Лекция 1 Средства для вычисления от счетов

Лекция № 1. Средства для вычисления: от счетов до языков программирования «calculos» (лат) – счетный камешек «abacus» (лат, ориг. греч. ) – счетная доска «computo» (лат) – считаю 30 тысяч лет до н. э. "вестоницкая кость" с зарубками - уже тогда наши предки были знакомы с зачатками счета. ~ 850 г. н. э. арабский математик Мухаммед бен Муса ал-Хорезм - книга "Китаб ал-Джебр"об общих правилах решения арифметических задач при помощи уравнений. Появление термина "алгоритм".

Первым механическим приспособлением для автоматизации расчетов были счеты (абак). VI-V век до н. э. - Древнегреческий абак (доска или "саламинская доска" - о. Саламин в Эгейском море) - посыпанная морским песком дощечка с бороздками, на которых камешками обозначались числа. I бороздка единицы, II десятки и т. д. римляне – усовершенствовали (маморные доски с желобками и шариками. Причем в России этот «народный калькулятор» продержался на рабочих местах кассиров и бухгалтеров вплоть до начала 90 -х годов XX века, а в учебнике «Торговые вычисления» 1986 года методам вычисления на счетах посвящалась целая глава.

Механические счетные машины: 1492 г. – Леонардо да Винчи - эскиз 13 -разрядного суммирующего устройства. Основа - стержни с двумя зубчатыми колесами, большое - с одной стороны и маленькое - с другой, расположенные так, чтобы маленькое колесо на одном стержне входило в сцепление с большим колесом на соседнем стержне 10 оборотов I стержня приводили к 1 полному обороту II стержня и т. д. (всего 13 стержней). Система приводилась в движение набором грузов.

1623 г. Вильгельм Шиккард – 6 -ти разрядное механическое вычислительное устройство, которое могло складывать и вычитать числа.

1642 г. – Блез Паскаль – «Паскалина» : механическое устройство в виде ящичка с многочисленными связанными одна с другой шестерёнками. Складываемые числа вводились при помощи соответствующего поворота наборных колёсиков. Первые варианты – 5 зубчатых колёс, позднее – 6 или 8, т. е. работа с числами вплоть до 9999999.

1674 (1666? ) г. – машина Морленда 2 ряда пар дисков. 5 пар дисков верхнего ряда для счета единиц, десятков, сотен и т. д. (десятичные шкалы), в том числе и фунтов стерлингов. Нижний ряд пар дисков – для подсчета разменной монеты (шиллингов, пенсов и т. д. ) –шкалы по 20, 12 и 4 деления. Верхний маленький диск в паре показывает количество оборотов большого диска.

1673 - Механический калькулятор Лейбница. Сложение чисел аналогично «Паскалине» . Добавлена движущаяся часть (прообраз подвижной каретки будущих настольных калькуляторов) и рукоятка для вращения ступенчатого колеса, чтобы ускорить повторяющиеся операции сложения, при помощи которых выполнялось деление и перемножение чисел. Необходимое число повторных сложений выполнялось автоматически. ! Петр. I удивил китайского императора !

1600 -1614 г. Джон Непер таблицы логарифмов 1654 г. - Роберт Биссакар - логарифмическая линейка. Одновременно со счетами практически без изменений прослужили вплоть до появления калькуляторов. ~1700 г. Клод Перро – рабдологический абак – суммирующая машина по типу логарифмической линейки. 7 линеек, отделенных друг от друга тонкими пластинками. Крайняя правая линейка разряд единиц, следующая– разряд десятков и т. д. до разряда миллионов

1820 г. — Тома де Кольмар начал серийный выпуск арифмометров. Сходны с арифмометром Лейбница, но имели ряд конструктивных отличий. 1890 г. — начато серийное производство арифмометров Однера — самого распространённого типа арифмометров XX в. К этому типу относится и знаменитый «Феликс» . 1919 г. — Mercedes-Euklid VII — первый в мире вычислительный автомат, то есть арифмометр, способный, самостоятельно осуществлять все четыре основных арифметических действия. 1950 -е гг. — Расцвет вычислительных автоматов и полуавтоматических арифмометров. Именно в это время выпущена большая часть моделей электромеханических вычислительных машин. 1969 г. — Пик производства арифмометров в СССР.

Однако со временем крутить ручку начинало надоедать, и на смену арифмометрам пришли клавишные счетные машины с электрическим приводом, производившие арифметические действия автоматически или полуавтоматически. В некоторых - «полная клавиатура» , отдельная для каждого разряда вводимых чисел, в других – 10 -клавишная, число вводилось последовательно. В середине 60 -х годов XX в. ЭКВМ – электронные клавишные вычислительные машины. После разработки технологии производства ИС, в 1970 г. В СССР появились первые образцы ЭКВМ на ИСах.

1855 г. Джорж и Эдвард Шутц (George & Edvard Scheutz) из Стокгольма построили первый механический компьютер, используя работы Ч. Бэббиджа. Оригиналы не дошли до наших дней 1884 г. Герман Холлерит – патент на перфо. Карту. ! В 1991 г. был изготовлен действующий образец механического компьютера ( Лондонский музей истории науки)!

Тенденции развития ЭВМ первого поколения

УВв – устр-ва ввода данных ОЗУ оперативное запоминающее устр-во ВЗУ - внешнее запоминающее устр-во (заносилась информация, могла подгружаться в ОЗУ) УУ – устр-во управления – дешифр. команды, def адреса операндов и № следующей команды, кот. счит. из ОЗУ, организов. исполнение команды АЛУ - Арифметико-логическое устройство (арифм. и логич. операции над данными) - вычислительное ядро, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др. Промежуточные результаты сохранялись в ОЗУ. после выполнения всей программы все на

ENIAC - первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер 1946 г. по заказу Армии США EDVAC — одна из первых электронных вычислительных машин. лаборатория баллистических исследований Армии США, 1949 г. EDSAC — электронная вычислительная машина, 1949 г. , Кембриджский университет UNIVAC - универсальный автоматический компьютер, 1951 г. IAS - ЭВМ Института перспективных исследований, 1952 г. Whirlwind – ЭВМ, созданная в Массачусетском технологическом университете в марте 1951 г. МЭСМ - Малая Электронная Счетная машина, первая отечественная ЭВМ (1950 г. ) БЭСМ - большая электронная счетная машина (60 -е гг)

Интегральные схемы можно классифицировать по количеству элементов размещенных на одном кристалле: ПИС – (Простые и. схемы) до 10 элементов МИС – (Малые и. схемы) до 100 элементов СИС – (Средние и. схемы) до 1 000 элементов БИС – (Большие и. схемы) до 10 000 элементов СБИС – (Сверхбольшие и. схемы) до 1 000 элементов УБИС – (Ультрабольшие и. схемы) до 1 000 000 элементов ГБИС – (Гигабольшие и. схемы) свыше 1 000 000 элементов

ПИС- 1958 г. , массовое производство- 60 -70 -е гг – ЭВМ третьего поколения IBM ЭВМ System/360 - 1964 г. – первый ПК Российские аналоги – ЭВМ ЕС-1010 и т. д. , Мир-31, Мир-32, АСВТ М-6000, Электроника-79, … 200 и т. д. Многие операции ЭВМ начали выполнять сразу с группой бит - рассматривали как целое - байт. БИС - ЭВМ четвертого поколения: ØМультипроцессорность ØЯзыки высокого уровня ØКомпьютерные сети ØПараллельная и последоват. обработка данных 1968 г. PDP-8 корпорации DEC – первая ЭВМ 4 -го пок БИС все основные элементы центр. процессора на одном кристалле (Intel-4004 -1971 г. I процессор) Altair-8800 (микропроцессор Intel-8080) – ПК 4 -го пок многопроцессорный вычислит. комплекс «Эльбрус» "Эльбрус-2" - до 120 млн. опер. в сек. , емкость оперативной памяти до 144 Мб (слово 72 разряда), max пропуск. способн. каналов ввода-вывода - 120 Мб/с.

Операционная система (ОС) — это совокупность программных средств, осуществляющих управление ресурсами ЭВМ, запуск прикладных программ и их взаимодействие с внешними устройствами и другими программами, а также обеспечивающих диалог пользователя с компьютером. (MS-DOS, OS/2, UNIX, WINDOWS, LINUX, они имеют разные модификации) Три основные функции операционной системы: üОбмен данными между компьютером и различными периферийными устройствами (терминалами, принтерами, гибкими дисками, жесткими дисками и т. д. ). Такой обмен данными называется "ввод/вывод данных". üОбеспечение системы организации и хранения файлов. üЗагрузка программ в память и обеспечение их выполнения.

Ресурс - любой компонент ЭВМ и предоставляемые им возможности: центральный процессор, оперативная или внешняя память, внешнее устройство, программа и т. д. Программный интерфейс — совокупность средств, обеспечивающих взаимодействие устройств и программ в рамках вычислительной системы. Пользовательский интерфейс —программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ (командный или объектно-ориентированным). Командный интерфейс - ввод пользователем команд с клавиатуры при выполнении действий по управлению ресурсами компьютера. Объектно-ориентированный интерфейс — управление ресурсами системы посредством операций над объектами, представляющими файлы, каталоги (папки), дисководы, программы, документы и т. д.

Операционные системы классифицируются по: qколичеству одновременно работающих пользователей (однопользовательские, многопользовательские); qчислу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы (однозадачные, многозадачные); qколичеству поддерживаемых процессоров (однопроцессорные, многопроцессорные); qразрядности кода ОС (8 -разрядные, 16 разрядные, 32 -разрядные, 64 -разрядные); qтипу интерфейса: командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические); qтипу доступа пользователя к ЭВМ (с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени); qтипу использования ресурсов (сетевые, локальные).

многопроцессорные ОС поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи. пакетная обработка - из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности разделение времени (TSR) - одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на различных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соотв. с заданной дисциплиной обслуживания; реального времени - обеспечивающих определенное гарантированное время ответа на запрос пользователя с управлением им какими-либо внешними но отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами.

Чтобы выбрать ту или иную ОС, необходимо знать: • на каких аппаратных платформах и с какой скоростью работает ОС; • какое периф. аппаратное обеспечение ОС поддерживает; • как полно удовлетворяет ОС потребности пользователя, то есть каковы функции системы; • каков способ взаимодействия ОС с пользователем, то есть насколько нагляден, удобен, понятен и привычен пользователю интерфейс; • существуют ли информативные подсказки, встроенные справочники и т. д. ; • какова надежность системы, т. е. ее устойчивость к ошибкам пользователя, отказам оборудования и т. д. ; • какие возможности есть ОС для организации сетей; • обеспечивает ли ОС совместимость с другими ОС; • какие инструментальные средства имеет ОС для разработки прикладных программ; • есть ли в ОС поддержка различных языков; • какие есть известные пакеты прикладных программ;

MS-DOS (Microsoft)- дисковая операционная система без специальной "пользовательской оболочек", (есть еще DR DOS , PC DOS). Файл - набор взаимосвязанных данных, имеющих общее имя, находящихся на каком-либо устройстве и доступных для обработки на компьютере; Драйвер – прогр. , управляющ. внешними устр-вами; Пример: kbr. sys - драйвер клавиатуры каталог (директория) - группа файлов, объединенных по какому-либо признаку. Вся информация в ПК размещается в файлах. Для обращения к файлу используется имя файла. ИМЯ ФАЙЛА: имя. тип имя - может содежать латинские буквы, цифpы и знаки подчеpкивания, не более 8 символов; тип - может содежать латинские буквы, цифpы и знаки подчеpкивания, не более 3 символов. Тип или расширение могут отсутствовать.

OS/2 v. 2. 0 была первой доступной и работающей 32 -х битной операционной системой для персональных компьютеров. Версия OS/2 Warp, предназначенная для клиентских машин сетей клиент-сервер и одноранговых сетей, появилась на рынке раньше Windows 95, позиционированной аналогичным образом. OS/2 Warp была также первой системой, включившей набор средств поддержки Internet, а также средств объектной ориентации. Сейчас разрабатываются только серверные версии и прикладные ОС – например, для управления большими телескопами

Операционная система UNIX была разработана компанией Bell Laboratories в начале 1970 -х годов программистами и для программистов. Изначально Unix создали ввиду возникновения потребности в специальном уровне программного обеспечения, известном как "операционная система". Эта система должна была содержать средства, позволяющие работать с компьютерами не только профессионалам, но и простым смертным, а также быть достаточно переносимой, чтобы ее можно было легко устанавливать на новые компьютеры по мере их появления. Другими словами, людям понадобился инструмент, которого еще не было, — вот они его и создали.

создание ядра Linux началось в 1991 году, в его основу были положены концепции "академической" и проверенной временем ОС Unix. В 1991 году Линус Торвальдс был студентом и изучал информатику в Хельсинском университете в Финляндии. 386 -го компьютер, хотелось ОС, похожую на Unix, но такую, чтобы было видно, как она работает. Unix - коммерческая операционная система с закрытым исходным кодом Торвальдс сам сел за написание операционной системы. Шесть месяцев спустя он поместил в Internet результаты своей работы для всех, кто мог этим заинтересоваться.

ПРЕИМУЩСТВА Linux: ØМногопользовательский режим. Несколько пользователей могут подключиться к одному компьютеру одновременно. ØМногозадачность. Реальный приоритетный многозадачный режим дает возможность ядру ОС эффективно выполнять по нескольку программ одновременно. ØМногоплатформенность. В настоящее время Linux работает на платформах Intel, Digital/Compaq Alpha, Power. PC (Apple Macintosh), Sun Sparc, Amiga и Strong. ARM. ØLinux хорошо взаимодействует с большинством сетевых протоколов и операционных систем, включая Microsoft Windows, Unix, Novell и Mac OS. ØМасштабируемость. Производительность Linux может расти по мере увеличения потребностей ее владельца. Эта операционная система одинаково хорошо работает как на ПК, так и на промышленных компьютерах.

ПРЕИМУЩСТВА Linux: ØПереносимость. Большая часть Linux написана на языке С - язык специально для написания системного ПО, которое можно переносить на компьютеры с новейшим оборудованием. ØГибкость. Linux можно настроить таким образом, чтобы она была сетевым узлом, маршрутизатором, графической рабочей станцией, офисным компьютером, домашним развлекательным центром, файловым сервером, Web-сервером и т. д. ØНадежность. Нередки случаи, когда серверы под управлением Linux годами работают без какихлибо сбоев. ØЭффективность. Модульная архитектура Linux позволяет настраивать систему таким образом, чтобы подключать к ней только те компоненты, которые вам нужны (можно даже на 386). Ø!!!Бесплатность!

Debian GNU/Linux. Этот дистрибутив — один из самых старых и любимых в технических кругах, считается наиболее открытым дистрибутивом Linux. www. debian. org Mandrake. Основанный на дистрибутиве Red Hat, Mandrake облегчает процесс установки Linux. www. linux-mandrake. com Open. Linux (Caldera). Дистрибутив в "коробочном" варианте и оснастив его первым графическим интерфейсом для установки Linux. www. caldera. com Red Hat. Стандартный "коробочный" вариант и всесторонняя поддержка, включая "горячую" линию, консультации и т. д. www. redhat. com Slackware. Наиболее почитаемый из первых дистрибутивов Linux www. slackware. com Su. SE. Связан с проектом XFree 86 (свободный графический Х-сервер, входяший во все дистр. Linux)+ графическое средство настройки (Sa. X). www. suse. com

1990 -1993 – Windows 2. 03 – 3. 11

1993 -1998 - 32 -разрядная Windows NT (запрет доступа к ресурсам компьютера любым программам, пытающимся работать с «железом» напрямую) несовместимость (DOS, Win 95, Win 98) + сервер 1995, 1998 – Windows 95 -98 (остался доступ) Windows 98 SE – наиболее устойчивая 2000 – Windows 2000. NT-подобная + высокая требовательность к ресурсам компьютера (мало 64 МБ оперативной памяти и Pentium II-300) + сервер 2000 Windows Me - нет реального режима MS-DOS 2001 Windows XP (32 битная) – полностью настраиваемый интерфейс, режим MS-DOS, Unreal Commander!!! Сейчас SP 3 и поддержка 64 -битного режима 2003 Windows 2003 - (32 битная) + сервер 2006 Windows Vista – (клиентская, NT-подобная) – поддержка 64 -битного режима, несовместимость (DOS, Win 95, Win ХР) высокая требовательность к ресурсам 2008 - Windows Server 2008 (серверная ОС) 2009 - Windows 7 (NT-подобная)

Языки программирования до 1969 г - Обложка книги Д. Сэммит «Языки программирования» (1969) С – 1969 Bell Telephone Laboratories - результат дружеского соревнования внутри небольшой группы программистов лаборатории, искавших язык, пригодный для экспериментов с новым ПО, как приемник языка В Окончательно разработан в 1972 г. Денисом Ритчи для программирования новой операционной системы (UNIX).

Все усовершенствования были в 1989 году закреплены в стандарте ANSI, который и поныне определяет язык С. слишком низкоуровневые средства (работа с памятью и адресная арифметика) - смена разрядности процессоров очень болезненно отражается на многих С-программах + недостаток абстрактных типов данных и объектов, полиморфизма, обработки исключений. Главное нововведение C++ - механизм классов возможность определять и использовать новые типы данных, описывая внутреннее представление объекта класса и набор функций-методов для доступа к этому представлению; а механизм наследования позволяет создавать новые (производные) классы с расширенным представлением и методами, не затрагивая скомпилированный код исходных (базовых) классов. Реализованы полноценный механизм структурной обработки исключений, механизм шаблонов и т. д.