Эволюция вычислительных машин. Вычислительная машина

Потребность в приспособлениях, позволяющих ускорить процесс счёта, появилась у человека ещё тысячи лет назад. Тогда для этого использовались простейшие средства, вроде счётных палочек. Позже появился абак, больше известный нам как счёты. Он позволял выполнять только самые простейшие арифметические действия. С тех пор многое изменилось. Практически у каждого дома стоит компьютер, а в кармане лежит смартфон. Всё это можно объединить под общим названием «Компьютерные технологии» или «Вычислительная техника». В этой статье вы узнаете немного больше об истории её развития.

1623 год. Вильгельм Шиккард думает: «А почему бы мне не изобрести первый арифмометр?» И он его изобретает. У него получается механический прибор, способный выполнять основные арифметические действия (сложение, умножение, деление и вычитание) и работающий с помощью зубчатых колёс и цилиндров.

1703 год. Готфрид Вильгельм Лейбниц описывает двоичную систему счисления в своём трактате «Explication de l’Arithmtique Binaire», что на русский язык переводится как «Объяснение Двоичной Арифметики». Реализация использующих её компьютеров гораздо проще, и сам Лейбниц об этом знал. Ещё в 1679 году он создал чертёж двоичной вычислительной машины. Но на практике первое подобное устройство появилось только в середине XX века.

1804 год. Впервые появляются перфорированные карты (перфокарты). Их использование не прекратилось и в 1970-х годах. Они представляют собой листы тонкого картона, в некоторых местах которого имеются отверстия. Информация записывалась различными последовательностями этих отверстий.

1820 год. Чарльз Ксавьер Томас (да, почти как профессор Икс) выпускает арифмометр Томаса, вошедший в историю как первое устройство для счёта, выпускаемое серийно.

1835 год. Чарльз Бэббидж хочет изобрести свою собственную аналитическую машину и описывает её. Изначально задачей прибора должно было стать вычисление логарифмических таблиц с высокой точностью, но позже Бэббидж передумал. Теперь его мечтой стала машина общего назначения. На то время создание подобного аппарата было вполне реально, но работать с Бэббиджем оказалось непросто из-за его характера. В результате разногласий проект был закрыт.

1845 год. Израиль Штаффель создаёт первый в истории прибор, способный извлекать из чисел квадратные корни.

1905 год. Перси Лудгерт издаёт проект программируемого механического компьютера.

1936 год. Конрад Цузе решает создать свою вычислительную машину. Он называет его Z1.

1941 год. Конрад Цузе выпускает Z3 - первый в мире компьютер, управляемый программой. Впоследствии было выпущено ещё несколько десятков аппаратов серии Z.

1961 год. Выпуск ANITA Mark VII - первого в мире полностью электронного калькулятора.

Пара слов о поколениях компьютеров.

1 поколение. Это так называемые ламповые компьютеры. Они работают с помощью электронных ламп. Первое подобное устройство было создано в середине XX века.

2 поколение. Все пользовались компьютерами 1 поколения, пока вдруг в 1947 году Уолтер Браттейн и Джон Бардин не изобрели очень важную вещь - транзистор. Так появилось второе поколения компьютеров. Они потребляли гораздо меньше энергии, а их производительность была больше. Эти устройства были распространены в 50-х-60-х годах XX века, пока в 1958 году не была изобретена интегральная схема.

3 поколение. Работа этих компьютеров была основана на интегральных схемах. Каждая такая схема содержит сотни миллионов транзисторов. Впрочем, создание третьего поколения не остановило выпуск компьютеров второго поколения.

4 поколение. В 1969 году Тэду Хоффу в голову пришла идея заменить множество интегральных схем одним маленьким устройством. Оно было позже названо микросхемой. Благодаря этому стало возможным создавать совсем маленькие микрокомпьютеры. Первое такое устройство было выпущено компанией Intel. А в 80-х годах микропроцессоры и микрокомпьютеры оказались самыми распространёнными. Мы и сейчас пользуемся ими.

Это была краткая история развития компьютерных технологий и вычислительной техники. Надеюсь, мне удалось Вас заинтересовать. До свидания!

ОСНОВЫ ПК

Люди всегда испытывали потребность в счете. Для этого они использовали пальцы рук, камешки, которые складывали в ку­чки или располагали в ряд. Число предметов фиксировалось с по­мощью черточек, которые проводились по земле, с помощью за­рубок на палках и узелков, которые завязывались на веревке.

С увеличением количества подлежащих подсчету предметов, развитием наук и ремесел появилась необходимость в проведении простейших вычислений. Самым древним инструментом, известным в различных странах, являются счеты (в Древнем Риме они называ­лись calculi). Они позволяют производить простейшие вычисления над большими числами. Счеты оказались настолько удачным инст­рументом, что дожили с древних времен почти до наших дней.

Никто не может назвать точное время и место появления сче­тов. Историки сходятся во мнении, что их возраст составляет не­сколько тысяч лет, а их родиной могут быть и Древний Китай, и Древний Египет, и Древняя Греция.

1.1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ

РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

С развитием точных наук появилась настоятельная необходи­мость в проведении большого количества точных вычислений. В 1642 г. французский математик Блез Паскаль сконструировал первую механическую счетную машину, известную как суммиру­ющая машина Паскаля (рис. 1.1). Эта машина представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков и приводов. На колеси­ках были нанесены цифры от 0 до 9. Когда первое колесико (еди­ницы) делало полный оборот, в действие автоматически приво­дилось второе колесико (десятки); когда и оно достигало цифры 9, начинало вращаться третье колесико и т.д. Машина Паскаля могла только складывать и вычитать.

В 1694 г. немецкий математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц сконструировал более совершенную счетную машину (рис. 1.2). Он был убежден, что его изобретение найдет широкое применение не только в науке, но и в быту. В от­личие от машины Паскаля Лейб­ниц использовал цилиндры, а не колесики и приводы. На цилинд­ры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел девять рядов высту­пов или зубцов. При этом первый ряд содержал 1 выступ, второй - 2 и так вплоть до девятого ряда, который содержал 9 выступов. Ци­линдры были подвижными и при­водились в определенное положе­ние оператором. Конструкция ма­шины Лейбница была более совер­шенной: она была способна выпол­нять не только сложение и вычи­тание, но и умножение, деление и даже извлечение квадратного корня.

Интересно, что потомки этой конструкции дожили до 70-х годов XX в. в форме механических каль­куляторов (арифмометр типа «Фе­ликс») и широко использовались для различных расчетов (рис. 1.3). Однако уже в конце XIX в. с изоб­ретением электромагнитного реле появились первые электромехани­ческие счетные устройства. В 1887 г. Герман Голлерит (США) изобрел электромеханический табулятор с вводом чисел с помощью перфо­карт. На идею использовать перфо­карты его натолкнула пробивка компостером проездных билетов на железнодорожном транспорте. Раз­работанная им 80-колонная перфо­карта не претерпела существенных изменений и в качестве носителя информации использовалась в пер­вых трех поколениях компьютеров. Табуляторы Голлерита использова­лись во время 1-й переписи насе­ления в России в 1897 г. Сам изобретатель тогда специально приезжал в Санкт-Петербург. С этого времени электромеханические табуляторы и другие подобные им устройства стали широко применяться в бухгалтерском учете.

В начале XIX в. Чарльз Бэббидж сформулировал основные по­ложения, которые должны лежать в основе конструкции вычис­лительной машины принципиально нового типа.

В такой машине, по его мнению, должны быть «склад» для хранения цифровой информации, специальное устройство, осу­ществляющее операции над числами, взятыми со «склада». Бэб­бидж называл такое устройство «мельницей». Другое устройство служит для управления последовательностью выполнения опера­ций, передачей чисел со «склада» на «мельницу» и обратно, на­конец, в машине должно быть устройство для ввода исходных дан­ных и вывода результатов вычислений. Эта машина так никогда и не была построена - существовали лишь ее модели (рис. 1.4), но принципы, положенные в ее основу, были позже реализованы в цифровых ЭВМ.

Научные идеи Бэббиджа увлекли дочь известного английско­го поэта лорда Байрона - графиню Аду Августу Лавлейс. Она заложила первые фундаментальные идеи о взаимодействии раз­личных блоков вычислительной машины и последовательности решения на ней задач. Поэтому Аду Лавлейс по праву считают первым в мире программистом. Многими понятиями, введенны­ми Адой Лавлейс в описания первых в мире программ, широко пользуются современные программисты.

Рис. 1.1. Суммирующая машина Паскаля

Рис. 1.2. Счетная машина Лейбница

Рис. 1.3. Арифмометр «Феликс»

Рис. 1.4. Машина Бэббиджа

Началом новой эры развития вычислительной техники на базе электромеханических реле стал 1934 г. Американская фирма IBM (International Buisness Machins) начала выпуск алфавитно-циф­ровых табуляторов, способных выполнять операции умножения. В середине 30-х годов XX в. на основе табуляторов создается про­образ первой локальной вычислительной сети. В Питсбурге (США) в универмаге была установлена система, состоящая из 250 терми­налов, соединенных телефонными линиями с 20 табуляторами и 15 пишущими машинками для расчетов с покупателями. В 1934 - 1936 гг. немецкий инженер Конрад Цузе пришел к идее создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве. Он сконструировал машину «Z-3» - это была первая программно-управляемая вычислительная машина – прообраз современных ЭВМ (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Вычислительная машина Цузе

Это была релейная машина, использующая двоичную систему счисления, имеющая память на 64 числа с плавающей запятой. В арифметическом блоке пользовалась параллельная арифметика. Команда включала операционную и ад­ресную части. Ввод данных осуществлялся с помощью десятичной клавиатуры, был предусмотрен цифровой вывод, а также автоматическое преобразование десятич­ных чисел в двоичные и обратно. Ско­рость выполнения операции сложения - три операции в секунду.

В начале 40-х годов XX в. в лаборато­риях IBM совместно с учеными Гарвар­дского университета была начата разработка одной из самых мощных электромеханических вычислительных машин. Она получила название MARK-1, содержала 760 тыс. компонентов и весила 5 т (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Вычислительная машина MARK -1

Последним наиболее крупным проектом в сфере релейной вычислительной техники (ВТ) следует считать построенную в 1957 г. в СССР РВМ-1, которая по целому ряду задач была вполне конкурентоспособна тогдашним ЭВМ. Тем не менее с появлением электронной лампы дни электромеханических устройств остава­лись сочтены. Электронные компоненты обладали большим пре­восходством в быстродействии и надежности, что и определило дальнейшую судьбу электромеханических вычислительных машин. Наступила эра электронных вычислительных машин.

Переход к следующему этапу развития средств вычислитель­ной техники и технологии программирования был бы невозмо­жен без основополагающих научных исследований в области пе­редачи и обработки информации. Развитие теории информации связано прежде всего с именем Клода Шеннона. Отцом киберне­тики по праву считается Норберт Винер, а создателем теории ав­томатов является Генрих фон Нейман.

Концепция кибернетики родилась из синтеза многих научных направлений: во-первых, как общий подход к описанию и ана­лизу действий живых организмов и вычислительных машин или иных автоматов; во-вторых, из аналогий между поведением со­обществ живых организмов и человеческого общества и возмож­ностью их описания с помощью общей теории управления; и, наконец, из синтеза теории передачи информации и статисти­ческой физики, который привел к важнейшему открытию, связывающему количество информации и отрицательную энтропию в системе. Сам термин «кибернетика» происходит от греческого слова, означающего «кормчий», он впервые был применен Н.Ви­нером в современном смысле в 1947 г. Книга Н.Винера, в кото­рой он сформулировал основные принципы кибернетики, на­зывается «Кибернетика или управление и связь в животном и машине».

Клод Шеннон - американский инженер и математик, чело­век, которого называют отцом современной теорий информации. Он доказал, что работу переключателей и реле в электрических схемах можно представить посредством алгебры, изобретенной в середине XIX в. английским математиком Джорджем Булем. С тех пор булева алгебра стала основой для анализа логической струк­туры систем любого уровня сложности.

Шеннон доказал, что всякий зашумленный канал связи харак­теризуется предельной скоростью передачи информации, назы­ваемой пределом Шеннона. При скоростях передачи выше этого предела неизбежны ошибки в передаваемой информации. Однако с помощью соответствующих методов кодирования информации можно получить сколь угодно малую вероятность ошибки при любой зашумленности канала. Его исследования явились фунда­ментом для разработки систем передачи информации по линиям связи.

В 1946 г. блестящий американский математик венгерского про­исхождения Генрих фон Нейман сформулировал основную кон­цепцию хранения команд компьютера в его собственной внутрен­ней памяти, что послужило огромным толчком к развитию элек­тронно-вычислительной техники.

Во время Второй мировой войны он служил консультантом в атомном центре в Лос-Аламосе, где занимался расчетами взрыв­ной детонации ядерной бомбы и участвовал в разработке водо­родной бомбы.

Нейману принадлежат работы, связанные с логической орга­низацией компьютеров, проблемами функционирования машин­ной памяти, самовоспроизводящихся систем и др. Он принимал участие в создании первой электронной вычислительной машины ENIAC, предложенная им архитектура компьютера была положе­на в основу всех последующих моделей и до сих пор так и называ­ется - «фон-неймановской».

I поколение компьютеров . В 1946 г. в США были закончены работы по созданию ENIAC - первой вычис­лительной машины на электрон­ных компонентах (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Первая ЭВМ ENIAC

Новая машина имела впечатляющие па­раметры: в ней использовалось 18 тыс. электронных ламп, она зани­мала помещение площадью 300 м 2 , имела массу 30 т, энергопотребле­ние - 150 кВт. Машина работала с тактовой частотой 100 кГц и вы­полняла операцию сложения за 0,2 мс, а умножения - за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. Быстро обнаружились и недостатки новой машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычис­лительные машины: использовалась десятичная система; программа набиралась вручную на 40 наборных полях; на перенастройку ком­мутационных полей уходили недели. При пробной эксплуатации выяснилось, что надежность этой машины очень низка: поиск не­исправностей занимал до нескольких суток. Для ввода и вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные лен­ты и печатающие устройства. В компьютерах I поколения была ре­ализована концепция хранимой программы. Компьютеры I поко­ления использовались для прогнозирования погоды, решения энер­гетических задач, задач военного характера и в других важных об­ластях.

II поколение компьютеров. Одним из самых важных достиже­ний, которые привели к революции в конструировании ЭВМ и в конечном счете к созданию персональных компьютеров, было изобретение транзистора в 1948 г. Транзистор, который является твердотельным электронным переключательным элементом (вен­тилем), занимает гораздо меньше места и потребляет значитель­но меньше энергии, выполняя ту же работу, что и лампа. Вычис­лительные системы, построенные на транзисторах, были намно­го компактнее, экономичнее и гораздо эффективней ламповых. Переход на транзисторы положил начало миниатюризации, ко­торая сделала возможным появление современных персональных ЭВМ (как, впрочем, и других радиотехнических устройств - ра­диоприемников, магнитофонов, телевизоров и т.д.). Для машин II поколения встала задача автоматизации программирования, по­скольку увеличивался разрыв между временем на разработку про­грамм и непосредственно временем счета. Второй этап развития вычислительной техники конца 50-х - начала 60-х годов XX в. характеризуется созданием развитых языков программирования (ал­гол, фортран, кобол) и освоением процесса автоматизации уп­равления потоком задач с помощью самой ЭВМ, т.е. разработкой операционных систем.

В 1959 г. IBM выпустила коммерческую машину на транзисто­рах IBM 1401. Она была поставлена более чем в 10 тыс. экземпля­рах. В том же году IBM создала свой первый большой компьютер (мэйнфрейм) модели IBM 7090, полностью выполненный на базе транзисторов, с быстродействием 229 тыс. операций в секунду, а в 1961 г. разработала модель IBM 7030 для ядерной лаборатории США в Лос-Аламосе.

Ярким представителем отечественных ЭВМ II поколения ста­ла большая электронная суммирующая машина БЭСМ-6, разра­ботанная С.А. Лебедевым и его коллегами (рис. 1.8). Для компью­теров этого поколения характерно использование языков программирования высокого уров­ня, которые получили свое раз­витие в компьютерах следующе­го поколения. Транзисторные машины II поколения заняли всего лишь пять лет в биографии ЭВМ.

Рис. 1.8. БЭСМ-6

III поколение компьютеров . В 1959 г. инженеры фирмы Texas Instruments разработали способ размещения нескольких транзи­сторов и других элементов на одной основе (или подложке) и соединения этих транзисторов без использования проводников. Так родилась интегральная схема (ИС, или чип). Первая интегральная схема содержала всего шесть транзисторов. Теперь компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции. Появились операционные системы, которые стали брать на себя задачи управления памятью, устройствами ввода-вывода и другими ресурсами.

В апреле 1964 г. IBM анонсировала System 360 - первое семей­ство универсальных программно-совместимых компьютеров и пе­риферийного оборудования. Элементной базой семейства System 360 были выбраны гибридные микросхемы, благодаря чему но­вые модели стали считать машинами III поколения (рис. 1.9).

Рис. 1.9. ЭВМ III поколения IBM

При создании семейства System 360 IBM в последний раз позволила себе роскошь выпускать компьютеры, несовместимые с предыду­щими. Экономичность, универсальность и небольшие габариты компьютеров этого поколения быстро расширила сферу их при­менения - управление, передача данных, автоматизация науч­ных экспериментов и т. д. В рамках этого поколения в 1971 г. был раз­работан первый микропроцессор как неожиданный результат рабо­ты фирмы Intel над созданием микрокалькуляторов. (Заметим, кста­ти, что микрокалькуляторы и в наше время прекрасно уживаются со своими «братьями по крови» - персональными компьютерами.)

IV поколение компьютеров . Этот этап в развитии вычислительной техники связан с разработкой бо­льших и сверхбольших интеграль­ных микросхем. В компьютерах IV поколения стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью несколько мегабайт.

Четырехразрядный микропро­цессор Intel 8004 был разработан в 1971 г. В следующем году был выпущен восьмиразрядный про­цессор, а в 1973 г. фирма Intel выпустила процессор 8080, ко­торый был в 10 раз быстрее, чем 8008, и мог адресовать 64 Кбайт памяти. Это был один из самых серьезных шагов по пути к со­зданию современных персональ­ных компьютеров. Фирма IBM выпустила свой первый персо­нальный компьютер в 1975 г. Модель 5100 имела 16 Кбайт памяти, встроенный интерпретатор языка BASIC и встроенный кассетный лентопротяжный механизм, который использовался в качестве запоминающего устройства. Дебют IBM PC состоялся в 1981 г. В этот день новый стандарт занял свое место в компьютерной индустрии. Для этого семейства было написано большое количество различных программ. Новая модификация получила название «расширенного» (IBM PC-XT) (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Персональная ЭВМ IBM PC - XT

Производители отказались от использования магнитофона в качестве накопителя информации, добавили второй привод для гибких дисков, а в качестве основного устройства для сохранения данных и программ использовался жесткий диск емкостью 20 МБ. Модель базировалась на использовании микропроцессора - Intel 8088. Вследствие естественного прогресса в области разработки и производства микропроцессорной техники фирма Intel - постоянный партнер IBM - освоила выпуск новой серии процессоров - Intel 80286. Соответственно, появилась и новая модель IBM РС. Она получила название IBM PC-AT. Следующий этап - разработка микропроцессоров Intel 80386 и Intel 80486, которые еще можно встретить и в наши дни. Затем были разработаны процессоры Pentium, которые и являются самыми популярными процессорами на сегодняшний день.

V поколение компьютеров. В 90-х годах XX в. огромное внимание стало уделяться не столько повышению технических характеристик компьютеров, сколько их «интеллектуальности», открытой архитектуре и возможностям объединения в сети. Внимание акцентируется на разработке баз знаний, дружественного интерфейса с пользователем, графических средств представления информации и разработке средств макропрограммирования. Четких определений этого этапа развития средств ВТ нет, по­скольку элементная база, на которой основывается данная клас­сификация, осталась прежней - ясно, что все компьютеры, выпускаемые в настоящее время, можно отнести к V поколе­нию.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРОВ

Компьютеры могут быть классифицированы по ряду призна­ков, в частности по принципу действия, назначению, способам организации вычислительного процесса, размерам и вычислитель­ной мощности, функциональным возможностям и др.

По принципу действия компьютеры можно разделить на две большие категории: аналоговые и цифровые.

Аналоговые компьютеры (аналоговые вычислительные машины - АВМ) - вычислительные машины непрерывного дей­ствия (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Аналоговая вычислительная машина

Они работают с информацией, представленной в аналоговой форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений ка­кой-либо физической величины. Существуют устройства, в кото­рых вычислительные операции выполняются с помощью гидрав­лических и пневматических элементов. Однако наибольшее рас­пространение получили электронные АВМ, в которых машинны­ми переменными служат электрические напряжения и токи.

Работа АВМ основана на общности законов, описывающих процессы различной природы. Например, колебания маятника подчиняются тем же законам, что и изменения напряженности электрического поля в колебательном контуре. И вместо того что­бы изучать реальный маятник, можно изучать его поведение на модели, реализованной на аналоговой вычислительной машине. Мало того, на этой модели можно изучать и некоторые биологи­ческие и химические процессы, подчиняющиеся тем же законам.

Основными элементами та­ких машин являются усилители, резисторы, конденсаторы и ка­тушки индуктивности, между которыми могут устанавливать­ся соединения, отражающие ус­ловия той или иной задачи. Про­граммирование задач осуществ­ляется путем набора элементов на наборном поле. На АВМ наи­более эффективно решаются математические задачи, содер­жащие дифференциальные урав­нения, не требующие сложной логики. Результаты решения выводятся в виде зависимостей элек­трических напряжений в функции времени на экран осциллогра­фа или фиксируются измерительными приборами.

В 40 - 50-х годах XX в. электронные аналоговые вычислитель­ные машины создавали серьезную конкуренцию только что по­явившимся компьютерам. Основными их достоинствами являлись высокое быстродействие (соизмеримое со скоростью прохожде­ния электрического сигнала по цепи), наглядность представления результатов моделирования.

Среди недостатков можно отметить невысокую точность вы­числений, ограниченность круга решаемых задач, ручную уста­новку параметров задачи. В настоящее время АВМ используются лишь в очень ограниченных областях - для учебных и демонстра­ционных целей, научных исследований. В практике повседневной жизни они не используются.

Цифровые компьютеры (электронные вычислительные машины - ЭВМ) основаны на дискретной логике «да-нет», «ноль-единица». Все операции производятся компьютером в соответствии с заранее составленной программой. Скорость вычислений опре­деляется тактовой частотой системы.

По этапам создания и элементной базе цифровые компьютеры условно подразделяются на пять поколений:

I поколение (1950-е гг.) - ЭВМ на электронных вакуумных
лампах;

II поколение (1960-е гг.) - ЭВМ на полупроводниковых элементах (транзисторах);

III поколение (1970-е гг.) - ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенями интеграции (десятки и сотни транзисторов в одном корпусе);

VI поколение (1980-е гг.) - ЭВМ на больших и сверхбольших
интегральных схемах - микропроцессорах (миллионы транзисторов в одном кристалле);

V поколение (1990-е гг. - по настоящее время) - суперкомпьютеры с тысячами параллельно работающих микропроцессоров,
позволяющих строить эффективные системы обработки огромных
массивов информации; персональные ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах и дружественных интерфейсах с пользователем, что
определяет их внедрение практически во все сферы деятельности
человека. Сетевые технологии позволяют объединить пользователей ЭВМ в единое информационное общество.

По вычислительной мощности в 70 - 80-х годах XX в. сложи­лась следующая систематика ЭВМ.

Суперкомпьютеры - это ЭВМ, обладающие максимальными возможностями в плане быстродействия и объема вычислений. Используются для решения задач национального и общечелове­ческого масштабов - национальная безопасность, исследования в области биологии и медици­ны, моделирование поведения больших систем, прогноз пого­ды и т.д. (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Суперкомпьютер CRAY 2

Большие ЭВМ (мэйнфрей­мы) - компьютеры, которые используются в крупных научных центрах и университетах для проведения исследований, в корпоративных системах - бан­ках, страховых, торговых учреж­дениях, на транспорте, в инфор­мационных агентствах и изда­тельствах. Мэйнфреймы объеди­няются в крупные вычислитель­ные сети и обслуживают сотни и тысячи терминалов - машин, на которых непосредственно работают пользователи и клиенты.

Мини-компьютеры - это специализированные ЭВМ, которые используются для выполнения определенного вида работ, требу­ющих относительно больших вычислительных мощностей: графи­ка, инженерные расчеты, работа с видео, верстка полиграфиче­ских изданий и т.п.

Микрокомпьютеры - это самый многочисленный и многоли­кий класс ЭВМ, основу которого составляют персональные ком­пьютеры, в настоящее время использующиеся практически во всех отраслях человеческой деятельности. Миллионы людей использу­ют их в своей профессиональной деятельности для взаимодей­ствия через Интернет, развлечения и отдыха.

В последние годы сложилась систематика, отражающая разно­образие и особенности большого класса компьютеров, на кото­рых работают непосредственные пользователи. Эти компьютеры различаются вычислительной мощностью, системным и приклад­ным программным обеспечением, набором периферийных уст­ройств, интерфейсом с пользователем и, как следствие, размера­ми и ценой. Однако все они построены на общих принципах и единой элементной базе, обладают высокой степенью совмести­мости, общими интерфейсами и протоколами обмена данными между собой и сетями. Основу этого класса машин составляют персональные компьютеры, которые в приведенной выше систе­матике соответствуют классу микроЭВМ.

Такая систематика, как и любая другая, достаточно условна; поскольку четкой границы между различными классами компь­ютеров провести невозможно, появляются модели, которые трудно отнести к определенному классу. И тем не менее она в общих чертах отражает существующее в настоящее время разнообразие вычислительных устройств.

Серверы (от англ. serve - «об­служивать», «управлять») - многопользовательские мощные ЭВМ, обеспечивающие функци­онирование вычислительных се­тей (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Сервер S 390

Они служат для обработки запросов от всех ра­бочих станций, подключенных к сети. Сервер предоставляет дос­туп к общим сетевым ресурсам - вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам - и распределяет эти ресурсы меж­ду пользователями. В любом уч­реждении персональные компь­ютеры объединяются в локаль­ную сеть - это позволяет обес­печить обмен данными между компьютерами конечных пользователей и рационально использо­вать системные и аппаратные ресурсы.

Дело в том, что подготовка документа на компьютере (будь то счет на товар или научный отчет) занимает значительно больше времени, чем его печать. Гораздо выгоднее иметь один мощный сетевой принтер на несколько компьютеров, а распределением очереди на печать будет заниматься сервер. Если компьютеры объединены в локальную сеть, удобно иметь на сервере единую базу данных - прайс-лист всех товаров магазина, план работы научного учреждения и т.д. Кроме того, сервер обеспечивает общий выход в Интернет для всех ра­бочих станций, разграничивает доступ к информации различных категорий пользователей, устанавливает приоритеты доступа к об­щим сетевым ресурсам, ведет статистику пользования Интерне­том, контроль за работой конечных пользователей и т.д.

Персональный компьютер (PC - Personal computer) - это наи­более распространенный класс компьютеров, способных решать задачи различного уровня - от составления бухгалтерской отчет­ности до инженерных расчетов. Он рассчитан в основном на ин­дивидуальное использование (отсюда название класса, к которо­му он относится). Персональный компьютер (ПК) имеет специ­альные средства, позволяющие включать его в состав локальных и глобальных сетей. Основное содержание этой книги будет посвя­щено описанию аппаратных и программных средств именно этого класса компьютеров.

Ноутбук (от англ. notebook - «записная книжка») - этот усто­явшийся термин совершенно неправильно отражает особенности этого класса персональных компьютеров (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Ноутбук

Его размеры и масса больше соответствуют формату большой книги, а функциональные возможности и технические характеристики пол­ностью соответствуют обычному настольному (desktoр) ПК. Дру­гое дело, что эти устройства бо­лее компактные, легкие и, са­мое главное, потребляют значительно меньше электроэнергии, что позволяет работать от аккумуляторов. Программное обеспе­чение этого класса ПК, начиная от операционной системы и за­канчивая прикладными программами, абсолютно ничем не отли­чается от настольных компьютеров. В недавнем прошлом этот класс ПК определялся как Laptop - «наколенник». Это название зна­чительно более точно отражало их особенности, но оно почему-то так и не прижилось.

Итак, основная особенность персональных компьютеров клас­са ноутбуков - мобильность. Небольшие габаритные размеры и масса, моноблочное исполнение позволяют легко размещать его в любом месте рабочего пространства, переносить с одного места на другое в специальном чехле или чемоданчике типа «дипло­мат», а питание от аккумуляторов - позволяет использовать даже в дороге (машине или самолете).

Все модели ноутбуков можно условно подразделить на три клас­са: универсальные, для бизнеса и компактные (субноутбуки). Уни­версальные ноутбуки являются полноценной заменой настольного ПК, поэтому они имеют относительно большие размеры и массу, но вместе с тем отличаются большим размером экрана и удобной клавиатурой, аналогичной настольному ПК. Имеют обычные встро­енные накопители: CD-ROM (R, RW, DVD), винчестер и флоп­пи-дисковод. Такая конструкция практически исключает возмож­ность использовать его как «дорожный» ПК. Заряда аккумулято­ров хватает только на 2-3 ч работы.

Ноутбуки бизнес-класса предназначены для использования в офисе, дома, в дороге. Они имеют существенно меньшие габарит­ные размеры и массу, минимальный состав встроенных устройств, но расширенные средства для подключения дополнительных уст­ройств. ПК этого класса служат скорее дополнением для офисно­го или домашнего десктопа, а не их заменой.

Компактные ноутбуки (субноутбуки) являются воплощением самых передовых достижений компьютерной технологии. Они имеют самую высокую степень интеграции различных устройств (в материнскую плату встроены такие компоненты, как поддержка звука, видео, локальной сети). Ноутбуки этого класса обычно снабжаются беспроводными интерфейсами устройств ввода (дополнительная клавиатура, мышь), имеют встроенный радиомодем для связи с Интернетом, в качестве накопителей информации используются компактные смарт-карты и т.д. При этом масса таких устройств не превышает 1 кг, а толщина - около 1 дюйма (2,4 см). Заряда аккумуляторов хватает на несколько часов работы, однако и стоят такие компьютеры в два-три раза дороже обычных ПК.

Карманный персональный компьютер (КПК) (РС - Росket) - состоит из тех же частей, что и настольный компьютер: процессора, памяти, звуковой и видеосистемы, экрана, слотов расширения, с помощью которых можно увеличить память или добавить другие устройства. Батарейное питание обеспечивает работу в течение двух месяцев. Все эти составляющие очень компактны и тесно интегрированы, благодаря чему аппарат весит 100...200 г и помещаются на ладони, в нагрудном кармане рубашки или дамской сумочке (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Карманный персональный компьютер

Недаром эти устройства называют еще «наладонниками» (Palmtop).

Однако функциональные возможности КПК сильно отличаются от настольного компьютера или ноутбука. Прежде всего, у него относительно небольшой экран, как правило, нет клавиатуры и мыши, поэтому взаимодействие с пользователем организовано иначе: для этого используется экран КПК - он чувствителен к нажатию, для чего пользуются специальной палочкой, которая называется «стилус». Для набора текста на КПК применяется так называемая виртуальная клавиатура - ее клавиши отображаются прямо на экране, а текст набирается стилусом. Другое важное отличие - отсутствие винчестера, поэтому объемы хранимой информации относительно невели­ки. Основным хранилищем про­грамм и данных является встроен­ная память объемом до 64 Мбайт, а роль дисков выполняют карточ­ки флэш-памяти. На этих карточ­ках хранятся программы и данные, которые не обязательно размещать в памяти быстрого доступа (фото­альбомы, музыка в формате МРЗ, электронные книги и др.). Из-за этих особенностей КПК часто ис­пользуют в паре с настольным ПК, для чего существуют специальные интерфейсные кабели.

Ноутбук и КПК предназначены для совершенно разных задач, построены на разным принципах и лишь дополняют друг друга, но никак не заменяют.

С ноутбуком работают точно также как и настольным компьютером, а КПК включают и выключают по несколько раз на дню. Загрузка программ и выключение происхо­дит практически мгновенно.

По техническим характеристикам современные КПК вполне сравнимы с настольными компьютерами, которые выпускались всего несколько лет назад. Этого вполне достаточно для качествен­ного воспроизведения текстовой информации, например при ра­боте с электронной почтой или текстовым редактором. Современ­ные КПК снабжаются также встроенным микрофоном, динами­ками и гнездами для подключения наушников. Связь с настоль­ным ПК и другими периферийными устройствами осуществляет­ся через порт USB, инфракрасный порт (IгDA) или Вluetooth (современный беспроводной интерфейс).

Кроме специальной операционной системы КПК обычно снаб­жаются встроенными приложениями, в состав которых входит текстовый редактор, табличный редактор, планировщик, брау­зер для работы в Интернете, набор диагностических программ и т.д. В последнее время компьютеры класса Pocket РС стали снаб­жаться встроенными средствами связи с Интернетом (в качестве внешнего модема может использоваться и обычный сотовый телефон).

Благодаря своим возможностям карманные персональные компьютеры можно рассматривать не просто как упрощенный ПК с урезанными возможностями, а как совершенно равноправный член компьютерного сообщества, имеющий свои неоспоримые преиму­щества даже по сравнению с самыми продвинутыми моделями настольных компьютеров.

Электронные секретари (PDA - Personal Digital Assistant) - имеют формат карманного компьютера (массой не более 0,5 кг), но используются для других целей (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Электронный секретарь

Они ориентирова­ны на использование электронных справочников, хранящих име­на, адреса и номера телефонов, информацию о распорядке дня и встречах, списки текущих дел, записи расходов и т.п. Элект­ронный секретарь может иметь встроенный текстовый и графи­ческие редакторы, электронные таблицы и другие офисные при­ложения.

Большинство PDA имеют модемы и могут обмениваться ин­формацией с другими ПК, а при подключении к вычислительной сети могут получать и отправлять электронную почту и факсы. Некоторые PDA для дистанционного беспроводного обмена ин­формацией с другими компьютерами оборудованы радиомодема­ми и инфракрасными портами. Электронные секретари имеют небольшой жидкокристаллический дисплей, обычно размещен­ный в откидной крышке компьютера. Ручной ввод информации возможен с миниатюрной клавиатуры или с использованием се сорного экрана, как у КПК. Компьютером PDA можно назвать лишь с большими оговорками: иногда эти устройства относят к категории сверхпортативных компьютеров, иногда к категории «интеллектуальных» калькуляторов, другие считают, что это, скорее, органайзер с расширенными возможностями.

Электронные записные книжки (от англ. organizer - «организатор») - относятся к «легчайшей категории» портативных компьютеров (масса их не превышает 200 г). Органайзеры имеют вместительную память, в которую можно записать необходимую информацию и отредактировать ее с помощью встроенного текстового редактора; в памяти можно хранить деловые письма, тексы соглашений, контрактов, распорядок дня и деловых встреч. В органайзер встроен внутренний таймер, который напоминает о важных событиях. Доступ к информации может быть защищен паролем. Органайзеры часто оснащают встроенным переводчиком, имеющим несколько словарей.

Вывод информации осуществляется на небольшой монохромный жидкокристаллический дисплей. Благодаря низкому потреблению мощности питание от аккумулятора обеспечивает без подзарядки хранение информации до пяти лет.

Смартфон (англ. smartphone) - компактное устройство, сочетающее в себе функции сотового телефона, электронной записной книжки и цифровой фотокинокамеры с мобильным доступом в Интернет (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Смартфон

Смартфон имеет микропроцессор, оперативную память, постоянное запоминающее устройство; выход в Интернет осуществляется по каналам сотовой связи. Качество фотоснимков невысокое, но достаточное для использования в Интернете и пересылки по электронной почте. Время видеозаписи - порядка 15 с. Имеет встроенный накопитель для смарт-карт. Заряда батарей хватает для 100 ч работы. Масса 150 г. Очень удобное и полезное устройство, однако его стоимость соизмерима с ценой хорошего настольного компьютера.

У древнего человека был свой счетный инструмент - десять пальцев на руках. Загибал человек пальцы - складывал, разгибал - вычитал. И человек догадался: для счета можно использовать все, что попадется под руку, - камешки, палочки, косточки. Потом стали завязывать узелки на веревке, делать зарубки на палках и дощечках (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Узелки (а) и зарубки на дощечках (б)

Период абака. Абаком (гр. abax - доска) называлась дощечка, покрытая слоем пыли, на которой острой палочкой проводились линии и в полученных колонках размещались какие-нибудь предметы по позиционному принципу. В V-IV вв. до н. э. были созданы древнейшие из известных счетов - «саламинская доска» (по названию острова Саламин в Эгейском море), которая у греков и в Западной Европе называлась «абак». В Древнем Риме абак появился в V-VI вв. н. э. и назывался calculi или abakuli. Изготавливался абак из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. До нашего времени сохранился бронзовый римский абак, на котором камешки передвигались в вертикально прорезанных желобках (рис. 1.2).

Рис. 1.2.

В XV-XVI вв. в Европе был распространен счет на линиях или счетных таблицах с укладываемыми на них жетонами.

В XVI в. появились русские счеты с десятичной системой счисления. В 1828 г. генерал-майор Ф. М. Свободской выставил на обозрение оригинальный прибор, состоящий из множества счетов, соединенных в общей раме (рис. 1.3). Все операции сводились к действиям сложения и вычитания.

Рис. 1.3.

Период механических устройств. Этот период продолжался от начала XVII до конца XIX в.

В 1623 г. Вильгельм Шиккард описал устройство счетной машины, в которой были механизированы операции сложения и вычитания. В 1642 г. французский механик Блез Паскаль сконструировал первую механическую счетную машину - «Паскалину» (рис. 1.4).

В 1673 г. немецким ученым Гофтридом Лейбницем была создана первая механическая вычислительная машина, выполняв-

Рис. 1.4.

шая четыре арифметических действия (сложение, вычитание, умножение и деление). В 1770 г. в Литве Е. Якобсон создал суммирующую машину, определяющую частное и способную работать с пятизначными числами.

В 1801 - 1804 гг. французский изобретатель Ж. М. Жаккар впервые использовал перфокарты для управления автоматическим ткацким станком.

В 1823 г. английский ученый Чарлз Бэббидж разрабатывает проект «Разностной машины», предвосхитившей современную программно-управляемую автоматическую машину (рис. 1.5).

В 1890 г. житель Петербурга Вильгодт Однер изобрел арифмометр и наладил их выпуск. К 1914 г. в одной только России насчитывалось более 22 тыс. арифмометров Однера. В первой четверти XX в. эти арифмометры были единственными математическими машинами, широко применявшимися в различных областях человеческой деятельности (рис. 1.6).

Рис. 1.5. Машина Бэббиджа Рис. 1.6. Арифмометр

Период ЭВМ. Этот период начался в 1946 г. и продолжается в настоящее время. Он характеризуется соединением достижений в области электроники с новыми принципами построения вычислительных машин.

В 1946 г. под руководством Дж. Моучли и Дж. Эккерта в США была создана первая ЭВМ - «ЭНИАК» (ENIAC) (рис. 1.7). Она имела следующие характеристики: длина 30 м, высота 6 м, вес 35 т, 18 тыс. вакуумных ламп, 1500 реле, 100 тыс. сопротивлений и конденсаторов, 3500 оп/с. Тогда же эти ученые начали работу над новой машиной - «ЭДВАК» (EDVAC - Electronic

Рис. 1.7.

Discret Variable Automatic Computer - электронный автоматический вычислитель с дискретными переменными), программа которой должна была храниться в памяти компьютера. В качестве внутренней памяти предполагалось использовать ртутные трубки, применявшиеся в радиолокации.

В 1949 г. в Великобритании была построена ЭВМ «EDSAC» с хранимой в памяти программой.

Появление первых ЭВМ до сих пор вызывает споры. Так, немцы считают первой ЭВМ машину для артиллерийских расчетов, созданную Конрадом Цузе в 1941 г., хотя она работала на электрических реле и была, таким образом, не электронной, а электромеханической. Для американцев - это «ЭНИАК» (1946 г., Дж. Моучли и Дж. Эккерт). Болгары считают изобретателем ЭВМ Джона (Ивана) Атанасова, сконструировавшего в 1941 г. в США машину для решения систем алгебраических уравнений.

Англичане, порывшись в секретных архивах, заявили, что первый электронный компьютер был создан в 1943 г. в Англии и предназначался для расшифровки переговоров немецкого высшего командования. Это оборудование считалось настолько секретным, что после войны оно было уничтожено по приказу Черчилля, а чертежи сожжены, чтобы секрет не попал в чужие руки.

Секретную повседневную переписку немцы вели с помощью шифровальных машинок «Энигма» (лат. enigma - загадка). К началу Второй мировой войны англичане уже знали, как работает «Энигма», и искали способы расшифровки ее посланий, но у немцев появилась еще одна шифровальная система, предназначенная только для самых важных сообщений. Это была изготовленная фирмой «Лоренц» в небольшом количестве экземпляров машина «Шлюссельцузатц-40» (название переводится как «шифровальная приставка»). Внешне она представляла собой гибрид обычного телетайпа и механического кассового аппарата. Текст, набиравшийся на клавиатуре, телетайп переводил в последовательность электрических импульсов и пауз между ними (каждой букве соответствует набор из пяти импульсов и «пустых мест»). В «кассовом аппарате» вращались два комплекта по пять зубчатых колесиков, которые случайным образом добавляли к каждой букве еще два набора по пять импульсов и пропусков. Колесики имели разное количество зубцов, и это количество можно было менять: зубцы были сделаны подвижными, их можно было сдвигать в сторону либо выдвигать на место. Имелось еще два «моторных» колесика, каждое из которых вращало свой комплект зубчаток.

В начале передачи зашифрованного послания радист сообщал адресату исходное положение колесиков и число зубцов на каждом из них. Эти установочные данные менялись перед каждой передачей. Выставив такие же наборы колесиков в таком же положении на своей машине, принимавший радист добивался того, что лишние буквы автоматически вычитались из текста, и телетайп печатал исходное сообщение.

В 1943 г. математиком Максом Ньюменом в Англии была разработана электронная машина «Колоссус». Колесики машины моделировались 12 группами электронных ламп - тиратронов. Автоматически перебирая разные варианты состояний каждого тиратрона и их сочетаний (тиратрон может находиться в двух состояниях - пропускать или не пропускать электрический ток, т. е. давать импульс или паузу), «Колоссус» разгадывал начальную установку шестеренок немецкой машины. Первый вариант «Колоссуса» имел 1500 тиратронов, а второй, заработавший в июне 1944 г., - 2500. За час машина «проглатывала» 48 км перфоленты, на которую операторы набивали ряды единиц и нулей из немецких посланий, в секунду обрабатывалось 5000 букв. Эта ЭВМ имела память, основанную на заряжавшихся и разряжавшихся конденсаторах. Она позволила читать сверхсекретную переписку Гитлера, Кессельринга, Роммеля и т. д.

Примечание. Современный компьютер разгадывает начальное положение колесиков «Шлюссельцузатц-40» вдвое медленнее, чем это делал «Колоссус», так, задача, которая в 1943 г. решалась за 15 мин, занимает у ПЭВМ «Репйит» 18 ч! Дело в том, что современные компьютеры задуманы как универсальные, предназначенные для выполнения самых разных задач, и не всегда могут состязаться со старинными ЭВМ, умевшими делать только одно действие, зато очень быстро.

Первая отечественная электронная вычислительная машина МЭСМ была разработана в 1950 г. Она содержала более 6000 электронных ламп. К этому поколению ЭВМ можно отнести: «БЭСМ-1», «М-1», «М-2», «М-3», «Стрела», «Минск-1», «Урал-1», «Урал-2», «Урал-3», «М-20», «Сетунь», «БЭСМ-2», «Раздан» (табл. 1.1). Быстродействие их не превышало 2-3 тыс. оп/с, емкость оперативной памяти - 2 К или 2048 машинных слов (1 К = 1024) длиной 48 двоичных знаков.

Таблица 1.1. Характеристики отечественных ЭВМ

Характери	Первое поколение				Второе поколение
Адресность
Длина ма-
шинного ело-
ва (двоичные разряды)
Быстродейст-
				Ферритовый сердечник

Около половины всего объема данных в информационных системах мира хранится на больших ЭВМ. Для этих целей фирма 1ВМ еще в 1960-х гг. начала выпускать вычислительные машины 1ВМ/360, 1ВМ/370 (рис. 1.8), которые получили широкое распространение в мире.

С появлением первых вычислительных машин в 1950 г. возникла идея использования вычислительной техники для целей управления технологическими процессами. Управление на базе ЭВМ позволяет поддерживать параметры процесса в режиме, близком к оптимальному. В результате сокращается расход материалов, энергии, повышается производительность и качество, обеспечивается быстрая перестройка оборудования на выпуск продукции другого вида.

Рис. 1.8.

Пионером промышленного использования управляющих ЭВМ за рубежом явилась фирма Digital Equipment Corp. (DEC), которая выпустила в 1963 г. для управления ядерными реакторами специализированную ЭВМ «PDP-5». Исходными данными служили измерения, получаемые в результате аналого-цифрового преобразования, точность которых составляла 10-11 двоичных разрядов. В 1965 г. фирма DEC выпускает первую миниатюрную ЭВМ «PDP-8» размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. долл., в качестве элементной базы которой были использованы интегральные схемы.

До появления интегральных схем транзисторы изготовлялись по отдельности, и при сборке схем их приходилось соединять и паять вручную. В 1958 г. американский ученый Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось каждый год приблизительно вдвое. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

В 1970 г. был сделан еще один шаг на пути к персональному компьютеру - Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который поступил в продажу в конце 1970 г. Конечно, возможности Intel-4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, - он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита одновременно). В 1973 г. фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel-8008, а в 1974 г. - его усовершенствованную версию Intel-8080, которая до конца 1970-х гг. была стандартом для микрокомпьютерной индустрии (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Поколения ЭВМ и их основные характеристики

Поколение				Четвертое (с 1975 г.)
Элементная база ЭВМ	Электронные лампы, реле	Транзисторы, параметроны		Сверхбольшие ИС (СБИС)
Производительность центрального процессора	До 3 10 5 оп/с	До 3 10 6 оп/с	До 3 10 7 оп/с	3 10 7 оп/с
Тип оперативной памяти (ОП)	Триггеры, ферритовые сердечники	Миниатюрные ферритовые сердечники	Полупроводниковая на	Полупроводниковая на
				Более 16 Мб
Характерные типы ЭВМ поколения		Малые, средние, большие, специальные	мини- и мик-роЭВМ	СуперЭВМ, ПК, специальные, общие, сети ЭВМ
Типичные модели поколения		IBM 7090, БЭСМ-6		БХ-2, 1ВМ РС/ХТ/АТ, РБ/2, Сгау, сети
Характерное программное обеспечение	Коды, автокоды, ассемблеры	Языки программирования, диспетчеры, АСУ, АСУТП	ППП, СУБД, САПРы, ЯВУ, операционные	БД, ЭС, системы параллельного программирования

Поколения ЭВМ определяются элементной базой (лампы, полупроводники, микросхемы различной степени интеграции (рис. 1.9)), архитектурой и вычислительными возможностями (табл. 1.3).

Таблица 1.3. Особенности поколений ЭВМ

Поколение	Особенности
I поколение (1946-1954)	Применение вакуумно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках. Для ввода-вывода данных применялись перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства
II поколение (1955-1964)	Использование транзисторов. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры - централизация. Появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках
III поколение (1965-1974)	Компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции (МИС от 10 до 100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС от 10 до 1000 компонентов на кристалл). В конце 1960-х гг. появились мини-компьютеры. В 1971 г. появился первый микропроцессор
IV поколение (с 1975 г.)	Использование при создании компьютеров больших интегральных схем (БИС от 1000 до 100 тыс. компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС от 100 тыс. до 10 млн компонентов на кристалл). Главный акцент при создании компьютеров сделан на их «интеллектуальности», а также на архитектуре, ориентированной на обработку знаний

а б в

Рис. 1.9. Элементная база ЭВМ: а - электронная лампа; б - транзистор;

в - интегральная микросхема

Первым микрокомпьютером был «Altair-8800», созданный в 1975 г. небольшой компанией в Альбукерке (штат Нью-Мексико) на основе микропроцессора Intel-8080. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Altair» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто писать программы.

Впоследствии появились компьютеры «TRS-80 РС», «РЕТ РС» и «Apple» (рис. 1.10).

Рис. 1.10.

Отечественная промышленность выпускала DEC-совмести-мые (диалоговые вычислительные комплексы ДВК-1, ..., ДВК-4 на основе ЭВМ «Электроника МС-101», «Электроника 85», «Электроника 32») и IBM PC-совместимые (ЕС 1840 - ЕС 1842, ЕС 1845, ЕС 1849, ЕС 1861, Искра 4861), существенно уступавшие по своим характеристикам вышеназванным.

В последнее время широко известны персональные компьютеры, выпускаемые фирмами США: Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard, Dell, DEC; фирмами Великобритании: Spectrum, Amstard; фирмой Франции Micra; фирмой Италии Olivetty; фирмами Японии: Toshiba, Panasonic, Partner.

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются персональные компьютеры фирмы IBM (International Business Machines Corporation).

В 1983 г. появился компьютер IBM PC XT со встроенным жестким диском, а в 1985 г. компьютер IBM PC АТ на основе 16-разрядного процессора Intel 80286 (рис. 1.11).

В 1989 г. разработан процессор Intel 80486 с модификациями 486SX, 486DX, 486DX2 и 486DX4. Тактовые частоты процессоров 486DX в зависимости от модели равны 33, 66 и 100 МГц.

Новое семейство моделей ПК IBM получило название PS/2 (Personal System 2). Первые модели семейства PS/2 использовали процессор Intel 80286 и фактически копировали ПК АТ, но на базе иной архитектуры.

В 1993 г. появились процессоры Pentium с тактовой частотой 60 и 66 МГц.

В 1994 г. фирма Intel стала производить процессоры Pentium с тактовой частотой 75, 90 и 100 МГц. В 1996 г. тактовая частота процессоров Pentium выросла до 150, 166 и 200 МГц (рис. 1.12).

Системный

Манипулятор типа «мышь»

Рис. 1.12. Конфигурация мультимедийного компьютера

В 1997 г. фирма Intel выпустила новый процессор Pentium MMX с тактовыми частотами 166 и 200 МГц. Аббревиатура ММХ означала, что данный процессор оптимизирован для работы с графической и видеоинформацией. В 1998 г. фирма Intel объявила о выпуске процессора Celeron с тактовой частотой 266 МГц.

С 1998 года фирма Intel анонсировала версию процессора Pentium® II Хеоп™ с тактовой частотой 450 МГц (табл. 1.4).

Таблица 1.4. Компьютеры фирмы IBM

компьютера	Процессор	Тактовая частота, МГц	оперативной

Долгое время производители процессоров - прежде всего Intel и AMD для повышения производительности процессоров повышали их тактовую частоту. Однако при тактовой частоте более 3,8 ГГц чипы перегреваются и о выгоде можно забыть. Потребовались новые идеи и технологии, одной из которых и стала идея создания многоядерных чипов. В таком чипе параллельно работают два процессора и более, которые при меньшей тактовой частоте обеспечивают большую производительность. Исполняемая в данный момент программа делит задачи по обработке данных на оба ядра. Это дает максимальный эффект, когда и операционная система, и прикладные программы рассчитаны на параллельную работу, как, например, для обработки графики.

Многоядерная архитектура - это вариант архитектуры процессоров, предполагающий размещение двух или более «исполняющих», или вычислительных, ядер Pentium® в одном процессоре. Многоядерный процессор вставляется в процессорный разъем, но операционная система воспринимает каждое из его исполняющих ядер как отдельный логический процессор, обладающий всеми соответствующими исполняющими ресурсами (рис. 1.13).

В основе такой реализации внутренней архитектуры процессора лежит стратегия «разделяй и властвуй». Иначе говоря, разде-

Рис. 1.13.

ляя вычислительную работу, выполняемую в традиционных микропроцессорах одним ядром Pentium, между несколькими исполнительными ядрами Pentium, многоядерный процессор может выполнять больше работы за конкретный интервал времени. Для этого программное обеспечение (ПО) должно поддерживать распределение нагрузки между несколькими исполнительными ядрами. Эта функциональность называется параллелизмом на уровне потоков, или организацией поточной обработки, а поддерживающие ее приложения и операционные системы (такие, как Microsoft Windows ХР) называются многопоточными.

Многоядерность влияет и на одновременную работу стандартных приложений. Например, одно ядро процессора может отвечать за программу, работающую в фоновом режиме, в то время как антивирусная программа занимает ресурсы второго ядра. На практике двухъядерные процессоры не производят вычисления в два раза быстрее одноядерных: хотя прирост быстродействия и оказывается значительным, но при этом он зависит от типа приложения.

Первые двухъядерные процессоры появились на рынке в 2005 г. Со временем у них появлялось все больше преемников. Поэтому «старые» двухъядерные процессоры сегодня серьезно подешевели. Их можно найти в компьютерах ценой от 600 долл, и ноутбуках ценой от 900 долл. Компьютеры с современными двухъядерными чипами стоят примерно на 100 долл, дороже, чем модели, оснащенные «старыми» чипами. Один из главных разработчиков многоядерных процессоров - корпорация Intel.

Перед появлением двухъядерных чипов изготовители предлагали одноядерные процессоры с возможностью параллельного выполнения нескольких программ. Некоторые процессоры серии Pentium 4 имели функцию Hyper-Threading, возвращающую значение в байтах и содержащую логический и физический идентификаторы текущего процесса. Ее можно рассматривать как предшественницу архитектуры Dual-Core, состоящей из двух оптимизированных мобильных исполнительных ядер. Dual-Core означает, что в то время, пока одно ядро занято запуском приложения, или, например, проверкой на вирусную активность, другое ядро будет доступно для выполнения иных задач, например, пользователь сможет путешествовать по Интернету или работать с таблицей. Хотя у процессора было одно физическое ядро, чип был сконструирован так, что мог исполнять две программы одновременно (рис. 1.14).

Панель управления

ОСРВ QNX Neutrino (одна копия)

Интерфейс командной строки (ядра 0 и 1)

Маршрутизация (ядра 0 и 1)

Управление, администрирование и техническое обслуживание (ядра 0 и 1)

Аппаратное обеспечение информационной панели

Мониторинг информационной панели (ядра 0 и 1)

Рис. 1.14. Схема использования многопроцессорной обработки

в панели управления

Операционная система распознает такой чип как два отдельных процессора. Обычные процессоры обрабатывают 32 бита за один такт. Новейшие чипы успевают обработать за один такт вдвое больше данных, т. е. 64 бита. Это преимущество особенно заметно при обработке больших объемов данных (например, при обработке фотографий). Но для того чтобы им воспользоваться, операционная система и приложения должны поддерживать именно 64-битный режим обработки.

Под специально разработанными 64-битными версиями Windows ХР и Windows Vista в зависимости от необходимости запускаются 32- и 64-битные программы.

Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №3 Карасукского района

Тема: История развития вычислительной техники.

Составил:

Ученик МОУСОШ №3

Кочетов Егор Павлович

Руководитель и консультант:

Сердюков Валентин Иванович,

учитель информатики МОУСОШ №3

Карасук 2008г

Актуальность

Введение

Первые шаги в развитии счетных устройств

Счётные устройства 17 века

Счётные устройства 18 века

Счётные устройства 19 века

Развитие вычислительной техники в начале 20 века

Появление и развитие вычислительной техники в 40-х годах 20 века

Развитие вычислительной техники в 50-х годах 20 века

Развитие вычислительной техники в 60-х годах 20 века

Развитие вычислительной техники в 70-х годах 20 века

Развитие вычислительной техники в 80-х годах 20 века

Развитие вычислительной техники в 90-х годах 20 века

Роль вычислительной техники в жизни человека

Мои исследования

Заключение

Список литературы

Актуальность

Математика и информатика используются во всех сферах современного информационного общества. Современное производство, компьютеризация общества, внедрение современных информационных технологий требуют математической и информационной грамотности и компетентности. Однако на сегодняшний день в школьном курсе информатики и ИКТ зачастую предлагается односторонний образовательный подход, не позволяющий должным образом повысить уровень знаний из-за отсутствия в нём математической логики, необходимой для полного усвоения материала. Кроме того, отсутствие стимуляции творческого потенциала учащихся негативным образом отражается на мотивации к обучению, и как следствие, на конечном уровне умений, знаний и навыков. Как можно изучать предмет не зная его истории. Данный материал можно использовать на уроках истории, математики и информатики.

В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой публике. Однако в 1971 году произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов люде.

Введение

Люди учились считать, используя собственные пальцы. Когда этого оказалось недостаточно, возникли простейшие счётные приспособления. Особое место среди них занял АБАК, получивший в древнем мире широкое распространение. Затем спустя годы развития человека появились первые электронные вычислительные машины (ЭВМ). Они не только ускорили вычислительную работу, но и дали толчок человеку для создания новых технологий. Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой публике. Однако в 1971 году произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей. В том, вне всякого сомнения знаменательном году ещё почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с красивым названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до учёных и инженеров. В конце XX века невозможно представить себе жизнь без персонального компьютера. Компьютер прочно вошел в нашу жизнь, став главным помощником человека. На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений. В данном реферате мы рассмотрим историю развития вычислительной техники, а также краткий обзор о возможностях применения современных вычислительных систем и дальнейшие тенденции развития персональных компьютеров.

Первые шаги в развитии счетных устройств

История счётных устройств насчитывает много веков. Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. Для облегчения счета люди стали использовать пальцы сначала одной руки, затем обеих, а в некоторых племенах и пальцы ног. В XVI веке приемы счета на пальцах описывались в учебниках.

Следующим шагом в развитии счета стало использование камешков или других предметов, а для запоминания чисел - зарубок на костях животных, узелков на веревках. Обнаруженная в раскопках так называемая "вестоницкая кость" с зарубками, позволяет историкам предположить, что уже тогда, 30 тыс. лет до н.э., наши предки были знакомы с зачатками счета:

Раннему развитию письменного счета препятствовала сложность арифметических действий при существовавших в то время перемножениях чисел. Кроме того, писать умели немногие и отсутствовал учебный материал для письма - пергамент начал производиться примерно со II века до н.э., папирус был слишком дорог, а глиняные таблички неудобны в использовании.

Эти обстоятельства объясняют появление специального счетного прибора - абака. К V веку до н.э. абак получил широкое распространение в Египте, Греции, Риме. Он представлял собой доску с желобками, в которых по позиционному принципу размещали какие-нибудь предметы - камешки, косточки.

Подобный счетам инструмент был известен у всех народов. Древнегреческий абак (доска или "саламинская доска" по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде.

Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. Позднее, Около 500 г. н.э., абак был усовершенствован и на свет появились счёты- устройства, состоящего из набора костяшек, нанизанных на стержни. Китайские счеты суан-пан состояли из деревянной рамки, разделнной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка.

Она разделена на две части: в нижней части на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в верхней части - по две. Таким образом, для того чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, и затем прибавляли одну в разряд единиц.

У японцев это же устройство для счета носило название серобян:

На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с XV века получил распространение "дощаный счет", который почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.

Примерно в VI в. н.э. в Индии сформировались весьма совершенные способы записи чисел и правила выполнения арифметических операций, называемые сейчас десятичной системой счисления.При записи числа, в котором отсутствует какой-либо разряд (например, 101 или 1204), индийцы вместо названия цифры говорили слово "пусто". При записи на месте "пустого" разряда ставили точку, а позднее рисовали кружок. Такой кружок назывался "сунья" - на языке хинди это означало "пустое место". Арабские математики перевели это слово по смыслу на свой язык - они говорили "сифр". Современное слово "нуль" родилось сравнительно недавно - позднее, чем "цифра". Оно происходит от латинского слова "nihil" - "никакая". Приблизительно в 850 году н.э. арабский ученый математик Мухаммед бен Муса ал-Хорезм (из города Хорезма на реке Аму-Дарья) написал книгу об общих правилах решения арифметических задач при помощи уравнений. Она называлась "Китаб ал-Джебр". Эта книга дала имя науке алгебре. Очень большую роль сыграла еще одна книга ал-Хорезми, в которой он подробно описал индийскую арифметику. Триста лет спустя (в 1120 году) эту книгу перевели на латинский язык, и она стала первым учебником "индийской" (то есть нашей современной) арифметики для всех европейских городов.

Мухаммеду бен Муса ал-Хорезму мы обязаны появлению термина "алгоритм".

В конце XV века Леонардо да Винчи(1452-1519) создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами. Но рукописи да Винчи обнаружили лишь в 1967г., поэтому биография механических устройств ведется от суммирующей машины Паскаля.По его чертежам в наши дни американская фирма по производству компьютеров в целях рекламы построила работоспособную машину.

Счётные устройства 17 века

В 1614 году шотландский математик Джон Непер (John Naiper, 1550-1617) изобрел таблицы логарифмов. Принцип их заключается в том, что каждому числу соответствует специальное число - логарифм - показатель степени, в которую нужно возвести число (основание логарифма), чтобы получить заданное число. Таким способом можно выразить любое число. Логарифмы очень упрощают деление и умножение. Для умножения двух чисел достаточно сложить их логарифмы. Благодаря данному свойству сложная операция умножения сводится к простой операции сложения. Для упрощения были составлены таблицы логарифмов, которые позже были как бы встроены в устройство, позволяющее значительно ускорить процесс вычисления, - логарифмическую линейку.

Непер предложил в 1617 году другой (не логарифмический) способ перемножения чисел. Инструмент, получивший название палочки (или костяшки) Непера, состоял из тонких пластин, или блоков. Каждая сторона блока несет числа, образующие математическую прогрессию.

Манипуляции с блоками позволяют извлекать квадратные и кубические корни, а также умножать и делить большие числа.

Вильгельм Шиккард

В 1623 г. Вильгельм Шиккард (Wilhelm Schickard) - востоковед и математик, профессор Тюбинского университета - в письмах своему другу Иогану Кеплеру описал устройство "часов для счета" - счетной машины с устройством установки чисел и валиками с движком и окном для считывания результата. Эта машина могла только складывать и вычитать (в некоторых источниках говорится, что эта машина могла еще умножать и делить). Это была первая механическая машина. В наше время по его описанию построена ее модель:

Блез Паскаль

В 1642 г. французский математик Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623-1662) сконструировал счетное устройство, чтобы облегчить труд своего отца - налогового инспектора. Это устройство позволяло суммировать десятичные числа. Внешне оно представляло собой ящик с многочисленными шестеренками.

Основой суммирующей машины стал счетчик-регистратор, или счетная шестерня. Она имела десять выступов, на каждом из которых были нанесены цифры. Для передачи десятков на шестерне располагался один удлиненный зуб, зацеплявший и поворачивающий промежуточную шестерню, которая передавала вращение шестерне десятков. Дополнительная шестерня была необходима для того, чтобы обе счетные шестерни - единиц и десятков - вращались в одном направлении. Счетная шестерня при помощи храпового механизма (передающего прямое движение и не передающего обратного) соединялись с рычагом. Отклонение рычага на тот или иной угол позволяло вводить в счетчик однозначные числа и суммировать их. В машине Паскаля храповой привод был присоединен ко всем счетным шестерням, что позволяло суммировать и многозначные числа.

В 1642 г. англичане Роберт Биссакар, а в 1657 году - независимо от него - С.Патридж разработали прямоугольную логарифмическую линейку, конструкция которой в основном сохранилась до наших дней.

В 1673 г. Немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгельм Лейбниц(Gottfried Wilhelm Leibniz, 1646-1716) создал "ступенчатый вычислитель" - счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления.

Это был более совершенный прибор, в котором использовалась движущаяся часть (прообраз каретки) и ручка, с помощью которой оператор вращал колесо. Изделие Лейбница постигла печальная судьба предшественников: если им кто-то и пользовался, то только домашние Лейбница и друзья его семьи, поскольку время массового спроса на подобные механизмы еще не пришло.

Машина являлась прототипом арифмометра, использующегося с 1820 года до 60-х годов ХХ века.

Счетные устройства 18 века.

В 1700 году Шарль Перро издал "Сборник большого числа машин собственного изобретения Клода Перро", в котором среди изобретений Клода Перро (брата Шарля Перро) числится суммирующая машина, в которой взамен зубчатых колес используются зубчатые рейки. Машина получила название "Рабдологический абак". Названо это устройство так потому, что древние называли абаком небольшую доску, на которой написаны цифры, а Рабдологией - науку выполнения

арифметических операций с помощью маленьких палочек с цифрами.

В 1703 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц написал трактат "Expication de l"Arithmetique Binary" - об использовании двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Первые его работы по двоичной арифметике относятся к 1679 году.

Член Лондонского королевского общества немецкий математик, физик, астроном Христиан Людвиг Герстен в 1723 году изобрел арифметическую машину, а двумя годами позже ее изготовил. Машина Герстена замечательна тем, что в ней впервые применено устройство для подсчета частного и числа последовательных операций сложения, необходимых при умножении чисел, а также предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода (установки) второго слагаемого, что снижает вероятность субъективной ошибки, связанной с утомлением вычислителя.

В 1727 году Джакоб Леопольд (Jacob Leupold) создал счетную машину, в которой использовался принцип машины Лейбница.

В отчете комиссии Парижской академии наук, опубликованном в 1751 году в "Журнале ученых", встречаются замечательные строки: "Виденных нами результатов метода г-на Перейры вполне достаточно, чтобы еще раз подтвердить мнение... что такой метод обучения глухонемых в высшей степени практичен и что лицо, которое применяло его с таким успехом, достойно похвалы и поощрения...Говоря о прогрессе, который сделал ученик г-на Перейры за совсем небольшое время в знании чисел, мы должны добавить, что г-н Перейра использовал Арифметическую машину, которую сам изобрел". Эта арифметическая машина описана в "Журнале ученых", но, к сожалению, в журнале не приведены чертежи. В этой счетной машине использованы кое-какие идеи, заимствованные у Паскаля и Перро, но в общем она представляла собой совершенно оригинальную конструкцию. От известных машин она отличалась тем, что ее счетные колеса располагались не на параллельных осях, а на единственной оси, проходившей через всю машину. Это новшество, делавшее конструкцию более компактной, впоследствии широко использовалось другими изобретателями - Фельтом и Однером.

Во второй половине XVII века (не позднее 1770 года) суммирующая машина была создана в городе Несвиже. Надпись, сделанная на этой машине, гласит, что она "изобретена и изготовлена евреем Евной Якобсоном, часовым мастером и механиком в городе Несвиже в Литве, ""Минское воеводство". Эта машина в настоящее время находится в коллекции научных инструментов Музея им.М.В.Ломоносова (Санкт-Петербург). Интересной особенностью машины Якобсона было особое устройство, которое позволяло автоматически подсчитывать число произведенных вычитаний, иначе говоря - определять частное. Наличие этого устройства, остроумно решенная проблема ввода чисел, возможность фиксации промежуточных результатов - все это позволяет считать "часового мастера из Несвижа" выдающимся конструктором счетной техники.

В 1774 г.сельский пастор Филипп Маттеос Хан разработал первую действующую счетную машину. Он сумел построить и, самое невероятное, продать небольшое количество счетных машин.

В 1775 г. в Англии графом Стейнхопом было создано счетное устройство, в котором не были реализованы новые механические системы, но это устройство имело большую надежность в работе.

Счетные устройства 19 века.

В 1804 г.Французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар (Joseph-Marie Jacquard, 1752-1834) придумал способ автоматического контроля за нитью при работе на ткацком станке. Способ заключался в использовании специальных карточек с просверленными в нужных местах (в зависимости от узора, который предполагалось нанести на ткань) отверстиями. Таким образом он сконструировал прядильную машину, работу которой можно было программировать с помощью специальных карт. Работа станка программировалась при помощи целой колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока. Переходя к новому рисунку, оператор просто заменял одну колоду перфокарт другой. Создание ткацкого станка, управляемого картами с пробитыми на них отверстиями и соединенными друг с другом в виде ленты, относится к одному из ключевых открытий, обусловивших дальнейшее развитие вычислительной техники.

Чарльз Ксавьер Томас

Чарльз Ксавьер Томас(1785-1870) в 1820г. создал первый механический калькулятор, который мог не только складывать и умножать, но и вычитать и делить. Бурное развитие механических калькуляторов привело к тому, что к 1890 году добавился ряд полезных функций: запоминание промежуточных результатов с использованием их в последующих операциях, печать результата и т.п. Создание недорогих, надежных машин позволило использовать эти машины для коммерческих целей и научных расчетов.

Чарльз Бэббидж

В 1822г. английский математик Чарльз Бэббидж (Charles Babbage, 1792-1871) выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати.

Первая спроектированная Бэббиджем машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе. Она высчитывала таблицы логарифмов методом постоянной дифференциации и заносила результаты на металлическую пластину. Работающая модель, которую он создал в 1822 году, была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы.

Ада Лавлейс

Одновременно с английским ученым работала леди Ада Лавлейс(Ada Byron, Countess of Lovelace, 1815-1852). Она разработала первые программы для машины, заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.

Аналитическую машину Бэббиджа построили энтузиасты из Лондонского музея науки. Она состоит из четырех тысяч железных, бронзовых и стальных деталей и весит три тонны. Правда, пользоваться ею очень тяжело - при каждом вычислении приходится несколько сотен (а то и тысяч) раз крутить ручку автомата.

Числа записываются (набираются) на дисках, расположенных по вертикали и установленных в положения от 0 до 9. Двигатель приводится в действие последовательностью перфокарт, содержащих инструкции (программу).

Первый телеграф

Первый электрический телеграф создали в 1937 году английские изобретатели Уильям Кук (1806-1879) и Чарльз Уитстон (1802-1875). Электрический ток по проводам посылался на приемник. Сигналы приводили в действие стрелки на приемнике, которые указывали на разные буквы и таким образом передавали сообщения.

Американский художник Сэмюэл Морзе (1791-1872) изобрел новый телеграфный код, заменивший код Кука и Уитстона. Он разработал для каждой буквы знаки из точек и тире. Морзе устроил демонстрацию своего кода, проложив телеграфный провод длиной 6 км от Балтимора до Вашингтона и передавая по нему новости о президентских выборах.

Позднее (в 1858 году) Чарлз Уитстон создал систему, в которой оператор с помощью кода Морзе набивал сообщения на длинной бумажной ленте, поступавшей в телеграфный аппарат. На другом конце провода самописец набивал принятое сообщение на другую бумажную ленту. Производительность телеграфистов повышается в десять раз - теперь сообщения пересылаются со скоростью сто слов в минуту.

В 1846 году появился счислитель Куммера, который серийно выпускался более 100 лет - до семидесятых годов двадцатого века.Калькуляторы сейчас стали неотъемлемым атрибутом современной жизни. А вот когда не было калькуляторов, в ходу был счислитель Куммера, по прихоти конструкторов превращавшийся потом в "Аддиатор", "Продукс", "Арифметическую линейку" или "Прогресс". Этот чудесный прибор, созданный в середине 19-го века, по замыслу его изготовителя мог быть изготовлен размером с игральную карту, а потому легко умещался в кармане. Прибор Куммера, петербургского учителя музыки, выделялся среди ранее изобретенных своей портативностью, которая стала его важнейшим преимуществом. Изобретение Куммера имело вид прямоугольной доски с фигурными рейками. Сложение и вычитание производилось посредством простейшего передвижения реек. Интересно, что счислитель Куммера, представленный в 1946 году Петербургской академии наук, был ориентирован на денежные подсчеты.

В России кроме прибора Слонимского и модификаций счислителя Куммера были достаточно популярны так называемые счетные бруски, изобретенные в 1881 году ученым Иоффе.

Джордж Буль

В 1847 г. английский математик Джордж Буль(George Boole, 1815-1864) опубликовал работу "Математический анализ логики". Так появился новый раздел математики. Его назвали Булева алгебра. Каждая величина в ней может принимать только одно из двух значений: истина или ложь, 1 или 0. Эта алгебра очень пригодилась создателям современных компьютеров. Ведь компьютер понимает только два символа: 0 и 1. Его считают основоположником современной математической логики.

1855 г. братья Джорж и Эдвард Шутц (George & Edvard Scheutz) из Стокгольма построили первый механический компьютер, используя работы Ч.Бэббиджа.

В 1867 г.Буняковский изобрел самосчеты, которые базировались на принципе связанных цифровых колес (шестерни Паскаля).

В 1878 г. английский ученый Джозеф Сван (1828-1914) изобрел электрическую лампочку. Это была стеклянная колба, внутри которой находилась угольная нить накаливания. Чтобы нить не перегорала, Сван удалил из колбы воздух.

В следующем году американский изобретатель Томас Эдисон (1847-1931) также изобрел лампочку. В 1880 году Эдисон начал выпуск безопасных лампочек, продавая их по 2,5 доллара. Впоследствии Эдисон и Сван создали совместную компанию "Эдисон энд Сван Юнайтед Электрик Лайт компани".

В 1883 году, экспериментируя с лампой, Эдисон вводит в вакуумный баллон платиновый электрод, подает напряжение и, к своему удивлению, обнаруживает, что между электродом и угольной нитью протекает ток. Поскольку в тот момент главной целью Эдисона было продление срока службы лампы накаливания, этот результат его заинтересовал мало, но патент предприимчивый американец все-таки получил. Явление, известное нам как термоэлектронная эмиссия, тогда получило название "эффект Эдисона" и на какое-то время забылось.

Вильгодт Теофилович Однер

В 1880г. Вильгодт Теофилович Однер, швед по национальности, живший в Санкт-Петербурге сконструировал арифмометр. надо признать, что до Однера тоже были арифмометры - системы К.Томаса. Однако они отличались ненадежностью, большими габаритами и неудобством в работе.

Над арифмометром он начал работать в 1874 году, а в 1890 году налаживает их массовый выпуск. Их модификация "Феликс" выпускалась до 50-х годов. Главная особенность детища Однера заключается в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов (это колесо носит имя Однера) вместо ступенчатых валиков Лейбница. Оно проще валика конструктивно и имеет меньшие размеры.

Герман Холлерит

В 1884 г. Американский инженер Герман Холлерит (Herman Hillerith, 1860-1929) взял патент "на машину для переписи населения"(статистический табулятор). Изобретение включало перфокарту и сортировальную машину. Перфокарта Холлерита оказалась настолько удачной, что без малейших изменений просуществовала до наших дней.

Идея наносить данные на перфокарты и затем считывать и обрабатывать их автоматически принадлежала Джону Биллингсу, а ее техническое решение принадлежит Герману Холлериту.

Табулятор принимал карточки размером с долларовую бумажку. На карточках имелось 240 позиций (12 рядов по 20 позиций). При считывании информации с перфокарт 240 игл пронизывали эти карты. Там, где игла попадала в отверстие, она замыкала электрический контакт, в результате чего увеличивалось на единицу значение в соответствующем счетчике.

Развитие вычислительной техники

в начале 20 века

1904 г. Известный русский математик, кораблестроитель, академик А.Н.Крылов предложил конструкцию машины для интегрирования обычных дифференциальных уравнений, которая была построена в 1912 году.

Английский физик Джон Амброз Флеминг(1849-1945), изучая "эффект Эдисона", создает диод. Диоды используются для преобразования радиоволн в электросигналы, которые могут передаваться на большие расстояния.

Через два года усилиями американского изобретателя Ли ди Фореста появляются триоды.

1907 год. Американский инженер Дж.Пауэр сконструировал автоматический карточный перфоратор.

Петербургский ученый Борис Розинг подает заявку на патент электронно-лучевой трубки как приемника данных.

1918 год. Русский ученый М.А.Бонч-Бруевич и английские ученые В.Икклз и Ф.Джордан (1919) независимо друг от друга создали электронное рыле, названное англичанами триггером, которое сыграло большую роль в развитии компьютерной техники.

В 1930г.Виннивер Буш (Vannevar Bush, 1890-1974) конструирует дифференциальный анализатор. По сути, это первая успешная попытка создать компьютер, способный выполнять громоздкие научные вычисления. Роль Буша в истории компьютерных технологий очень велика, но наиболее часто его имя всплывает в связи с пророческой статьей "As We May Think" (1945), в которой он описывает концепцию гипертекста.

Конрад Цузе (Konrad Zuse) создал вычислительную машину Z1, которая имела клавиатуру для ввода условий задачи. По завершению вычислений результат высвечивался на панели с множеством маленьких лампочек. Общая площадь, которую занимала машина составляла 4 кв.м.

Конрад Цузе запатентовал способ автоматических вычислений.

Для следующей модели Z2 К.Цузе придумал очень остроумное и дешевое устройство ввода: Цузе стал кодировать инструкции для машины, пробивая отверстия в использованной 35-миллиметровой фотопленке.

В 1838г. американский математик и инженер Клод Шеннон и русский ученый В.И.Шестаков в 1941 году показали возможность аппарата математической логики для синтеза и анализа релейно-контактных переключательных систем.

В 1938 году в телефонной компании Bell Laboratories создали первый двоичный сумматор (электрическая схема, выполнявшая операцию двоичного сложения) - один из основных компонентов любого компьютера. Автором идеи был Джордж Стибиц(George Stibits), экспериментировавший с булевой алгеброй и различными деталями - старыми реле, батарейками, лампочками и проводками. К 1940 году родилась машина, умевшая выполнять над комплексными числами четыре действия арифметики.

Появление и

в 40-х годах 20 века.

В 1941 году инженер фирмы IBM Б.Фелпс начал работу по созданию десятичных электронных счетчиков для табуляторов, а в 1942 году создал экспериментальную модель электронного множительного устройства. В 1941 году Конрад Цузе построил первый в мире действующий релейный двоичный компьютер Z3 с программным управлением.

Одновременно с постройкой ENIAC, также в обстановке секретности, создавалась ЭВМ в Великобритании. Секретность была необходима потому, что проектировалось устройство для дешифровки кодов, которыми пользовались вооруженные силы Германии в период второй мировой войны. Математический метод дешифровки был разработан группой математиков, в число которых входил Алан Тьюринг (Alan Turing). В течение 1943 году в Лондоне была построена машина Colossus на 1500 электронных лампах. Разработчики машины - М.Ньюмен и Т.Ф.Флауэрс.

Хотя и ENIAC, и Colossus работали на электронных лампах, они по существу копировали электромеханические машины: новое содержание (электроника) было втиснуто в старую форму (структуру доэлектронных машин).

В 1937 году гарвардский математик Говард Эйкен (Howard Aiken) предложил проект создания большой счетной машины. Спонсировал работу президент компании IBM Томас Уотсон (Tomas Watson), который вложил в нее 500 тыс.$. Проектирование Mark-1 началось в 1939 году, строило этот компьютер нью-йоркское предприятие IBM. Компьютер содержал около 750 тыс. деталей, 3304 реле и более 800 км проводов.

В 1944 году готовая машина была официально передана Гарвардскому университету.

В 1944 году американский инженер Джон Эккерт(John Presper Eckert) впервые выдвинул концепцию хранимой в памяти компьютера программы.

Эйкен, располагавший интеллектуальными ресурсами Гарварда и работоспособной машиной Mark-1, получил несколько заказов от военных. Так следующая модель - Mark-2 была заказана управлением вооружения ВМФ США. Проектирование началось в 1945 году, а постройка закончилась в 1947 году.Mark-2 представляла собой первую многозадачную машину - наличие нескольких шин позволяло одновременно передавать из одной части компьютера в другую несколько чисел.

В 1948 году Сергеем Александровичем Лебедевым(1990-1974) и Б.И.Рамеевым был предложен первый проект отечественной цифровой электронно - вычислительной машины. Под руководством академика Лебедева С.А. и Глушкова В.М. разрабатываются отечественные ЭВМ: сначала МЭСМ- малая электронная счетная машина (1951 год, Киев), затем БЭСМ- быстродействующая электронная счетная машина (1952 год, Москва). Параллельно с ними создавались Стрела, Урал, Минск, Раздан, Наири.

В 1949г. введена в эксплуатацию английская машина с хранимой программой - EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer) -конструктор Морис Уилкис (Maurice Wilkes) из Кембриджского университета. ЭВМ EDSAC содержала 3000 электронных ламп и в шесть раз производительнее своих предшественниц. Морис Уилкис ввел систему мнемонических обозначений для машинных команд, названную языком ассемблера.

В 1949г. Джон Моучли (John Mauchly) создал первый интерпретатор языка программирования под названием "Short Order Code".

Развитие компьютерной техники

в 50-х годах 20 века.

В 1951 году была закончена работа по созданию UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый образец машины UNIVAC-1 был построен для бюро переписи США. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана была на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC.Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство, емкостью 1000 двенадцатиразрядных десятичных чисел, было выполнено на 100 ртутных линиях задержки.

Этот компьютер интересен тем, что он был нацелен на сравнительно массовое производство без изменения архитектуры и особое внимание было уделено периферийной части (средствам ввода-вывода).

Джей Форрестер запатентовал память на магнитных сердечниках. Впервые такая память применена на машине Whirlwind-1. Она представляла собой два куба с 32х32х17 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля четности.

В этой машине была впервые использована универсальная неспециализированная шина (взаимосвязи между различными устройствами компьютера становятся гибкими) и в качестве систем ввода-вывода использовались два устройства: электронно-лучевая трубка Вильямса и пишущая машинка с перфолентой (флексорайтер).

"Традис", выпущенный в 1955г. - первый транзисторный компьютер фирмы "Белл телефон лабораторис" - содержал 800 транзисторов, каждый из которых был заключен в отдельный корпус.

В 1957г. в модели IBM 350 RAMAC впервые появилась память на дисках (алюминиевые намагниченные диски диаметром 61 см).

Г.Саймон, А.Ньюэлл, Дж.Шоу создали GPS - универсальный решатель задач.

В 1958г. Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга изобретают интегральную схему.

1955-1959 гг. Российские ученые А.А. Ляпунов, С.С. Камынин, Э.З. Любимский, А.П. Ершов, Л.Н. Королев, В.М. Курочкин, М.Р. Шура-Бура и др. создали "программирующие программы" - прообразы трансляторов. В.В. Мартынюк создал систему символьного кодирования - средство ускорения разработки и отладки программ.

1955-1959 гг. Заложен фундамент теории программирования (А.А. Ляпунов, Ю.И. Янов, А.А. Марков, Л.А. Калужин) и численных методов (В.М. Глушков, А.А. Самарский, А.Н. Тихонов). Моделируются схемы механизма мышления и процессов генетики, алгоритмы диагностики медицинских заболеваний (А.А. Ляпунов, Б.В. Гнеденко, Н.М. Амосов, А.Г. Ивахненко, В.А. Ковалевский и др.).

1959 г. Под руководством С.А. Лебедева создана машина БЭСМ-2 производительностью 10 тыс. опер./с. С ее применением связаны расчеты запусков космических ракет и первых в мире искусственных спутников Земли.

1959 г. Создана машина М-20, главный конструктор С.А. Лебедев. Для своего времени одна из самых быстродействующих в мире (20 тыс. опер./с.). На этой машине было решено большинство теоретических и прикладных задач, связанных с развитием самых передовых областей науки и техники того времени. На основе М-20 была создана уникальная многопроцессорная М-40 - самая быстродействующая ЭВМ того времени в мире (40 тыс. опер./с.). На смену М-20 пришли полупроводниковые БЭСМ-4 и М-220 (200 тыс. опер./с.).

Развитие компьютерной техники

в 60-х годах 20 века.

В 1960 г. короткое время группой CADASYL (Conference on Data System Languages) под руководством Джоя Вегштайна и при поддержке фирмы IBM был разработан стандартизированный деловой язык программирования COBOL (Comnon business oriented language - общепринятый деловой ориентированный язык). Этот язык ориентирован на решение экономических задач, а точнее - на обработку информации.

В этом же году Ж. Шварц и др. из фирмы System Development разрабатывают язык программирования Jovial (Джовиал). Название происходит от Jule"s Own Version of International Algorithmic Language. Процедурный ЯВУ, версия Алгола-58. Использовался главным образом для военных приложений ВВС США.

Фирма IBM разработала мощную вычислительную систему Stretch (IBM 7030).

1961 г. Фирма IBM Deutschland реализовала подключение компьютера к телефонной линии с помощью модема.

Также американским профессором Джоном Маккартни разработан язык LISP (List procssing language - язык обработки списков).

Дж.Гордон, руководитель разработки систем моделирования фирмы IBM, создал язык GPSS (общецелевая система моделирования).

Сотрудниками Манчестерского университета под руководством Т.Кильбурна создана вычислительная машина Atlas, в которой впервые реализована концепция виртуальной памяти. Появился первый миникомпьютер (PDP-1), до 1971 г., времени создания первого микропроцессора (Intel 4004).

В 1962 г. Р.Грисуолд разработал язык программирования СНОБОЛ, ориентированный на обработку строк.

Стив Рассел разработал первую компьютерную игру. Что это была за игра, к сожалению, не известно.

Э.В.Евреиновым и Ю.Косаревым предложена модель коллектива вычислителей и обоснована возможность построения суперкомпьютеров на принципах параллельного выполнения операций, переменной логической структуры и конструктивной однородности.

Фирма IBM выпустила первые устройства внешней памяти со съемными дисками.

Кеннет Айверсон (Kenneth E. Iverson, IBM) опубликовал книгу, названную “A Programming Language” (APL). Первоначально этот язык служил нотацией для записи алгоритмов. Первая реализация APL/360 – в 1966 г. Adin Falkoff (Harvard, IBM). Имеются версии интерпретаторов для ПК. Из-за трудности чтения программ на АПЛ его иногда называют “Китайским Бейсиком”. Вообще-то это процедурный, очень компактный, язык сверхвысокого уровня. Требует специальной клавиатуры. Дальнейшее развитие – APL2.

1963г. Утвержден американский стандартный код для обмена информацией - ASCII (American Standard Code Informatio Interchange).

Фирма General Electric создала первую коммерческую СУБД (систему управления базами данных).

1964г. У.Дал и К.Нюгорт создали язык моделирования СИМУЛА-1.

В 1967г. под руководством С.А.Лебедева и В.М.Мельникова в ИТМ и ВТ создана быстродействующая вычислительная машина БЭСМ-6.

За ним последовал "Эльбрус" - ЭВМ нового типа, производительностью 10 млн. опер./с.

Развитие компьютерной техники

в 70-х годах 20 века.

В 1970г. сотрудник Национальной радиоастрономической обсерватории Чарльз Мурр создал язык программирования ФОРТ.

Денис Ритчи и Кеннет Томсон выпускают первую версию Unix.

Доктор Кодд публикует первую статью, посвященную реляционной модели данных.

В 1971г. фирмой Intel (США) создан первый микропроцессор(МП) - программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС.

Процессор 4004 был 4-битный и мог выполнять 60 тыс. операций в секунду.

1974 г. Фирма Intel разработала первый универсальный восьмиразрядный микропроцессор 8080 с 4500 транзисторами. Эдвард Робертс из фирмы MITS построил первый персональный компьютер Altair на новом чипе от Intel - 8080. Altair оказался первым массовым ПК, положившим, по существу, начало целой индустрии. В комплект входили процессор, 256-байтный модуль памяти, системная шина и некоторые другие мелочи.

Молодой программист Пол Аллен и студент Гарвардского университета Билл Гейтс реализовали для Альтаира язык Бейсик. Впоследствии они основали фирму Майкрософт (Microsoft), являющуюся сегодня крупнейшим производителем программного обеспечения.

Развитие компьютерной техники

в 80-х годах 20 века.

1981г. фирма Compaq выпустила первый Laptop.

Никлаус Вирт разработал язык программирования МОДУЛА-2.

Создан первый портативный компьютер - Osborne- 1 весом около 12 кг. Несмотря на довольно успешное начало, через два года компания обанкротилась.

1981 г. Фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе микропроцессора 8088.

1982 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 80286.

Американская фирма по производству вычислительной техники IBM, занимавшая до этого ведущее положение по выпуску больших ЭВМ, приступила к изготовлению профессиональных персональных компьютеров IBM PC с операционной системой MS DOS.

Фирма Sun начала выпускать первые рабочие станции.

Фирма Lotus Development Corp. выпустила электронную таблицу Lotus 1-2-3.

Английской фирмой Inmos на основе идей профессора Оксфордского университета Тони Хоара о "взаимодействующих последовательных процессах" и концепции экспериментального языка программирования Дэвида Мэя был создан язык ОККАМ.

1985г. фирма Intel выпустила 32-битный микропроцессор 80386, состоящий из 250 тыс. транзисторов.

Сеймур Крей создал суперкомпьютер CRAY-2 производительностью 1 млрд. операций в секунду.

Фирма Microsoft выпустила первую версию графической операционной среды Windows.

Появление нового языка программирования C++.

Развитие компьютерной техники

в 90-х годах 20 века.

1990г. фирма Microsoft выпустила Windows 3.0.

Тим Бернерс-Ли разработал язык HTML (Hypertext Markup Language - язык разметки гипертекста; основной формат Web-документов) и прототип Всемирной паутины.

Cray выпустил суперкомпьютер Cray Y-MP C90 с 16 процессорами и со скоростью 16 Гфлопс.

1991г.Фирма Microsoft выпустила ОС Windows 3.1.

Разработан графический формат JPEG

Филипп Циммерман придумал PGP, систему шифрования сообщений с открытым ключом.

1992г. Появилась первая бесплатная операционная система с большими возможностями - Linux. Финский студент Линус Торвальдс (автор этой системы) решил поэкспериментировать с командами процессора Intel 386 и то, что получилось, выложил в Internet. Сотни программистов из разных стран мира стали дописывать и переделывать программу. Она превратилась в полнофункциональную работающую операционную систему. История умалчивает о том, кто решил назвать ее Linux, но как появилось это название - вполне понятно. "Linu" или "Lin" от имени создателя и "х" или "ux" - от UNIX, т.к. новая ОС была очень на нее похожа, только работала теперь и на компьютерах с архитектурой х86.

DEC представил первый 64-битный процессор RISC Alpha.

1993г. Фирма Intel выпустила 64-разрядный микропроцессор Pentium, который состоял из 3,1 млн. транзисторов и мог выполнять 112 млн. операций в секунду.

Появился формат сжатия видео MPEG.

1994 г. Начало выпуска фирмой Power Mac серии фирмы Apple Computers - Power PC.

1995 г. фирма DEC объявила о выпуске пяти новых моделей персональных компьютеров Celebris XL.

Компания NEC объявила о завершении разработок первого в мире кристалла с объемом памяти 1 Гбайт.

Появилась операционная система Windows 95.

SUN представила язык программирования Java.

Появился формат RealAudio - альтернатива MPEG.

1996 г.Фирма Microsoft выпустила Internet Explorer 3.0- достаточно серьезного конкурента Netscape Navigator.

1997 г. Фирма Apple выпустила операционную систему Macintosh OS 8.

Вывод

Персональный компьютер быстро вошёл в нашу жизнь. Ещё несколько лет назад было редкостью увидеть какой – нибудь персональный компьютер - они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. Теперь же в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошёл в жизнь человека.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Область применения ЭВМ огромна и непрерывно расширяется.

Мои исследования

Количество компьютеров у учащихся по школе за 2007 год.

	Количество учащихся	Имеют компьютеры	Процент от общего кол-ва

Количество компьютеров у учащихся по школе за 2008 год.

	Количество учащихся	Имеют компьютеры	Процент от общего кол-ва

Рост числа компьютеров у учащихся:

Рост компьютеров в школе

Заключение

К сожалению, невозможно в рамках реферата охватить всю историю компьютеров. Можно было бы ещё долго рассказывать о том, как в маленьком городке Пало-Альто (шт. Калифорния) в научно-исследовательском центре Xerox PARK собрался цвет программистов того времени, чтобы разработать революционные концепции, в корне изменившие образ машин, и проложить дорогу для компьютеров конца XX века. Как талантливый школьник Билл Гейтс и его друг Пол Аллен познакомились с Эдом Робертсоном и создали удивительный язык БЕЙСИК для компьютера Altair, что позволило разрабатывать для него прикладные программы. Как постепенно менялся облик персонального компьютера, появились монитор и клавиатура, накопитель на гибких дисках, так называемых дискетах, а затем и жесткий диск. Неотъемлемыми принадлежностями стали принтер и «мышь». Можно было бы рассказать о невидимой войне на компьютерных рынках за право устанавливать стандарты между огромной корпорацией IBM, и молодой Apple, дерзнувшей с ней соревноваться, заставившей весь мир решать, что лучше Macintosh или PC? И о многих других интересных вещах, происходивших совсем недавно, но ставших уже историей.

Для многих мир без компьютера – далёкая история, примерно такая же далёкая, как открытие Америки или Октябрьская революция. Но каждый раз включая компьютер, невозможно перестать удивляться человеческому гению, создавшему это чудо.

Современные персональные IBM PC – совместимые компьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно растёт, а область применения расширяется. Эти компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет десяткам и сотням пользователей лгко обмениваться информацией и одновременно получать общий доступ к базам данных. Средства электронной почты позволяют пользователям компьютеров с помощью обычной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные сообщения в дручие города и страны и получать информацию из крупных банков данных. Глобальная система электронной связи Internet обеспечивает крайне низкую цену возможность оперативного получения информации из всех уголков земного шара, предоставляет возможности голосовой и факсимильной связи, облегчает создание внутрикорпоративных сетей передачи информации для фирм, имеющих отделения в разных городах и странах. Однако возможности IBM PC – совместимых персональных компьютеров по обработке информации всё же ограничены, и не во всех ситуациях их применение оправдано.

Для понимания истории компьютерной техники рассмотренный реферат имеет, по крайней мере, два аспекта: первый – вся деятельность, связанна с автоматическими вычислениями, до создания компьютера ENIAC рассматривалась как предыстория; второй – развитие компьютерной техники определяется только в терминах технологии аппаратуры и схем микропроцессора.

Список литературы:

1. Гук М. «Аппаратные средства IBM PC» – СПб: «Питер», 1997г.

2. Озерцовский С. «Микропроцессоры Intel: от 4004 до Pentium Pro», журналComputer Week #41 –

3. Фигурнов В.Э. «IBM PC для пользователя» – М.: «Инфра-М», 1995г.

4. Фигурнов В.Э. «IBM PC для пользователя. Краткий курс» – М.: 1999г.

5. 1996г.Фролов А.В.,Фролов Г.В. «Аппаратное обеспечение IBM PC» – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1992г.

ОСНОВЫ ПК

Люди всегда испытывали потребность в счете. Для этого они использовали пальцы рук, камешки, которые складывали в ку­чки или располагали в ряд. Число предметов фиксировалось с по­мощью черточек, которые проводились по земле, с помощью за­рубок на палках и узелков, которые завязывались на веревке.

С увеличением количества подлежащих подсчету предметов, развитием наук и ремесел появилась необходимость в проведении простейших вычислений. Самым древним инструментом, известным в различных странах, являются счеты (в Древнем Риме они называ­лись calculi). Они позволяют производить простейшие вычисления над большими числами. Счеты оказались настолько удачным инст­рументом, что дожили с древних времен почти до наших дней.

Никто не может назвать точное время и место появления сче­тов. Историки сходятся во мнении, что их возраст составляет не­сколько тысяч лет, а их родиной могут быть и Древний Китай, и Древний Египет, и Древняя Греция.

1.1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ

РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

С развитием точных наук появилась настоятельная необходи­мость в проведении большого количества точных вычислений. В 1642 г. французский математик Блез Паскаль сконструировал первую механическую счетную машину, известную как суммиру­ющая машина Паскаля (рис. 1.1). Эта машина представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков и приводов. На колеси­ках были нанесены цифры от 0 до 9. Когда первое колесико (еди­ницы) делало полный оборот, в действие автоматически приво­дилось второе колесико (десятки); когда и оно достигало цифры 9, начинало вращаться третье колесико и т.д. Машина Паскаля могла только складывать и вычитать.

В 1694 г. немецкий математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц сконструировал более совершенную счетную машину (рис. 1.2). Он был убежден, что его изобретение найдет широкое применение не только в науке, но и в быту. В от­личие от машины Паскаля Лейб­ниц использовал цилиндры, а не колесики и приводы. На цилинд­ры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел девять рядов высту­пов или зубцов. При этом первый ряд содержал 1 выступ, второй - 2 и так вплоть до девятого ряда, который содержал 9 выступов. Ци­линдры были подвижными и при­водились в определенное положе­ние оператором. Конструкция ма­шины Лейбница была более совер­шенной: она была способна выпол­нять не только сложение и вычи­тание, но и умножение, деление и даже извлечение квадратного корня.

Интересно, что потомки этой конструкции дожили до 70-х годов XX в. в форме механических каль­куляторов (арифмометр типа «Фе­ликс») и широко использовались для различных расчетов (рис. 1.3). Однако уже в конце XIX в. с изоб­ретением электромагнитного реле появились первые электромехани­ческие счетные устройства. В 1887 г. Герман Голлерит (США) изобрел электромеханический табулятор с вводом чисел с помощью перфо­карт. На идею использовать перфо­карты его натолкнула пробивка компостером проездных билетов на железнодорожном транспорте. Раз­работанная им 80-колонная перфо­карта не претерпела существенных изменений и в качестве носителя информации использовалась в пер­вых трех поколениях компьютеров. Табуляторы Голлерита использова­лись во время 1-й переписи насе­ления в России в 1897 г. Сам изобретатель тогда специально приезжал в Санкт-Петербург. С этого времени электромеханические табуляторы и другие подобные им устройства стали широко применяться в бухгалтерском учете.

В начале XIX в. Чарльз Бэббидж сформулировал основные по­ложения, которые должны лежать в основе конструкции вычис­лительной машины принципиально нового типа.

В такой машине, по его мнению, должны быть «склад» для хранения цифровой информации, специальное устройство, осу­ществляющее операции над числами, взятыми со «склада». Бэб­бидж называл такое устройство «мельницей». Другое устройство служит для управления последовательностью выполнения опера­ций, передачей чисел со «склада» на «мельницу» и обратно, на­конец, в машине должно быть устройство для ввода исходных дан­ных и вывода результатов вычислений. Эта машина так никогда и не была построена - существовали лишь ее модели (рис. 1.4), но принципы, положенные в ее основу, были позже реализованы в цифровых ЭВМ.

Научные идеи Бэббиджа увлекли дочь известного английско­го поэта лорда Байрона - графиню Аду Августу Лавлейс. Она заложила первые фундаментальные идеи о взаимодействии раз­личных блоков вычислительной машины и последовательности решения на ней задач. Поэтому Аду Лавлейс по праву считают первым в мире программистом. Многими понятиями, введенны­ми Адой Лавлейс в описания первых в мире программ, широко пользуются современные программисты.

Рис. 1.1. Суммирующая машина Паскаля

Рис. 1.2. Счетная машина Лейбница

Рис. 1.3. Арифмометр «Феликс»

Рис. 1.4. Машина Бэббиджа

Началом новой эры развития вычислительной техники на базе электромеханических реле стал 1934 г. Американская фирма IBM (International Buisness Machins) начала выпуск алфавитно-циф­ровых табуляторов, способных выполнять операции умножения. В середине 30-х годов XX в. на основе табуляторов создается про­образ первой локальной вычислительной сети. В Питсбурге (США) в универмаге была установлена система, состоящая из 250 терми­налов, соединенных телефонными линиями с 20 табуляторами и 15 пишущими машинками для расчетов с покупателями. В 1934 - 1936 гг. немецкий инженер Конрад Цузе пришел к идее создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве. Он сконструировал машину «Z-3» - это была первая программно-управляемая вычислительная машина – прообраз современных ЭВМ (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Вычислительная машина Цузе

Это была релейная машина, использующая двоичную систему счисления, имеющая память на 64 числа с плавающей запятой. В арифметическом блоке пользовалась параллельная арифметика. Команда включала операционную и ад­ресную части. Ввод данных осуществлялся с помощью десятичной клавиатуры, был предусмотрен цифровой вывод, а также автоматическое преобразование десятич­ных чисел в двоичные и обратно. Ско­рость выполнения операции сложения - три операции в секунду.

В начале 40-х годов XX в. в лаборато­риях IBM совместно с учеными Гарвар­дского университета была начата разработка одной из самых мощных электромеханических вычислительных машин. Она получила название MARK-1, содержала 760 тыс. компонентов и весила 5 т (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Вычислительная машина MARK -1

Последним наиболее крупным проектом в сфере релейной вычислительной техники (ВТ) следует считать построенную в 1957 г. в СССР РВМ-1, которая по целому ряду задач была вполне конкурентоспособна тогдашним ЭВМ. Тем не менее с появлением электронной лампы дни электромеханических устройств остава­лись сочтены. Электронные компоненты обладали большим пре­восходством в быстродействии и надежности, что и определило дальнейшую судьбу электромеханических вычислительных машин. Наступила эра электронных вычислительных машин.

Переход к следующему этапу развития средств вычислитель­ной техники и технологии программирования был бы невозмо­жен без основополагающих научных исследований в области пе­редачи и обработки информации. Развитие теории информации связано прежде всего с именем Клода Шеннона. Отцом киберне­тики по праву считается Норберт Винер, а создателем теории ав­томатов является Генрих фон Нейман.

Концепция кибернетики родилась из синтеза многих научных направлений: во-первых, как общий подход к описанию и ана­лизу действий живых организмов и вычислительных машин или иных автоматов; во-вторых, из аналогий между поведением со­обществ живых организмов и человеческого общества и возмож­ностью их описания с помощью общей теории управления; и, наконец, из синтеза теории передачи информации и статисти­ческой физики, который привел к важнейшему открытию, связывающему количество информации и отрицательную энтропию в системе. Сам термин «кибернетика» происходит от греческого слова, означающего «кормчий», он впервые был применен Н.Ви­нером в современном смысле в 1947 г. Книга Н.Винера, в кото­рой он сформулировал основные принципы кибернетики, на­зывается «Кибернетика или управление и связь в животном и машине».

Клод Шеннон - американский инженер и математик, чело­век, которого называют отцом современной теорий информации. Он доказал, что работу переключателей и реле в электрических схемах можно представить посредством алгебры, изобретенной в середине XIX в. английским математиком Джорджем Булем. С тех пор булева алгебра стала основой для анализа логической струк­туры систем любого уровня сложности.

Шеннон доказал, что всякий зашумленный канал связи харак­теризуется предельной скоростью передачи информации, назы­ваемой пределом Шеннона. При скоростях передачи выше этого предела неизбежны ошибки в передаваемой информации. Однако с помощью соответствующих методов кодирования информации можно получить сколь угодно малую вероятность ошибки при любой зашумленности канала. Его исследования явились фунда­ментом для разработки систем передачи информации по линиям связи.

В 1946 г. блестящий американский математик венгерского про­исхождения Генрих фон Нейман сформулировал основную кон­цепцию хранения команд компьютера в его собственной внутрен­ней памяти, что послужило огромным толчком к развитию элек­тронно-вычислительной техники.

Во время Второй мировой войны он служил консультантом в атомном центре в Лос-Аламосе, где занимался расчетами взрыв­ной детонации ядерной бомбы и участвовал в разработке водо­родной бомбы.

Нейману принадлежат работы, связанные с логической орга­низацией компьютеров, проблемами функционирования машин­ной памяти, самовоспроизводящихся систем и др. Он принимал участие в создании первой электронной вычислительной машины ENIAC, предложенная им архитектура компьютера была положе­на в основу всех последующих моделей и до сих пор так и называ­ется - «фон-неймановской».

I поколение компьютеров . В 1946 г. в США были закончены работы по созданию ENIAC - первой вычис­лительной машины на электрон­ных компонентах (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Первая ЭВМ ENIAC

Новая машина имела впечатляющие па­раметры: в ней использовалось 18 тыс. электронных ламп, она зани­мала помещение площадью 300 м 2 , имела массу 30 т, энергопотребле­ние - 150 кВт. Машина работала с тактовой частотой 100 кГц и вы­полняла операцию сложения за 0,2 мс, а умножения - за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. Быстро обнаружились и недостатки новой машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычис­лительные машины: использовалась десятичная система; программа набиралась вручную на 40 наборных полях; на перенастройку ком­мутационных полей уходили недели. При пробной эксплуатации выяснилось, что надежность этой машины очень низка: поиск не­исправностей занимал до нескольких суток. Для ввода и вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные лен­ты и печатающие устройства. В компьютерах I поколения была ре­ализована концепция хранимой программы. Компьютеры I поко­ления использовались для прогнозирования погоды, решения энер­гетических задач, задач военного характера и в других важных об­ластях.

II поколение компьютеров. Одним из самых важных достиже­ний, которые привели к революции в конструировании ЭВМ и в конечном счете к созданию персональных компьютеров, было изобретение транзистора в 1948 г. Транзистор, который является твердотельным электронным переключательным элементом (вен­тилем), занимает гораздо меньше места и потребляет значитель­но меньше энергии, выполняя ту же работу, что и лампа. Вычис­лительные системы, построенные на транзисторах, были намно­го компактнее, экономичнее и гораздо эффективней ламповых. Переход на транзисторы положил начало миниатюризации, ко­торая сделала возможным появление современных персональных ЭВМ (как, впрочем, и других радиотехнических устройств - ра­диоприемников, магнитофонов, телевизоров и т.д.). Для машин II поколения встала задача автоматизации программирования, по­скольку увеличивался разрыв между временем на разработку про­грамм и непосредственно временем счета. Второй этап развития вычислительной техники конца 50-х - начала 60-х годов XX в. характеризуется созданием развитых языков программирования (ал­гол, фортран, кобол) и освоением процесса автоматизации уп­равления потоком задач с помощью самой ЭВМ, т.е. разработкой операционных систем.