История развития ЭВМ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА Счетные устройства

История развития ЭВМ

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА Счетные устройства Исторически сложилось так, что в разных странах возникли собственные денежные единицы, меры веса, длины, объёмов и расстояний. Для перевода из одной системы измерения в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить специально обученные люди, которых иногда приглашали из других стран. Это естественно привело к созданию изобретений, помогающих счёту. История вычислений уходит глубокими корнями в даль веков так же, как и развитие человечества. Накопление запасов, делёж добычи, обмен — все подобные действия связаны со счётом. Для подсчёта люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки и узелки. Потребность в поиске решений всё более и более сложных и сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений, поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые могли бы ему в этом помочь.

Счётно-решающие средства до появления ЭВМ Одним из первых устройств (V—VI вв. до н. э. ), облегчающих вычисления, можно считать специальную доску для вычислений, названную «абак» . Вычисления на ней производились перемещением камешков или костей в углубления досок из бронзы, камня или слоновой кости. Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э. , у японцев он назывался «серобян» , у китайцев — «суанпан» . В Древней Руси при счёте применялось устройство, похожее на абак, называемое «русский шот» . В XVII веке этот прибор уже обрёл вид привычных русских счёт.

Модель счетного устройства Леонардо да Винчи В 30 х годах 17 столетия в национальной библиотеке Мадрида были обнаружены два тома неопубликованных рукописей Леонардо да Винчи. И среди чертежей "Codex Madrid I", почти полностью посвященного прикладной механике, ученые нашли эскиз 13 разрядного суммирующего устройства с десятизубыми колёсами. Он был сделан в одном из его дневников (ученый начал вести дневник еще до открытия Америки в 1492 г. ). В рекламных целях оно было воспроизведено фирмой IBM и оказалось вполне работоспособным.

1614 год Роберт Биссакар придуал логарифмическую линейку. 1642 год Паскаль создал механическую арифметическую машину.

Блез Паскаль В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, всё острее ощущалась необходимость в изобретении счётной машины. И в середине века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал «суммирующую» машину, названной Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание.

СТУПЕНЧАТЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ Готфрида Вильгейма Лейбница СТУПЕНЧАТЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ (1673 год). Немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгейм Лейбниц создал "ступенчатый вычислитель" счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления. Машина являлась прототипом арифмометра, использующегося с 1820 года до 60 х годов ХХ века.

1820 год Ч. Томас создал первый механический калькулятор, который мог складывать, вычитать, умножать и делить.

Чарльз Бебидж Изобретателем первой вычислительной машины, предложив шим в 1823 г. структуру автоматического вычислителя, считается английский математик Чарльз Бэббидж. Структуру вычислителя составляли те же основные устройства, что и структуру современных компьютеров. Кажется удивительным, что, несмотря на существенное отличие техники сегодняшнего дня от техники середины XIX века, неизменными оказались идеи, заложенные в основу работы самого совершенного электронного устройства—ЭВМ. Это обстоятельство можно объяснить тем, что компьютер создается как универсальное средство для обработки информации без ориентации на решение конкретной задачи.

1834 год Ч. Бэббидж составил проект «аналитической машины» , в которую входили: устройства ввода и вывода, запоминающее устройство, устройство выполняющее арифметические операции, устройство, управляющее последовательностью действий машины. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни (он умер в 1871 году), успев сделать лишь некоторые узлы своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня развития техники.

В 1842 году в Женеве была опубликована небольшая рукопись итальянского военного инженера Л. Ф. Менабреа «Очерк об аналитической машине, изобретённой Чарльзом Бэббиджем» , переведённая в последствии ученицей и помощницей Бэббиджа дочерью Дж. Г. Байрона — леди Адой Лавлейс. При содействии Бэббиджа Ада Лавлейс составляла первые программы для решения систем двух линейных уравнений и для вычисления чисел Бернулли. Леди Лавлейс стала первой в мире женщиной программистом. Ада Лавлейс

1876 год А. Белл изобрел телефон

После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина — табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую сейчас передовым разработчиком компьютеров.

1890 год Г. Холлерит создал статистический табулятор, в котором информация, нанесенная на перфокарты расшифровывалась электрическим током.

1892 год У. Барроуз выпустил первый коммерческий сумматор. 1897 год Дж. Томсон сконструировал электронно лучевую трубку.

1901 год Г. Маркони установил радиосвязь между Европой и Америкой.

1936 год А. Тьюринг и Э. Пост разработали концепцию абстрактной вычислительной машины, чем доказали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации.

В настоящее время насчитываются пять поколения ЭВМ, причем компью теры четвертого и пятого поколений отличаются от предшествующих не только элементной базой, но и структурой построения, а также способом общения с человеком, и эта тенденция сохранится и в будущем. Достоинствами ПК являются: • – малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя; • – автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды; • гибкость архитектуры, которая обеспечивает ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту; • – "дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без профессиональной специальной подготовки; • высокая надежность работы (более 5 тыс. часов наработки на отказ).

Возможности ПК определяются характеристиками его функциональных блоков. Замена одних блоков на другие в настоящее время не представляет особой проблемы, и при необходимости можно достаточно быстро произвести модернизацию ПК. Однако современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто выбрать нужный блок, определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись. Поэтому профессионалам, работающим вне компьютерной сферы, необходимо иметь составляющей своей компетентности знание аппаратной части ПК, хотя бы его основных технических характеристик. Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели ЭВМ, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических прин ципах. Появление каждого нового поколения определялось тем, что появлялись новые электронные элементы, технология изго товления которых принципиально отличалась от предыдущего поколения. Приведем краткую характеристику каждого поко ления.

КОМПЬЮТЕРЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ Первое поколение компьютеры на электронных лампах. Появление электронно вакуумной лампы и изучение ее свойств позволили претворить в реальность идею создания вы числительной машины, которая появилась в 1946 г. в США и получила название ЭНИАК— Elektronik Numerical Integrator and Calculator в переводе «электронный численный интегратор и калькулятор» . Этот момент явился точкой отсчета пути, по которому пошло развитие ЭВМ. Развитие ЭВМ определялось развитием электроники, появлением новых элементов и прин ципов действия, т. е. развитием элементной базы.

Компьютеры первого поколения • Элементная база: электронно-вакуумные лампы, соединенные проводами. • Габариты: ЭВМ выполнена в виде громоздких шкафов и занимает специальный машинный зал. • Быстродействие: 10 -20 тыс. операций/с. • Эксплуатация: слишком сложна из-за частого выхода из строя. Очень частый перегрев машин. • Программирование: набор команд был небольшой, программы писались на языке конкретных машин. Процесс отладки был наиболее емким по времени. Программное обеспечение практически отсутствовало. • Для ввода-вывода информации использовалась перфолента, перфокарта.

1938 год К. Цузе построил первый чисто механический компьютер.

1939 год Дж. Атанасофф создал прототип вычислительной машины.

1941 год К. Цузе построил первый в мире действующий релейный компьютер с программным управлением.

1943 год М. Ньюмен и Т. Флауэрс построили машину Colossus на 1500 электронных ламп.

Первая ЭВМ ENIAC В 1942 году профессор электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Д. Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений» , положивший начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC. Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США. В 1943 году под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, демонстрация состоялась 15 февраля 1946 года. Новая машина имела «впечатляющие» параметры: 18000 электронных ламп, площадь 90 × 15 м 2, весила 30 т и потребляла 150 к. Вт. ENIAC работала с тактовой частотой 100 к. Гц и выполняла сложение за 0, 2 мс, а умножение — за 2, 8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычислительные машины.

Джон фон С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой Нейман революционными были идеи американского математика, Члена Национальной АН США и американской академии искусств и наук Джона фон Неймана (1903— 1957). Эти идеи были изложены в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства» , написанная вмести с А. Берксом и Г. Голдстайном и опубликованная в 1946 году. Вот как представлял фон Нейман свою ЭВМ: Машина должна состоять из основных органов: орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором, чтобы машина не зависела от оператора. Она должна запоминать не только цифровую информацию, но и команды, управляющие программой, которая должна проводить операции над числами. ЭВМ должна различать числовой код команды от числового кода числа. У машины должен быть управляющий орган для выполнения команд, хранящихся в памяти. В ней также должен быть арифметический орган для выполнения арифметических действий. И, наконец, в её состав должен входить орган ввода-вывода.

1944 год Г. Айкен создал автоматическую вычислительную машину «Марк 1» с программным управлением.

1947 год Г. Айкен создал автоматическую вычислительную машину «Марк 2» .

1946 год Эккерт и Моучли сконструировали первый электронный цифровой компьютер «Эниак» , который имел 20 000 электронных ламп, выполнял за 1 сек. 300 умножений или 500 сложений.

1949 год Под руководством М. Уилкса построен первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой EDSAC.

1951 год С. А. Лебедев построил первый компьютер МЭСМ, имеющий 600 электронных ламп.

1952 год Под руководством С. А. Лебедева в Москве построен компьютер БЭСМ 1 – в то время одна из лучших в мире.

КОМПЬЮТЕРЫ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ На смену электронным лампам пришли транзисторы. Размещенные на специальных печатных платах. Один транзистор способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, чем они. В результате быстродействие машин второго поколения возросло в 10 раз, объём их памяти также увеличился, стали дешевле.

Компьютеры второго поколения • Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы). • Габариты: ЭВМ выполнены в виде однотипных строек, чуть выше человеческого роста, размещенных в машинном зале. • Быстродействие: сотни тыс. операций/с. • Эксплуатация: упростилась. Появились первые вычислительные центры с большим штатом обслуживающего персонала, где устанавливались несколько ЭВМ (централизованная обработка информации). При выходе из строя нескольких элементов заменялась целиком вся плата. • Программирование: появились алгоритмические языки, программы для решения разнообразных математических задач, первые операционные системы. Программы писались на языках высокого уровня ( «Фортран» , «Алгол» , «Бейсик» ). Машины обрабатывали информацию под управлением программ на языке Ассемблер. • Для ввода-вывода: ввод данных и программ осуществлялся с перфокарт и перфолент. Появляются магнитные ленты.

1957 год Американской фирмой NCR создан первый компью на транзисторах.

1958 год Джек Килби создал первую интегральную схему.

1959 год Под руководством С. А. Лебедева создана машина БЭСМ 2, производительностью 10 000 операций в секунду, с ее применением связаны расчеты запусков космических ракет и первых в мире искусственных спутников Земли.

1959 год С. А. Лебедев создал такие машины как: М 20, М 40, М 220, БЭСМ 4.

1961 год Фирма IBM DEUTSCHLAND реализовала подключение компьютера к телефонной линии с помощью модема.

КОМПЬЮТЕРЫ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ Компьютеры на микросхемах с малой степенью интеграции. Интегральная схема – полупроводниковый кристалл, содержащий несколько тысяч транзисторов и других элементов, соединенных между собой.

Компьютеры третьего поколения • Элементная база: интегральные схемы, которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате. • Габариты: существенно уменьшились (небольшой шкаф). • Быстродействие: до 1 млн. операций/с. • Эксплуатация: изменилась, появились первые системные программисты. • Программирование: развитые операционные системы, машины программно совместим, можно выполнять одновременно несколько программ. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Язык программирования Си. Управление работой этих машин происходило с алфавитноцифровых терминалов. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. • Для ввода-вывода: появляются диски, дисплеи, графопостроители.

1964 год Начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM/360.

1967 год Под руководством С. А. Лебедева организован крупносерийный выпуск БЭСМ 6, самой быстродействующей машины в мире.

КОМПЬЮТЕРЫ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ компьютеры на микропроцессорах (большие интегральные схемы, БИС)

Компьютеры четвертого поколения • Элементная база: большие интегральные схемы (сотни тысяч элементов на одном кристалле). • Габариты: существенно уменьшились. Появились персональные компьютеры. • Быстродействие: от несколько сотен млн. до миллиарда операций/с. • Эксплуатация: очень упростилась. • Программирование: появилось разнообразное программное обеспечение. Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с использованием языков высокого уровня. • Для ввода-вывода: гибкий и лазерный диски, много новых периферийных устройств.

1971 год Фирма INTEL (основанная в 1968 г. ) разработала микропроцессор 4004.

1973 год Фирма IBM сконструировала первый жёсткий диск типа винчестер.

1974 год Э. Робертс построил на базе процессора 8080 (1974 г. ) микрокомпьютер Альтаир, широко использовавшийся для домашнего применения.

1976 год С. Возняк и С. Джобс реализовали компьютер Apple 1.

1980 год Японские компании Sharp, Sanyo, Panasonic, Casio и американская фирма Tandy вынесли на рынок первый карманный компьютер, обладающий всеми основными свойствами больших компьютеров. 1981 год Фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе микропроцессора 8088.

1983 год Корпорация Apple Computers построила персональный компьютер Lisa, управляемый манипулятором мышь.

1984 год Корпорация Apple Computer выпустила компьютер Macintosh c удобной для пользователя операционной системой, развитыми графическими возможностями.

1989 год Американская фирма Poquet Computers Corporation представила новый компьютер класса Subnotebook — Pocket PC. 1989 год Фирма Intel выпустила микропроцессор Intel 486 DX. Поколение процессоров i 486 ознаменовало переход от работы на компьютере через командную строку к режиму "укажи и щелкни".

1990 год Выпуск и ввод в эксплуатацию векторно конвейерной супер ЭВМ "Эльбрус 3. 1". Разработчики — Г. Г. Рябов, А. А. Соколов, А. Ю. Бяков. 1993 год Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium, который научил компьютеры работать с атрибутами "реального мира" — такими, как звук, голосовая и письменная речь, фотоизображения.

1995 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium Pro.

1997 год Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium II. Процессор дает пользователям возможность вводить в компьютер и обрабатывать цифровые фотоизображения, создавать и редактировать тексты, музыкальные произведения, сценки для домашнего кино, передавать видеоизображения по обычным телефонным линиям.

Дальнейшая хронология микропроцессоров Intel 1998: Celeron (Pentium II based) 1998: Pentium II Xeon 1999: Pentium III Xeon 2000: XScale 2000: Pentium 4 2001: Itanium 2001: Pentium 4 Xeon 2002: Itanium 2 2003: Pentium M 2003: Celeron M 2003: Pentium 4 EE 2004: EM 64 T 2005: Pentium D 2006: Conroe, Merom 2007: Core 2 Extreme QX 6700 2007: Core 2 Quad — Четырёхъядерный 2008: Core 2 обновление линейки 2008: Centrino Atom 2008: Core i 7 2009: Core i 5 2010: Core i 3 2011: Celeron Sandy Bridge, Pentium Sandy Bridge 2011: Сore i 3, i 5, i 7 Extreme Edition Sandy Bridge 2012: Core i 3, i 5, i 7 Ivy Bridge 2013: Core i 3, i 5, i 7 Haswell 2014: Core i 3, i 5, i 7 Broadwell 2015: Core i 5, i 7 Skylake

КОМПЬЮТЕРЫ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ Основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.