История развития средств вычислительной техники

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Первый этап развития средств вычислительной техники                                                3
2. Появление механических приспособлений                                                                       4
3. Автоматизация вычислений                                                                                                5
4. Поколения ЭВМ                                                                                                                   6

Список  использованных Интернет-ресурсов                                                                                8                                                          

 

 

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

 

1 Первый этап развития средств вычислительной техники

 

Для автоматизации работы с данными используют средства вычислительной техники.

Вычислительная  техника (ВТ) − это совокупность устройств, предназначенных для автоматизированной обработки данных.

Вычислительная  система (ВС) – это конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка.

Центральным устройством большинства ВС является компьютер (ЭВМ).

Компьютер (англ. computer — «вычислитель»), ЭВМ (электронная вычислительная машина) - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

История компьютера тесным образом связана  с попытками человека облегчить, автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому  уже в древности появилось  устройство – абак. Абак (греч. αβαξ, abákion, лат. abacus − доска) − это счётная доска, простейшее счётное устройство, применявшееся для арифметических вычислений приблизительно с IV века до н.э. в Древней Греции, Древнем Риме. В Европе абак применялся до XVIII века.

В России ещё в средние века (16-17 вв.) на основе абака было разработано другое приспособление – русские счёты.

 

2 Появление механических приспособлений

 

Механизация вычислительных операций началась в  XVII веке. На первом этапе для создания механических вычислительных устройств использовались механизмы, аналогичные часовым.

В 1623 год  − немецкий ученый Вильгельм Шиккард разработал первое в мире механическое устройство («суммирующие часы») для выполнения операций сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. Было ли устройство реализовано при жизни изобретателя, достоверно неизвестно, но в 1960 году оно было воссоздано по чертежам и подтвердило свою работоспособность.

В 1642 году французский механик Блез Паскаль  сконструировал первое в мире механическое цифровое вычислительное устройство («Паскалин»), построенное на основе зубчатых колес. Оно могло суммировать и вычитать пятиразрядные десятичные числа, а последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами.

В 1673 г. немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механический калькулятор, который при помощи двоичной системы счисления выполнял умножение, деление, сложение и вычитание. Операции умножения и деления выполнялись путём многократного повторения операций сложения и вычитания.

Однако  широкое распространение вычислительные аппараты получили только в 1820 году, когда  француз Чарльз Калмар изобрёл машину, которая могла производить четыре основных арифметических действия. Машину Калмара назвали арифмометр. Благодаря своей универсальности арифмометры использовались довольно длительное время до 60-х годов ХХ века.

 

3 Автоматизация вычислений

 

Идея  автоматизации вычислительных операций пришла из часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были построены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный  с системой колоколов.

В 1833 году английский ученый, профессор Кембриджского  университета Чарльз Беббидж разработал проект аналитической машины, которая  имела черты современного компьютера. Это был гигантский арифмометр с  программным управлением, арифметическим и запоминающим устройствами. Оно  имело устройство для ввода информации, блок управления, запоминающее устройство и устройство вывода результатов.

Сотрудницей и помощницей Ч. Беббиджа во многих его научных изысканиях была леди Ада Лавлейс (урожденная Байрон).

Она разработала  первые программы для машины и  предвосхитила основы современного программирования для цифровых вычислительных машин с программным управлением. Заложила многие идеи и ввела ряд  понятий и терминов, сохранившихся  до настоящего времени.

Она предсказала  появление современных компьютеров  как многофункциональных машин  не только для вычислений, но и для  работы с графикой, звуком. В середине 70-х годов двадцатого столетия министерство обороны США официально утвердило  название единого языка программирования американских вооруженных сил. Язык носит название Ada. День программиста отмечается в день рождения Ады Лавлейс 10 декабря.

Особенностью  Аналитической машины стало то, что  здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды  и данные. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты-листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий.

В 1888 году американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую  счётную машину. Эта машина, названная  табулятором, могла считывать и  сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. Для  работы этой машины использовалось электричество. В 1890 изобретение Холлерита было использовано в 11-ой американской переписи населения. Работа, которую 500 сотрудников  выполняли в течение семи лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах  выполнил за один месяц.

Дальнейшее  развитие науки и техники позволили  в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. В 1944 г. американский инженер Говард Эйкен при поддержке фирмы Ай-Би-Эм (IBM) сконструировал компьютер для выполнения баллистических расчетов. Этот компьютер, названный «Марк 1», по площади занимал примерно половину футбольного поля и включал более 800 километров проводов, около 750 тыс.деталей, 3304 реле. «Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длиной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.

Но электромеханические  реле работали недостаточно быстро. В 1946 г. По заказу Армии США был создан первый широкомасштабный электронный  цифровой компьютер ЭНИАК (ENIAC - электронный числовой интегратор и вычислитель), который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач. Разработали его американские ученые Джон Уильям Мокли и Джон Преспер Экерт. В ЭНИАКе в качестве основы компонентной базы электромеханические реле были заменены вакуумными лампами. Всего комплекс включал 17468 ламп, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70000 резисторов и 10000 конденсаторов. Потребляемая мощность – 150 кВт по тем временам было достаточно для освещения большого города. Вычислительная мощность – 300 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду. Вес – 27 тонн, более 30 метров. Вычисления проводились в десятичной системе. ЭНИАК использовался для расчета баллистических таблиц, предсказания погоды, расчетов в области атомной энергетики, аэродинамики, изучения космоса.

В СССР вычислительная машина МЭСМ (малая электронная счётная  машина) была создана в 1951 году под  руководством академика Сергея Алексеевича  Лебедева. Машина вычисляла факториалы натуральных чисел и решала уравнения  параболы. Одновременно Лебедев работал  над созданием БЭСМ - быстродействующей  электронной счётной машины, разработка которой была завершена в 1953 году.

В 1971 году фирмой Intel (США) был создан первый микропроцессор - программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС (сверхбольших интегральных схем).

В 1964г. сотрудник  Стэнфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши-манипулятора, но только четыре года спустя мышка была показана на компьютерной конференции в Сан-Франциско.

Первый персональный компьютер (ПК) в 1976г. выпустила фирма Apple; в СССР ПК появились в 1985 г.

 

4 Поколения ЭВМ

 

ЭВМ принято  делить на поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всего быстрота смены поколений - за её короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Определяющими признаками при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению являются их элементная база (из каких в основном элементов они построены), быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации.

Первое  поколение. 1950-1960-е годы

Компьютеры  на электронных вакуумных лампах (диодах и триодах), а в качестве оперативных запоминающих устройств  использовались электронно-лучевые  трубки, в качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы.

Программирование  работы ЭВМ этого поколения выполнялось  в двоичной системе счисления  на машинном языке, то есть программы  были жестко ориентированы на конкретную модель машины.

Машины  предназначались для решения  сравнительно несложных научно-технических  задач. Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели  невысокую надежность работы.

Быстродействие  их не превышало 2-3 тысяч операций в  секунду, емкость оперативной памяти - 2048 машинных слов длиной 48 двоичных знаков. Использовались в основном для научных расчетов.

В конце  этого периода стали выпускаться  устройства памяти на магнитных сердечниках.

ЭНИАК, МЭСМ, БЭСМ и первые модели ЭВМ "Минск" и "Урал".

Второе  поколение ЭВМ. 1960-1970-е годы

Элементной  базой машин этого поколения  были полупроводниковые элементы (транзисторы). Транзисторы (твердые диоды и  триоды) заменили электронные лампы  в процессорах, а ферритовые (намагничиваемые) сердечники – электронно-лучевые  трубки в оперативных запоминающих устройствах. Машины предназначались  для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также  для управления технологическими процессами в производстве.

Появление полупроводниковых элементов в  электронных схемах существенно  увеличило емкость оперативной  памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса  и потребляемая мощность.

Скорость  ЭВМ возросла до сотен тысяч операций в секунду, а память – до десятков тысяч машинных слов. Создаются долговременные запоминающие устройства на магнитных  лентах. Начали применять языки программирования высокого уровня, такие как Фортран.

В 1964 году появился первый монитор для компьютеров - IBM 2250. Это был монохромный дисплей  с экраном 12 × 12 дюймов и разрешением 1024 × 1024 пикселов. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц.

Третье  поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы

Элементная  база ЭВМ - малые интегральные схемы (МИС), что привело к дальнейшему  увеличению скорости до миллиона операций в секунду и памяти до сотен  тысяч слов. Машины предназначались  для широкого использования в  различных областях науки и техники.

ЭВМ третьего поколения также характеризуется  крупнейшими сдвигами в архитектуре  ЭВМ, их программном обеспечении, организации  взаимодействия человека с машиной. Это, прежде всего наличие развитой конфигурации внешних устройств (алфавитно-цифровые терминалы, графопостроители, магнитные  диски (30 см в диаметре) и т.п.), развитая операционная система.

В период машин третьего поколения произошел  крупный сдвиг в области применения ЭВМ. Если раньше ЭВМ использовались в основном для научно-технических  расчетов, то в 60-70-е годы первое место  стала занимать обработка символьной информации, в основном экономической.

IV поколение. 1980-1990-е годы

Переход к машинам четвертого поколения  – ЭВМ на больших интегральных схемах (БИС) – происходил во второй половине 70-х годов и завершился приблизительно к 1980 г. Теперь на одном  кристалле размером 1 см² стали размещаться сотни тысяч электронных элементов. Скорость и объем памяти возросли в десятки тысяч раз по сравнению с машинами первого поколения и составили примерно 10⁹ операций в секунду и 10⁷ слов соответственно.

Наиболее  крупным достижением, связанным  с применением БИС, стало создание микропроцессоров, а затем на их основе микро-ЭВМ. Если прежние поколения  ЭВМ требовали для своего расположения специальных помещений, системы  вентиляции, специального оборудования для электропитания, то требования, предъявляемые к эксплуатации микро-ЭВМ, ничем не отличаются от условий эксплуатации бытовых приборов. При этом они имеют достаточно высокую производительность, экономичны в эксплуатации и дешевы.