Дифференциальный анализатор

                                          Введение 
 

    В настоящее  время информационные технологии занимают неотделимое место в жизни  человека. В данное время жизнь  человека немыслима без компьютерных технологий. Первые электронные компьютеры появились в первой половине 20 века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были уже электронные машины, способные решать сложные задачи. Кроме того, они имели две отличительные особенности, которыми предыдущие машины не обладали. Одна из них состояла в том, что они могли выполнять определенную последовательность операций по заранее заданной программе или последовательно решать задачи разных типов. Другая особенность заключалась в способности хранить информацию в специальной памяти.

Дифференциальный  анализатор

    Первая  счетная машина, которая появилась  на пути создания электронных машин, была разработана американским ученым Ванневером Бушем в 1930 году. Машина Буша была названа дифференциальным анализатором. Это был первый в мире компьютер. Машина Буша оказалась способной быстро решать сложные математические задачи. Она приводилась в действие электричеством, а для хранения информации в ней использовались электронные лампы. Однако этот дифференциальный анализатор Буша имел так много составных частей, что фактически занимал целую комнату. Вес такой машины был значительный. Даже более поздняя модель дифференциального анализатора, построенная в 1942 году, весила 200 тонн!

    Необходимость в быстрых и точных расчетах особенно возросла во время второй мировой войны (1939-1945гг.). Для каких же расчетов требовался компьютер военным? Прежде всего, для решения задач в области баллистики, т.е. науки о траектории полета артиллерийских и иных снарядов к цели. Очевидно, что для решения подобных задач необходимы были более совершенные машины с большим быстродействием и более высокой точностью расчетов.

Одной из таких машин  стал автоматический последовательно  управляемый калькулятор – Марк I. Он был изготовлен в 1944 году профессором Гарвардского университета Айкеном.

    Марк I –  первый в мире цифровой компьютер. Машина Айкена имела громадные размеры: более 15 м в длину и около 2,5 м в высоту и состояла более  чем из 750 тыс. деталей. Машина Марк I могла перемножить два 23-разрядных числа за 4 сек. и за один день выполняла расчеты, которые вручную могли быть выполнены только за 6 месяцев. У нее был самый большой объем памяти среди машин того

времени и значительно улучшенные программные возможности. И тем не менее уже через несколько лет она практически перестала использоваться.

    ЭНИАК (ENIAC-Electronic Numeric Integrator and Calculator) – электронный  числовой интегратор и вычислитель, был создан в 1946 году группой инженеров под руководством Джона Маушли и Дж. Преспера Эккерта по заказу военного ведомства США. Эта машина производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду. Она выполняла их в несколько сотен раз быстрее, чем любая из существующих в то время машин. По габаритам ЭНИАК был еще более громадным, чем Марк I: более 30 м в длину и 85 м³ по занимаемому объему и весом в 30 т. В ЭНИАКе были использованы 18 тыс. электронных ламп. Компьютер осуществлял хранение и обработку данных с помощью электроники, а не механически.

    Первая  ЭВМ с хранимой программой получила название EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Она была создана в Кембриджском университете (Англия) в 1949 году. С тех пор все ЭВМ являются компьютерами с хранимой программой.

    После завершения работ над Эниаком  Джон Маушли и Дж. Преспер Эккерт основали собственную компанию, которая приступила к разработке компьютеров с хранимой программой. В 1951 году они создали машину UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США. ЮНИВАК стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, в котором вместо перфолент и карт использовалась магнитная лента.

     В истории развития ЭВМ, начинающейся с ЭНИАК, ЭДСАК и МЭСМ и продолжающейся по настоящее время, обычно выделяют 4 периода, соответствующих 4-ем так называемым поколениям вычислительных машин.

   Машинами  первого поколения принято считать  компьютеры, появившиеся в начале – середине 50-х годов. Элементную базу таких машин составляли вакуумные лампы. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

   Производительность  машин этого поколения приблизительно равнялись 10 тыс. операций в секунду. Емкость ОЗУ составляла 10 тыс. двоичных разрядов. Программное обеспечение машин первого поколения было реализовано на машинном языке. Уже тогда были разработаны библиотеки стандартных программ. Команды в этих машинах выполнялись чисто последовательно.

   Машины второго  поколения появились в конце 50-х  – середине 60-х  годов. Их элементную базу составляли полупроводниковые транзисторы и ферритовые сердечники. На два порядка возросла 

производительность  вычислений. Емкость ОЗУ выросла  на то же количество порядков. В качестве программного обеспечения стали  использоваться языки высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд, последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

          Третье поколение ЭВМ  появилось в конце 60-х годов. Компьютеры были разработаны на основе интегральных схем, производительность такого компьютера была равна 10 млн. операций в секунду. Наблюдалось дальнейшее развитие программной базы. Широко стали использоваться языки управления заданиями, операционные системы, облегчающие диалог с ЭВМ. Появились пакеты прикладных программ. Для увеличения производительности перекрытие команд совмещалось с вводом-выводом.

          С середины 70-х годов  в практику вошли компьютеры четвертого поколения. Они реализованы на основе больших интегральных схем. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. К программному обеспечению таких машин были добавлены непроцедурные языки, генераторы программ, операционные системы реального времени. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

          В последнее время дальнейшее развитие средств вычислительной техники  идет в направлении широкого и повсеместного применения персональных ЭВМ. Множество фирм во всем мире занимается производством средств вычислительной техники, а также программированием. Однако бесспорное лидерство в последние несколько десятков лет завоевали компьютеры двух фирм Apple Macintosh и IBM PC.

          Фирма Apple начала выпуск персональных компьютеров на 6 лет раньше фирмы IBM. К 1988 году фирмой Apple было выпущено около 3-х млн. компьютеров.

          Однако в настоящее  время по объему выпуска компьютеров  фирма Apple занимает второе место в мире после IBM.

          Устойчивую популярность у пользователей компьютерной техники  завоевали персональные вычислительные машины серии IBM PC и совместимые с  ними. Выпуск компьютеров IBM PC был начат  в 1981 году.

          IBM-совместимые персональные компьютеры серии PC – недорогие, надежные и перспективные вычислительные машины, которые, по мнению многих крупных исследователей современности, имеют большое будущее. 
 

            В 1968 году фирма INTEL начала разработку ЭВМ на базе   полупроводниковых технологий, которые явились альтернативой к устройствам на магнитных носителях (были дешевле предыдущих). Начиная с этого момента, появляются машины 3-го поколения: “IBM-360”, “IBM-370”(США); «ЕС-1022», «ЕС-35» и «ЕС-66» (СССР).

          Развитие новых технологий, создание интегральных схем позволили создать в конце 70-х годов ЭВМ 4-го поколения, к которым относятся разного вида микро- и мини ЭВМ. Уменьшение размеров ЭВМ становится основным направлением в дальнейшем развитии ЭВМ, что привело к созданию персональных компьютеров.

           В 1977 г. появился первый персональный компьютер фирмы APPLE. А в 1981 г. фирма IBM используя основные устройства от других фирм производителей и микропроцессоров фирмы INTEL, выпустила серийно выпускаемый персональный компьютер «ALTAIR» (номер процессора – 8080). Компьютеры этого типа считаются первым поколением ПК, т.к. фирма IBM владела патентом на выпуск персональных компьютеров, цены на них были очень высокими. В связи с чем фирма терпела убытки. Руководители фирмы IBM объявили о принципе «открытой архитектуры». Вследствие чего появились другие производители на рынке, у которых себестоимость производства ПК была ниже, что привело к увеличению выпуска ПК.

           В 1982 г. фирма INTEL выпустила  процессор 80286 второго поколения. Микросхема 80286 состояла из 134 тыс. транзисторов, и адресовал до 16 Мб физической памяти. Он также был оснащен встроенным устройством управления памятью.

           В 1985 г. появляется процессор  «INTEL 80386 DX» с 32-х разрядной архитектурой, оснащенной 275 000 транзисторами и адресованной физической памятью 4 Гб, скорость работы процессора – 5 миллионов операций в секунду.

           В 1989 г. фирма INTEL выпускает  микропроцессор 80486DX, оснащенный 1,2 миллионами транзисторами и впервые в этой схеме был встроен математический сопроцессор.

           В 1993 г. фирма INTEL представила процессор PENTIUM, в котором были задействованы 3,1 миллионов транзисторов, что обеспечивало быстродействие (100 миллионов операций в секунду). Отличие этой микросхемы – это суперскалярная архитектура  (способность за один такт выдавать 2 инструкции). В этой версии была добавлена программная поддержка небольших локальных сетей, что позволило на малых предприятиях объединить между собой компьютеры и избежать необходимости приобретать дорогостоящее специальное программное обеспечения. 

           В 1994 г. появились процессоры PENTIUM с частотой 75, 90, 100 Мгц. Рабочее  напряжение в этих процессорах было снижено с 5 В до 3,3 В, введено внутреннее умножение частоты. 

     В 1995 г.  был представлен процессор PENTIUM PRO, объединяющий в себе 5,5 миллионов транзисторов с производительностью 300 миллионов операций в секунду. Впервые в этом процессоре был использован кристалл высокоскоростной «кэш-памяти». В этом году вышла и первая графическая многозадачная ОС Microsoft Windows 95. Эта ОС позволила сделать персональные компьютеры IBM-PC «бытовыми» устройствами, поскольку работа с компьютером значительно упростилась.

     В 1996 г. появляются процессоры  с тактовой частотой 133, 150, 166, 200 МГц.  Фирма INTEL представила новую технологию  «ММХ» - мультимедийного расширения. В этом же году был представлен процессор PENTIUM II, оснащенный 7,5 миллионами транзисторами, в которой была реализована технология «ММХ».

     Кроме этого PENTIUM II поддерживают  технологию DVD и графические средства на шине AGP, тактовая частота процессора 233, 266, 300 МГц. В 1998 г. был представлен процессор CELERON,  с тактовой частотой 450 МГц. В этом же году появилась новая модель PENTIUM II «XEON», которая была разработана для сервера среднего и высокого уровня и рабочих станций. Он снабжен быстродействующей кэш-памятью второго уровня, емкостью 512 Кб или 1 Мб с тактовой частотой 400 МГц.

       К последнему поколению процессора  х86 относятся процессоры Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV.