ГИА СИУ

 

Из истории развития вычислительной техники

 

Из истории развития вычислительной техники.

 

Основные этапы развития вычислительной техники представлены в таблице:

Этап

Период развития

Ручной

Не определен

Механический

С середины 17-го века

Электромеханический

С 90-х годов 19-го века

Электронный

С 40-х годов 20-го века

 

Считается, что первобытный человек знал только 2 числа: один и два. Если предметов было больше двух, он говорил «много».

Постепенно к первым двум числам прибавились новые. Люди научились считать до 5 и соединять два «пятка» в десяток. Эти этапы были определены тем, что природа наделила человека десятью пальцами. Загнутые пальцы служат для запоминания сосчитанного числа. Но если числа можно отображать пальцами, то их с таким же успехом можно отображать при помощи иных предметов, например с помощью камешков, ракушек на верёвках, палочек, которые долго служили людям.

Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье (египтяне, римляне) и на Востоке (японцы, китайцы) было распространено простейшее приспособление для счета: доска, разделенная на полосы, в которые помещались камешки или кости. Такая счетная доска использовалась для ручного счета и называлась абак.

В древнем Риме абак назывался calculi или abaculi и изготавливался из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. Слово calculus означает «галька», «голыш». От  этого слова произошло латинское слово calculatore (вычислять). Абак позволял лишь запоминать результат, а все арифметические действия выполнял человек сам.

Первая механическая счетная машина была построена немецким ученым, профессором математики Тюбингенского университета Вильгельмом Шиккардом предположительно в 1623 году. В одном из писем своему знаменитому земляку Иоганну Кеплеру он писал: «То, что ты просчитываешь сам, я попытался сделать механическим способом и … сконструировал машину, которая может автоматически складывать заданные числа». Это изобретение не получило известности и не упоминалось ни в одной из известных работ современников.

Исследователи утверждают, что среди неопубликованных рукописей великого итальянского живописца, скульптора, инженера, ученого Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.) был обнаружен эскиз 13-ти разрядного суммирующего устройства с десятизубчатыми колесами.

В 1642 году французский математик, физик, философ и писатель Блез Паскаль (1623-1662 гг.) изобрел механическую счетную машину, выполнявшую сложение. Поступательное движение костяшек в абаковидных инструментах он заменил на вращательное движение оси (колеса). Принцип действия счетчиков в машине Паскаля прост. Для каждого разряда имеется колесо (шестерёнка) с десятью зубцами. Каждый из зубцов представляет одну из цифр от 0 до 9. Требуемую цифру можно установить, поворачивая колесо. Например, к 285 нужно прибавить 111. Устанавливают цифры первого слагаемого (285), затем поворачивают каждое колесо по часовой стрелке на один зубец (111), тогда против окошек встанут зубцы с цифрами 3,9 и 6, образуя число 396. Одна из главных проблем, которую пришлось решать Паскалю, – это осуществление переноса. В машине Паскаля перенос осуществлялся с помощью удлиненного зубца, который сцеплялся с колесом последующего старшего разряда и поворачивал его на 1/10 часть оборота. Механизм переноса действовал только в одном направлении и не допускал выполнения операции вычитания вращением колес в обратном направлении. Поэтому Паскаль заменил операцию вычитания операцией сложения с десятичным дополнением. Например, 285 – 11 = 285 – (100 – 89) = 285 + 89 – 100 = 274. = 274. Нужно только не забывать вычитать 100.

В 1674 году великий немецкий математик, физик, философ Готфрид Лейбниц (1646-1716 гг.) расширил возможности машины Паскаля, добавив операции умножения, деления и извлечение квадратного корня. Специально для своей машины Лейбниц применил двоичную систему счисления, используемую в современных ЭВМ.

Ни одна из арифметических машин не была автоматической и требовала непрерывного участия человека.

В 1834 году Чарльз Бэббидж первым разработал проект автоматической вычислительной машины. Аналитическая машина так и не была построена, так как в то время невозможно было достичь требуемой точности изготовления её узлов. Это изобретение настолько опередило своё время, что идеи, заложенные в нём, удалось реализовать только в середине 20 века. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные части:

·         «склад» для хранения чисел;

·         «мельница» для производства арифметических действий;

·         «контора» для управления последовательностью выполнения операций;

·         устройства ввода и вывода данных.

В качестве источника энергии для приведения в действие механизмов машины Ч.Бэббидж рассматривал паровой двигатель.

Бэббидж предложил управлять своей машиной с помощью перфорированных карт, содержащих коды команд, подобно тому, как использовались перфокарты в ткацких станках Жаккара.

Ч.Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные с программированием. В частности, им была разработана весьма важная для программирования идея «условной передачи управления».

Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором в 20 веке были построены ЭВМ.

Первые программы для вычислительной машины Бэббиджа создавала Ада Лавлейс – дочь известного поэта Джорджа Байрона, в честь её впоследствии был назван один из языков программирования (Ада). Ада Лавлейс разработала принципы программирования, которые остаются актуальными до настоящего времени, она ввела термины «цикл», «рабочие ячейки».

Теоретические основы современных цифровых вычислительных машин заложил английский математик Джордж Буль (1815-1864 гг.). Он разработал алгебру логики, ввёл в обиход логические операторы И, ИЛИ и НЕ.

В 1888 году Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую машину для сортировки и подсчета перфокарт. Эта машина, названная табулятором, содержала реле, счетчики, сортировочный ящик. Изобретение Холлерита было использовано при подведении итогов переписи населения в США. То, чем за 10 лет до этого занимались 500 сотрудников в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 машинах за 4 недели.

В 1896 году Холлерит основал фирму, которую через несколько лет переименовали в известнейшую теперь International Business Machine Corporation (IBM).

В 1936 году немецкий инженер Конрад Цузе первым начал конструировать автоматическую электромеханическую вычислительную машину, работающую в двоичной системе счисления. В 1941 году Цузе построил действующую модель Zuse 3, которая состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти.

Еще одна полностью автоматическая электромеханическая вычислительная машина, изобретенная профессором Гарвардского университета Говардом Айкеном (1900-1973 гг.), при участии группы инженеров фирмы IBM была построена в 1944 году. Машину назвали ASCC (Mark 1), она состояла из 750 тысяч компонентов и тратила на умножение около 4 секунд.

В 1937 году в США Дж.Атанасов начал работы по созданию электронной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. К 1942 году совместно с К.Берри была построена электронная машина АВС.

В 1943 году в Англии была разработана специализированная ЭВМ Colossus, предназначенная для дешифрования секретных сообщений.

Электронная вычислительная машина, разработанная Эккертом и Маучли в США в 1946 году, была названа ENIAC. При создании этой машины были заимствованы основные идеи Дж.Атанасова. ENIAC состояла из 18 тысяч электронных ламп, 1,5 тысяч реле, весила более 30 тонн, потребляла мощность 150 кВт и работала в 1000 раз быстрее, чем электромеханическая ASCC. Первоначально ENIAC программировалась путем соединения проводами соответствующих гнёзд на коммутационной панели, что делало составление программы медленным и утомительным занятием.

Американский математик и физик Джон фон Нейман (1903-1957 гг.) предложил хранить программу – последовательность команд управления ЭВМ – в памяти ЭВМ, что позволяло оперировать с программой так же, как с данными.

В докладе фон Неймана, посвященном описанию устройства ЭВМ, было выделено пять базовых элемента:

·         арифметико-логическое устройство (АЛУ);

·         устройство управления (УУ);

·         запоминающее устройство (ЗУ);

·         система ввода информации;

·         система вывода информации.

Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.

Основываясь на принципах Неймана, американские конструкторы в 1945 году начали работу над машиной ЭДВАК и завершили эту работу в 1950 году.

В 1949 году англичане создали машину ЭДСАК, которая оказалась первой в мире ЭВМ с хранимой программой. Эта машина была построена в Кембриджском университете под руководством проф. Уилкса и при участии выдающегося английского математика А.Тьюринга.

Поколения ЭВМ.

 

В ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовались электронные лампы и реле.

Изобретение в 1948 году транзисторов и запоминающих устройств на магнитных сердечниках оказало глубокое воздействие на вычислительную технику. Компьютеры, построенные в середине 50-х годов, стали называть машинами второго поколения. Основными элементами в них были полупроводниковые элементы – транзисторы и диоды.

В 1958 году американский инженер Д.Килби разработал первую интегральную микросхему. Это был прорыв в плане миниатюризации и повышения надежности полупроводниковых изделий.

В середине 60-х годов появилось третье поколение ЭВМ, основу элементной базы которых составляли микросхемы малой и средней степени интеграции.

Другая революция в технологии изготовления ЭВМ произошла в 1971 году, когда американский инженер Маршиан Эдвард Хофф объединил основные элементы компьютера в один небольшой кремниевый кристалл (чип), который назвал микропроцессором (Intel 4004).

ЭВМ четвертого поколения строятся на интегральных микросхемах с большой степенью интеграции (БИС и СБИС).

В настоящее время ведутся работы по созданию машин пятого поколения.

Развитие ЭВМ идет по пути непрерывного повышения быстродействия, надежности, расширения функциональных возможностей, уменьшения габаритов и потребляемой мощности, упрощения правил работы.

Широкое распространение получили персональные компьютеры (ПЭВМ или ПК).

Первой ПЭВМ можно считать Altair-8800, созданный в 1974 году Э.Робертсом. Для этого компьютера П.Аллен и Б.Гейтс в 1975 году создали транслятор с популярного языка Basic. В последствии они основали фирму Microsoft.

В 1976 году С.Джобс и С.Возниак основали предприятие Apple Computer, через шесть месяцев работы был создан действующий макет под названием Apple 1.

 

 

Сайт создан по технологии «Конструктор e-Publish»
Hosted by uCoz