротехники СССР, Украина. ЭВМ МЭСМ (Малая электронная счётная машина) заработала в 1950 году. Она содержала около 6000 электровакуумных ламп и потребляла 15 кВт. Машина могла выполнять около 3000 операций в секунду. Другой машиной того времени была австралийская CSIRAC, которая выполнила свою первую тестовую программу в 1949 году.

 

В июне 1951 года UNIVAC 1 был установлен в Бюро переписи населения США. Машина была разработана в компании Remington Rand, которая, в конечном итоге, продала 46 таких машин по цене более чем  в 1 млн $ за каждую. UNIVAC был первым массово производимым компьютером; все его предшественники изготовлялись в единичном экземпляре. Компьютер состоял из 5200 электровакуумных ламп, и потреблял 125 кВт энергии. Использовались ртутные линии задержки, хранящие 1000 слов памяти, каждое по 11 десятичных цифр плюс знак (72-битные слова). В отличие от машин IBM, оснащаемых устройством ввода с перфокарт, UNIVAC использовал ввод с металлизированной магнитной ленты стиля 1930-х, благодаря чему обеспечивалась совместимость с некоторыми существующими коммерческими системами хранения данных. Другими компьютерами того времени использовался высокоскоростной ввод с перфоленты и ввод/вывод с использованием более современных магнитных лент.

 

Первой советской серийной ЭВМ  стала Стрела, производимая с 1953 на Московском заводе счётно-аналитических машин. «Стрела» относится к классу больших универсальных ЭВМ (Мейнфрейм) с трёхадресной системой команд. ЭВМ имела быстродействие 2000-3000 операций в секунду. В качестве внешней памяти использовались два накопителя на магнитной ленте емкостью 200 000 слов, объём оперативной памяти — 2048 ячеек по 43 разряда. Компьютер состоял из 6200 ламп, 60 000 полупроводниковых диодов и потреблял 150 кВт энергии. В 1955 году Морис Уилкс изобретает микропрограммирование, принцип, который позднее широко используется в микропроцессорах самых различных компьютеров. Микропрограммирование позволяет определять или расширять базовый набор команд с помощью встроенных программ (которые носят названия микропрограмма или firmware).

 

1960-е — начало 1965-х: второе поколение

 

Следующим крупным шагом в истории  компьютерной техники, стало изобретение  транзистора в 1947 году. Они стали  заменой хрупким и энергоёмким  лампам. О компьютерах на транзисторах обычно говорят как о «втором  поколении», которое доминировало в 1950-х и начале 1960-х. Благодаря транзисторам и печатным платам, было достигнуто значительное уменьшение размеров и объёмов потребляемой энергии, а также повышение надёжности. Например, IBM 1620 на транзисторах, ставшая заменой IBM 650 на лампах, была размером с офисный стол. Однако компьютеры второго поколения по-прежнему были довольно дороги и поэтому использовались только университетами, правительствами, крупными корпорациями.

 

Компьютеры второго поколения  обычно состояли из большого количества печатных плат, каждая из которых содержала от одного до четырёх логических вентилей или триггеров. В частности, IBM Standard Modular System определяла стандарт на такие платы и разъёмы подключения для них. В 1959 году на основе транзисторов IBM выпустила мейнфрейм IBM 7090 и машину среднего класса IBM 1401. Последняя использовала перфокарточный ввод и стала самым популярным компьютером общего назначения того времени: в период 1960—1964 гг. было выпущено более 100 тыс. экземпляров этой машины. В ней использовалась память на 4000 символов (позже увеличенная до 16 000 символов).

 

В 1961 году Burroughs Corporation выпустила B5000, первый двухпроцессорный компьютер с виртуальной  памятью. Другими уникальными особенностями  были стековая архитектура, адресация на основе дескрипторов, и отсутствие программирования напрямую на языке ассемблера. «Сетунь» была первым компьютером на основе троичной логики, разработана в 1958 году в Советском Союзе.

 

Первыми советскими серийными полупроводниковыми ЭВМ стали «Весна» и «Снег», выпускаемые с 1964 по 1972 год. Наилучшей отечественной ЭВМ 2-го поколения считается БЭСМ-6, созданная в 1966. В архитектуре БЭСМ-6 впервые был широко использован принцип совмещения выполнения команд (до 14 одноадресных машинных команд могли находиться на разных стадиях выполнения). Механизмы прерывания, защиты памяти и другие новаторские решения позволили использовать БЭСМ-6 в мультипрограммном режиме и режиме разделения времени. ЭВМ имела 128 Кб оперативной памяти на ферритовых сердечниках и внешнюю памяти на магнитных барабанах и ленте. БЭСМ-6 работала с тактовой частотой 10 МГц и рекордной для того времени производительностью — около 1 миллиона операций в секунду. Всего было выпущено 355 ЭВМ

 

 

 

Типичная архитектура  ПК

 

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.

 

 

Термин "архитектура ЭВМ" возник в середине 60-х годов. Представленная на рисунке архитектура считается классической. Она предложена в 1946 году американским математиком Джоном фон Нейманом.

 

 

 

Эта архитектура содержит в себе основные черты современных архитектурных  решений вычислительных машин. Архитектура современных персональных ЭВМ основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить её модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль (системная шина) – это набор электронных линий, связывающих воедино центральный процессор, системную память и периферийные устройства.

 

Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

 

1 системный блок;

 

2. монитор;

 

3.клавиатуру;

 

4.мышь.

 

Системный блок

 

Системный блок представляет собой  основной узел, внутри которого установлены  наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

 

 

Внутри системного блока размещаются  следующие узлы:

 

·        электронные  схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);

 

·        блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электросхемы компьютера;

 

·        накопители (дисководы) для гибких магнитных  дисков, используемые для чтения и  записи на гибкие магнитные диски (дискеты);

 

·        жесткий магнитный  диск;

 

·        другие устройства.

 

Память компьютера

 

Основная память компьютера состоит  из оперативного и постоянного запоминающих устройств.

 

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения специальных  программ, которые записываются на заводе. Этот комплекс программ называется BIOS – базовая система ввода-вывода. Работа программ, записанных в микросхеме BIOS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства.

 

Самое быстродействующее устройство для хранения данных – оперативная память компьютера.  Ее преимущество – высокая скорость записи и считывания данных. Ее недостаток состоит в ограниченном объеме и в том, что при выключении компьютера оперативная память очищается.

 

Оперативная память используется для  кратковременного хранения данных в тот момент, когда они проходят обработку или происходит их прием-передача. Оперативная память состоит из ячеек. В каждой ячейке может храниться 1 байт данных. У каждой ячейки есть свой адрес.