Выполнила : Федоренкова Софья Олеговна
Группа № 358
Химки 2015
Оглавление
Введение. 3
Поколения ЭВМ:Первое поколение. 4
Второе и третье поколения. 6
Четвёртое и пятое поколения. 7
Заключение. 11
Список литературы.. 12
Приложения. 13
ВВЕДЕНИЕ
Еще во времена древнейших культур человеку приходилось решать задачи, связанные с торговыми расчетами, с исчислением времени, с определением площади земельных участков и т. д. Рост объемов этих расчетов приводил даже к тому, что из одной страны в другую приглашались специально обученные люди, хорошо владевшие техникой арифметического счета. Поэтому рано или поздно должны были появиться устройства, облегчающие выполнение повседневных расчетов. Так, в Древней Греции и в Древнем Риме были созданы приспособления для счета, называемые абак. Абак называют также римскими счетами. Эти счеты представляли собой костяную, каменную или бронзовую доску с углублениями – полосами. В углублениях находились костяшки, и счет осуществлялся передвижением костяшек.
В странах Древнего Востока существовали китайские счеты. На каждой нити или проволоке в этих счетах имелось по пять и по две костяшки. Счет осуществлялся единицами и пятерками. В России для арифметических вычислений применялись русские счеты, появившиеся в 16 веке, но кое – где счеты можно встретить и сегодня.
Однако ни абак, ни счеты, ни логарифмическая линейка не означают механизации процесса вычислений. В 17 веке выдающимся французским ученым Блезом Паскалем было изобретено принципиально новое счетное устройство – арифметическая машина.
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
В 1833 г. английский ученый Чарльз Бэббидж(приложение 3), занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал проект «аналитической машины». По его замыслу, эта машина должна была стать гигантским арифмометром с программным управлением. В машине Бэббиджа предусмотрены были также арифметические и запоминающие устройства. Его машина стала прообразом будущих компьютеров. Но в ней использовались далеко не совершенные узлы, например, для запоминания разрядов десятичного числа в ней применялись зубчатые колеса. Осуществить свой проект Бэбиджу не удалось из за недостаточного развития техники, и «аналитическая машина» на время была забыта.
Лишь спустя 100 лет машина Бэббиджа привлекла внимание инженеров. В конце 30 – х годов 20 века немецкий инженер Конрад Цузе разработал первую двоичную цифровую машину Z1. В ней широко использовались электромеханические реле, то есть механические переключатели, приводимые в действие электрическим током. В 1941 г. К. Уцзе создал машину Z3, полностью управляемую с помощью программы.
В 1944 г. американец Говард Айкен на одном из предприятий фирмы IBM построил мощную по тем временам машину «Марк – 1». В этой машине для представления чисел использовались механические элементы – счетные колеса, а для управления применялись электромеханические реле.
ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ[1]
Историю развития ЭВМ удобно описывать, пользуясь представлением о поколениях вычислительных машин. Каждое поколение ЭВМ характеризуется конструктивными особенностями и возможностями.
ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ
Резкий скачок в развитии вычислительной техники произошел в 40 – х годах, после Второй мировой войны, и связан он был с появлением качественно новых электронных устройств электронно – вакуумных ламп(, работали значительно быстрее, чем схемы на электромеханическом реле, а релейные машины быстро вытеснены более производительными и надежными электронными вычислительными машинами (ЭВМ).
Стали доступны задачи, которые раньше просто не ставились: расчеты инженерных сооружений, вычисления двежения планет, баллистические расчеты и т.д.
Первая ЭВМ(приложение 1) создавалась в 1943 – 1946 гг. в США и называлась она ЭНИАК. Эта машина содержала около 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических реле, причем ежемесячно выходило из строя около 2 тысяч ламп. ЦУ машины ЭНИАК, а также у других первых ЭВМ, был серьезный недостаток – исполняемая программа хранилась не в памяти машины, а набиралась сложным образом с помощью внешних перемычек.
В 1945 г. известный математик и физик – теоретик фон Нейман сформулировал общие принципы работы универсальных вычислительных устройств. Согласно фон Нейману вычислительная машина должна была управляться программой с последовательным выполнением команд, а сама программа – храниться в памяти машины. Первая ЭВМ с хранимой в памяти программой была построена в Англии в 1949 г.
В 1951 году в СССР[2] была создана МЭСМ, эти работы проводились в Киеве в Институте электродинамики под руководством крупнейшего конструктора вычислительной техники С. А. Лебедева.
ЭВМ постоянно совершенствовались, благодаря чему к середине 50 – х годов их быстродействие удалось повысить от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч операций в секунду. Однако при этом электронная лампа оставалась самым надежным элементом ЭВМ. Использование ламп стало тормозить дальнейший прогресс вычислительной техники.
Впоследствии на смену лампам пришли полупроводниковые приборы, тем самым завершился первый этап развития ЭВМ. Вычислительные машины этого этапа принято называть ЭВМ первого поколения
Действительно, ЭВМ первого поколения размещались в больших машинных залах, потребляли много электроэнергии и требовали охлаждения с помощью мощных вентиляторов. Программы для этих ЭВМ нужно было составлять в машинных кодах, и этим могли заниматься только специалисты, знающие в деталях устройство ЭВМ.
ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ
Разработчики ЭВМ всегда следовали за прогрессом в электронной технике. Когда в середине 50 – х годов на смену электронным лампам пришли полупроводниковые приборы, начался перевод ЭВМ на полупроводники.
Полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды) были, во – первых, значительно компактнее своих ламповых предшественников. Во – вторых они обладали значительно большим сроком службы. В – третьих, потребление энергии у ЭВМ на полупроводниках было существенно ниже. С внедрением цифровых элементов на полупроводниковых приборах началось создание ЭВМ второго поколения.
Благодаря применению более совершенной элементной базы начали создаваться относительно небольшие ЭВМ, произошло естественное разделение вычислительных машин на большие, средние и малые.
В СССР были разработаны и широко использовались серии малых ЭВМ «Раздан», «Наири». Уникальной по своей архитектуре была машина «Мир», разработанная в 1965 г. в Институте кибернетики Академии Наук УССР. Она предназначалась для инженерных расчетов, которые выполнял на ЭВМ сам пользователь без помощи оператора.
К средним ЭВМ относились отечественные машины серий «Урал», «М – 20» и «Минск». Но рекордной среди отечественных машин этого поколения и одной из лучших в мире была БЭСМ – 6 («большая электронно – счетная машина», 6 – я модель), которая была создана коллективом академика С. А. Лебедева. Производительность БЭСМ – 6 была на два три порядка выше, чем у малых и средних ЭВМ, и составляла более 1 млн. Операций в секунду. За рубежом наиболее распространенными машинами второго поколения были «Эллиот» (Англия), «Сименс» (ФРГ), «Стретч» (США).
ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ
Очередная смена поколений ЭВМ произошла в конце 60 – х годов при замене полупроводниковых приборов в устройствах ЭВМ на интегральные схемы. Интегральная схема[3]– это небольшая пластинка кристалла кремния, на которой размещаются сотни и тысячи элементов: диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов и т. д.
Кроме того, составлять программы для ЭВМ стало по силам простым пользователям, а не только специалистам – электронщикам.
В третьем поколении появились крупные серии ЭВМ, различающиеся своей производительностью и назначением. Это семейство больших и средних машин IBM360/370, разработанных в США. В Советском Союзе и в странах СЭВ были созданы аналогические серии машин: ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ, машины большие и средние), СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ) и «Электроника» (система микро – ЭВМ).
ЧЕТВЁРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ
В процессе совершенствования микросхем увеличивалась их надежность и плотность размещенных в них элементов. Это привело к появлению больших интегральных схем (БИС), в которых на один квадратный сантиметр приходилось несколько десятков тысяч элементов. На основе БИС были разработаны ЭВМ следующего – четвертого поколения.
Благодаря БИС(приложение 2) на одном крошечном кристалле кремния стало возможным разместить такую большую электронную схему, как процессор ЭВМ. Однокристальные процессоры впоследствии стали называться микропроцессорами. Первый микропроцессор был создан компанией Intel(США) в 1971 г. Это был 4 – разрядный микропроцессор Intel 4004, который содержал 2250 транзисторов и выполнял 60 операций в секунду.
Микропроцессоры положили начало мини – ЭВМ, а затем и персональным компьютерам, то есть ЭВМ, ориентированным на одного пользователя. Началась эпоха персональных компьютеров (ПК), продолжающаяся и по сей день. Однако четвертое поколение ЭВМ – это не только поколение ПК. Кроме персональных компьютеров, существуют и другие, значительно более мощные компьютерные системы.
Влияние персональных компьютеров на представление людей о вычислительной технике оказалось настолько большим, сто постепенно из обихода исчез термин «ЭВМ», а его место прочно заняло слово «компьютер».
ПЯТОЕ ПОКОЛЕНИЕ
Характерной чертой компьютеров пятого поколения должно быть использование искусственного интеллекта и естественных языков общения. Предполагается, что вычислительные машины пятого поколения будут легко управляемы. Пользователь сможет голосом подавать машине команде.
В настоящее время информатика и ее практические результаты становятся важнейшим двигателем научно-технического прогресса и развития человеческого общества. Ее технической базой являются средства обработки и передачи информации. Скорость их развития поразительна, в истории человечества этому бурно развивающемуся процессу нет аналога. Теперь уже очевидно, что XXI век будет веком максимального использования достижений информатики в экономике, политике, науке, образовании, медицине, быту, военном деле и т. д. Последние десятилетия XX века характерны возрастанием интереса к истории развития информатики, в первую очередь к истории появления первых цифровых вычислительных машин и их создателям. В большинстве развитых стран созданы музеи, сохраняющие образцы первых машин, проводятся конференции и симпозиумы, выпускаются книги о приоритетных достижениях в этой области.
Появление ПК было подготовлено всей предшествующей историей развития ЭВМ. В начале вычислительные машины занимали огромные залы, потребляли много энергии и создавали много шума. Затем ЭВМ стали поменьше и начали работать эффективнее, но по-прежнему требовали для себя отдельных помещений. Наиболее мощные ЭВМ размещались в отдельных комплексах, которые назывались вычислительными центрами (ВЦ). В те не очень далекие времена (70 – е годы) мало кто представлял себе компактную ЭВМ, которая может уместиться на рабочем столе. О такой машине инженеры и ученые могли только мечтать, а обычным людям трудно было бы объяснить, зачем вообще такая вычислительная машина нужна.
Первой ласточкой стал компьютер KENBAK-1, сконструированный Джоном Бланкейнбейкером в 1971 г. Внешне он напоминал скорее автомобильный радиоприемник с индикаторными лампочками и переключателями, чем привычный нашему глазу персональный компьютер.
производители заинтересовались персональными компьютерами в 1974 г., когда американская фирма MITS на основе микропроцессора Intel 8080 разработала компьютер Altair. Этот персональный компьютер был значительно удобнее своих предшественников и обладал более широкими возможностями.
Значительно более совершенная модель персонального компьютера была разработана в 1976 г. двумя молодыми американцами Стивом Возняком
и Стивом Джобсом. Свой компьютер они назвали Apple и быстро развернули его производство и продажу. Благодаря невысокой цене (примерно 500 долларов) в первый же год ими было продано около 100 компьютеров.. В следующем году они выпустили модель Apple II, которая имела материнскую плату, дисплей, клавиатуру и внешне напоминала собой телевизор. Количество заказчиков на ПК стало исчисляться сотнями и тысячами.
Персональные компьютеры быстро совершенствовались. В 1976 г. для них была разработана операционная система СР/М. В 1978 г. был сконструирован гибкий магнитны диск диаметром 5.25 дюйма (1 дюйм=2,45 см), предназначенный для хранения информации. Усилиями фирмы MOTOROLA в 1979 г. был создан микропроцессор motorola 68000, который превосходил своих конкурентов по скорости, производительности и возможностям работы с графическими программами. В 1980 г. в персональных компьютерах появился жесткий магнитный диск, правда, он вмещал в себя всего лишь 5 Мбайт данных.
Первые Пк были 8 - разрядными и больше походили на дорогую игрушку, чем на серьезную ЭВМ. Так продолжалось до тех пор, пока в отрасли индивидуальных компьютеров не появился компьютерный гигант – фирма IBM, которая специализировалась на изготовлении больших ЭВМ. В 1982 г. фирма IBM выпустила очень удачную модель – 16 – разрядный компьютер. Он был построен на основе микропроцессора Intel 8088, работал с тактовой частотой 4.77 МГц и использовал операционную систему MS – DOS. Называлась эта модель компьютера как IBM PC или просто PC.
Далее развитие Пк происходило очень высокими темпами: фирма IBM каждый год создавала по новой модели. В 1983 г. появилась модель PC XT, а в 1984 – более совершенный и производительный компьютер PC AT. Они быстро завоевывали рынок ПК и стали своего рода стандартами, которые старались подражать фирмы – конкуренты. Фирма IBM создавала свой персональный компьютер не «с нуля», а используя узлы других производителей (в первую очередь, микропроцессор Intel).
При этом она не делала секрета из того, как узлы компьютера должны соединяться и взаимодействовать друг с другом. В результате к созданию и совершенствованию компьютера могли подключаться другие фирмы – архитектура компьютеров IBM PC оказалась «открытой». У компьютеров IBM появились многочисленные «клоны», то есть различные семейства компьютеров, похожих на IBM PC. В дальнейшем ЭВМЮ поддерживающие
стандарт IBM PC, стали называться просто «персональными компьютерами». С течением времени ПК оправдали свое название, поскольку для многих людей они стали необходимой частью досуга, инструментом для бизнеса и исследований.
Кроме IBM совместимых ПК, существует еще одно семейство персональных ЭВМ, называемых Macintosh. Эти компьютеры ведут свою родословную от уже упоминавшейся модели Apple, их производством занималась фирма Apple Computer. Архитектура компьютеров Macintosh, в отличие от IBM PC, не была открытой. Поэтому, несмотря на свои более продвинутые по сравнению с IBM PC графические возможности, «Маки» не смогли завоевать такой обширный рынок. Численность «Маков» в десятки раз меньше численности IBM PC – совместимых компьютеров.
Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам - вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.
Наиболее перспективные, создаваемые на основе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные вычислительные системы - вычислительные сети - ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы.
Специалисты считают, что в начале XXI в. в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды.
При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры - суперЭВМ и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, - нейронных компьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП – транспьютеры – микропроцессоры сети со встроенными средствами связи.
Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видео-средств ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на естественном языке. Мультимедиа нельзя трактовать узко, только как мультимедиа на ПК.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Специалисты предсказывают в ближайшие годы возможность создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх. Но в будущем можно говорить не об играх, а о виртуальной реальности в нашей повседневной жизни, когда нас в комнате, например, будут окружать сотни активных компьютерных устройств, автоматически включающихся и выключающихся по мере надобности, активно отслеживающих наше местоположение, постоянно снабжающих нас ситуационно необходимой информацией, активно воспринимающих нашу информацию и управляющих многими бытовыми приборами и устройствами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Информатика. Базовый курс. / Под ред. С.В.Симоновича. – СПб., 2000 г.
2. Компьютерные технологии обработки информации: Учебное пособие /Под ред. С.В. Назарова. – М.: Финансы и статистика, 1995.
3. Могилев А.В. Информатика: Учебное пособие, Москва: Издательский центр "Академия", 2001
4. Успенский И. Энциклопедия Интернет-бизнеса, СПб: Питер, 2001
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Первая ЭВМ
Приложение 2
Большая интегральная схема – БИС
Приложение 3
Чарльз Беббидж 
[1] Электронная вычислительная машина
[2] Союз Советских Социалистических Республик
[3]Микросхема
mykonspekts.ru
Человечество шло к появлению компьютерной техники сложным и тернистым путем. Сначала потребовались устройства облегчающие счетно-вычислительный процесс. Это было обусловлено существовавшим в то время образом жизни: счет количества собранного урожая, счет голов скота в стаде, его прирост и убыток, счет количества дней, оставшихся до начала посевной или сбора урожая и т.д. С течением времени зародились и стали развиваться науки и человечество стало предъявлять большие запросы к средствам счета. Развитие технических средств счета зависело от развития таких наук, как математика, физика, химия,… Некоторые человеческие мысли шли намного дальше, чем возможности наук на то время. Т.о. историю развития ВТ разделим на два периода: до появления компьютера (счетно-решающие средства) и после появления компьютера.^ 1 период: Счетно-решающие средства.
5–4 в до н.э. – «Абак», специальная доска для счета, прообраз современных счет. В России этот прибор называли «Русский щот», и использовали до 17 века, пока он не принял вид современных счет
середина 17 века – Блез Паскаль создал первую «суммирующую» машину, названную Паскалиной, которая выполняла сложение и вычитание.
1670-1680г.г. – немецкий математика Готфрид Лейбниц сконструировал арифмометр, машину, которая выполняла все четыре арифметических действия.
1874г. – более популярным изобретение стал Арифмометр, предложенный петербургским инженером Однером.
30-е годы 20 века – разработан Арифмометр «Феликс», который быстро обрабатывал большие массивы числовых данных.
1812 г. – Чарльз Бэббидж начал работу над первым прообразом компьютера «Разностной машиной», выполнявшей автоматически 10 команд. В качестве основного элемента взято зубчатое колесо, т.о. смог оперировать 16-ти разрядными числами. К 1822 г. он построил действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов.
1833г. – Беббидж стремится усовершенствовать свою машину и проектирует «Аналитическую машину». Она была задумана как чисто механическая машина.
^ Первый блок – устройство для хранения чисел из зубчатых колес и система, которая передает эти числа от одного устройства к другому.
Второй блок – устройство, позволяющее выполнять арифметические операции. Автор назвал его «мельницей».
^ Третий блок – управлял последовательностью действий машины.
В конструкцию также входило устройство для ввода исходных данных и печати полученных результатов.
Предполагалось, что машина будет работать при помощи силы пара и действовать по программе, которая бы задавала последовательность действий и передачу чисел из памяти в мельницу и обратно. Тогда же математик Ада Лавлейс – дочь английского поэта лорда Байрона – разработала первые программы. Но из-за недостаточного развития техники этот проект не был осуществлен. Оставленными чертежами воспользовались в следующем столетии для создания первого компьютера.
1888г. – в США Герма Холлерит изобрел Табулятор, который позволил автоматизировать расчеты при переписи населения.
1924г. – Генрих Холлерит основал фирму IBM для серийного выпуска Табуляторов.
^ 2 период: Создание компьютерной техники. Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели электронно-вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах. Каждое следующее поколение отличалось от предыдущего электронными элементами, технология изготовления которых была принципиально другой.
^ Первое поколение ЭВМ (1946 – середина 50-х годов). Появление электронно–вакуумной лампы позволило ученым претворить в жизнь идею создания вычислительной машины. Она появилась в 1946 году в США для решения в первую очередь военных задач и получила название ЭНИАК. Это стало заслугой ученых под руководством Д.П. Эккерта, Дж. Моучли и Г. Гольдстейна. В ЭВМ ЭНИАК было 20 тыс.электронных ламп, из которых ежемесячно заменялось 2000. За одну секунду машина выполняла 300 операций умножения или 5000 сложения многоразрядных чисел. В 1950 году выдающийся математик Джон фон Нейман и его коллеги в своем отчете изложили основные принципы логической структуры ЭВМ нового типа, затем реализованные в проекте ЭДВАК. Они утверждали, что ЭВМ должна создаваться на электронной основе и работать в двоичной системе счисления. В ее состав необходимо вводить устройства: арифметическое, центральное для управления, запоминающее, для ввода данных и вывода результатов. Ученые также сформулировали два принципа работы: принцип программного управления с последовательным управлением команд и принцип хранимой программы.
Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика С.А. Лебедева и называлась МЭСМ (малая электронная счетная машина). Затем в эксплуатацию вводится БЭСМ-2 (большая счетная электронная машина). Самой мощной ЭВМ 50-х годов в Европе стала советская ЭВМ М-20 с быстродействием 20 тыс. оп/с, объем оперативной памяти 4000 машинных слова.
Характерные черты ЭВМ первого поколения:
Элементная база: электронно-вакуумные лампы. Соединение элементов – навесной монтаж проводами.
Габариты: в виде громоздких шкафов, занимает машинный зал.
Быстродействие: 10 – 20 тыс. оп/с.
Эксплуатация слишком сложная из-за частого выхода из строя. Существует опасность перегрева.
Программирование: трудоемкий процесс в машинных кодах. Общение с ЭВМ требовало от специалистов высокого профессионализма.^ Второе поколение ЭВМ (конец 50-х – конец 60-х годов). Изобретен транзистор, который пришел на смену электронным лампам. Это позволило заменить элементную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), а так же на резисторы и кондиционеры. Один транзистор заменил 40 электронных ламп, работал с большей скоростью, был дешевле и надежней. Средней срок службы в 1000 раз превосходил продолжительность работы электронных ламп.
На этом фоне в конце 60-х годов в нашей стране успешно функционировала лучшая ЭВМ того времени по производительности (1 млн. оп/с) – БЭСМ-6.
Характерные черты ЭВМ второго поколения:
Элементная база: полупроводниковые элементы. Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж проводами.
Габариты: в виде однотипных стоек чуть выше человеческого роста. Требуется специально оборудованный машинный зал, в котором под полом прокладываются кабели, соединяющие между собой многочисленные электронные устройства.
Быстродействие: 1 млн. оп/с.
Эксплуатация упростилась. Появились вычислительные центры с большим штатом обслуживающего персонала, где устанавливались обычно несколько ЭВМ. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена целиком всей платы, а не каждого элемента отдельно.
Программирование существенно изменилось, т.к. велось преимущественно на алгоритмических языках. Программисты уже не работали в зале, а отдавали свои программы на перфокартах или магнитных лентах специально обученным операторам.
Введен принцип разделения времени, который обеспечил совмещение во времени работы разных устройств.
^ Третье поколение ЭВМ (конец 60-х – конец 70-х годов). Появление интегральных схем (ИС) ознаменовало новый этап в развитии вычислительной технике.
В конце 1958 года Джон Килби впервые создал опытную ИС. Такие схемы могут содержать десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов, которые физически не разделимы. ИС выполняет те же функции, что и аналогичная ей схема ЭВМ второго поколения, но при этом существенно уменьшаются размеры и увеличивается надежность работы.
Первой ЭВМ, выполненной на ИС, была IBM-360. Она положила начало большой серии моделей, название которых начиналось с IBM, далее следовал номер, чем выше он был, тем больше возможностей предоставлялось пользователю.
Аналогичные ЭВМ стали выпускаться и в странах СЭВ (Совета экономической взаимопомощи): СССР, Болгарии, Венгрии, Чехословакии, ГДР, Польше. Это были совместные разработки, причем каждая страна специализировалась на отдельных устройствах. Выпускались два семейства ЭВМ:
большие – ЕС ЭВМ (единая система), например ЕС-1022, ЕС-1035, ЕС-1065;
малые – СМ ЭВМ (система малых), например СМ-2, СМ-3, СМ-4.
В то время любой вычислительный центр оснащался одной-двумя моделями ЕС ЭВМ. Представителей семейства СМ ЭВМ, составляющих класс миниЭВМ, можно было довольно часто встретить в лабораториях, на производстве, на технологических линиях, на испытательных стендах.
Характерные черты ЭВМ третьего поколения:
Элементная база: интегральные схемы, которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате.
Габариты: ЕС ЭВМ – схожи с ЭВМ второго поколения, малые ЭВМ – это, в основном, две стойки приблизительно в полтора человеческих роста, дисплей. Они не нуждались, как ЕС ЭВМ, в специально оборудованном помещении.
Быстродействие: сотни тысяч – миллионы операций в секунду.
Эксплуатация: более оперативно происходит ремонт стандартных неисправностей, но из-за большой сложности системной организации требуется штат высококвалифицированных специалистов. Незаменимую роль играет системный программист.
В структуре ЭВМ появляется принцип модульности и магистральности.
Увеличились объемы памяти. Магнитный барабан постепенно вытесняется магнитными дисками. Появились дисплеи, графопостроители.
^ Четвертое поколение ЭВМ (конец 70-х – наше время). Новые технологии создания ИС позволили разработать ЭВМ четвертого поколения на больших интегральных схемах (БИС), степень интеграции которых составляет десятки и сотни тысяч элементов на одном кристалле. Наиболее крупным сдвигом, связанным с созданием БИС, стало появление микропроцессора. Сейчас этот период расценивается как революция в электронной промышленности. Первый микропроцессор был создан фирмой Intel в 1971 году. На одном кристалле удалось сформировать минимальный по составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов.
С появлением микропроцессора вязано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники – создания и применения персональных ЭВМ, что даже повлияло на терминологию. Постепенно название ЭВМ заменилось на слово компьютер, а вычислительная техника стала именоваться компьютерной.
Широкая продажа персональных ЭВМ (ПЭВМ) связана с именами молодых американцев С. Джобса и В. Возняка, основателей фирмы «Apple Computer», которая с 1977 года наладила выпуск персональных компьютеров (ПК) «Apple». В этом типе компьютера за основу был взят принцип создания «дружественной» обстановки работы человека на ЭВМ, когда при создании программного обеспечения одним из основных требований стало обеспечения удобной работы пользователя. Если раньше при эксплуатации ЭВМ использовался принцип централизованной обработки информации, когда пользователи концентрировались вокруг одной ЭВМ, то с появлением ПК произошло обратное движение – децентрализация, когда один пользователь может работать с несколькими компьютерами.
С 1982 года фирма IBM приступила к выпуску модели ПК, ставшего эталоном на долгие годы. IBM выпустила документацию по аппаратуре и программные спецификации, что позволило другим фирмам разрабатывать как аппаратное так и программное обеспечение.
В 1984 году фирмой IBM был разработан ПК на базе микропроцессора 80286 фирмы Intel с шиной архитектуры промышленного стандарта – ISA. С этого момента началась жесткая конкурентная борьба между корпорациями по созданию ПК.
Общее свойство семейства IBM PC – совместимость программного обеспечения с низу вверх и принцип открытой архитектуры, предусматривающий возможность дополнения имеющихся аппаратных средств без смены старых или их модификацию без замены всего компьютера.
Компьютеры четвертого поколения развиваются в двух направлениях. Первое направление – создание многопроцессорных вычислительных систем. Второе – создание дешевых ПК, как настольных, так и переносных, а на их основе компьютерных сетей.
www.ronl.ru
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Для автоматизации работы с данными используют средства вычислительной техники.
Вычислительная техника (ВТ) − это совокупность устройств, предназначенных для автоматизированной обработки данных.
Вычислительная система (ВС) – это конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка.
Центральным устройством большинства ВС является компьютер (ЭВМ).
Компьютер (англ. computer — «вычислитель»), ЭВМ (электронная вычислительная машина) - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
^ Простейшие ручные приспособления
История компьютера тесным образом связана с попытками человека облегчить, автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось устройство – абак. Абак (греч. αβαξ, abákion, лат. abacus − доска) − это счётная доска, простейшее счётное устройство, применявшееся для арифметических вычислений приблизительно с IV века до н.э. в Древней Греции, Древнем Риме. В Европе абак применялся до XVIII века.
В России ещё в средние века (16-17 вв.) на основе абака было разработано другое приспособление – русские счёты.
^ Механические приспособления
Механизация вычислительных операций началась в XVII веке. На первом этапе для создания механических вычислительных устройств использовались механизмы, аналогичные часовым.
В ^ 1623 год − немецкий ученый Вильгельм Шиккард разработал первое в мире механическое устройство («суммирующие часы») для выполнения операций сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. Было ли устройство реализовано при жизни изобретателя, достоверно неизвестно, но в 1960 году оно было воссоздано по чертежам и подтвердило свою работоспособность.
В 1642 году французский механик Блез Паскаль сконструировал первое в мире механическое цифровое вычислительное устройство («Паскалин»), построенное на основе зубчатых колес. Оно могло суммировать и вычитать пятиразрядные десятичные числа, а последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами.
В ^ 1673 г. немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механический калькулятор, который при помощи двоичной системы счисления выполнял умножение, деление, сложение и вычитание. Операции умножения и деления выполнялись путём многократного повторения операций сложения и вычитания.
Однако широкое распространение вычислительные аппараты получили только в ^ 1820 году, когда француз Чарльз Калмар изобрёл машину, которая могла производить четыре основных арифметических действия. Машину Калмара назвали арифмометр. Благодаря своей универсальности арифмометры использовались довольно длительное время до 60-х годов ХХ века.
^ Автоматизация вычислений
Идея автоматизации вычислительных операций пришла из часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были построены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов.
В 1833 году английский ученый, профессор Кембриджского университета Чарльз Беббидж разработал проект аналитической машины, которая имела черты современного компьютера. Это был гигантский арифмометр с программным управлением, арифметическим и запоминающим устройствами. Оно имело устройство для ввода информации, блок управления, запоминающее устройство и устройство вывода результатов.
Сотрудницей и помощницей Ч. Беббиджа во многих его научных изысканиях была леди ^ Ада Лавлейс (урожденная Байрон).
Она разработала первые программы для машины и предвосхитила основы современного программирования для цифровых вычислительных машин с программным управлением. Заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.
Она предсказала появление современных компьютеров как многофункциональных машин не только для вычислений, но и для работы с графикой, звуком. В середине 70-х годов двадцатого столетия министерство обороны США официально утвердило название единого языка программирования американских вооруженных сил. Язык носит название Ada. День программиста отмечается в день рождения Ады Лавлейс 10 декабря.
Особенностью ^ Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты-листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий.
В ^ 1888 году американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счётную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. Для работы этой машины использовалось электричество. В 1890 изобретение Холлерита было использовано в 11-ой американской переписи населения. Работа, которую 500 сотрудников выполняли в течение семи лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах выполнил за один месяц.
Дальнейшее развитие науки и техники позволили в ^ 1940-х годах построить первые вычислительные машины. В 1944 г. американский инженер Говард Эйкен при поддержке фирмы Ай-Би-Эм (IBM) сконструировал компьютер для выполнения баллистических расчетов. Этот компьютер, названный «Марк 1», по площади занимал примерно половину футбольного поля и включал более 800 километров проводов, около 750 тыс.деталей, 3304 реле. «Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длиной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.
Но электромеханические реле работали недостаточно быстро. В ^ 1946 г. По заказу Армии США был создан первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер ЭНИАК (ENIAC - электронный числовой интегратор и вычислитель), который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач. Разработали его американские ученые Джон Уильям Мокли и Джон Преспер Экерт. В ЭНИАКе в качестве основы компонентной базы электромеханические реле были заменены вакуумными лампами. Всего комплекс включал 17468 ламп, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70000 резисторов и 10000 конденсаторов. Потребляемая мощность – 150 кВт по тем временам было достаточно для освещения большого города. Вычислительная мощность – 300 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду. Вес – 27 тонн, более 30 метров. Вычисления проводились в десятичной системе. ЭНИАК использовался для расчета баллистических таблиц, предсказания погоды, расчетов в области атомной энергетики, аэродинамики, изучения космоса.
В СССР вычислительная машина ^ МЭСМ (малая электронная счётная машина) была создана в 1951 году под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева. Машина вычисляла факториалы натуральных чисел и решала уравнения параболы. Одновременно Лебедев работал над созданием БЭСМ - быстродействующей электронной счётной машины, разработка которой была завершена в 1953 году.
В 1971 году фирмой Intel (США) был создан первый микропроцессор - программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС (сверхбольших интегральных схем).
В ^ 1964г. сотрудник Стэнфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши-манипулятора, но только четыре года спустя мышка была показана на компьютерной конференции в Сан-Франциско.
Первый персональный компьютер (ПК) в ^ 1976г. выпустила фирма Apple; в СССР ПК появились в 1985г.
Таблица 1. Поколения ЭВМ
Показатель
Поколения ЭВМ
Первое
1950-1960-е годы
Второе
1960-1970-е годы
Третье
1970-1980-е годы
Четвертое
1980-1990-е годы
Пятое
^ 1990-настоящее время
Элементная база процессора
Электронные лампы
Полупроводники (Транзисторы)
Малые интегральные схемы (МИС)
Большие ИС (БИС) и Сверхбольшие ИС (СБИС)
Оптоэлектроника
Криоэлектроника (лазеры, голография)
Элементная база ОЗУ
Электронно-лучевые трубки
Ферритовые сердечники
Кремниевые кристаллы
БИС и СБИС
СБИС
Основные устройства ввода
Пульт, перфокарточный, перфоленточный ввод
Алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура
Цветной графический дисплей, клавиатура, “мышь” и др.
Цветной графический дисплей, сканер, клавиатура, устройства голосовой связи с ЭВМ
Основные устройства вывода
Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод
Графопостроитель, принтер
Внешняя память
Магнитные ленты, барабаны, перфоленты, перфокарты
Магнитный диск
Перфоленты, магнитный диск (30 см в диаметре)
Магнитные и оптические диски
Максимальная емкость ОЗУ, байт
101
102
104
105 - 107
108 (?)
Максимальное быстродействие процессора (оп/с)
104
106
107
108 - 109
+Многопроцессорность
1012
+Многопроцессорность
Языки программирования
Универсальные языки программирования, трансляторы (машинный код)
Пакетные операционные системы, оптимизирующие трансляторы
(Ассемблер, Фортран)
Процедурные языки высокого уровня (ЯВУ)
Новые процедурные ЯВУ и Непроцедурные ЯВУ
Новые непроцедурные ЯВУ
Цель использования ЭВМ
Научно-технические расчеты
Технические и экономические расчеты
Управление и экономические расчеты
Телекоммуникации, информационное обслуживание
Использование элементов искусственного интеллекта и распознавание зрительных и звуковых образов
^ Поколения ЭВМ
ЭВМ принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всего быстрота смены поколений - за её короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Определяющими признаками при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению являются их элементная база (из каких в основном элементов они построены), быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации.
^ Первое поколение. 1950-1960-е годы
Компьютеры на электронных вакуумных лампах (диодах и триодах), а в качестве оперативных запоминающих устройств использовались электронно-лучевые трубки, в качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы.
Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке, то есть программы были жестко ориентированы на конкретную модель машины.
Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы.
Быстродействие их не превышало 2-3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти - 2048 машинных слов длиной 48 двоичных знаков. Использовались в основном для научных расчетов.
В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках.
ЭНИАК, МЭСМ, БЭСМ и первые модели ЭВМ "Минск" и "Урал".
^ Второе поколение ЭВМ. 1960-1970-е годы
Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые элементы (транзисторы). Транзисторы (твердые диоды и триоды) заменили электронные лампы в процессорах, а ферритовые (намагничиваемые) сердечники – электронно-лучевые трубки в оперативных запоминающих устройствах. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве.
Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность.
Скорость ЭВМ возросла до сотен тысяч операций в секунду, а память – до десятков тысяч машинных слов. Создаются долговременные запоминающие устройства на магнитных лентах. Начали применять языки программирования высокого уровня, такие как Фортран.
В 1964 году появился первый монитор для компьютеров - IBM 2250. Это был монохромный дисплей с экраном 12 × 12 дюймов и разрешением 1024 × 1024 пикселов. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц.
^ Третье поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы
Элементная база ЭВМ - малые интегральные схемы (МИС), что привело к дальнейшему увеличению скорости до миллиона операций в секунду и памяти до сотен тысяч слов. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники.
ЭВМ третьего поколения также характеризуется крупнейшими сдвигами в архитектуре ЭВМ, их программном обеспечении, организации взаимодействия человека с машиной. Это, прежде всего наличие развитой конфигурации внешних устройств (алфавитно-цифровые терминалы, графопостроители, магнитные диски (30 см в диаметре) и т.п.), развитая операционная система.
В период машин третьего поколения произошел крупный сдвиг в области применения ЭВМ. Если раньше ЭВМ использовались в основном для научно-технических расчетов, то в 60-70-е годы первое место стала занимать обработка символьной информации, в основном экономической.
^ IV поколение. 1980-1990-е годы
Переход к машинам четвертого поколения – ЭВМ на больших интегральных схемах (БИС) – происходил во второй половине 70-х годов и завершился приблизительно к 1980 г. Теперь на одном кристалле размером 1 см2 стали размещаться сотни тысяч электронных элементов. Скорость и объем памяти возросли в десятки тысяч раз по сравнению с машинами первого поколения и составили примерно 109 операций в секунду и 107 слов соответственно.
Наиболее крупным достижением, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров, а затем на их основе микро-ЭВМ. Если прежние поколения ЭВМ требовали для своего расположения специальных помещений, системы вентиляции, специального оборудования для электропитания, то требования, предъявляемые к эксплуатации микро-ЭВМ, ничем не отличаются от условий эксплуатации бытовых приборов. При этом они имеют достаточно высокую производительность, экономичны в эксплуатации и дешевы.
Микро-ЭВМ используются в измерительных комплексах, системах числового программного управления, в управляющих системах различного назначения.
Дальнейшее развитие микро-ЭВМ привело к созданию персональных компьютеров (ПК), широкое распространение которых началось с 1975 г., когда фирма IBM выпустила свой первый персональный компьютер IBM PC.
В период машин четвертого поколения стали также серийно производиться супер-ЭВМ. В нескольких серийных моделях была достигнута производительность свыше 1 млрд. операций в секунду.
К числу наиболее значительных разработок четвертого поколения относится ЭВМ «Крей-3».
Примером отечественной суперЭВМ является многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус».
^ V поколение. 1990-настоящее время
С 90-х годов в истории развития вычислительной техники наступила пора пятого поколения. Высокая скорость выполнения арифметических вычислений дополняется высокими скоростями логического вывода.
Сверхбольшие интегральные схемы повышенной степени интеграции, использование оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
Способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Используются модели и средства, разработанные в области искусственного интеллекта. Архитектура содержит несколько блоков: блок общения – обеспечивает интерфейс между пользователем и ЭВМ на естественном языке; база знаний – хранятся знания, накопленные человечеством в различных предметных областях; решатель - организует подготовку программы решения задачи на основании знаний, получаемых из базы знаний и исходных данных, полученных из блока общения. Ядро вычислительной системы составляет ЭВМ высокой производительности.
В связи с появлением новой базовой структуры ЭВМ в машинах пятого поколения широко используются модели и средства, разработанные в области искусственного интеллекта.
Классификация ЭВМ
Существует достаточно много систем классификации по различным признакам.
^ I. Классификация по назначению:
1) СуперЭВМ предназначены для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных. Это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).
^ 2) Большие ЭВМ - для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров. Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 — 300 рабочих мест.
^ 3) Средние ЭВМ - широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов.
^ 4) Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.
5) Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.
^ II. Классификация ПК по типоразмерам:
Настольные (desktop) - используются для оборудования рабочих мест, отличаются простотой изменения конфигурации. Наиболее распространены.
Портативные – удобны для транспортировки, можно работать при отсутствии рабочего места.
Основные разновидности портативных компьютеров:
Laptop (наколенник, от lap> — колено и top — поверх). По размерам близок к обычному портфелю. По основным характеристикам (быстродействие, память) примерно соответствует настольным ПК. Сейчас компьютеры этого типа уступают место ещё меньшим.
Notebook (блокнот, записная книжка). По размерам он ближе к книге крупного формата. Имеет вес около 3 кг. Является переносным персональным компьютером. Он имеет компактные габариты и встроенные аккумуляторы, позволяющие работать без сетевого напряжения.
Palmtop (наладонник) — это самый маленький ПК. Он не имеет внешней памяти на магнитных дисках, она заменена на энергозависимую электронную память. Эта память может перезаписываться при помощи линии связи с настольным компьютером. Карманный компьютер можно использовать как словарь-переводчик или записную книжку
^ III. Классификация по условиям эксплуатации:
По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два типа:
офисные (универсальные) – на их основе можно собирать вычислительные системы произвольного состава;
специализированные – предназначены для решения конкретного круга задач (например, бортовые компьютеры автомобилей, самолетов).
^ Основные принципы функционирования ПК
Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался электронной вычислительной машиной – ЭВМ. Общие принципы работы универсальных вычислительных устройств были сформулированы известным американским математиком Джоном фон Нейманом в 1946 году:
Любая ЭВМ для выполнения своих функций должна иметь минимальный набор функциональных блоков:
АЛУ – арифметическое логическое устройство. Преобразует информацию, выполняя сложение, вычитание и основные логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ».
УУ – устройство управления. Организует процесс выполнения программ.
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (память), состоящее из перенумерованных ячеек. Хранит данные, адреса и команды, обладает высокой скоростью записи и чтения чисел.
УВВ – устройство ввода-вывода. Получают информацию извне, выводят её получателю.
Это классическая структура вычислительной машины, на основе которой уже более полувека создаются ЭВМ.
В современных компьютерах объединены АЛУ и УУ в одной сверхбольшой интегральной схеме (микропроцессор). Уменьшение габаритов ОЗУ позволило разместить микропроцессор и ОЗУ на одной электронной плате (материнская). Все связи между отдельными устройствами объединены в пучок параллельных проводов (системная шина).
Информация кодируется в двоичной форме.
Алгоритм представляется в форме последовательности команд, совокупность которых называется программой.
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти.
www.ronl.ru
