История развития вычислительной техники

 

2.2. Электронные вычислительные машины (ЭВМ)

 

В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микро-ЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

• высокая точность вычислений;
• универсальность;
• автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;
• разнообразие задач, решаемых ЭВМ;
• независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

• сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);
• недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;
• сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;
• требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры.

Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения. Смена поколений связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту вычислительной мощности ЭВМ, т.е. быстродействия и объема памяти, а также происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером. Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ.

П О К О Л Е Н И Я   Э В М

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ	I	II	III	IV
Годы применения	1946-1960	1960-1964	1964-1970	1970-1980
Основной элемент	Эл. лампа	Транзистор	ИС	БИС
|Количество ЭВМ в мире (шт.)	Сотни	Тысячи	Десятки тысяч	Миллионы
Размеры ЭВМ	Большие	Значительно меньше	Мини-ЭВМ	микроЭВМ
Быстродействие(усл)	1	10	1000	10000
Носитель информации	Перфокарта, перфолента	Магнитная лента	Диск	Гибкий диск

 

I поколение

В первой половине XX в. бурно развивалась радиотехника. Основным элементом радиоприемников и радиопередатчиков в то время были электронно-вакуумные лампы. Электронные лампы стали технической основой для первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

Первая ЭВМ - универсальная машина на электронных лампах построена в США в 1945 году. Она называлась ENIAC, ее конструкторами были Моучли и Эккерт. Скорость счета этой машины превосходила скорость релейных машин того времени в тысячу раз.

В 1946 г. вышла в свет статья Джона фон Неймана, в которой были изложены принципы устройства и работы ЭВМ. Главный из них - принцип хранимой в памяти программы, согласно которому данные и программа помещаются в общую память машины.

В 1949 г. была построена первая ЭВМ с архитектурой Неймана.

В нашей СССР, первая ЭВМ была создана в 1951 г. Называлась она МЭСМ - малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев.

Затем были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ (большая электронная счетная машина). В то-время эти машины были одними из лучших в мире. Самым выдающимся достижением в 60-х г. было изобретение БЭСМ - 6 - это первая отечественная и одна из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в секунду.

Итак, первое поколение ЭВМ - ламповые машины 50-х годов. Скорость счета самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тыс.опер/сек. Для ввода программ и данных использовались перфокарты и перфоленты. Т.к. внутренняя память машин была невелика, то они пользовались для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. Это были довольно громоздкие сооружения, содержащие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт. Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд Это довольно трудоемкая работа. Поэтому программирование в тс времена было доступно немногим.

 

II поколение

В 1949 г. в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор.

В 60-х г. транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее. надежнее, менее энергоемкими. Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч опер/сек. Объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения.

Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные, поисковые системы. Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них стали ФОРТРАН. АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.

 

III поколение

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе - интегральных схемах. С помощью очень сложной технологии специалисты научились монтировать на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см, достаточно сложные электронные схемы. Их назвали интегральными схемами (ИС).

Первые ИС содержали в себе десятки, затем - сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда количество элементов достигло тысячи, их стали называть большими интегральными схемами - БИС, затем появились сверхбольшие интегральные схемы – СБИС. 

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х г.г., когда американская фирма IВМ приступила к выпуску системы машин IВМ-360. В Советском Союзе в 70-х г. начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ).

Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры ЭВМ Появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла миллионов опер/сек. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств - магнитные диски Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители

В этот период существенно расширились области применения ЭВМ, Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ).

 

IV поколение.

В 70-е г. получили мощное развитие мини-ЭВМ. Они стали меньше, дешевле, надежнее больших машин. Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 г. когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессоры стали  осуществлять управление работой станков, автомобилей, самолетов. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.

Микро-ЭВМ относятся к машинам четвертого поколения. Существенным отличием микро-ЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной торговле. Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются персональные компьютеры. В 1976 г на свет появился первый персональный компьютер серии Аррle-1 под руководством американцев Стива Джобса и Стива Возняка.

В аппаратном комплекте ПК используется цветной графический дисплей, манипуляторы. удобная клавиатура, компактные диски. Программное обеспечение позволяет человеку легко общаться с машиной, быстро усваивать основные приемы работы с ней, получать пользу от компьютера, не прибегая к программированию.

Машины с такими свойствами быстро приобрели популярность, их выпускают большими тиражами. С 1980 г. самой лучшей является американская фирма IВМ, а с начала 90-х г. большую популярность приобрели машины фирмы Аррle марки Macintosh ( в основном в системе образования).

 

V поколение

ЭВМ пятого поколения - машины недалекого будущего, основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание».

 

2.3. Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ)

 

АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.

В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).

 

3. хронологическая таблица

 

Ок. 30 000 до н. э. Первый документ, свидетельствующий о знакомстве людей со счётом, — так называемая «вестоницкая кость» с зарубками.

Ок. 4000 до н. э. В египетских экономических текстах стали использовать символы цифр.

Ок. 3000 до н. э. В Древней Месопотамии изобретён абак (простейшие счёты).

2112-1997 до н. э. В Древнем Шумере (Месопотамия) появилась позиционная шестидесятеричная система счисления.

III в. до н. э. В математике Месопотамии в состав цифр введён знак для нуля.

III в. н. э. Древнегреческий математик Диофант Александрийский разработал алгебраическую символику: символы для неизвестных в каждой степени, знаки равенства и вычитания.

V в. В Индии появилась десятичная позиционная система счисления с нулём, которая используется в настоящее время

XV — XVI вв. Итальянский учёный и художник Леонардо да Винчи создал эскиз 13-разрядного вычислительного устройства

1612 Шотландский математик Джон Непер (1550 — 1617) предложил разделять «десятичной запятой» целую и дробную части десятичных дробей и составил таблицы логарифмов

1622 Английский математик Уильям Оутред изобрёл счётную логарифмическую линейку

1623—1624 Немецкий математик Вильгельм Шиккард (1592—1636) построил машину, выполняющую арифметические действия

1642 Французский математик и физик Блез Паскаль (1623—1663) построил механическую счётную машину

1673 Немецкий учёный Готфрид Лейбниц (1646—1716) создал механическую счётную машину, работающую в десятичной системе

1801 Французский инженер Жозеф-Мари Жаккар (1752—1834) построил ткацкий («жаккардовый») станок с программным управлением. Для управления станком использовались специальные карточки с проделанными в нужных местах отверстиями (перфокарты)

1833 Английский математик Чарльз Бэббидж (1792—1871) разработал проект механической вычислительной машины с программным управлением (аналитическая машина). Такая машина по чертежам Бэббиджа была построена только в 1991 г. для лондонского Музея науки.

1835 Американец Джозеф Генри изобрёл электромеханическое реле

1842 Английский математик Ада Лавлейс (1815—1852) написала программу для аналитической машины Бэббиджа

1883 Американский изобретатель и предприниматель Томас Эдисон (1847—1931) изобрёл электронную лампу

1927 В Массачусетском технологическом институте (США) построен аналоговый компьютер.

1937 Американский инженер Джорж Стибити построил вычислительную машину на основе двоичной системы счисления.

1938 Немецкий инженер Конрад Цузе построил механическую вычислительную машину Z 1 на 16 машинных слов.

1941 Конрад Цузе построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением Z 3 (на электромеханических реле)

1945 Конрад Цузе построил вычислительную машин Z 4 для выполнения четырёх арифметических действий и извлечения квадратного корня, а также разработал алгоритмический язык программирования Планкалкюль ( Plankalkuel : plan calculus ). Американский математик Джон фон Нейман опубликовал предварительный доклад о машине EDVAC , в котором описал компоненты ЭВМ и логику её работы. Американские учёные Джон Мочли, Джордж Преспер Эккерт (Пен сильванский университет) создали компьютер ENIAC ( Electronic Numerical Integrator and Computer ).

1948 Английские инженеры Том Килбурн и Фредди Вильяме построили компьютер Малыш ( Baby ) — первую ЭВМ с хранимой программой. Корпорация IBM выпустила электронный калькулятор IBM 604. Американский математик Клод Элвуд Шеннон разработал теорию информации.

1954 Американский математик Джон Бэкус ввёл процедурное программирование с использованием языка высокого уровня для численных методов — FORTRAN . Компания IBM выпустила первый массовый компьютер IBM 650 и первый дисковод IBM 701.

1959 В СССР создана ЭВМ военного назначения (наведение истребителей-перехватчиков) СПЕКТР-4, а также мобильная полупроводниковая ЭВМ для обработки радиолокационной информации — КУРС. В США разработан язык программирования COBOL ( COmmon Business - Oriented Language ) — процедурный язык высокого уровня для решения экономических задач, а также выпущен первый полностью транзисторный компьютер IBM 1401.