Еволюція комп'ютерів

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ЛЬВІВСЬКИЙ ІНСТИТУТ ЕКОНОМІКИ І ТУРИЗМУ

Кафедра природничо-математичних дисциплін

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Індивідуальна робота

 

на тему: «Еволюція комп’ютерів»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

студент гр. МГРБ – 12

Прийма Софія

Викладач:

Коцьо О.Я.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Львів – 2013

Зміст

Вступ…………………………………………………….…………………............3

1. Ручний період………………………………………...……….......…...........…5
2. Механічний період……………………………………….................................6
3. Електромеханічний період..................................................................................8
1. Електронний етап (I покоління)..................................................................9
2. Електронний етап (II покоління)...............................................................11
3. Електронний етап (III покоління)..............................................................12
4. Електронний етап (IV покоління)..............................................................13

Висновки....................................................................................................................15

Список літератури.....................................................................................................16

 

 

 

 

Вступ

Обчислювальна техніка є найважливішим компонентом процесу обчислень і обробки даних. Першими пристосуваннями для обчислень були, ймовірно, всім відомі лічильні палички, які й сьогодні використовуються в початкових класах багатьох шкіл для навчання лічбі. Розвиваючись, ці пристосування ставали складнішими, наприклад, такими як фінікійські глиняні фігурки, також призначені для наочного подання кількості, однак для зручності поміщаються при цьому в спеціальні контейнери. Такими пристосуваннями, схоже, користувалися торгівці і рахівники того часу.

Поступово з найпростіших пристосувань для рахунку народжувалися  все більш і складніші пристрої: абак (рахівниця), логарифмічна лінійка, механічний арифмометр, електронний  комп'ютер . Незважаючи на простоту ранніх обчислювальних пристроїв, досвідчений  рахівник може отримати результат за допомогою простих засобів навіть швидше, ніж деякі власники сучасних калькуляторів. Природно, сама по собі, продуктивність і швидкість рахунку  сучасних обчислювальних пристроїв  давно вже перевершують можливості самого видатного рахівника-людини.

Людство навчилося користуватися  найпростішими лічильними пристроями тисячі років тому. Найбільш затребуваною виявилася необхідність визначати  кількість предметів, що використовуються в міновій торгівлі. Одним з  найпростіших рішень було використання вагового еквівалента міняємо предмета, що не вимагало точного перерахунку  кількості його складових. Для цих  цілей використовувалися найпростіші  балансирні ваги, які стали, таким  чином, одним з перших пристроїв  для кількісного визначення маси.

Порівняно складним пристосуванням для рахунку могли бути чотки, застосовувані в практиці багатьох релігій. Віруючий як на рахівниці відраховував на зернах чоток число виголошених  молитов, а при проході повного  кола чоток пересував на окремому хвостику особливі зерна-лічильники, які  означають число відлічених кіл.

Людство пройшло довгий шлях, перш ніж досягло сучасного стану  засобів обчислювальної техніки.

Основними етапами розвитку обчислювальної техніки є:

I. Ручний — з 50-го  тисячоліття до н. э.;

II. Механічний — з середини XVII століття;

III. Електромеханічний —  з дев'яностих років XIX століття;

IV. Електронний — з  сорокових років XX століття.

 

1. Ручний період

Ручний період автоматизації обчислень почався на зорі людської цивілізації. Він базувався на використанні пальців рук і ніг. Рахунок за допомогою угрупування і перекладання предметів з'явився попередником рахунку на абаку — найбільш розвиненому рахунковому приладі старовини. Аналогом абака на Русі є рахівниці, що дійшли до наших днів. Використання абака припускає виконання обчислень по розрядах, тобто наявність деякої позиційної системи числення. Обчислення на них проводилися шляхом переміщення рахункових кісток і камінчиків (калькулей) в полоскових поглибленнях дощок з бронзи, каменя, слонячої кістки, кольорового скла. У своїй примітивній формі абак був дощечкою (пізніше він прийняв вид дошки, розділеної на колонки перегородками). На ній проводилися лінії, що розділяли її на колонки, а камінчики розкладалися в ці колонки за тим же позиційним принципом, по якому кладеться число на наші рахівниці. Це нам відомо від ряду грецьких авторів.

Першим пристроєм для  виконання множення був набір  дерев'яних брусків, відомих як палички  Непера. Вони були винайдені шотландцем Джоном Непером (1550-1617рр.). На такому наборі з дерев'яних брусків була розміщена таблиця множення. Крім того, Джон Непер на початку XVII століття ввів логарифми, що зробило революційний вплив на рахунок. Винайдена їм логарифмічна лінійка - це рахунковий інструмент для спрощення обчислень, за допомогою якого операції над числами замінюються операціями над логарифмами цих чисел. Конструкція лінійки збереглася в основному до наших днів. Обчислення за допомогою логарифмічної лінійки проводяться просто, швидко, але приблизно. І, отже, вона не годиться для точних, наприклад фінансових розрахунків. Вона, поза сумнівом, є вінцем обчислювальних інструментів ручного періоду автоматизації.

 

2. Механічний період

Розвиток механіки в XVII столітті став передумовою створення обчислювальних пристроїв і приладів, що використовують механічний спосіб обчислень.

Ескіз механічного тринадцятирозрядного пристрою, що підсумовує, з десятьма колесами був розроблений ще Леонардо да Вінчі (1452— 1519рр). По цих кресленнях в наші дні фірма IBM в цілях реклами побудувала працездатну машину. Перша механічна рахункова машина була виготовлена в 1623 р. професором математики Вільгельмом Шиккардом (1592—1636рр.). В ній були механізовані операції складання і віднімання, а множення і ділення виконувалося з елементами механізації. Але машина Шиккарда незабаром згоріла під час пожежі. Тому біографія механічних обчислювальних пристроїв ведеться від машини, що підсумовує, виготовленої у 1642 р. Блезом Паскалем (1623—1662), надалі великим математиком і фізиком.

У 1673 р. інший великий математик  Готфрід Лейбніц розробив рахунковий пристрій, на якому вже можна було множити і ділити. З деякими удосконаленнями ці машини, а названі вони були арифмометрами, використовувалися до недавнього часу.

Англійський математик Чарльз Беббідж (Charles Babbage, 1792—1871рр.) висунув ідею створення програмно-керованої рахункової машини, що має арифметичний пристрій, пристрій управління, введення і друку. Перша спроектована машина Беббіджем, різницева машина, працювала на паровому двигуні. Вона заповнювала таблиці логарифмів методом постійної диференціації і заносила результати на металеву пластину. Працююча модель, яку він створив в 1822 році, була шестирозрядним калькулятором, здатним проводити обчислення і друкувати цифрові таблиці. Другий проект Беббіджа — аналітична машина, що використовує принцип програмного управління і що призначалася для обчислення будь-якого алгоритму.

Вона складалася з наступних  чотирьох основних частин: блок зберігання початкових, проміжних і результуючих даних (склад — пам'ять); блок обробки  даних (млин — арифметичний пристрій); блок управління послідовністю обчислень (пристрій управління); блок введення початкових даних і друку результатів (пристрої введення/виводу).

 

3. Електромеханічний період

Електромеханічний етап розвитку обчислювальної техніки є найменш  тривалим і охоплює близько 60 років  — від першого табулятора Г. Холлерита до першої ЕОМ “ENIAC”.

В кінці XIX ст. були створені складніші механічні пристрої. Найважливішим  з них був пристрій, розроблений  американцем Германом Холлерітом. Винятковість його полягала в тому, що в ньому вперше була спожита ідея перфокарт і розрахунки велися за допомогою електричного струму. Це поєднання робило машину настільки працездатною, що вона отримала широке застосування свого часу. Наприклад, при переліку населення в США, проведеному у 1890 р., Холлеріт, за допомогою своїх машин зміг виконати за три роки те, що уручну робилося б в перебігу семи років, причому набагато більшим числом людей.

Початок — 30-і роки XX століття — розробка рахунково-аналітичних комплексів, які складаються з чотирьох основних пристроїв: перфоратора, контролера, сортувальника і табулятора. На базі таких комплексів створюються обчислювальні центри. В цей же час розвиваються аналогові машини.

1930 р. — В.Буш розробляє  диференціальний аналізатор, використаний  надалі у військових цілях.

1937 р. — Дж.Атанасов, К.Берри створюють електронну машину ABC.

1944 р. — Г. Айкен розробляє і створює керовану обчислювальну машину MARK-1. Надалі було реалізовано ще декілька моделей.

1957 р. — останній найбільший  проект релейної обчислювальної  техніки — в СРСР створена  РВМ-I, яка експлуатувалася до 1965 р.

IV. Електронний етап, початок  якого пов'язують із створенням  в США в кінці 1945 р. електронної  обчислювальної машини ENIAC американським  інженером-електронщиком Дж. П. Эккерт і фізиком Дж.У. Моучлі.

У історії розвитку ЕОТ  прийнято виділяти декілька поколінь, кожне з яких має свої відмітні ознаки і унікальні характеристики. Головна відмінність машин різних поколінь полягає в елементній базі, логічній архітектурі і програмному забезпеченні, крім того, вони розрізняються по швидкодії, оперативній пам'яті, способам введення і виведення інформації.

3.1 Електронний етап (I покоління (до 1955 р.)).  Всі ЕОМ I-го покоління були зроблені на основі електронних ламп, що робило їх ненадійними - лампи доводилося часто міняти. Ці комп'ютери були величезними, незручними і дуже дорогими машинами, які могли придбати тільки крупні корпорації і уряди. Лампи споживали величезну кількість електроенергії і виділяли багато тепла. Притому для кожної машини використовувалася своя мова програмування. Набір команд був невеликим, схема арифметико-логічного пристрою і пристрою управління достатньо проста, програмне забезпечення практично було відсутнє. Показники об'єму оперативної пам'яті і швидкодії були низькими. Для введення-виводу використовувалися перфострічки, перфокарти, магнітні стрічки і друкуючі пристрої, оперативні пристрої, що запам'ятовують, були реалізовані на основі ртутних ліній затримки електроннолучевих трубок. Ці незручності почали долати шляхом інтенсивної розробки засобів автоматизації програмування, створення систем обслуговуючих програм, що спрощують роботу на машині і збільшують ефективність її використання. Це, у свою чергу, зажадало значних змін в структурі комп'ютерів, направлених на те, щоб наблизити її до вимог, що виникли з досвіду експлуатації комп'ютерів.

Основні комп'ютери першого  покоління:

1. ЕНІАК.

У 1946 р. американські інженер-електронщик Дж. П. Эккерт і фізик Дж.У. Моучлі в Пенсільванському університеті сконструювали, за замовленням військового відомства США, першу електронно-обчислювальну машину - “Еніак” (Electronic Numerical Integrator and Computer), яка призначалася для вирішення завдань балістики. Вона працювала в тисячу разів швидше, ніж "Марк-1", виконуючи за одну секунду 300 множень або 5000 складань багаторозрядних чисел. Розміри: 30 м. в довжину, об'єм - 85 м3., вага - 30 тонн. Використовувалося близько 20000 електронних ламп и 1500 реле. Потужність її була до 150 квт.

2. ЕДСАК.

Перша машина з програмою, що зберігається, - ”Едсак” - була створена в Кембріджському університеті (Англія) в 1949 р. Вона мала пристрій, що запам'ятовував, на 512 ртутних лініях затримки. Час виконання складання був 0,07 мс, множення - 8,5 мс.

3. МЭСМ.

У 1948 році академік Сергій Олексійович  Лебедев запропонував проект першої на континенті Європи ЕОМ - Малої електронної рахунково-вирішальної машини (МЕСМ). У 1951р. МЕСМ офіційно вводиться в експлуатацію, на ній регулярно вирішуються обчислювальні завдання. Машина оперувала з 20розрядними двійковими кодами з швидкодією 50 операцій в секунду, мала оперативну пам'ять в 100 осередків на електронних лампах.

4. UNIVAC-1. (Англія)

У 1951 р. була створена машина “Юнівак”(UNIVAC) - перший серійний комп'ютер з програмою, що зберігається. У цій машині вперше була використана магнітна стрічка для запису і зберігання інформації.

5. БЕСМ-2

У 1952 році вводиться в  експлуатацію БЕСМ-2(велика електронна рахункова машина) з швидкодією близько 10 тис. операцій в секунду над 39-розрядними двійковими числами. Оперативна пам'ять  на електронно-акустичних лініях затримки - 1024 слова, потім на електронно-променевих трубках і пізніше на феритових  сердечниках.

3.2 Електронний етап (II покоління (1958-1964рр.)).  У 1958 р. в ЕОМ були застосовані напівпровідникові транзистори, винайдені в 1948 р. Уїльямом Шоклі, вони були надійніші, довговічніші, менші, мали змогу виконати значно складніші обчислення, володіли великою оперативною пам'яттю. 1 транзистор здатний був замінити ~ 40 електронних ламп і працювати з більшою швидкістю. У II-ому поколінні комп'ютерів дискретні транзисторні логічні елементи витіснили електронні лампи. Як носії інформації використовувалися магнітні стрічки ("БЕСМ-6", "Мінськ-2","Урал-14") і магнітні сердечники, з'явилися високопродуктивні пристрої для роботи з магнітними стрічками, магнітні барабани і перші магнітні диски.

Як програмне забезпечення стали використовувати мови програмування  високого рівня, були написані спеціальні транслятори з цих мов на мову машинних команд. Для прискорення  обчислень в цих машинах було реалізовано деяке перекриття команд: подальша команда починала виконуватися до закінчення попередньої. З'явився широкий  набір бібліотечних програм для  вирішення різноманітних математичних завдань. З'явилися моніторні системи, керівники режиму трансляції і виконання програм. З моніторних систем надалі виросли сучасні операційні системи. Машинам другого покоління була властива програмна несумісність, яка утрудняла організацію крупних інформаційних систем. Тому в середині 60-х років намітився перехід до створення комп'ютерів, програмно сумісних і побудованих на мікроелектронній технологічній базі.