Рождение ЭВМ

 

Содержание

Глава I. История создания ЭВМ ...............................................................................................2

Глава II. Поколение ЭВМ...........................................................................................................5

2.1. Первое поколение.......................................................................................................5

2.2. Второе поколение.......................................................................................................8

2.3. Третье поколение .......................................................................................................9

2.4. Четвертое поколение ...............................................................................................11

2.5. Пятое поколение.......................................................................................................12

  2.6. Современные персональные компьютеры..............................................................13

Приложение 1. Таблица сравнения поколений  ЭВМ ...........................................................15

Глава III. Место в современном мире.....................................................................................16

3.1. Эволюционный процесс..........................................................................................16

3.2 Современные компьютеры.......................................................................................16

3.3 Семейство компьютеров...........................................................................................17

Заключение................................................................................................................................18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I. История создания ЭВМ   

  История компьютера тесным образом связана с попытками облегчить и автоматизировать большие объемы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счетное устройство - абак. Абак (греч. abax, abakion, латинский abacus - доска, счётная доска), счётная доска, применявшаяся для арифметических вычислений в Древней Греции, Риме, затем в Западной Европе до 18 века. Доска разделялась на полосы, счёт осуществлялся передвижением находящихся в полосах счётных марок (костяшек, камней и т.п.). В странах Дальнего Востока распространён китайский аналог абака - суан-пан, в России - счёты.

Развитие приспособлений для счета шло в ногу с достижениями математики. Вскоре после открытия логарифмов в 1623 г. была изобретена логарифмическая линейка, её автором был английский математик Эдмонд Гантер. Логарифмической линейке суждена была долгая жизнь: от 17 века до нашего времени.

Однако ни абак, ни счеты, ни логарифмическая линейка не означают механизации процесса вычислений. В 1642 году выдающимся французским ученым Блезом Паскалем было изобретено принципиально новое счетное устройство – арифметическая машина. В основу её работы Б. Паскаль положил известную до него идею выполнения вычислений с помощью металлических шестеренок. В 1645 г. им была построена первая суммирующая машина, а в 1675 г. Паскалю удается создать настоящую машину, выполняющую все четыре арифметических действия. Почти одновременно с Паскалем в 1660 – 1680 гг. Сконструировал счетную машину великий немецкий математик Готфирд Лейбниц.

Счетные машины Паскаля и  Лейбница стали прообразом арифмометра. Первый арифмометр для четырех арифметических действий, нашедший арифметическое применение, удалось построить только через сто лет, 1790 г., немецкому часовому мастеру Гану. Впоследствии устройство арифмометра совершенствовалось многими механиками из Англии, Франции, Италии, России, Швейцарии. Арифмометры применялись для выполнения сложных вычислений при проектировании и строительстве кораблей. Мостов, зданий, при проведении финансовых операций. Но производительность работы на арифмометрах оставалась невысокой, настоятельным требованием времени была автоматизация вычислений.

В 1833 г. анлийский ученый Чарлз Бэбидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал проект «аналитической машины». По его замыслу, эта машина должна была стать гигантским арифмометром с программным управлением. В машине Бэбиджа предусмотрены  были также арифметические и запоминающие устройства. Его машина стала прообразом будущих компьютеров. Но в ней  использовались далеко не совершенные  узлы, например, для запоминания  разрядов десятичного числа в  ней применялись зубчатые колеса. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путем. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты - листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты уже использовались в текстильной промышленности. Отверстия в них пробивались с помощью специальных устройств - перфораторов.

Осуществить свой проект Бэбиджу  не удалось из – за недостаточного развития техники, и «аналитическая машина» на время была забыта. Идеи Бэббиджа стали реально воплощаться в жизнь в конце 19 века.

В 1888 году американский инженер  Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счетную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 году изобретение Холлерита было впервые использовано в 11-й американской переписи населения. Работа, которую пятьсот сотрудников выполняли в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 табуляторах за один месяц.

 В 1896 году Герман  Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company, которая стала основой  для будущей International Business Machines Corporation, IBM - компании, внесшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.

Дальнейшие развития науки  и техники позволили в 1940-х  годах построить первые вычислительные машины. Создателем первого действующего компьютера Z1 с программным управлением  считают немецкого инженера Конрада  Цузе.

В феврале 1944 года на одном  из предприятий IBM в сотрудничестве с учеными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина "Mark 1". Это был монстр весом около 35 тонн. В "Mark 1" использовались механические элементы для представления чисел и электромеханические - для управления работой машины. Числа хранились в регистрах, состоящих из десятизубных счетных колес. Каждый регистр содержал 24 колеса, причем 23 из них использовались для представления числа (т.е. "Mark 1" мог "перемалывать" числа длинной до 23 разрядов), а одно - для представления его знака. Регистр имел механизм передачи десятков и поэтому использовался не только для хранения чисел; находящееся в одном регистре, число могло быть передано в другой регистр и добавлено к находящемуся там числу(или вычтено из него). Всего в "Mark 1" было 72 регистра и, кроме того, дополнительная память из 60 регистров, образованных механическими переключателями. В эту дополнительную память вручную вводились константы - числа, которые не изменялись в процессе вычислений. 
    Умножение и деление производилось в отдельном устройстве. Кроме того, машина имела встроенные блоки, для вычисления sin x, 10^x и log x.  Скорость выполнения арифметических операций в среднем составляла: сложение и вычитание - 0,3 секунды, умножение - 5,7 секунды, деление - 15,3 секунды. Таким образом "Mark 1" был "эквивалентен" примерно 20 операторам, работающим с ручными счетными машинами. 
       

Наконец, в 1946 в США была создана первая электронная вычислительная машина (ЭВМ) - ENIAC (Electronic Numerical integrator and Computer - Электронный числовой интегратор и компьютер). Разработчики: Джон Мочи (John Маuchу) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert).   Он был произведен на свет в Школе электрической техники Moore (при университете в Пенсильвании). 
Время сложения - 200 мкс, умножения - 2800 мкс и деления - 24000 мкс.  
Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов,

7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов.   Общая стоимость базовой машины - 750000 долларов. Стоимость включала дополнительное оборудование, магнитные модули памяти (по цене 29706,5 доллара) и аренду у IBM (по 82,5 доллара в месяц) устройства считывания перфокарт ( 125 карт в минуту). Она также включала и арендную плату (по 77 долларов в месяц) за IBM-перфоратор (100 карт в минуту). 
Потребляемая мощность ENIAC - 174 кВт. Занимаемое пространство - около 300 кв. м.  
   

В Советском Союзе первая электронная цифровая вычислительная машина была разработана в 1950 году под  руководством академика С. А. Лебедева в Академии наук Украинской ССР. Она  называлась «МЭСМ» (малая электронная  счётная машина).

Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший  теорию программ и алгоритмов, и  Джон фон Нейман - автор конструкции  вычислительных устройств, которая  до сих пор лежит в основе большинства  компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная  с информатикой, - кибернетика, наука  об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем  кибернетики является американский математик Норберт Винер. Одно время  слово "кибернетика" использовалось для обозначения вообще всей компьютерной науки, а в особенности тех  ее направлений, которые в 60-е годы считались самыми перспективными: искусственного интеллекта и робототехники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава II. Поколения ЭВМ.

Развитие ЭВМ делится  на несколько периодов. Поколения  ЭВМ каждого периода отличаются друг от друга элементной базой и  математическим обеспечением.

2.1. Первое поколение (1945-1950) - ЭВМ на электронных лампах. Это эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих вычислительных машин нередко требовали для себя отдельных зданий. Ввод чисел в первые машины производился с помощью перфокарт, а программное управление последовательностью выполнения операций осуществлялось, например в ENIAC, как в счетно-аналитических машинах, с помощью штеккеров и наборных полей. Хотя такой способ программирования и требовал много времени для подготовки машины, то есть для соединения на наборном поле (коммутационной доске) отдельных блоков машины, он позволял реализовывать счетные «способности» ENIAC'а и тем выгодно отличался от способа программной перфоленты, характерного для релейных машин. Солдаты, приписанные к этой огромной машине, постоянно носились вокруг нее, скрипя тележками, доверху набитыми электронными лампами. Стоило перегореть хотя бы одной лампе, как ENIAC тут же вставал, и начиналась суматоха: все спешно искали сгоревшую лампу. Одной из причин - возможно, и не слишком достоверной - столь частой замены ламп считалась такая: их тепло и свечение привлекали мотыльков, которые залетали внутрь машины и вызывали короткое замыкание. Если это правда, то термин «жучки» (bugs), под которым подразумевают ошибки в программных и аппаратных средствах компьютеров, приобретает новый смысл. Когда все лампы работали, инженерный персонал мог настроить ENIAC на какую-нибудь задачу, вручную изменив подключение 6 000 проводов. Все эти провода приходилось вновь переключать, когда вставала другая задача.

Следующий важный шаг в  совершенствовании вычислительной техники сделал американский математик Джон фон Нейман. Ранние вычислительные машины могли выполнять только команды, поступающие извне, причем команды выполнялись поочередно. Хотя использование перфокарт позволяло упростить процесс ввода команд, тем не менее, часто процесс настройки вычислительной машины и ввода команд занимал больше времени, чем собственно решение поставленной задачи. Фон Нейман предложил включить в состав компьютера для хранения последовательности команд и данных специальное устройство - память. Кроме того, Джон фон Нейман предложил реализовать в компьютере возможность передачи управления от одной программы к другой. Возможность хранить в памяти компьютера разные наборы команд (программы), приостанавливать выполнение одной программы и передавать управление другой, а затем возвращаться к исходной значительно расширяла возможности программирования для вычислительных машин. Другой ключевой идеей, предложенной фон Нейманом, стал процессор (центральное обрабатывающее устройство), который должен был управлять всеми функциями компьютера. В 1945 году Джон фон Нейман подготовил отчет, в котором определил следующие основные принципы работы и элементы архитектуры компьютера: 
1. Компьютер состоит из процессора (центрального обрабатывающего устройства), памяти и внешних устройств. 
2. Единственным источником активности (не считая стартового или аварийного вмешательства человека) в компьютере является процессор, который, в свою очередь, управляется программой, находящейся в памяти. 
3. Память компьютера состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес. Каждая ячейка хранит команду программы или единицу обрабатываемой информации.

Причем и команда, и  информация имеют одинаковое представление. 
4. В любой момент процессор выполняет одну команду программы, адрес которой находится в специальном регистре процессора - счетчике команд.  
5. Обработка информации происходит только в регистрах процессора. Информация в процессор поступает из памяти или от внешнего устройства.  
6. В каждой команде программы зашифрованы следующие предписания: из каких ячеек взять обрабатываемую информацию; какие операции совершить с эй информацией; в какие ячейки памяти направить результат; как изменить содержимое счетчика команд, чтобы знать, откуда взять следующую команду для выполнения. 
7. Процессор исполняет программу команда за командой в соответствии с изменением содержимого счетчика команд до тех пор, пока не получит команду остановиться. 
В дальнейшем архитектура фон Неймана незначительно изменялась и дополнялась, но исходные принципы управления работой компьютера с помощью хранящихся в памяти программ остались нетронутыми. Подавляющее большинство современных компьютеров построено именно по архитектуре фон Неймана.