av Сергей Копанев 12 måneder siden
120
Mer som dette
Теоретический материал по теме «История вычислительной техники»
Историю вычислительной техники можно условно разбить на несколько периодов:
· Применение для счета подручных средств.
· Использование приспособлений для счета.
· Создание механических вычислительных машин.
· Создание электронных вычислительных машин.
Последний период, в свою очередь, делится на несколько подпериодов в зависимости от поколений ЭВМ.
Первобытные люди не знали, чисел и использовали для запоминания определенного количества предметов наглядное представление — различные подручные средства: ракушки, камешки и т.д. Многие народы использовали для счета пальцы рук, ног и другие части тела. Отделение понятия количества от понятия предмета привело к возникновению понятия числа. Возникла необходимость в системе записи чисел или в системе нумерации. У многих народностей запись чисел была очень громоздкой, поэтому для расчетов использовались специальные приспособления для счета.
Самым распространенным приспособлением для счета был абак (или счеты). Древнейшие счеты были обнаружены при археологических раскопках на одном из островов Эгейского моря (находка относится к IV тыс. до н.э.). Абак (от греческого аЪах — доска) — счетная доска, широко применявшаяся в Древней Греции. Греческий абак представлял собой доску, на которой параллельные линии обозначали разряды единиц, десятков, сотен и т.д. На линиях помещали соответствующее число жетонов (камешек, косточек). В Древнем Риме на доске для удобства делали желобки, чтобы камешки не скатывались. Это приспособление называлось калькули . В Китае заменили камешки на бусинки, нанизанные на прутики, которые крепились на деревянной раме. Каждый прутик был разделен на две неравные части. В одной части было 5 бусинок, по количеству пальцев на руке, а во второй — только 2, по количеству рук. Это приспособление называлось «суан-пан». Им пользовались в Китае уже в VI веке. В Японии подобная конструкция получила название «саробан». В Западной Европе познакомились с абаком в X веке и пользовались им вплоть до XVIII века. В XVI веке абак распространился и в России. В русском абаке на один прутик помещали сразу 10 косточек, по числу пальцев на обеих руках. Этот вид абака назывался «русские счеты».
Другим устройством для счета, получившим широкое признание, была логарифмическая линейка, которая появилась в XVII в. И счеты, и логарифмическая линейка являются лишь приспособлениями, помогающими человеку производить вычисления, но не машинами.
В рукописях выдающегося итальянского живописца, скульптора, ученого, инженера Леонардо да Винчи (1452—1519), есть проект тринадцатиразрядной механической вычислительной машины. В письмах и воспоминаниях современников сохранились сведения о машине Вильгельма Шиккарда (1592—1636), изготовленной в 1623 г., но сгоревшей во время пожара.
Несмотря на существование более ранних разработок, первой механической машиной считается суммирующий автомат, построенный в 1642 г. (по другим данным, в 1641 г.) французским математиком Б. Паскалем (1623— 1662). Сохранилось семь экземпляров машины Паскаля, один из которых находится в Музее искусств и ремесел в Париже. Эта машина выполняла сложение и вычитание над шестизначными числами. В «паскалине» десятичные цифры задавались поворотами колесиков с десятью зубцами, на которых были цифровые деления, а результат считывался в окошечках. Колесики были механически связаны, чтобы учитывать перенос единицы в следующий разряд.
Первая машина, выполняющая все арифметические действия и возведение в степень, была создана в 1673 г. немецким ученым Лейбницем Г.В. (1646—1716). Она имела подвижную каретку и выполняла умножение по принципу школьного алгоритма «умножения в столбик».
В 1822 г. Ч. Бэббидж (1791—1871), возглавлявший кафедру математики Кембриджского университета, разработал проект большой машины для вычисления и печати таблиц математических функций. Он построил рабочую модель, заслужившую одобрение и финансовую поддержку Лондонского Королевского Общества. В 1823 г. Бэббидж приступил к работе, рассчитывая закончить ее за три года. Но Бэббидж не учел, что не было еще точного оборудования для изготовления деталей, не было теории механизмов. К тому же в ходе изготовления машины Бэббидж продолжал ее совершенствовать, находить все новые решения для расширения ее возможностей, постоянно вносил изменения в чертежи и переделывал уже изготовленные узлы. В 1833 г. Бэббидж приостановил работы над большой машиной, израсходовав 17 тыс. фунтов стерлингов правительственных средств и 13 тыс. собственных и выполнив при этом лишь часть проекта. Правда, работающая часть машины имела значительно большее быстродействие, чем было обещано, и обеспечивала заявленную точность. В процессе создания машины у Беббиджа возникла идея о создании универсальной вычислительной машины, названной впоследствии аналитической. Ее логическая схема была настолько ясной и простой, что он мог описать ее словами, не прибегая к чертежам.
Аналитическая машина, по замыслу Бэббиджа, должна была:
1) выполнять простые арифметические действия;
2) запоминать начальные и промежуточные данные, результаты вычислений;
3) запоминать группу команд, по которым идет решение задачи;
4) выводить результаты вычислений;
5) автоматически прекращать вычисления после выполнения задачи;
6) повторять цикл вычислений.
В новой машине предусматривалось устройство — «мельница», которое выполняло все арифметические действия. Исходные данные, промежуточные результаты запоминались на регистрах, объединенных в единое устройство — «склад». Управление перемещением чисел со «склада» на «мельницу» и обратно, а также управление действиями «мельницы» осуществлялось «конторой» при помощи перфокарт. Его машина намного опережала технические возможности своего времени, и довести ее до конца было практически невозможно. В его работах ему помогала математик Ада Лавлейс (1815—1852). Она создала для машины Бэббиджа несколько программ, которые хранились на специальных перфорированных картах. Она доказала, что машина способна не только решать задачи числового характера, но и выполнять операции, над словами.
Сорок моделей оригинальных механизмов создал выдающийся русский математик и механик П.Л. Чебышев и среди них — арифмометр (1878), особенностью которого было оригинальное приспособление для переноса десятков из младших разрядов в старшие. Для своего времени это была самая совершенная счетная машина. Идеи, заложенные в этом арифмометре, легли в основу многих современных вычислительных устройств. В 1875г. удобный механический арифмометр сконструировал петербургский инженер В.Т. Однер. За короткий срок этот арифмометр завоевал весь мир и на Всемирной выставке в Париже, устроенной в канун нового XX столетия, был удостоен золотой медали. Промышленный выпуск арифмометров в России начался в 1894 г. и продолжался более 70 лет.
Герман Холлерит (1860—1929), сын немецких эмигрантов в США, сконструировал в 1884 г. табулятор — электрическую счетную машину, автоматизирующую процесс обработки данных при проведении переписи населения. Впервые машина Холлерита была опробована в 1887 г. В 1890 году она победила в конкурсе машин для обработки данных переписи населения США. В этой машине использовались перфокарты в качестве носителей информации. Основанная Холлеритом в 1887г. фирма специализировалась на выпуске перфораторов. Эта фирма сегодня носит название 1ВМ и является крупнейшим в мире производителем компьютеров.
Прообразом ЭВМ считают аналитическую машину Ч.Бэббиджа (1833), а непосредственным предшественником — электромеханическую цифровую вычислительную машину на электромагнитных реле, созданную в 1937 г. американским ученым Г.Эйкеном.
Первую вычислительную машину на электрических реле создал в 1925 г. американский ученый В.Буш, в 1930 г. он разработал дифференциальный анализатор на электронных лампах. В Германии молодой инженер К.Цузе создал машину, состоящую из тысяч телефонных реле, а в 1937—1942 гг. он разработал проект электронной машины, не реализованный из-за отсутствия ассигнований. В 1936 г.
А.Тьюринг дал строгое логическое доказательство возможности создания универсальной программно управляемой вычислительной машины («машина Тьюринга»). В 1937 г. американский профессор А.В. Атанасов начал разработку арифметического устройства на специальных электромеханических блоках. В 1939—1942 гг. А.В.Атанасов со своим помощником К.Верри создали первую электронную цифровую вычислительную машину. Эта машина вошла в историю под названием «АВС» — по первым буква фамилий создателей этой вычислительной машины.
Во время второй мировой войны многие страны работали над созданием вычислительных машин. Ученые разных стран не знали о разработках друг друга, поэтому многие работы Тьюринга были в то время неизвестными. Тьюринг возглавлял группу создателей первого электронного компьютера для Британской разведки во время второй мировой войны. В 1942 г. машина была создана, но все сведения о ней были засекречены до 1975 г. В 1943 г. в Англии первая программируемая вычислительная машина на вакуумных лампах получила название «Колосс». В 1944 г. на основе реле была построена цифровая вычислительная машина «Марк-1», а вскоре в 1947 г. — «Марк-П», в которой использовалась двоичная система счисления. Одной из удачных конструкций релейных вычислительных машин была машина РВМ-1, построенная под руководством советского инженера Н.И.Бессонова в 1956г.
Главный недостаток релейных машин — малая оперативная память, невысокая скорость работы, малая надежность.
В США в Пенсильванском университете по заказу артиллерийского управления велись работы над проектом «Электронный цифровой интегратор и вычислитель», нглийски сокращенно по первым буквам ЕК1АС. Созданная в 1946 г. машина ЕМ1АС (или по-русски ЭНИАК) и считается первой ЭВМ. Разработчиками этого проекта были Джон Мочли и Джон Эккерт.. Созданная машина весила 30 т, занимала площадь около 150 кв. м., состояла из 18000 ламп и 1500 реле. Машина работала в десятичной системе счисления, быстродействие — 200 мкс для операций сложения и 2300 мкс — при умножении. Эта машина и вошла в историю как первая ЭВМ, хотя работоспособность ее была очень ограниченной (каждые 7 мин одна из ламп выходила из строя, задачи надо было набирать вручную на многочисленных переключателях). Несоответствие между временем решения задач и временем подготовки ее вручную было настолько большим, что выигрыш от скорости вычисления почти полностью покрывался проигрышем во времени на подготовительных операциях. В США первая серийная универсальная ЭВМ «1ВМ-603» была выпущена в 1948 г.
Создание ЭНИАК послужило началом бурного развития Вычислительных машин. Проект первой ЭВМ заинтересовал известного математика Джона фон Неймана (1903-1957), который занялся разработкой логической схемы ЭВМ, благодаря которой можно было бы запоминать программу и изменять ее, не меняя всей схемы машины.
Первая отечественная ЭВМ «МЭСМ» (малая электронная счетная машина) была разработана в Институте электротехники АН УССР в 1951 г. под руководством Лебедева и Глушкова. В 1947 году была создана лаборатория по разработке макета МЭСМ, а в конце 1951г. МЭСМ была построена. МЭСМ имела более универсальное назначение, чем ЭНИАК, она стала базовым прототипом для мирового цифрового математического машиностроения и обусловила переход к новому периоду — развитию искусства программирования. Несмотря на маломощность МЭСМ, с ее помощью были решены важные народнохозяйственные проблемы.
В 1951 г. Лебедев возглавил лабораторию в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР и приступил к созданию БЭСМ-1. В 1952 г. создается первая ЭВМ из серии быстродействующих электронных счетных машин (БЭСМ) общего назначения. При создании БЭСМ-1 были применены оригинальные научные и конструкторские разработки, которые вошли в мировой фонд вычислительной техники. Машина БЭСМ-1 была не только первой быстродействующей советской ЭВМ с производительностью 8—10 тыс. операций в секунду, но и самой высокопроизводительной машиной в Европе и одной из лучших в мире. Вскоре была создана и самая популярная в те годы машина БЭСМ-6 с быстродействием 1 млн. операций в секунду. Она серийно выпускалась с 1964 по 1984 гг. Лебедев возглавил работы по созданию трех поколений советских ЭВМ — это знаменитая серия БЭСМ -1, -2, ЗМ, -4, -6 и машины М-20, М-220.
В зависимости от технических характеристик ЭВМ делятся на поколения. В настоящее время говорят о пяти поколениях компьютеров.
Компьютеры первого поколения (40—50-е гг.) работали на электронных лампах размером 8—10 см. Компьютеры имели большие размеры, недостаточную надежность, низкую скорость вычислений (неск. десят. тыс.операций/сек). Эти ЭВМ предназначались для математических расчетов, программы для них писались в машинных кодах. В Минске под руководством Г.П.Лопато и В.В.Пржиялковского была создана первая машина, известного в дальнейшем семейства Минск-1. Она выпускалась Минским заводом вычислительных машин в различных модификациях: Минск-1, Минск-11, Минск-12, Минск-14. Машина широко использовалась в вычислительных центрах нашей страны. Средняя производительность машины составляла 2-3 тыс.оп/сек.
На этом, по мнению некоторых экспертов, закончилась эра первого поколения ЭВМ.
Компьютеры второго поколения (60-е гг.) работали на полупроводниковых транзисторах размером до 2 см, имели меньшие размеры, большую надежность, больший объем оперативной памяти, скорость вычислений — неск. сот тыс. операций/сек. Эти ЭВМ уже имели магнитные носители информации, приспособления для печати. ЭВМ стали использоваться для решения экономических задач, задач управления производством, появились языки программирования высокого уровня, ориентированные на решения задач определенного типа. Эпоха второго поколения компьютеров началась в 1959 году и ознаменовалась она созданием опытных образцов ЭВМ М-40 и М-50 для системы противоракетной обороны. Их создатели С. А. Лебедев и Бурцев В.С. в 1966 году были награждены Ленинской премией за специализированный автоматизированный комплекс обработки информации для системы ПРО на базе этих ЭВМ.
Компьютеры третьего поколения (70-е гг.) работали на интегральных микросхемах. Характеристики ЭВМ улучшились, скорость вычислений стала неск. млн. операций/сек. В ЭВМ стали использовать дисплеи с электронно-лучевой трубкой. Появились первые ОС и первые пакеты прикладных программ, компьютеры, работающие в многозадачном режиме.
В 1964 году фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.
Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью.
В 1960 году в Институте кибернетики АН УССР создана первая полупроводниковая управляющая машина широкого назначения "Днепр", руководители проекта - Глушков и Б.Н.Малиновский. ЭВМ включала аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Эта ЭВМ использовалась в качестве центрального звена систем автоматизации непрерывных процессов. Выпускалась на протяжении 10 лет.
В 1963 году была запущена в серийное производство ЭВМ Промiнь. В этой машине впервые в мире использовалось ступенчатое микропрограммное управление. К сожалению, новая схема управления не была запатентована, т.к. СССР не входил в Международный патентный союз и не могли заниматься патентованием и приобретением лицензий.
Еще одним новшеством было использование памяти на металлизированных картах.
Компьютеры четвертого поколения (80—90-е гг.) стали использовать большие интегральные схемы (БИС). Весь ЦП помещался в одном кристалле, их стали называть микропроцессорами. Быстродействие компьютеров стало десятки и сотни млн. операций/сек. Были созданы компьютеры индивидуального пользования — персональные компьютеры.
Компьютеры пятого поколения. Работа над компьютерами 5-го поколения началась в конце 80-х гг. и продолжается в настоящее время. Ожидалось, что компьютеры нового поколения будут использовать биологические принципы обработки информации, решать задачи, используя принцип деятельности головного мозга человека. Программное обеспечение будет базироваться на системах искусственного интеллекта
Ссылка для просмотра видеоматериала: https://youtu.be/0VuKSWlls0c?si=S7gKBPaRvdrnM-VP
После ознакомления с материалом выполнить практические задания по теме.
Лабораторные работы по изученному теоретическому материалу по вариантам.
Вариант 3
Вариант 2
Вариант 1
Практические задания по изученному теоретическому материалу
