3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ

3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ 3. 1. История создания ЭВМ Предпосылками создания ЭВМ явилось желание ускорения и упрощения процесса вычислений путем полной автоматизации. Как свидетельствует история, первые попытки автоматизации вычислений предпринимались довольно давно (Греция, Абак). Со временем потребности в более крупных и более точных вычислениях стали возрастать, поэтому ученые пытались изобретать арифметические машины. Одна из первых, известных на сегодняшний день, такого рода машина была создана французским ученым Блезом Паскалем, в 1643 г. ( «Счетные десятичные колеса» ). В этой машине была решена задача переноса десятков, однако эта машина выполняла только сложение чисел в десятичной системе счисления

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ Наиболее значительные события в области создания ЭВМ, относятся к Готфриду Вильгельму Лейбницу (1646 1716). В 1673 г Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий выполнять четыре основные арифметические действия в десятичной системе счисления.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ Лейбниц первым понял значение и роль двоичной системы счисления. В рукописи на латинском языке, написанной в марте 1679 г, Лейбниц разъясняет, как выполнять вычисления в двоичной системе. «Вычисления такого рода можно было бы выполнять и на машине. Несомненно, очень просто и без особых затрат это можно сделать следующим образом: нужно проделать отверстия в банке так, чтобы их можно было открывать и закрывать Открытыми будут те отверстия, которые соответствуют 1, а закрытыми соответствующие 0. Начиная с XVIII века, арифмометры получили широкое применение и дали начало клавишным счетным машинам. Но и эти устройства со временем перестали удовлетворять потребности людей.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислительной машины определил в 1834 г английский математик и экономист Чарльз Бэббидж (1792 1871) в своем неосуществленном проекте аналитической машины. Итак, суть достижений Бэббиджа можно кратко описать следующим образом: а) сформулирована идея программного управления процессом вычислений, б) предложено использовать перфокарты для ввода и вывода данных и для целей управления, в) изобретена система предварительного переноса и запоминания промежуточных вычислений для ускорения вычислений (кэш память), г) применен способ изменения хода вычислений, который в дальнейшем получил название команды условного перехода, д) введены понятия циклов операций и рабочих ячеек. Потомки по достоинству оценили их вклад в вычислительную науку, присвоив их имена двум языкам программирования АДА и БЭББИДЖ

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ Большой вклад в формализацию логики сделал английский ученый Джордж Буль (1815 1864). В 1847 г. вышла его работа с характерным названием «Математический анализ логики, являющийся опытом исчисления дедуктивного рассуждения» , а в 1854 г другая, «Исследование законов мышления, на которых основаны математические теории логики и вероятности» . В них он заложил основы символической алгебры, алгебры логики высказываний, которая представляла собой систему символов и правил, применимую к различным объектам. Буль ввел три основные операции И, ИЛИ, НЕ. После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автономной обработки информации внес американский изобретатель Герман Голлерит , основоположник счетно перфорационной техники. Голлерит впервые (1889) построил ручной перфоратор, который был использован для нанесения цифровых данных на перфокарты. Им была построена суммирующая машина, названная табулятором, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала эти числа. Машины Голлерита были использованы в обработке данных переписи населения в США, Канаде, Австрии, России (1897) и других странах. В 1896 г. Голлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording , которая в дальнейшем была преобразована в фирму International Business Machines (IBM)

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ В 1943 г американец Говард Айткен , используя работы Бэббиджа и достижения современной науки, на одном из предприятий фирмы IBM построил релейную машину «Марк 1» . Программы в его машине вводились с помощью перфокарт, арифметическое и запоминающее устройства были выполнены с помощью электромагнитных реле. Марк 1 имела хорошее, для своего времени, быстродействие (1000 операций в секунду), но из за ненадежности реле КПД машины был низким. В 1943 г под руководством Джона Маучли и Преспера Эккерта были начаты работы по созданию электронной цифровой вычислительной машины (ЦВМ) ENIAC ( Electronic Numerical Integrator and Computer ), где реле и электромеханические счетчики заменили на триггеры электронные лампы. Осенью 1944 г к работе был привлечен знаменитый математик и физик Джон фон Нейман, который изучил суть проблемы и в июне 1945 г. выдвинул основные архитектурно-функциональные принципы построения ЦВМ. В феврале 1946 г состоялась демонстрация новой машины ENIAC работала с тактовой частотой в 100 к. Гц и в три раза быстрее чем Марк 1, так операцию сложения она выполняла за 0, 2 мсек, а умножения за 2, 8 мсек. Также ENIAC обладала большей надежностью, но для того, чтобы задать программу, приходилось потратить много времени, от нескольких часов до нескольких дней, а ее мощность составляла 150 к. Вт. Необходимо было создать более совершенную вычислительную систему отвечающую основным архитектурно-функциональным принципам построения ЦВМ.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ Первая такая ЭВМ, построенная по принципам Джона фон Неймана, была выпущена в мае 1949 г в Кембридже, английским исследователем Морисом Уилксом, и называлась EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 г. Называлась она МЭСМ малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев. Также под руководством С. А. Лебедева в 50 х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ 1 (большая электронная счетная машина, с быстродействием 8 000 оп/сек), БЭСМ 2, М 20, БЭСМ-6. Ряд последующих идей и разработок С. А. Лебедева способствовал созданию более совершенных машин следующих поколений. Еще одна разработка малой вычислительной машины под названием «Урал» была закончена в г. Пензе в 1954 г коллективом сотрудников под руководством Б. И. Рамеева. Эта машина стала родоначальником целого семейства отечественных компьютеров, последняя серия которых ( «Урал 16» ) была выпущена в 1967 году. Простота машины, удачная конструкция, высокое быстродействие ( «Урал 16» 100 тыс. оп/сек), и вместе с тем, невысокая цена обусловили ее широкое распространение.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ Выдающимся достижением 50 х 60 х годов была отечественная машина БЭСМ 6. Это первая отечественная и одна из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в секунду. Серийный выпуск БЭСМ 6 был начат в 1967 г. Позднее, в 70 х и 80 х годах, в Советском Союзе выпускали компьютеры серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ) по образцу IBM 360 и IBM 370. Это были машины, построенные на интегральных схемах и больших интегральных схемах.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ Первый персональный компьютер (ПК) Altair 8800 , выпущенный фирмой MITS в 1975 году, был основан на восьмибитовом микропроцессоре 8080 фирмы Intel. Последовавшие за ним компьютеры других фирм работали на 8 разрядных микропроцессорах Intel 8080, Motorola 6800, Zilog Z 80. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (основатели фирмы Microsoft ) создали интерпретатор языка Basic (разработанный в 1964 г. Дж Кемени и Т. Курцем ), что упростило обращение с компьютером и способствовало популярности ПЭВМ

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ В марте 1983 года фирмой IBM был выпущен компьютер IBM PC XT, имеющий встроенный жесткий диск, а в апреле 1985 года персональный компьютер IBM PC XT на базе микропроцессора Intel 80286

3. 2. История создания первого компьютера IBM PC До выпуска PC у фирмы IBM уже было несколько небольших компьютеров. Одним из первых был компьютер System /23 Datamaster с процессором 8085 А фирмы Intel , который был предшественником процессора 8088, выбранным для PC. В фирме IBM задумались над тем, почему бы не разработать новый микрокомпьютер для новой сферы рынка. В мае 1980 г. два высших руководителя фирмы, председатель Фрэнк Кэри и президент Джон Опель решили, что такой компьютер стал бы ценным дополнением производственной линии фирмы IBM. Они поставили задачу создать такой компьютер. Они начали работать над макетным образцом и одновременно искали подходящее название для нового компьютера. В то время особой популярностью пользовались компьютеры Apple II , поэтому название должно было отражать какой го новый «продукт» . Группа перебрала почти все фрукты, растущие во Флориде, но, в конце концов, остановилась на описательном названии Personal Computer (РС) (персональный компьютер).

История создания первого компьютера IBM PC Большинство подходов в разработке оказались успешными, но было и два важных ограничения. Первый касался ширины шины. Естественным выбором для PC должен бы быть 16 битовый процессор 8086. В то время уже появились 16 битовые адаптеры и периферийные устройства, но они были дорогими. Чтобы снизить стоимость PC , разработчики предпочли процессор 8088, который функционально эквивалентен процессору 8086, но имеет 8 битовую шину. Более узкая шина снижает производительность компьютера. Сначала, в период примитивного состояния персональных компьютеров, это ограничение было приемлемым. Однако вскоре появились более быстрые процессоры и жесткие диски и 8 битовая шина стала узким местом. В компьютере PC AT, объявленном в августе 1984 г, уже появилась 16 битовая шина. Второе ограничение было гораздо важнее. Операционная система PC ( DOS ) могла использовать для программ и данных только 640 Кбайт памяти. Это ограничение в то время казалось несущественным, потому что в первом PC было всего 64 Кбайт памяти. Процессор 8088 может адресовать 1 Мбайт, но такую память в небольшом компьютере в то время было невозможно предвидеть. В 1980 г даже дорогие миникомпьютеры имели память всего в 0, 5 — 1 Мбайт. Только в больших компьютерах, которые стоили миллионы долларов, имелись мегабайты памяти.

История создания первого компьютера IBM PC Предвидя будущий рост производства и продаж, разработчики PC умножили размер памяти PC на 10. Они полагали, что вряд ли кто то будет использовать больше 640 Кбайт, поэтому адреса от 640 Кбайт до 1 Мбайт зарезервировали для специальных целей. Сейчас сотни и тысячи Мегабайт. Однако стоимость микросхем памяти неуклонно снижалась. В то же время PC с новыми процессорами могли работать со многими мегабайтами памяти, а новые программы требовали все больше доступной оперативной памяти. Но поскольку появились бесчисленные программы для DOS , которые зависели от зарезервированных адресов, стало невозможным прямо изменить DOS для работы выше 640 Кбайт. Конечно, нужно помнить о том, что в 1980 г никто не ожидал, насколько популярными станут персональные компьютеры. В начале ожидалось, что продажи PC будут ограничены несколькими сотнями тысяч. Кто мог предсказать, что через десять лет у миллионов людей будут свои мощные компьютеры с несколькими Гигабайтами памяти?

3. 4. Поколения ЭВМ Под поколениями ЭВМ понимают все типы и модели вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, выпускаемые в различных странах многими предприятиями и фирмами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах. Смена поколений связана с изменением физических принципов работы и технологи производства элементов, входящих в ЭВМ. Сейчас уже насчитывается пять поколений ЭВМ, разрабатываются основные элементы и принципы машин шестого поколения. Проектирование ЭВМ первого поколения началось после 1946 г. К особенностям этих компьютеров относится применение вакуумно ламповой техники, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно лучевых трубках ( трубках Вильямса). Для ввода вывода данных использова лись перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства Второе поколение ЭВМ, появившееся после 1955 г. характеризовалось заменой электронных ламп как основных компонентов компьютера на транзисторы. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Стоимость компьютера оставалась пока высокой. Главный принцип структуры – централизация. В этот период расширился диапазон применяемых систем ввода вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами (серия ЕС), устройства памяти на магнитных дисках. Для компьютеров второго поколения характерно использование первых языков программирования высокого уровня, которые получили свое развитие в компьютерах следующего поколения.

Поколения ЭВМ Компьютеры третьего поколения вышли на арену в 1964 г. Они проектировались на основе интегральной схемы малой степени интеграции (МИС 101 102 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (101 – 103 компонентов на кристалл). Кроме основного технологического признака поколения наиболее важным критерием, отличающим его от второго поколения, является критерий, основанный на понятии архитектуры. Идея проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение, была успешно реализована многими разработчиками компьютерных систем. Неотъемлемой частью компьютеров третьего поколения стали операционные системы, которые стали брать на себя задачи управления памятью, устройствами ввода вывода и другими ресурсами; появилась возможность мультипрограммирования.

Поколения ЭВМ С технологической точки зрения компьютеры четвертого поколения характеризуются использованием при их создании больших интегральных схем (БИС) – 103 105 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС 105 107 компонентов на кристалл). Началом данного поколения считается 1975 год, когда фирмой Amdahl Corp были выпущены 6 компьютеров AMDAHL 470 V /6, в которых впервые были применены большие интегральные схемы в качестве элементной базы. В компьютерах этого поколения стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах МОК ЗУПВ емкостью в несколько мегабайт. Эти системы памяти работают во взаимодействии с высокоскоростными накопителями на магнитных дисках, и в случае выключения машины данные, содержащиеся в МОК ЗУПВ. сохраняются путем автоматического переноса на диски. При включении машины запуск системы осуществляется при помощи хранимой в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения в МОК ЗУПВ. В этот период в развитии компьютерной технологии произошло еще одно знаменательное событие появление в середине 70 х гг. первых персональных компьютеров. Персональные компьютеры предоставили индивидуальному пользователю практически такие же вычислительные ресурсы, какими в 60 е годы обладали большие компьютеры, а в 70 е годы миникомпьютеры.

Поколения ЭВМ Впервые сообщения о проектировании компьютеров пятого поколения в 1982 г. , когда была опубликована японская программа создания компьютеров данного поколения, намечаемых к выпуску в 90 х годах. Главный упор при создании компьютеров сделан на их «интеллектуальность» , т. е. если с первого по четвертое поколение прогресс был связан в основном с развитием элементной базы, то здесь внимание акцентируется не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний. Обработка знаний это одна из областей практического применения искусственного интеллекта, предполагающая использование и обработку компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений.

Поколения ЭВМ Из анализа развития компьютерной техники можно выделить следующие закономерности развития компьютерных систем. Эти закономерности можно описать следующим образом: Несоответствие темпов эволюции функций и эволюции технологий. Анализ развития технических систем показывает, что темпы эволюции функций опережают темпы эволюции технологий. Всегда потребность общества в реализации новых функций опережает существующие возможности (предсказания фантастов). Взаимосвязь показателей качества компьютерных систем. Основные показатели качества компьютерных систем характеристики производительности, энергетические характеристики, характеристики надежности и эффективности систем, экономические показатели - взаимосвязаны и взаимозависимы. Улучшение одной группы показателей качества, например, увеличение производительности, неизбежно приводит к ухудшению других усложнению структуры, увеличению стоимости, снижению надежности. Относительное и временное разрешение противоречий в компьютерных системах. Противоречия, возникающие в компьютерных системах в процессе их развития, разрешаются временно на определенных этапах существования систем конкретного класса и в дальнейшем проявляются в трансформированном виде на новом качественном уровне развития. На различных жизненных циклах компьютерных систем разработчикам приходится разрешать противоречия между функциональными возможностями и сложностью технической реализации соответствующих структур компьютерных систем, между объемом хранимой информации и быстродействием устройств памяти.

Поколения ЭВМ Повышение функциональной и структурной целостности компьютерных систем. Эта закономерность выражается в функциональной и структурной интеграции отдельных подсистем и сокращении числа промежуточных уровней и видов преобразования вещества, энергии и информации в процессе функционирования компьютерных систем. Направленность процесса развития компьютерных систем. Развитие компьютерных систем всегда направлено на достижение высокой производительности, на повышение эффективности использования и усовершенствование способов общения пользователя с системой. Преемственность функционально-структурной организации компьютерных систем. Компьютерные системы в своих различных конфигурациях воспроизводят предысторию своего развития (неймановскую архитектуру, узлы машины Бэббиджа и т. д. ). Адекватность функционально-структурной организации назначению системы. Эффективными и жизнеспособными являются системы, структура которых максимально соответствует реальным функциям. Сжатие этапов развития компьютерных систем.

Этапы развития вычислительной техники Древняя Счеты (АБАК) Греция Арифметические машина ( «Счетные десятичные колеса» ) французского ученого Блез Паскаля. В этой машине 1643 была решена задача переноса десятков, однако эта машина выполняла только сложение чисел в десятичной системе счисления. Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий выполнять четыре основные 1673 арифметические действия в десятичной системе счисления

Этапы развития вычислительной техники Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислительной машины определил английский математик и экономист Чарльз Бэббидж (1792 1871) в своем неосуществленном проекте аналитической машины. Итак, суть достижений Бэббиджа и Лавлейс можно кратко описать следующим образом: а) сформулирована идея программного управления 1834 процессом вычислений, б) предложено использовать перфокарты для ввода и вывода данных и для целей управления, в) изобретена система предварительного переноса для ускорения вычислений, г) применен способ изменения хода вычислений, который в дальнейшем получил название команды условного перехода, д) введены понятия циклов операций и рабочих ячеек.

Этапы развития вычислительной техники Английский ученый Джордж Буль (1815 1864) заложил основы символической алгебры, алгебры логики высказываний, которая 1847 представляла собой систему символов и правил, применимую к различным объектам. Буль ввел три основные операции И, ИЛИ, НЕ. Голлерит впервые построил ручной перфоратор, который был использован для нанесения цифровых данных на перфокарты. Им была построена суммирующая машина, названная табулятором, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала эти числа. 1889 Машины Голлерита были использованы в обработке данных переписи населения в США, Канаде, Австрии, России (1897) и других странах. В 1896 г. Голлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording , которая в дальнейшем была преобразована в фирму International Business Machines (IBM).

Этапы развития вычислительной техники Английский ученый Джордж Буль (1815 1864) заложил основы символической алгебры, алгебры логики 1847 высказываний, которая представляла собой систему символов и правил, применимую к различным объектам. Буль ввел три основные операции И, ИЛИ, НЕ. Голлерит впервые построил ручной перфоратор, который был использован для нанесения цифровых данных на перфокарты. Им была построена суммирующая машина, названная табулятором, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала эти 1889 числа. Машины Голлерита были использованы в обработке данных переписи населения в США, Канаде, Австрии, России (1897) и других странах. В 1896 г. Голлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording , которая в дальнейшем была преобразована в фирму International Business Machines (IBM).

Этапы развития вычислительной техники Осенью 1944 г к работе был привлечен знаменитый математик и физик Джон фон Нейман, который изучил суть проблемы и в июне 1945 г выдвинул основные 1945 архитектурно функциональные принципы построения ЦВМ. В феврале 1946 г состоялась демонстрация новой машины ENIAC работала с тактовой частотой в 100 к. Гц. Первая ЭВМ, построенная по принципам Джона фон Неймана в Кембридже, английским исследователем 1949 Морисом Уилксом, и называлась EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). В СССР появилась первая ЭВМ. Называлась она МЭСМ 1951 малая электронная счет ная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев.

Этапы развития вычислительной техники Еще одна разработка малой вычислительной машины под названием «Урал» была закончена в г. Пензе коллективом сотрудников под руководством Б. И. Рамеева. Эта машина стала родоначальником целого семейства отечественных компьютеров, последняя серия 1954 которых ( «Урал 16» ) была выпущена в 1967 году. Простота машины, удачная конструкция, высокое быстродействие ( «Урал 16» 100 тыс. оп/сек ), и вместе с тем, невысокая цена обусловили ее широкое распространение. БЭСМ 6. Первая отечественная и одна из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в секунду. Серийный выпуск БЭСМ 6 был начат в 1967 г. Позднее, в 70 х и 80 х годах, в Советском Союзе выпускали 1967 компьютеры серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ) по образцу IBM 360 и IBM 370. Это были машины, построенные на интегральных схемах и больших интегральных схемах.

Этапы развития вычислительной техники Первый персональный компьютер (ПК) Altair 8800, выпущенный фирмой MITS в году, был основан на восьмибитовом микропроцессоре 8080 фирмы Intel. 1975 Последовавшие за ним компьютеры других фирм работали на 8 разрядных микропроцессорах Intel 8080, Motorola 6800, Zilog Z 80. Пол Аллен и Билл Гейтс (основатели фирмы Microsoft ) создали интерпретатор языка Basic (разработанный в 1975 1964 г. Дж Кемени и Т. Курцем ), что упростило обращение с компьютером и способствовало популярности ПЭВМ. Фирмой IBM был выпущен компьютер IBM PC XT , имеющий встроенный жесткий диск, а в апреле 1985 1983 года персональный компьютер IBM PC XT на базе микропроцессора Intel 80286.

Этапы развития вычислительной техники IBM PC АT с операционными системами Windows 3. 1, Windows 3. 11, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista , Windows 07. Послед Оперативная память у-ющие увеличилась до нескольких годы Гигабайт, Винчестер – до сотен и тысяч Гигабайт, появились новые внешние носители: CD, DVD,