История развития вычислительной техники Этапы развития ВТ

История развития вычислительной техники

Этапы развития ВТ • • Ручной - с древних, древних времен до н. э. Механический - с середины XVII-го века н. э. Электро-механический - с 90 -х годов XIX-го века Электронный - с 40 -х годов XX-го века

Ручной этап развития вычислительной техники Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации и базировался на использовании различных частей тела, в первую очередь, пальцев рук и ног.

Аба к (греч. αβαξ, abákion, лат. abacus — доска) — счётная доска, применявшаяся для арифметических вычислений приблизительно с IV века до н. э. в Древней Греции, Древнем Риме. Реконструкция римского абака Абак инков Впервые появился в Древнем Вавилоне ок. 3 тыс. до н. э. Первоначально представлял собой доску, разграфлённую на полосы или со сделанными углублениями. Счётные марки (камешки, косточки) передвигались по линиям или углублениям. В 5 в. до н. э. в Египте вместо линий и углублений стали использовать палочки и проволоку с нанизанными камешками.

Суаньпань (иногда неточно cуан-пан; кит. трад. 算盤, упр. 算盘, пиньинь suànpán) — китайская семикосточковая разновидность абака (Счёты). Китайский и японский варианты суаньпань Впервые упоминается в книге «Шушу цзии» ( 数术记遗) Сюй Юэ (岳撰) (190 год). Современный тип этого счётного прибора был создан позднее, по-видимому, в XII столетии. Суаньпань представляет собой прямоугольную раму, в которой параллельно другу протянуты проволоки или верёвки числом от девяти и более. Перпендикулярно этому направлению суаньпань перегорожен на две неравные части. В большом отделении ( «земля» ) на каждой проволоке нанизано по пять шариков (косточек), в меньшем ( «небо» ) — по два. Проволоки соответствуют десятичным разрядам.

Русские счёты (аналог римского абака) — простое механическое устройство для произведения арифметических расчётов, являются одним из первых вычислительных устройств. Счёты представляют собой раму с нанизанными на спицы костяшками, обычно по 10 штук. Тот железный прут в счётах, на котором находятся всего 4 костяшки, использовался для расчётов в полушках. 1 полушка была равна половине деньги, то есть четверти копейки, соответственно, четыре костяшки составляли одну копейку. В наши дни этот прут отделяет целую часть набранного на счётах числа от дробной, и в вычислениях не

Полу шка — русская монета достоинством в половину деньги. . Полушка, Пётр I, 1707, медь 1/4 копейки серебром, Николай I, 1842, медь Полушка появилась как серебряная монета в конце XIV века. Полушки чеканились в Великом княжестве Московском с уделами со времени правления Василия Дмитриевича, а также в Ростовском и Нижегородско-Суздальском княжествах. В Новгороде чеканка этого номинала зафиксирована только во времена Ивана III. В правление Василия III чеканка полушек осуществлялась также в Твери и Пскове. Денежная реформа 1535 года, осуществлённая Еленой Глинской, унифицировала полушку как общегосударственный номинал, равный ½ «московки» (московской денги) и ¼ «новгородки» (новгородской денги или копейки), и установила для неё весовую норму около 0, 17 грамма серебра. Денежная реформа Петра I ввела в обращение медную полушку как номинал, эквивалентный ¼ медной копейки. С 1700 по 1810 год и в 1850— 1866 годах номинал на монетах обозначался словом «полушка» , с 1839 по 1846 год и с 1867 по 1916 год — «¼ копейки» .

Логарифмическая линейка Логарифми ческая лине йка — аналоговое вычислительное устройство, позволяющее выполнять несколько математических операций, в том числе умножение и деление чисел, возведение в степень (чаще всего в квадрат и куб) и вычисление квадратных и кубических корней, вычисление логарифмов, тригонометрических функций и другие операции. Логарифмическая линейка. Умножение 1, 3 × 2 или деление 2, 6 / 2 (см. шкалы C и D). Круглая логарифмическая линейка Принцип действия логарифмической линейки основан на том, что умножение и деление чисел заменяется соответственно сложением и вычитанием их логарифмов. Первый вариант линейки разработал английский математиклюбитель Уильям Отред в 1622 году.

Часы Breitling Navitimer Однако в начале XXI века логарифмические линейки получили второе рождение в наручных часах. Дело в том, что следуя моде производители дорогих и престижных марок часов перешли от электронных хронометров с ЖКэкранами к стрелочным и соответственно места для встраиваемого калькулятора оказалось недостаточно. Однако спрос на хронометры со встроенным вычислительным устройством среди следящих за модой людей заставил производителей часов выпустить модели с встроенной логарифмической линейкой выполненной в виде вращающихся колец со шкалами вокруг циферблата. По прихоти производителей такие устройства обычно называются «навигационная линейка» . Их достоинство — можно сразу, в отличие от микрокалькулятора, получить таблицу (например, расхода топлива на пройденное расстояние; перевода миль в километры и т. п. ). Примером таких часов можно назвать Breitling Navitimer, CITIZEN (модели BJ 7010 -59 E, JQ 8005 -56 E, JR 3130 -55 E), Orient (модели OCEM 58002 DV, OCTD 09001 B, OCTD 09003 D) и некоторые другие.

Механический этап развития вычислительной техники Развитие механики в 17 в. стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда.

Первая механическая машина была описана в 1623 г. В. Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6 -разрядными числами.

В машине Б. Паскаля использовалась более сложная схема переноса старших разрядов, в дальнейшем редко используемая; но построенная в 1642 г. первая действующая модель машины, а затем серия из 50 машин способствовали достаточно широкой известности изобретения и формированию общественного мнения о возможности автоматизации умственного труда. До нашего времени дошло только 8 машин Паскаля, из которых одна является 10 -разрядной. Именно машина Паскаля положила начало механического этапа развития ВТ.

Машина Б. Паскаля

Первый арифмометр, позволяющий производить все четыре арифметических операции, был создан Г. Лейбницем По сравнению с машиной Паскаля было создано принципиально новое вычислительное устройство, существенно ускоряющее выполнение операций умножения и деления. Однако арифмометр Лейбница не получил распространения по двум основным причинам: отсутствие на него устойчивого спроса и конструкционной неточности, сказывающейся при перемножении предельных для него чисел.

Арифмометр (от греч. αριθμός — «число» , «счёт» и греч. μέτρον — «мера» , «измеритель» ) — настольная (или портативная) механическая вычислительная машина, предназначенная для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания. Чаще всего арифмометры были настольные или «наколенные» (как современные ноутбуки), изредка встречались карманные модели (Curta). Этим они отличались от больших напольных вычислительных машин, таких как табуляторы (Т-5 М) или механические компьютеры (Z-1, Разностная машина Чарльза Бэббиджа). Арифмометр 1932 года выпуска.

Curta — портативная механическая вычислительная машина Создатель- австрийский инженер Курт Херцштарк. Представляла собой небольшой цилиндр, помещающийся в руке. Могла производить операции сложения, вычитания, умножения, деления. Принцип действия такой же, как у арифмометра. Выпускалась с 1948 по 1970 в Лихтенштейне фирмой Contina AG, произведено порядка 140, 000 единиц. Широко использовалась как портативное вычислительное устройство. Curta выпущенна в 1948 году.

«Феликс» — самый распространённый в СССР арифмометр. Выпускался с 1929 по 1978 гг. на заводах счётных машин в Курске, в Пензе и в Москве. Эта счётная машина относится к рычажным арифмометрам Однера. Она позволяет работать с операндами длиной до 9 знаков и получать ответ длиной до 13 знаков (до 8 для частного). Арифмометр Феликс, курский завод счётных машин Арифмометр Facit CA 1 -13 Арифмометр Mercedes R 38 SM

Суммирующая машина — механическая машина, автоматически суммирующая числа, вводимые в неё оператором. Классификация Суммирующие машины бывают двух типов — незаписывающие (отображающие результат вычисления результаты вычисления с помощью поворота цифровых колёс) и записывающие (печатающие ответ на ленте или на листе бумаги). Незаписываюшие Resulta BS 7 Записываюшие Precisa 164 1

Работы Ч. Бэбиджа Особое место среди разработок механического этапа развития ВТ занимают работы Ч. Бэбиджа, с полным основанием считающегося родоначальником и идеологом современной ВТ. Среди работ Бэбиджа явно просматриваются два основных направления: разностная и аналитическая вычислительные машины.

• Проект разностной машины был разработан в 20 -х годах 19 в. и предназначался для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. • Второй проект Бэбиджа - аналитическая машина, использующая принцип программного управления и явившуюся предшественницей современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30 -е годы 19 в. , а в 1843 г. Алой Лавлейс для машины Бэбиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли. Оба эти достижения можно считать выдающимися, как опередившими свою эпоху более, чем на столетие.

Разностная машина Чарльза Бэббиджа Часть Разностной машины Чарльза Бэббиджа, собранная после смерти учёного его сыном из деталей найденных в лаборатории отца. Ра зностная маши на Чарльза Бэббиджа (альт. перевод Машина различий) — механический аппарат, изобретённый английским математиком Чарльзом Бэббиджем, предназначенный для автоматизации вычислений путём аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Возможность приближённого представления в многочленах логарифмов и тригонометрических функций позволяет рассматривать эту машину как довольно универсальный вычислительный прибор. Копия разностной машины в лондонском Музее Науки.

Электро-механический этап развития ВТ явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита (1887 г. ) до первой ЭВМ ENIAC (1945 г. ). Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др. ), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислите-льные устройства.

Классическим типом средств электромеханического этапа был счетноаналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях. Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Г. Холлеритом в 1887 г. и состоял из: ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора

Заключительный период (40 -е годы 20 в. ) электромеханического этапа развития ВТ характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно -механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом. Наиболее крупные проекты данного периода были выполнены в Германии (К. Цузе) и США (Д. Атанасов, Г. Айкен и Д. Стиблиц). Данные проекты можно рассматривать в качестве прямых предшественников универсальных ЭВМ.

Z 1 (вычислительная машина) Z 1 — вычислительное устройство, созданное Модель вычислительной машины Z 1 в Немецком техническом музее Берлина в 1938 году, стало первой немецкого инженера Конрада Цузе программируемой вычислительную машиной. Это двоичная вычислительная машина с вводом данных с помощью клавиатуры, в десятичной системе исчисления в виде чисел с плавающей запятой. Главным отличием от более известной вычислительной машины Z 3 (1941 год) было отсутствие вычисления квадратного корня. Ввод команд и данных осуществлялся при помощи клавиатуры, сделанной на основе пишущей машинки, а вывод, — с помощью маленькой лампочной панели. Память вычислителя организовывалась при помощи конденсатора чередующего слои стекла и металлические пластины. Такая конструкция позволяла хранить 64 22 -битовых вещественных числа, каждое из которых состояло из 14 -битовой мантиссы и 8 бит, отводившихся под знак и порядок.

Электронный этап развития вычислительной техники Первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), созданную в США в конце 1945 г. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики, машина оказалась универсальной, т. е. способной решать различные задачи. Главным консультантом проекта являлся Д. Моучли, а главным конструктором - Д. Эккерт.

Компью тер (англ. computer — «вычислитель» ), ЭВМ (электро нная вычисли тельная маши на) — вычислительная машина для передачи, хранения и обработки информации. Суммирующая машина Паскаля Компьютер PDP-11/40 Компьютер ЭНИАК

Поколения ЭВМ

Начиная с 1950 года, каждые 7 -10 лет кардинально обновлялись конструктивно-технологические и программно-алгоритмические принципы построения и использования ЭВМ. В связи с этим правомерно говорить о поколениях вычислительных машин. Условно каждому поколению можно отвести 10 лет.

Первое поколение ЭВМ : 1950 -1960 -е годы Логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах с нитью накала. В оперативных запоминающих устройствах использовались магнитные барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электроннолучевые трубки (ЭЛТ). В качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы

Компьютеры с архитектурой фон Неймана . Память на ферритовых сердечниках. Каждый сердечник — один бит

В 1956 году был создан первый язык программирования высокого уровня для математических задач - язык Фортран, а в 1958 году - универсальный язык программирования Алгол. ЭВМ, начиная от UNIVAC и заканчивая БЭСМ-2 и первыми моделями ЭВМ "Минск" и "Урал", относятся к первому поколению вычислительных машин.

Второе поколение ЭВМ: 1960 -1970 -е годы Логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, микротрансформаторы). Стали применяться внешние накопители на жестких магнитных дисках и на флоппидисках - промежуточный уровень памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью.

Транзисторы

Первой ЭВМ, в которой частично использовались полупроводниковые приборы вместо электронных ламп, была машина SEAC (Standarts Eastern Automatic Computer), созданная в 1951 году. В начале 60 -х годов полупроводниковые машины стали производиться и в СССР.

Третье поколение ЭВМ: 1970 -1980 -е годы Логические схемы ЭВМ 3 -го поколения уже полностью строились на малых интегральных схемах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания (единицы вольт) и потребляемая машиной мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ.

Интегральные микросхемы

Первыми ЭВМ этого поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и PDP (PDP 1). В Советском Союзе в содружестве со странами Совета Экономической Взаимопомощи (Польша, Венгрия, Болгария, ГДР и др1. ) стали выпускаться модели единой системы (ЕС) и системы малых (СМ) ЭВМ.

Четвертое поколение ЭВМ: 1980 -1990 -е годы Революционным событием в развитии компьютерных технологий третьего поколения машин было создание больших и сверхбольших интегральных схем (Large Scale Integration - LSI и Very Large Scale Integration - VLSI), микропроцессора (1969 г. ) и персонального компьютера. Начиная с 1980 года практически все ЭВМ стали создаваться на основе микропроцессоров. Самым востребованным компьютером стал персональный.

ЭВМ пятого поколения Кратко основную концепцию ЭВМ пятого поколения можно сформулировать следующим образом: • Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы. • Компьютеры с многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы.

История Некомпьютерная техника 3000 лет до н. э. — в Древнем Вавилоне были изобретены первые счёты — абак. • 500 лет до н. э. — в Китае появился более «современный» вариант абака с косточками на соломинках — суаньпань. • XVI век — в России появились счёты, в которых было 10 деревянных шариков на проволоке. Нулевое поколение I поколение III поколение IV поколение VIII поколение IX поколение ● ● ●

Нулевое поколение • 87 год до н. э. — в Греции был изготовлен «антикитерский механизм» — механическое устройство на базе зубчатых передач, представляющее собой специализированный астрономический вычислитель. • 1492 год — Леонардо да Винчи в одном из своих дневников приводит эскиз 13 разрядного суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в XX веке, всё же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась. • 1623 год — Вильгельм Шиккард, профессор университета Тюбингена, разрабатывает устройство на основе зубчатых колес ( «считающие часы» ) для сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. Было ли устройство реализовано при жизни изобретателя, достоверно не известно, но в 1960 году оно было воссоздано и проявило себя вполне работоспособным. • 1630 год — Ричард Деламейн создаёт круговую логарифмическую линейку. • 1642 год — Блез Паскаль представляет «Паскалин» — первое реально осуществлённое и получившее известность механическое цифровое вычислительное устройство. Прототип устройства суммировал и вычитал пятиразрядные десятичные числа. Паскаль изготовил более десяти таких вычислителей, причём последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами. • 1673 год — известный немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц построил механический калькулятор, который при помощи двоичной системы счисления выполнял умножение, деление, сложение и вычитание. • Примерно в это же время Исаак Ньютон закладывает основы математического анализа.

Нулевое поколение • 1723 год — немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен на основе работ Лейбница создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и число последовательных операций сложения при умножении чисел. Кроме того, в ней была предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода данных. • 1786 год — немецкий военный инженер Иоганн Мюллер выдвигает идею «разностной машины» — специализированного калькулятора для табулирования логарифмов, вычисляемых разностным методом. Калькулятор, построенный на ступенчатых валиках Лейбница, получился достаточно небольшим (13 см в высоту и 30 см в диаметре), но при этом мог выполнять все четыре арифметических действия над 14 -разрядными числами. • 1801 год — Жозеф Мари Жаккар строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт. • 1820 год — первый промышленный выпуск арифмометров. Первенство принадлежит французу Тома де Кальмару. • 1822 год — английский математик Чарльз Бэббидж изобрёл, но не смог построить, первую разностную машину (специализированный арифмометр для автоматического построения математических таблиц) (см. : Разностная машина Чарльза Бэббиджа). • 1855 год — братья Георг и Эдвард Шутц (англ. George & Edvard Scheutz) из Стокгольма построили первую разностную машину на основе работ Чарльза Бэббиджа.

Нулевое поколение • 1876 год — русским математиком П. Л. Чебышевым создан суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков. В 1881 он же сконструировал к нему приставку для умножения и деления (Арифмометр Чебышева). • 1884— 1887 годы — Холлерит разработал электрическую табулирующую систему, которая использовалась в переписях населения США 1890 и 1900 годов и России в 1897 году. • 1912 год — создана машина для интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений по проекту российского ученого А. Н. Крылова. • 1927 год — в Массачусетском технологическом институте (MIT) был изобретён аналоговый компьютер. • 1938 год — немецкий инженер Конрад Цузе вскоре после окончания в 1935 году Берлинского политехнического института построил свою первую машину, названную Z 1. (В качестве его соавтора упоминается также Гельмут Шрейер (нем. Helmut Schreyer)). Это полностью механическая программируемая цифровая машина. Модель была пробной и в практической работе не использовалась. Её восстановленная версия хранится в Немецком техническом музее в Берлине. В том же году Цузе приступил к созданию машины Z 2 (Сначала эти компьютеры назывались V 1 и V 2. По немецки это звучит «Фау1» и «Фау2» и чтобы их не путали с ракетами, компьютеры переименовали в Z 1 и Z 2). • 1941 год — Конрад Цузе создаёт первую вычислительную машину Z 3, обладающую всеми свойствами современного компьютера.

Нулевое поколение • 1942 год — в Университете штата Айова (англ. Iowa State University) Джон Атанасов (англ. John Atanasoff) и его аспирант Клиффорд Берри (англ. Clifford Berry) создали (а точнее — разработали и начали монтировать) первый в США электронный цифровой компьютер (англ. Atanasoff-Berry Computer — ABC (компьютер)). Хотя эта машина так и не была завершена (Атанасов ушёл в действующую армию), она, как пишут историки, оказала большое влияние на Джона Мочли, создавшего двумя годами позже ЭВМ ЭНИАК. • В начале 1943 года успешные испытания прошла первая американская вычислительная машина Марк I, предназначенная для выполнения сложных баллистических расчётов американского ВМФ. • В конце 1943 года заработала английская вычислительная машина специального назначения Колосс. Машина работала над расшифровкой секретных кодов фашистской Германии. • В 1944 году Конрад Цузе разработал ещё более быстрый компьютер Z 4, а также первый языка программирования высокого уровня Планкалкюль. • 1946 год стал годом создания первой универсальной электронной цифровой вычислительной машины ЭНИАК. • В Советском Союзе первая электронная вычислительная машина была создана в Киеве группой Лебедева в 1950 году. • В 1958 году Н. П. Брусенцов с группой единомышленников построили первую троичную ЭВМ с позиционной симметричной троичной системой счисления «Сетунь» .