Сущность, формы и функции исторического сознания. Методы и источники изучения истории

Содержание

 

Введение

 

1.История развития ЭВМ. Поколение  ЭВМ и их характерные особенности

1.1  Нулевое поколение – до 1940 года.

1.2 Первое поколение (1945-1955): электронные лампы и коммутационные  панели

1.3. Второе  поколение (1955-1965): транзисторы и системы пакетной обработки

1.4.Третье поколение (1965-1980): интегральные схемы и многозадачность

1.5.Четвёртое поколение (с 1974 года-1982 год и по наши дни): персональные  компьютеры

1.6. Проект ЭВМ пятого поколения:  Эволюция – использование   нанотехнологии

1.7.Сравнительная характеристика  поколений компьютеров

 

Заключение

 

Список используемой литературы

 

 

Введение

История развития вычислительной техники представляет немалый интерес, показывая тесную взаимосвязь математики с физикой (прежде всего с физикой твердого тела, полупроводников, электроникой) и современной технологией, уровнем  развития которой во многом определяется прогресс в производстве средств вычислительной техники. Прошло уж очень много лет с тех пор, как появилась первая электронная вычислительная машина. За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений вычислительных машин, а первые ЭВМ сегодня являются музейной редкостью. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры. Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению? Это прежде всего их элементная база (из каких в основном элементов они построены), и такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Конечно же, деление ЭВМ на поколения в определенной мере условно. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим - к другому поколению. И все же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники.

 

 

 

1 История развития ЭВМ

С увеличением объёма вычислений появился первый счётный переносной инструмент -“Счёты”. В начале 17 века возникла необходимость в сложных вычислениях, потребовались счётные устройства, способные выполнять большой объём вычислений с высокой точностью. В 1642 г. французский математик Паскаль сконструировал первую механическую счётную машину - “Паскалину”. В 1830 г. английский учёный Бэбидж предложил идею первой программируемой вычислительной машины (“аналитическая машина”). Она должна была приводиться в действие силой пара, а программы кодировались на перфокарты. Реализовать эту идею не удалось, так как было не возможно сделать некоторые детали машины. Первый реализовал идею перфокарт Холлерит. Он изобрёл машину для обработки результатов переписи населения. В своей машине он впервые применил электричество для расчётов. В 1930 г. американский учёный Буш изобрел дифференциальный анализатор - первый в мире компьютер. Большой толчок в развитии вычислительной техники дала вторая мировая война. Военным понадобился компьютер, которым стал “Марк-1” - первый в мире цифровой компьютер, изобретённый в 1944 г. профессором Айкнем. В нём использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. Размеры: 15 X 2,5 м., 750000 деталей. Могла перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с. В 1946 г. группой инженеров по заказу военного ведомства США был создан первый электронный компьютер - “Эниак”. Быстродействие: 5000 операций сложения и 300 операций умножения в секунду. Размеры: 30 м. в длину, объём - 85 м3., вес - 30 тонн. Использовалось 18000 эл. ламп. Первая машина с хранимой программой - ”Эдсак” - была создана в 1949 г., а в 1951 г. создали машину “Юнивак” - первый серийный компьютер с хронимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации. Направления развития и поколения ЭВМ. В развитии вычислительной техники обычно выделяют несколько поколений ЭВМ: на электронных лампах (40-е начало 50-х годов), дискретных полупроводниковых приборах (середина 50-х начало 60-х годов), интегральных микросхемах (в середине 60-х годов) сверхбольших интегральных схемах (70-е,80-е).

1.1Нулевое поколение.

«Нулевое» - до 1940 года.  Это вычислительный элемент  – механический. Простые арифметические операции. Арифмометры, механические счетные  машины.

1.2.Первое поколение(1945-1955): 
электронные лампы и коммутационные панели

 

 В 1642 году Блез Паскаль сконструировал восьми зарядный суммирующий механизм. В 1673 году немецкий ученый Лейбниц разработал счетное устройство, в котором использовал механизм, известный под названием «колесо Лейбница». Оно выполняло сложение, вычитание, деление и умножение. Два столетия спустя в 1820 француз                          Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял свое место на бухгалтерских столах. Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены еще в 1833 году английским математиком Чарльзом Бэббиджом. Поэтому самый первый настоящий цифровой компьютер был изобретён Чарльзом Бэббиджем. Его аналитическая машина должна была выполнять вычисления без участия человека: исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в то время широко использовались в ткацких станках) и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии – память). Это была чисто механическая машина, а технологии того времени не были достаточно развиты для изготовления многих деталей и механизмов высокой точности. Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию аналитической машины, однако он разработал основные идеи. Идеи Бэббиджа стали реально выполняться в жизнь в конце 19 века. В 1888 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 использовано в 11-ой американской переписи населения. Работа, которую 500 сотрудников выполняли в течении семи лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах выполнил за один месяц.

В 1896 году Герман Холлерит основал фирму COMPUTING TOBULATING RECORTING COMPANY, которая стала  основой для будущей Интернешинал Бизнес Мэшинс (IBM)- компании внесшей гигантский вклад в развитие мировой  компьютерной техники.  Дальнейшее  развитие науки  и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. И в 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века (электромеханических реле) смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Это был монстр весом в 35 тонн. Он был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами длиной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды. Но электромеханические реле работали недостаточно быстро. Поэтому уже в 1943 году американцы начали разработку альтернативного варианта вычислительной машины на основе электронных ламп. В 1946 году была построена первая электронная вычислительная машина ENIAC (ЭНИАК). Ее вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп.

 

 

Рис. 1. Электронная лампа.

Считала машина в двоичной системе и производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения  в секунду. Появлению электронных ламп предшествовало создание вакуумных ламп. Первая вакуумная лампа была построена Флемингом в 1904 г. В 1906 г. Ли де Форест изобретает вакуумный триод (Рис. 2). Триод состоял из трёх основных элементов, расположенных в стеклянной вакуумной лампе: катода, анода и разделяющей их сетки. При нагревании катода внешним источником питания он испускает электроны, которые собираются в аноде. Сетка, расположенная в середине лампы, позволяет управлять потоком электронов. Когда на сетку попадает ток отрицательного потенциала, электроны отталкиваются от сетки и собираются вокруг катода; при подаче тока положительного потенциала электроны проходят через сетку и улавливаются анодом. Таким образом, изменяя значение потенциала сетки, можно моделировать состояния анода включено/выключено [6, c.41], это позволяло представлять информацию в двоичном коде.

Рис. 2 Вакуумная трубка триода.

 

 

 

 

 

 

 

После триода появляется газонаполненная  электронная лампа – титратрон, пятиэлектродная лампа – пентод и т.д. К началу 50-х, с выпуском перфокарт   установившееся положение несколько улучшилось. Стало возможным вместо использования коммутационных панелей записывать и считывать программы с карт, но в остальном процедура вычисления оставалась прежней.

Рис.3 Перфокарта

 

1.3. Второе  поколение (1955-1965): транзисторы и системы пакетной обработки

Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. инженерами Bell Laboratory Джоном Бардином и Уолтером Брайттеном транзисторов – миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить электронные лампы. Один транзистор был способен заменить сорок электронных ламп. В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров. Транзисторы состоят главным образом из кремния и германия, а также добавок определённого состава. В середине 50-х годов были найдены очень дешёвые способы производства транзисторов, и во второй половине 50-х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности. Единственная часть компьютера, где транзисторы не могли заменить электронные лампы, – это блоки памяти, то там вместо ламп стали использовать изобретённые к тому времени схемы памяти на магнитных сердечниках. В компьютерах стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, способные хранить большой объем информации. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объём памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ UNIVAC, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации.Машины теперь называемые майнфреймами, располагались в специальных комнатах с кондиционированным воздухом, где ими управлял целый штат профессиональных операторов. Впервые сложилось чёткое разделение между проектировщиками, сборщиками, операторами, программистами и обслуживающим персоналом. Чтобы выполнить задание (то есть программу или комплект программ), программист сначала должен был записать его на бумаге (на Фортране или ассемблере), а затем перенести на перфокарты. После этого – принести колоду перфокарт в комнату ввода данных, передать одному из операторов и ждать, когда будет готов результат.Когда компьютер заканчивал выполнение какого-либо из текущих заданий, оператор подходил к принтеру, открывал лист с полученными данными и относил его в комнату для распечаток, где программист позже мог его забрать. Затем оператор брал одну из колод перфокарт, принесённых из комнаты ввода данных, и считывал их. Если в процессе расчётов был необходим компилятор языка Фортран, то оператору приходилось брать его из картотечного шкафа и загружать в машину отдельно. Если учитывать высокую стоимость оборудования, не удивительно, что люди довольно скоро занялись поиском способа повышения эффективности использования машинного времени. Общепринятым решением стала система пакетной обработки. Первоначальный замысел состоял в том, чтобы собрать полный поднос заданий (колод перфокарт) в комнате входных данных и затем переписать их на магнитную ленту, используя небольшой и (относительно) недорогой компьютер, например, IBM 1401, который был очень хорош для считывания карт, копирования лент и печати выходных данных, но не подходил для числовых вычислений. Другие, более дорогостоящие машины, такие как IBM 7094, использовались для настоящих вычислений

 

Рис.4 Вычислительная машина  IBM 7094

Последовательность пакетной обработки:

а) программист приносит карты для IBM 1401;

б) IBM 1401 записывает пакет заданий на магнитную ленту

в)  оператор приносит входные данные на ленте к IBM 7094

г) IBM 7094 выполняет вычисления

д)  оператор переносит ленту с выходными данными на IBM 1401

е) IBM 1401 печатает выходные данные

Примерно после часа сбора  пакета заданий лента перематывалась, и её относили в машинную комнату, где устанавливали на лентопротяжном устройстве. Затем оператор загружал специальную программу (прообраз сегодняшней  операционной системы), которая считывала  первое задание с ленты и запускала  его. Выходные данные записывались на вторую ленту вместо того, чтобы  идти на печать. Завершив очередное  задание, операционная система автоматически  считывала с ленты следующие, и начинала обрабатывать его. После  обработки всего пакета оператор снимал ленты с входной и выходной информацией, ставил новую ленту  со следующим заданием, а готовые  данные помещал на IBM 1401 для печати в автономном режиме (то есть без  связи с главным компьютером).Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличело емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития программного обеспечения. Появились также специализированные машины, например ЭВМ для решения экономических задач, для управления производственными процессами, системами передачи информации и т.д. К ЭВМ второго поколения относятся: 

·  ЭВМ М-40, -50 для систем противоракетной обороны;

·  Урал -11, -14, -16 - ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических и планово-экономических задач;

· Минск -2, -12, -14 для решения инженерных, научных и конструкторских задач математического и логического характера;

· Минск-22 предназначена для решения научно-технических и планово-экономических задач;

· БЭСМ-3 -4, -6 машин общего назначения, ориентированных на решение сложных задач науки и техники;

· М-20, -220, -222 машина общего назначения, ориентированная на решение сложных математических задач;

· МИР-1 малая электронная цифровая вычислительная машина, предназначенная для решения широкого круга инженерно-конструкторских математических задач,

· "Наири" машина общего назначения, предназначеная для решения широкого круга инженерных, научно-технических, а также некоторых типов планово-экономических и учетно-статистических задач;

· Рута-110мини ЭВМ общего назначения;

и ряд других ЭВМ.

Вычислительные  машины этого периода успешно  применялись в областях, связанных  с обработкой множеств данных и решением задач, обычно требующих выполнения рутинных операций на заводах, в учреждениях  и банках. Именно в этот период возникла профессия специалиста по информатике, и многие университеты стали предоставлять возможность получения образования в этой области.

1.4.Третье  поколение (1965-1980): интегральные схемы и многозадачность

В 1959 году Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрёл более совершенный метод, позволивший создать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. Интегральная схема, которую также называли кристаллом, представляла собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм². В дальнейшем количество транзисторов, которых удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. В 1968 году фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 году фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти емкостью 1 Кбит. К началу 60-х годов большинство изготовителей компьютеров имело две отдельные, полностью несовместимые производственные линии. С одной стороны существовали научные крупномасштабные компьютеры с пословной обработкой текста типа IBM 7094, использовавшихся для числовых вычислений в науке и технике. С другой стороны – коммерческие компьютеры с посимвольной обработкой, такие как IBM 1401, широко используемые банками и страховыми компаниями для сортировки и печати данных. Развитие и поддержка двух совершенно разных производственных линии для изготовителей было нереентабельно. Кроме того, многим покупателям изначально требовалась небольшая машина, однако позже её возможностей становилось недостаточно и требовался более мощный компьютер, который работал бы с теми же самыми программами, но быстрее. Фирма IBM  попыталась решить эти проблемы разом, выпустив серию машин IBM/308. 360-е были серией программно-совместимых машин, варьирующихся от компьютеров размером с IBM 1401 до машин, значительно более мощных, чем IBM 7094. Эти компьютеры различались только ценой и производительностью. Так как все машины имели одинаковую структуру и набор команд, программы, написанные для оного компьютера, могли работать на всех других (по крайней мере, в теории). Кроме того, 360-е были разработаны для поддержки как научных (то есть численных), так и коммерческих вычислений. Одно семейство машин могло удовлетворить нужды всех покупателей. В последующие годы, используя более современные технологии, корпорация IBM выпустила компьютеры, совместимые с 360, эти серии известны под номерами 370, 4300, 3080 и 3090. Корпорация IBM добилась мгновенного успеха, а идею семейства совместимых компьютеров скоро приняли и все остальные основные производители. 360-е стали первой основной линией компьютеров, на которой использовались мелкомасштабные интегральные схемы, дававшие преимущество в цене и качестве по сравнению с машинами второго поколения, созданными из отдельных транзисторов. В настоящее время они часто используются для управления огромными базами данных (например, для систем бронирования и продажи билетов на авиалиниях) или как серверы узлов Интернета, которые должны обрабатывать тысячи запросов в секунду. Появившийся первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в конце 1970 году. Возможности Intel-4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, – он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита одновременно). Но, в 1973 году фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel-8008, а в 1974 году – его усовершенствованную версию Intel-8080, которая стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.МиниЭВМ начали применяться и для решения инженерных задач, связанных с проектированием. Проведены первые эксперименты, показавшие эффективность использования вычислительных машин в качестве средств проектирования.  
Применение распределенных вычислительных систем явилось базой для децентрализации решения задач, связанных с обработкой данных на заводах, в банках и других учреждениях. Вместе с тем для данного периода характерным является хронический дефицит кадров, подготовленных в области электронных вычислительных машин. Это особенно касается задач,