История развития вычислительной техники. Создание ЭВМ. Принципы Фон-Неймана. Поколения ЭВМ

Федеральное агентство по образованию науке  РФ

Российская  Международная Академия Туризма 

Волжско-Камский  филиал 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине Информатика

на тему: История развития вычислительной техники. Создание ЭВМ. Принципы Фон-Неймана. Поколения ЭВМ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студентка

1 курса 11 группы

Вахотина  О. И.

Проверил

Розенцвайг  Г.А. 
 
 
 

Набережные  Челны

2009

 

Оглавление 
 

 

Глава 1. История развития и создание вычислительной техники

     На  протяжении всего своего существования люди использовали разного рода и конструкции вычислительные аппараты. Некоторые из них и по сей день используются в повседневной жизни, а некоторые затерялись в переулках времени. Знание истории развития вычислительной техники как основы компьютерной информатики – необходимый составной элемент компьютерной культуры.

     Поэтому кратко рассмотрим историю ее становления  с точки зрения сегодняшнего дня. Основные этапы развития ВТ можно привязать к следующей хронологической шкале:

• ручной - до 17 века
• механический – с середины 17 века
• электромеханический – с 90 годов 19 века
• электронный – с 40 годов 20 века

     Эти этапы отличались друг от друга более  совершенным строением вычислительных аппаратов. Рассмотрим более подробно каждый из этих этапов развития вычислительной техники.

Ручной  период докомпьютерной эпохи

     Ручной  период начался на заре человеческой цивилизации. Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами: пальцевый счет, нанесение засечек, счетные палочки, узелки и т.д. Наконец, появление приборов, использующих вычисление по разрядам, как бы предполагали наличие некоторой позиционной системы счисления, десятичной, пятеричной, троичной и т.д. К таким приборам относятся абак, русские, японские, китайские счеты.

     Историю цифровых устройств начать следует  со счетов. Подобный инструмент был известен у всех народов. Древнегреческий абак представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходили бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камушек в следующем разряде. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. Китайские счеты суан – пан состояли из деревянной рамки, разделенной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки – с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка.

     На  Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с 15 века получил распространение  «дощатый счет», завезенный, видимо, западными купцами с ворванью и текстилем. «Дощатый счет» почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.

Механический  этап

      Развитие механики в 17 веке стало предпосылкой вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений, обеспечивающий перенос старшего разряда. Использование таких машин способствовало «автоматизации умственного труда».

     Увеличение  во второй половине 19 века вычислительных работ в целом ряде областей человеческой деятельности выдвинуло настоятельную потребность в ВТ и повышение требований к ней.

     В этот период английский математик Чарльз Бэббидж выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати.

     Первая  спроектированная Беббиджем машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе. Работающая модель была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы.

     Главным достижением этой эпохи можно  считать изобретение арифмометра ученым, по имени Однер. Главная особенность детища Однера заключается в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов вместо ступенчатых валиков.  Оно проще валика конструктивно и имеет меньшие размеры.

     Первоначально появление в этот период ЭВМ не очень повлияло на выпуск арифмометров, прежде всего из-за различия в назначении, а также в стоимости и распространенности. Однако с 60 годов в массовое использование все активнее проникают электронные клавишные вычислительные машины, выпускаемые вначале на лампах, а с 1964 г. на транзисторах. Лидерство в этом направлении сразу же захватила Япония, которая отличалась миниатюризацией электронной техники, включая ВТ.

Электромеханический этап

     Электромеханический этап развития явился наименее продолжительным и охватывает около 60 лет – от первого табулятора Г. Холлерита до первой ЭВМ ENIAK (1945). Предпосылками создания проектов этого типа явились как необходимость проведения массовых расчетов, так и развитие прикладной электротехники. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях.

     Значение  работ Холлерита для развития ВТ определяется двумя факторами. Во-первых, он стал основоположником нового направления в ВТ – счетно-перфорационного с соответствующим им оборудованием для широкого круга экономических и научно-технических расчетов. Это направление привело к созданию машиносчетных станций, послуживших прообразом современных вычислительных центров. Во-вторых, даже в наше время использование большого числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использование перфокарточной технологии.

     Заключительный  период электромеханического этапа развития вычислительной техники характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электропроводом. Эти аппараты можно рассматривать в качестве прямых предшественников универсальных ЭВМ.

Электронный этап

     Электронный этап, начало которого связывают с созданием в США в конце 1945 г. В истории развития ЭВМ принято выделять несколько поколений, каждое из которых имеет свои отличительные признаки. Главное отличие машин разных поколений состоит в элементной базе, логической архитектуре и программном обеспечении, кроме того, они различаются по быстродействию, оперативной памяти, и т.д. Они должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:

• обеспечивать простоту применения ЭВМ путем эффективных систем ввода/вывода информации, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, возможности обучаемости, логических выводов;
• упростить процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований на естественных языках.
 

Глава 2. Принципы Фон-Неймана

 

     В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен  компьютер для того, чтобы он был  универсальным и эффективным  устройством для обработки информации.

Устройства  компьютера

     Прежде  всего, компьютер должен иметь следующие устройства:

     арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

• устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
• запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
• внешние устройства для ввода-вывода информации.

     Память  компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек. В каждой ячейке могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легкодоступны для других устройств компьютера.  

     Вот каковы должны быть связи между устройствами компьютера (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные — информационные) 
 

Арифметическо- логическое устройство		Устройство  управления		Внешние устройства
		Запоминающие  устройства

 

 Рисунок 1

Принципы работы компьютера

1. Принцип произвольного доступа  к основной памяти.

     Структурно-основная память состоит из одинаковых элементов (ячеек). Процессору в любой момент времени доступна любая ячейка для чтения или записи информации, причём время поиска ячейки одно и тоже для любой из них.

     Чтобы обеспечить доступ к ячейкам памяти, каждая из них имеет свой номер - число от 0 до N-1. Этот номер называется адресом ячейки. Общее число ячеек (N), называют объёмом основной памяти. Максимальное число одновременно адресуемых ячеек зависит от технических параметров компьютера.

     Для современных компьютеров, стандарт - 16-бит (реальный) режим: 1МБайт, из которых доступно пользователю 640 кбайт основной памяти, 32-бит (защищённый) режим: 4ГБайт одновременно загруженных данных.

2. Принцип хранимой программы.

     Программа решения задачи хранится в основной памяти наряду с обрабатываемыми  данными. Достаточно сменить программу  и данные и ЭВМ будет решать любую другую задачу. В этом состоит  третий принцип:

3. Принцип универсальности.

     Универсальность ЭВМ - отличает её от специальных счётных  устройств, предназначенных для решения одного типа задач. Информация, находящаяся в основной памяти, не имеет признаков принадлежности к определённому типу, т.е. по содержимому ячейки ЭВМ, вообще говоря, нельзя установить, что в ней хранится. Это означает, что команды могут рассматриваться как данные, соответственно над ними можно производить какие-то действия. На самом деле так и происходит при выполнении программы на машинном уровне.

     В общих чертах работу компьютера можно описать так:

• с помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.
• Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая команда (инструкция) программы, и организует ее выполнение.
• Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой.

     Однако  этот порядок может быть изменен  с помощью команд передачи управления (перехода). Это позволяет организовать выполнение одной и той же последовательности команд в программе много раз (цикл) и создавать достаточно сложные программы (ветвление).

• Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода.
• Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит в режим ожидания сигналов от внешних устройств¹.