Урок 31История развития компьютерной техники. Что являлось основной причиной изобретения компьютера

История изобретения первого компьютера. Кто изобрел компьютер? | Ремонт компьютеров Троещина на дому: компьютерная помощь, диагностика компьютера на Троещине

История изобретения первого компьютера. Кто изобрел компьютер?

Антикитерский механизм

Антиките́рский механизм — древнегреческое вычислительное устройство (100 год до н.э.)

История изобретения первого механизма для вычислений берет начало в древней Греции.  Механизм состоящий из 37 бронзовых шестерней и четырех дисков и предназначавшийся, по мнению ученых, для расчета движения небесных тел был найден в 1901 на затонувшем древнем судне недалеко от греческого острова Антикитера. Находка датируется приблизительно 100-150 годами до н. э. Древний астрономический компьютер вычислял положение пяти известных на то время планет и выполнял математические расчеты.

Восстановленная копия Антикитерского механизма

Найденные фрагменты Антикитерского механизма хранятся в Национальном археологическом музее в Афинах. Кто изобрел этот механизм опередивший свое время мы, к сожалению, никогда не узнаем.

 

Компью́тер (англ. computer — «вычислитель») — устройство выполняющее заданную последовательность операций (чаще всего связанных с числовыми расчетами и манипулированием данными).

ЭВМ — устройство вычислительный функционал которого основан на электронных компонентах: вакуумных лампах, полупроводниках, резисторах, конденсаторах.

История изобретения первого компьютера, пожалуй, начинается с идей знаменитого итальянского изобретателя. Еще в XV веке, в своих дневниках, Леонардо да Винчи приводит эскиз суммирующего устройства на базе зубчатых колец. (правда дальше чертежей у Леонардо дело не дошло т.к. технологии того времени были весьма примитивны для реализации его идей).

Лишь спустя два века, гениальному математику Паскалю, удалось с большим трудом воплотить в жизнь свой проект механического арифмометра «Паскалина».

История изобретения компьютеров делится на своеобразные эры: подсчет предметов на камешках или косточках трансформировался в предка современных счет, эра шестерней и рычажков подарила человечеству механический калькулятор Паскалина, позже мир увидел разностную машину Беббиджа и, наконец, освоив электричество, человек смог построить электронную вычислительную машину (ЭВМ).

 

Что является компьютером, а что нет? Машина фон-Неймана

Джон фон Нейман заложил основополагающие принципы по которым и сейчас создаются современные вычислительные машины. Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. Другими словами это означает, что и данные и код программы которая этими данными оперирует находятся в одной и той же памяти (ОЗУ).

Типичная схема вычислительной машины (компьютера) фон Неймана представлена ниже. Она состоит из основных узлов:

1. Арифметико-логическое устройство
2. Управление АЛУ
3. Оперативная память
4. Устройство ввода-вывода

 

Задаваясь вопросом кто изобрел первый компьютер, необходимо понимать различие между механическими вычислительными устройствами  и электронно вычислительной машиной ЭВМ. Первым электронно-цифровым компьютером считается ABC (Atanasoff-Berry Computer) — вычислительная машина Атанасова — Берри разрабатываемая физиком Джоном Атанасовым и Клифордом Берри в университете штата Айова в период с 1937 по 1942г. Так что официально история изобретения первого компьютера отсчитывается с 1942 года.

Эра механических калькуляторов

Древний калькулятор Абак — прародитель счёт

Абак — древний прародитель счет

Самым первым вычислительным устройством являлся Абак. Этому изобретению больше двух тысяч лет. Абак представлял из себя деревянную доску с полосами по которым передвигались камешки. Похожий принцип действия можно увидеть у современных счет, которые являются дальними родственниками Абака.

 

Первый механический калькулятор Паскаля

Арифмометр Блеза Паскаля Паскалина

Механический компьютер Паскаля. Лавры изобретателя первого работающего механического счетного механизма принадлежат французскому математику, физику, изобретателю Блезу Паскалю (19 июня 1623 — 19 августа 1662). Этот механический арифмометр умел выполнять четыре основных математических действия. За свою непродолжительную жизнь, Паскаль изготовил 50 таких механических калькуляторов.

 

Аналитическая машина Чарльза Беббиджа

Аналитическая машина Чарльза Беббиджа

Чарльз Беббидж — английский математик, создатель первой аналитической машины являющейся прообразом современной ЭВМ. В идею аналитической машины легли принципы современного цифрового компьютера: устройство ввода-вывода, ячейки памяти, арифметическое устройство. Механический компьютер Беббиджа выполнял алгебраические вычисления т.е. оперировал переменными.

 

Электронно-механический компьютер Z-1 Конрада Цуззе

Z-3 Конрада Цузе

В 1938 году немецким инженером Конрадом Цузе, на собственные средства, была сконструирована первая механическая программируемая цифровая машина. Она приводилась в действие электрическим приводом и располагалась на двух сдвинутых вместе столах, занимая площадь в 4м/куб. Если бы не бомбардировки в ходе военных действий уничтожившие Z-1, история изобретения первого компьютера отсчитывалась бы с 1938 года.

В том же году Цузе приступил к созданию более усовершенствованной модели — Z2, в основу которой, легли телефонные реле. 1941 год: Цузе создает Z3, которая являлась прообразом современного компьютера. Z3 могла программироваться в двоичном коде, умела производить вычисления над числами с плавающей точкой, имела устройство хранения данных и умела считывать программы с перфоленты (!). В планах Цузе было создание следующего поколения Z на электронных лампах, но в связи с военной кампанией германии ему было отказано в финансировании.

После войны Цузе продолжал разработку вычислительной техники, уже в стенах собственной компании Zuse KG. Позже его фирму выкупила Siemens. Конрад Цузе был не только гениальным изобретателем, но еще и талантливым художником.

 

Компьютер Colossus

Компьютер «Колосс» — сверхсекретный британский проект

Во время второй мировой войны немецкие радисты для передачи секретных данных использовали специальный алгоритм шифрования.

Для ускорения расшифровки немецких сообщений британским инженером Томми Флауэрсом совместно с отделением Макса Ньюмана в 1943 году была создана дешифровальная машина Колосс (Colossus).

В компьютере Colossus использовалось большое количество электровакуумных ламп, ввод информации выполнялся с перфоленты.  Работа Флауэрса и Ньюмана не была оценена по достоинству т.к. долгое время была засекречена.   Уинстон Черчилль лично подписал приказ о разрушении дешифровальной машины на части. Из-за строжайшего режима секретности, история изобретения компьютера Colossus не была упомянута в трудах по истории.

 

Первый электронный компьютер Джона Атанасова ABC

Первый электронный компьютер ABC

1942год Джон Атанасов совместно с Клиффордом Берри разработали первый в США электронный цифровой компьютер ABC. Эта электронная машина не была программируемой. ABC была первой в мире вычислительной машиной БЕЗ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ (реле, кулачковые механизмы, пр…). На данный момент и согласно закону, изобретение первого компьютера на базе электронных компонентов принадлежит Джону Атанасову.

Долгое время считалось, что изобретение первого компьютера принадлежит Эккерту и Мошли, но после долгих судебных разбирательств в 1973 году федеральный судья Эрл Ларсон аннулировал патент ранее принадлежавший Эккерту и Мошли, признав Джона Атанасова изобретателем первого электронного компьютера.

 

Компьютер Эккерта — Мошли ENIAC

Компьютер Эккерта — Мошли ENIAC

 

В 1946 году Джон Мошли и Джон Эккерт вместе с сотрудниками школы электротехники Мура штата Пенсильвания разработали большую электронно-вычислительную машину предназначенную для военных целей Electrical Numerical Integrator and Calculator. ENIAC был реализован на электронно-вакуумных лампах, что значительно ускоряло процесс обработки и операций на данными. Вес компьютера составлял 27 тонн. Все вычисления производились в десятичной системе. Для изменения задания (выполняемой программы) ENIAC необходимо было перекоммутировать. Огромная вычислительная мощь (на то время) ENIAC использовалась в военных целях, затем для прогнозирования погоды.

 

Из чего состоят компьютеры?

В основе любого компьютера лежит арифметико-логическое устройство (АЛУ, процессор), память для хранения промежуточных результатов вычисления и устройство ввода-вывода. Узлы первых компьютеров были реализованы на реле, радиолампах. Позже, с появлением транзисторов и микросхем размеры компьютеров значительно уменьшились, а вычислительные мощности, наоборот возросли.

Вакуумный триод — основа первых электронных компьютеров

Вакуумный триод

Ли Де Форест со своим изобретением

 

В первых компьютера использовались вакуумные триоды (радиолампы) изобретенные Ли Де Форестом в 1906 году. Триод состоит из трех элементов помещенных под вакуум стеклянного баллона: анода катода и сетки расположенной между ними. Напряжение прикладывается между анодом и катодом. Ток между анодом-катодом можно изменять прикладывая различный потенциал к сетке. Т.о. можно менять состояние триода: вкл/выкл. Триод (в наше время транзистор) является вентилем, дискретной единицей компьютера, на основе которой строятся более сложные логические схемы.

 

 

Кроме радиоламп широко использовались и пассивные электронные компоненты: резисторы, конденсаторы. Однако только радиолампы выходили из строя чаще всех остальных. Это связано с самой архитектурой этих вакуумных приборов: у любой радиолампы есть срок службы и он довольно короткий (относительно полупроводникового транзистора например). Со временем, катод радиолампы стремительно теряет эмиссию и радиолампа становится непригодной.

 

Оперативная память первых компьютеров

ОЗУ первых компьютеров

Первая оперативная память была реализована на ферритовых кольцах набранных в матрицу. Такое ОЗУ хранило информацию в виде направления намагниченности небольших ферритовых сердечников. Направление намагниченности одного ферритового кольца позволяет хранить один бит информации. Такой способ хранения данных был распространен вплоть до середины 1970-х годов.

 

История изобретения компьютеров. Наши дни

После изобретения полупроводникового транзистора (1947 г.) и микросхемы (1952 г.) создание компьютеров вышло на качественно иной уровень. Благодаря малым размерам, высокой скорости переключения и низкому потреблению энергии, полупроводниковые приборы и микросхемы позволили разрабатывать быстродействующие компьютеры для всех сфер применения.

Компанию IBM можно назвать изобретателем первого персонального компьютера, а если точнее, открытой архитектуры IBM PC представляющей из себя сборную конструкцию со слотами расширения и поддержкой программного и аппаратного обеспечения различных фирм. Стандарт IBM PC является доминирующей архитектурой на основе которой сейчас производятся все современные компьютеры.

IBM-PC 5150

Первый персональный компьютер IBM-PC 5150 заложил новый стандарт в индустрии микрокомпьютеров.

 

Архитектура современного компьютера

Современный компьютер состоит из ряда уровней. Т.е. грубо говоря: ваша любимая Интернет-игра или, скажем, медиа-плеер, не могут  напрямую «общаться» с «железом» компьютера. Современные программы, включая операционные системы, написаны на языках высокого уровня, где все команды представляют собой некий своеобразный английский язык (синтаксис).

Например:

For thrueDon=n+1Done

Но такой язык совсем не понятен центральному процессору компьютера. Процессор  «понимает» набор из единиц и нулей (бинарный, машинный код) подаваемый ему на шины. Так как же подружить процессор с почти человеческим языком высокого уровня, на котором кодируют программисты?

Давайте представим компьютер в виде лифта.Верхний этаж – пользовательские программы написанные на языках высокого уровня.Подвал – логический, цифровой уровень где есть только транзисторы (вентили).Они понимают только разность напряжения 1 или 0. Инструкции работающей пользовательской программы как бы спускаются вниз через этажи пока не доберутся до подвального этажа. Помогают им в этом специальные программы компиляторы и интерпретаторы, грубо говоря – переводчики с одного языка на другой.Давайте рассмотрим эти уровни начиная с верхнего.

 

Уровень операционной системы

Набор команд уровня операционной системы (системные вызовы)на каком-либо языке высокого уровня.Уровень ОС всегда интерпретируется, т.е. команды выполняютсяшаг за шагом, без создания из них другой программы (трансляции)

 

Уровень архитектуры комманд

Т.е. какой набор машинных команд понимает данный процессор?Программа транслируется в набор машинных команд компилятором (если входнойС-язык) или ассемблером (входной — ассемблер).Но компиллятор, должен на выходе дать именно тот набор машинных инструкций, который поддерживает данный процессор.

 

Микроархитектурный уровень

Тоже интерпритируется. Микропрограмма зашитая в процессоре, которая получая инструкцию от уровня архитектуры команд (т.е. от программы транслированной в машинный код) выполняет ряд инструкций для процессора. Т.е. мы получили на машинном коде входную инструкцию: записать или считать что-либо, а уже микрокод процессора заботится о внутренней реализации этой инструкции (передвинуть счетчик комманд, затем считать адресс команды, затем саму команду и т.п.)

 

Цифровой логический уровень

Аппаратное обеспечение — вентили реализованные на транзисторах, упакованные в БИС (большие интегральные схемы, чипы)

 

computerrepair.com.ua

История компьютера | История вещей

← Детское автокресло История Эйфелевой башни →

Компьютеры сопровождают человека уже на протяжении многих десятилетий. В настоящее время в эксплуатации находится их 4-е поколение, хотя некоторые люди утверждают, что это уже 5-е поколение, поскольку системы перешли на архитектуру с многоядерными процессорами, но это суждение пока что оспаривается, и мы в этой статье будем придерживаться 4-х поколений.

Предком современного персонального компьютера является арифметическая машина Блеза Паскаля, с помощью которой тот еще в 1642 году производил простейшие операции, такие как сложение и вычитание. Называется она «Паскалево колесо» или «Паскалина» и относится учеными к нулевому поколению компьютеров. Ближе к концу XVII века другой ученый, Готфрид Вильгельм Лейбниц, создает свою вычислительную машину, которая может выполнять уже 4 действия: умножение и деление, вычитание и сложение.

Закончилось нулевое поколение вычислительных машин в XIX веке. Одним из последних экземпляров такой техники было устройство, изобретенное Чальзом Бэббиджем, которое выполняло вычисления, руководствуясь набором инструкций, содержащихся на перфокартах. Такие первые прообразы программ на перфокартах готовили первые программисты, среди которых были и женщины. Первооткрывателем этой профессии у представительниц слабого пола была Ада Ловлейс.

В конце XIX века в Америке появляется первая счетная машина, в которой применяется что-то похожее на клавиатуру. Изобретателями данного устройства, названного «Комптометр», были американцы Таррант и Фельт.

Приблизительно в тоже время Герман Холлерит для ускорения процесса обработки результатов по переписи населения США создает «статистический табулятор». В этой машине для расшифровки данных, нанесенных на перфокарты, использовалось электричество. Устройство получило широкое распространение, а ее создатель развил на основе табулятора фирму, которая через 36 лет преобразовалась во всем известную корпорацию IBM — мирового лидера компьютерной индустрии. К середине XX столетия технологические разработки IBM применяли большинство развитых стран мира.

С 1930-х годов на рынке появляются настольные механические калькуляторы производства фирм «Friden», «Monroe» и «Marchant», позволяющие своим пользователям осуществлять 4 основные арифметические операции. В этот период появляется термин «computer» (в переводе с англ. «вычислитель»). Так называли должность людей, осуществляющих вычисления с помощью калькуляторов.

Первая автоматическая механическая машина, для управления которой использовались программы, была создана немецким инженером Конрадом Цузе в 1938 году.

Второе поколение компьютеров появилось к середине XX века и отличалось от первого использованием ламповых технологий, которые позволили существенно повысить их быстродействие до 20 000 операций/секунду. Первый в истории электронно-цифровой компьютер появился в США в 1945 году. Он был создан двумя Джонами: Джоном Уильямом Мокли и Джоном Преспером Экертом. Друзьяназвалисвоетворение «ENIAC» (Electronic Numerical Integrator and Calculator).

Прошло всего несколько десятков лет, а компьютерная индустрия снова шагнула вперед. Это случилось после изобретения и освоения производства транзисторов. Их применение дало возможность производителям компьютеров снизить вес и габариты своих изделий, а также еще увеличить их скорость, которая стала достигать 1 млн. операций в секунду.

В 50-х годах компания IBM начинает выпуск первых магнитных дисков, предназначенных для хранения информации в цифровом формате, которые получили название RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control).

В 1963 году был разработан алгоритмический язык программирования Бейсик. В дальнейшем на его основе было создано целое семейство высокоуровневых языков.

Третье поколение компьютеров выпускалось с 1965 по 1980 годы и отличалось использованием электронных схем, построенных на базе кремниевых кристаллов.

Студенты Полон Аллен и Билл Гейтс в 1975 году разработали интерпретатор языка Бейсик, применяемый на персональном компьютере «Альтаир». В дальнейшем они же создали компанию «Microsoft», которая и сегодня является ведущим производителем на рынке программных продуктов.

Такие составляющие элементы ПК, как «мышь», дискеты, компакт-диски появились в 80-х годах прошлого столетия.

Новый толчок в истории развития персональных компьютеров был дан созданием графической операционной системы Windows 95, которая поддерживала многозадачность и была унифицирована со многими устройствами одинаковой архитектуры. Кроме этого, данная система была первой, в которой применялась графика. В Windows 95 фирма Microsoft впервые использовала новый протокол Plug & Play, который позволял устройствам устанавливаться в систему в автоматическом режиме.

Четвертое поколение компьютеров появилось в конце 80-х годов и производится до настоящего времени. В связи с тем, что развитие техники удешевило производство персональных компьютеров, они стали доступными широкому кругу пользователей и получили огромное распространение в мире.

xn----dtbjalal8asil4g8c.xn--p1ai

Кто изобрел первый компьютер? | Hawkish.ru

Если Вы задаете вышеуказанный вопрос, будьте готовы выслушать разные ответы. Так как было создано много разных типов компьютеров (или вычислительных машин), начиная с 1800-х годов, поэтому ответить однозначно на данный вопрос просто невозможно. А сейчас рассмотрим все подробно.

Первая программируемая «вычислительная машина»

Первая «вычислительная машина» была создана Чарльзом Бэббиджем в 1822 году. Его идеей не было создание прототипа современного компьютера, он хотел просто соорудить машину, которая бы вычисляла математические задачи. Бэббидж устал от человеческих ошибок при решении математических задач, поэтому он стремился создать безошибочную машину. Но, тем не менее, его творение послужило основанием для современного компьютера.

Именно поэтому Чарльз Бэббидж считается изобретателем первого компьютера. Его «машина Бэббиджа» была первой программируемой аналитической машиной и, к тому же, полностью автоматической. По сути, сегодня компьютеры делают то же самое: читают программы и выполняют их.

Биография Бэббиджа

Чарльз Бэббидж родился в Англии, где и провел свою жизнь и карьеру. После частной школы Чарльз начал учится в академии в Энфилде, где и начал проявлять интерес к математике. Далее Бэббидж поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета и завершил свое обучение в колледже Св. Петра. Немало значило и его самостоятельное обучение основам математики.

Образование Бэббиджа сыграло главную роль в его будущих изобретениях. Англия очень гордится своим сыном и некоторые из его работ находятся сегодня в одном из музеев Лондона.

Изобретение компьютера

Уникальностью вычислительной машины Бэббиджа является то, что ее можно было запрограммировать. Ведь разработки калькулятора были тогда доступны, но они работали только по фиксированным правилам. Разве это не удивительно, что изобретение, которое стремился создать Бэббидж, стало безумно полезным для человечества столетия спустя?

Ученый использовал свои студенческие знания, чтобы разработать машину, вычисляющую математические задачи. К сожалению, он так и не закончил проект своей мечты из-за нехватки денег. Хотя его машина осталась незавершенной, немного позже его идея превратилась в версию компьютера, известного нам сегодня, и Бэббидж по праву считается «отцом компьютеров».

Как компьютер получил свое название?

Задумывались ли Вы когда-либо, откуда пришло слово «компьютер»? Мы должны быть благодарны Бэббиджу за название компьютера, так же, как и за его разработку.

Все достаточно просто. Бэббидж пытался создать машину, которая бы вычисляла математические задачи так же, как и человек. А само название компьютера пришло от английского «computer», где «compute» переводится как «вычислять». И именно идея Бэббиджа стала основой для всех будущих компьютеров.

Алан Тьюринг и его заслуги

Разработка электронных компьютеров, которые очень схожи с современными, была осуществлена Аланом Мэтисоном Тьюрингом, английским ученым.

Алан Тьюринг родился 23 июня 1912 года в Лондоне, Англия. Он очень интересовался наукой и математикой в школьный период. Однако он поступил позже в колледж Шерборна, где акцент ставился на гуманитарные предметы, а не на точные. Но это не остановило его от изучения высшей математики. Например, изучая элементарные исчисления, он параллельно рассматривал сложные выводы Эйнштейна относительно Законов Ньютона. Алан много времени проводил в библиотеке и занимался самообучением.

Машина Тьюринга

Алан Тьюринг начал исследовать возможности вычисления, когда он учился в Королевском колледже Кембриджа на бакалавра в области математики. Там он написал научные статьи и отлично защитил докторскую диссертацию. Он также переформулировал теорему Курта Геделя, заменив универсальный формальный язык простыми гипотетическими устройствами, которые позже стали известны, как машины Тьюринга.

Машина Тьюринга была первым устройством, которое могло использовать алгоритмы для решения арифметических задач. Для многих экспертов это была первая теоретическая концепция современного компьютера. Интересно, что основная концепция машины Тьюринга до сих пор изучается в области информатики по всему миру.

ACE

Основываясь на изобретенной машине, Тьюринг работал над ACE (the Automatic Computing Engine) в период с 1945 по 1947 год. Он также представил доклад о том, что компьютер может хранить программы в памяти (что и делают современные компьютеры). Алан Тьюринг разрабатывал и другие теории и концепции, например, шифратор речи, Тьюринг-Велшман «Bombe», «Колосс», «Hut 8», «the Naval Enigma» и т.д.

Умер Алан Тьюринг 7 июня 1954 года в Англии. Причиной его смерти стало отравление цианидом, и как показала экспертиза – он покончил с собой. До этого его обвинили в гомосексуализме, который считался преступлением в то время.

hawkish.ru

40 самых важных открытий в истории человечества

Для того чтобы успешно создавать новые изобретения, или, по крайней мере, успевать следить за ними, просто необходимо знать, на чем стоит наша современность, то есть наука, технологии и инфраструктура. Вот те самые важнейшие изобретения и открытия, значимость которых невозможно переоценить.

Огонь

Точно не известно, когда именно люди стали использовать огонь, когда научились его хранить или добывать, но ученые предполагают, что все это произошло от 600 до 200 тысяч лет назад.

Язык

Первая устная речь с семантическими и фонетическими структурами появилась около десяти тысяч лет назад.

Торговля (бартер)

Первый случай бартерного обмена был отслежен в районе Папуа Новой Гвинеи около 19 тысяч лет назад. К третьему тысячелетию до н. э. в Азии и на Среднем Востоке появились торговые пути.

Агрикультура и фермерство

Около 17 тысяч лет назад люди впервые стали одомашнивать животных, а в десятом тысячелетии до н. э. начали выращивать растения, что привело к образованию постоянных поселений и прекращению кочевого образа жизни.

Корабль

Около четвертого тысячелетия до н. э. в древнем Египте стали использовать деревянные плоты и лодки, а в XII веке до н. э. финикийцы и греки начали строить корабли, которые позволили не только расширить мир того времени, но и развить торговлю, науку, географию и картографию.

Колесо

Колесо стало одним из простейших и важнейших изобретений в истории человечества. Пользоваться им начали около пяти тысяч лет назад.

Деньги

Новым шагом в развитии торговли стало применение денег. Впервые их стали использовать шумеры в третьем тысячелетии до н. э.

Железо

Металлургия начала свое развитие с использования меди, серебра и олова. За ними последовала бронза. В третьем тысячелетии до н. э. люди начали использовать более крепкое железо.

Письменная речь

Несмотря на то что устная речь существовала на протяжении тысячелетий, письмо появилось впервые у шумеров лишь пять тысяч лет назад.

Законодательство

В XVIII веке до н. э. Хаммурапи — шестой вавилонский царь, написал свой знаменитый кодекс, или собрание законов, по которым полагалось жить в обществе. Другими примерами древних законодательных текстов являются Книга Мертвых, Десять Заповедей и Книга Левит.

Алфавит

Первый алфавит, содержащий как гласные, так и согласные, появился у финикийцев в 1050 году до н. э.

Сталь

Стальные сплавы по праву считаются самыми крепкими. Впервые сталь начали использовать в Азии около четырех тысяч лет назад. Греки начали применять эти сплавы в VII веке до н. э., за 250 лет до Китая и Рима.

Гидроэнергия

Энергия текущей или падающей воды начала использоваться в районе Междуречья во II веке до н. э.

Бумага

Впервые бумагу начали использовать китайцы около 105 года н. э., она была тканевой. Бумага, производимая из дерева, появилась только в XVI веке.

Ручной набор с помощью подвижных литер

Несмотря на то что изобретение печатного станка принадлежит Гуттенбергу (1436 г.), технология, на которой он основан, происходит из Китая. Подвижные литеры изобрел Би Шен в 1040 году.

Микроскоп

В 1592 году оптические мастера из Голландии Захария и Ханс впервые увидели, что сквозь определенные линзы предметы можно разглядеть значительно ближе. Именно эти особенные линзы и попали в первый микроскоп.

Электричество

В 1600 году англичанин Уильям Гилберт впервые использовал термин «электричество». В 1752 году Бенджамин Франклин доказал, что молния и есть электричество.

Телескоп

В 1608 году Ханс Липперсгей создал собирающую линзу, которую вставил в подзорную трубу. Это и стало прототипом телескопа, который Галилео усовершенствовал через год.

Двигатель

Изобретение парового двигателя Томасом Ньюкоменом в 1712 году стало следующим гигантским шагом в развитии технологий. Двигатель внутреннего сгорания изобрел Этьен Ленуар в 1858 году.

Лампа накаливания

Превратить ночь в день помогла лампа накаливания, которую в 1800 году изобрел Хамфри Дэйви, а впоследствии усовершенствовал Томас Эдисон.

Телеграф

Первый простейший телеграф изобрел баварец Самуэль Земмеринг в 1809 году. Однако автором первой коммерчески успешной версии телеграфа считается Самуэль Морзе — создатель азбуки Морзе.

Электромагнит

Уильям Стерджен изобрел первый электромагнит в 1825 году. Его изобретение состояло из обычной железной подковы, вокруг которой был обмотан медный провод.

Нефть и газ

Это природное топливо было впервые обнаружено в 1859 году. Первая газовая скважина была открыта в Огайо, а первая нефтяная скважина — в Пенсильвании.

Телефон

Первый прибор, способный передавать различимые звуки, был изобретен в 1860 году немцем Филиппом Райзом. Спустя 16 лет Александр Белл запатентовал и продемонстрировал публике усовершенствованную модель.

Электронная лампа

Этот вакуумный электронный прибор основывается на том, что поток электричества не нуждается в проводе и может проходить как сквозь воздух, так и сквозь вакуум. Первый такой прибор создал Ли де Форест в 1893 году.

Полупроводники

Первые полупроводники были обнаружены в 1896 году. Сегодня основным полупроводником является кремний. В коммерческих целях его впервые стал использовать Джагадиш Чандра Бос.

Пенициллин

Все слышали о случайном открытии антибиотика пенициллина в 1928 году. Однако задолго до Флеминга эти свойства заметил французский студент-медик Эрнест Дюшен в 1896 году, однако его исследование осталось незамеченным.

Радио

Среди изобретателей радио гремят такие имена, как Генрих Герц (1888 год), Томас Эдисон (1885 год) и даже Никола Тесла, который запатентовал свое изобретение в 1897 году.

Электрон

Эту отрицательно заряженную элементарную частицу обнаружил Джозеф Томсон в 1897 году. Электрон является основным носителем электрического заряда.

Квантовая физика

Настоящим началом квантовой физики принято считать 1900 год и гипотезу Планка. На ее основе Эйнштейн построил свою теорию о частицах света, которые впоследствии окрестили фотонами.

Самолет

Знаменитое изобретение братьев Райт датируется 1903 годом. Первый удачный пилотируемый полет состоялся 17 декабря.

Телевидение

Телевидение основано на целом ряде изобретений и находок, однако первый полноценный телевизор был создан в 1926 году Джоном Лоуги Бэрдом.

Транзистор

Переключение и усиление электронного сигнала осуществляется с помощью транзистора — изобретения, которое создал Билл Шэнкли в 1947 году и которое позволило впервые задуматься о возможности создания Глобальной сети телекоммуникаций.

ДНК

Главный секрет жизни на земле открыла команда ученых из Кембриджского университета в 1953 году. Уотсон и Крик получили Нобелевскую премию за это открытие.

Интегральная схема

В 1959 году усилиями нескольких разработчиков, изобретателей и корпораций была создана первая интегральная схема — произвольное множество электронных компонентов, объединенных в один кристалл либо на одной схеме. Именно это изобретение позволило создать микрочипы и микропроцессоры.

Интернет

Прародителем интернета стал ARPANET, или проект DARPA, разработанный в 1969 году. Однако современные протоколы передачи данных и непосредственно интернет был создан в 1991 году британцем Тимом Бернерсом-Ли.

Микропроцессор

В 1971 году разработчик компании "Интел" создал инновационную интегральную схему, размер которой был в десятки раз меньше. Именно она и стала первым микропроцессором.

Мобильный телефон

В 1973 году "Моторола" выпустила на рынок первый переносной телефонный аппарат весом чуть больше килограмма. Его батарея заряжалась больше десяти часов, а время разговора не превышало 30 минут.

Смартфон

В январе 2007 года Apple впервые выпустила в продажу телефон, способный распознавать несколько точек касания. Система мультитач проложила путь для смартфонов, планшетов и гибридных компьютеров.

Квантовый компьютер

В 2011 году D-wave представила кардинально новое изобретение — квантовый компьютер — вычислительную машину, основанную на явлениях суперпозиции и запутанности, что делает ее в тысячи раз быстрее привычных механических компьютеров.

fb.ru

История развития компьютерной техники

Главная | Информатика и информационно-коммуникационные технологии | Планирование уроков и материалы к урокам | 8 классы | Планирование уроков на учебный год | История развития компьютерной техники

Изучив эту тему, вы узнаете:

- как развивались счетно-решающие средства до создания ЭВМ; - что такое элементная база и как ее изменение влияло на создание новых типов ЭВМ; - как развивалась компьютерная техника от поколения к поколению.

Счетно-решающие средства до появления ЭВМ

История вычислений уходит своими корнями в глубь веков так же, как и история развития человечества. Накопление запасов, дележ добычи, обмен — все эти действия связаны с вычислениями. Для подсчетов люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки, узелки и пр.

Потребность в поиске решений все более и более сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений поставила человека перед необходимостью искать способы, изобретать приспособления, которые смогли бы ему в этом помочь. Исторически сложилось так, что в разных странах появились свои денежные единицы, меры веса, длины, объема, расстояния и т. д. Для перевода из одной системы мёр в другую требовались вычисления, которые обычно могли производить лишь специально обученные люди, досконально знавшие всю последовательность действий. Их нередко приглашали даже из других стран. И совершенно естественно возникла потребность в изобретении устройств, помогающих счету. Так постепенно стали появляться механические помощники. До наших дней дошли свидетельства о многих таких изобретениях, навсегда вошедших в историю техники.

Одним из первых устройств (V-IV века до н. э.), облегчавших вычисления, можно считать специальное приспособление, названное впоследствии абаком (рисунок 24.1). Первоначально это была доска, посыпанная тонким слоем мелкого песка или порошка из голубой глины. На ней заостренной палочкой можно было писать буквы, цифры. Впоследствии абак был усовершенствован и вычисления на нем уже проводились путем перемещения костей и камешков в продольных углублениях, а сами доски начали изготавливать из бронзы, камня, слоновой кости и пр. Со временем эти доски стали расчерчиваться на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал еще в V веке до н. э., у японцев этот прибор назывался «серобян», у китайцев — «суан-пан».

Рис. 24.1. Абак

В Древней Руси при счете применялось устройство, похожее на абак, и называлось оно «русский щот». В XVII веке этот прибор уже имел вид привычных русских счетов, которые можно встретить и в наши днй.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, все острее ощущалась необходимость в изобретении счетной машины. К этому времени относится создание молодым французским математиком и физиком Блезом Паскалем первой счетной машины (рисунок 24.2, а), названной Пас- калиной, которая выполняла сложение и вычитание.

Рис. 24.2. Счетные машины XVII века: а) Паскалина, б) машина Лейбница

В 1670-1680 годах немецкий математик Готфрид Лейбниц сконструировал счетную машину (рисунок 24.2, б), которая выполняла все четыре арифметических действия.

В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено еще несколько подобных счетных устройств, которые из-за ряда недостатков не получили широкого распространения.

Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышев сконструировал счетную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Наиболее широкое распространение в то время получил арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году. Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнить все четыре арифметических действия.

В 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр — «Феликс» (рисунок 24.3). Эти счетные устройства применялись несколько десятилетий и были основным техническим средством, облегчающим труд людей, связанных с обработкой больших объемов числовой информации.

Рис. 24.3. Арифмометр «Феликс»

Важным событием XIX века было изобретение английского математика Чарлза Беббиджа, который вошел в историю как изобретатель первой вычислительной машины — прообраза современных компьютеров. В 1812 году он начал работать над так называемой «разностной» машиной. Предшествующие вычислительные машины Паскаля и Леибница выполняли только арифметические действия. Беббидж же стремился сконструировать машину, которая выполняла бы определенную программу, проводила бы расчет числового значения заданной функции. В качестве основного элемента разностной машины Беббидж использовал зубчатое колесо для запоминания одного разряда десятичного числа. В результате он смог оперировать 18-разрядными числами. К 1822 году он построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов. 

Совершенствуя разностную машину, Беббидж приступил в 1833 году к разработке аналитической машины (рисунок 24.4). Она должна была отличаться от разностной машины большей скоростью и более простой конструкцией. Согласно проекту, новую машину предполагалось приводить в действие силой пара.

Аналитическая машина была задумана как чисто механический аппарат с тремя основными блоками. Первый блок — устройство для хранения чисел на регистрах из зубчатых колес и система, которая передает эти числа от одного узла к другому (в современной терминологии — это память). Второй блок — устройство, позволяющее выполнять арифметические операции. Беббидж назвал его «мельницей». Третий блок предназначался для управления последовательностью действий машины. В конструкцию аналитической машины входило также устройство для ввода исходных данных и печати полученных результатов.

Предполагалось, что машина будет действовать по программе, которая задавала бы последовательность выполнения операций и передачи чисел из памяти в мельницу и обратно. Программы, в свою очередь, должны были кодироваться и переноситься на перфокарты. В то время подобные карты уже использовались для автоматического управления ткацкими станками. Тогда же математик леди Ада Лавлейс — дочь английского поэта лорда Байрона — разрабатывает первые программы для машины Беббиджа. Она заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, которые используются и по сей день.

Рис. 24.4. Аналитическая машина Беббиджа

К сожалению, из-за недостаточного развития технологии проект Беббиджа не был реализован. Тем не менее его работы имели важное значение; многие последующие изобретатели воспользовались идеями, заложенными в основу придуманных им устройств. 

Необходимость автоматизировать вычисления при переписи населения в США подтолкнула Генриха Холлерита к созданию в 1888 году устройства, названного табулятором (рисунок 24.5), в котором информация, нанесенная на перфокарты, расшифровывалась с помощью электрического тока. Это устройство позволило обработать данные переписи населения всего за 3 года вместо затрачиваемых ранее восьми лет. В 1924 году Холлерит основал фирму IBM для серийного выпуска табуляторов.

Рис. 24.5. Табулятор

Огромное влияние на развитие вычислительной техники оказали теоретические разработки математиков: англичанина А. Тьюринга и работавшего независимо от него американца Э. Поста. «Машина Тьюринга (Поста)» — прообраз программируемого компьютера. Эти ученые показали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии, что ее можно представить в виде алгоритма, ориентированного на выполняемые машиной операции.

С момента возникновения идеи Беббиджа о создании аналитической машины до ее реального внедрения в жизнь прошло более полутора столетий. Почему же столь большим оказался разрыв во времени между рождением идеи и ее техническим воплощением? Это обусловлено тем, что при создании любого устройства, в том числе и компьютера, очень важным фактором является выбор элементной базы, то есть тех деталей, из которых собирается вся система.

Первое поколение ЭВМ

Появление электронно-вакуумной лампы позволило ученым претворить в жизнь идею создания вычислительной машины. Она появилась в 1946 году в США и получила название ЭНИАК (ENIAC — Electronic Numerical Integrator and Calculator, «электронный численный интегратор и калькулятор» — рисунок 24.6). Это событие ознаменовало начало пути, по которому пошло развитие электронно-вычислительных машин (ЭВМ). 

Рис 24.6. Первая ЭВМ ЭНИАК

Дальнейшее совершенствование ЭВМ определялось развитием электроники, появлением новых элементов и принципов действий, то есть улучшением и расширением элементной базы. В настоящее время насчитывается уже несколько поколений ЭВМ. Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели электронно-вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах. Смена поколений обусловливалась появлением новых элементов, изготовленных с применением принципиально иных технологий.

Первое поколение (1946 — середина 50-х годов). Элементной базой служили электронно-вакуумные лампы, устанавливаемые на специальных шасси, а также резисторы и конденсаторы. Элементы соединяли проводами навесным монтажом. В ЭВМ ЭНИАК было 20 тыс. электронных ламп, из которых ежемесячно заменялось 2000. За одну секунду машина выполняла 300 операций умножения или же 5000 сложений многоразрядных чисел.

Выдающийся математик Джон фон Нейман и его коллеги изложили в своем отчете основные принципы логической структуры ЭВМ нового типа, которые позже были реализованы в проекте ЭДВАК (1950 г.). В отчете утверждалось, что ЭВМ должна создаваться на электронной основе и работать в двоичной системе счисления. В ее состав должны входить следующие устройства: арифметическое, центральное управляющее, запоминающее, для ввода данных и вывода результатов. Ученые также сформулировали два принципа работы: принцип программного управления с последовательным выполнением команд и принцип хранимой программы. Конструкция большинства ЭВМ последующих поколений, где были реализованы эти принципы, получила название «фон-неймановской архитектуры». 

Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика С. А. Лебедева, и называлась она МЭСМ (малая электронная счетная машина). Затем в эксплуатацию ввели БЭСМ-2 (большую электронную счетную машину). Самой мощной ЭВМ 50-х годов в Европе была советская электронно- вычислительная машина М-20 с быстродействием 20 тыс. оп/с и объемом оперативной памяти 4000 машинных слов.

МЭСМ (малая электронная счетная машина)

С этого времени начался бурный расцвет отечественной вычислительной техники, и к концу 60-х годов в нашей стране успешно функционировала лучшая по производительности (1 млн оп/с) ЭВМ того времени — БЭСМ-6, в которой были реализованы многие принципы работы последующих поколений компьютеров.

БЭСМ-6 (большая электронная счетная машина)

С появлением новых моделей ЭВМ произошли изменения и в названии этой сферы деятельности. Ранее любую технику, используемую для вычислений, обобщенно называли «счетно-ре- шающими приборами и устройствами». Теперь же все, что имеет отношение к ЭВМ, именуют вычислительной техникой.

Перечислим характерные черты ЭВМ первого поколения.

♦ Элементная база: электронно-вакуумные лампы, резисторы, конденсаторы. Соединение элементов: навесной монтаж проводами. ♦ Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов и занимает специальный машинный зал. ♦ Быстродействие: 10-20 тыс. оп/с. ♦ Эксплуатация слишком сложна из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп. Существует опасность перегрева ЭВМ. ♦ Программирование: трудоемкий процесс в машинных кодах. При этом необходимо знать все команды машины, их двоичное представление, архитектуру ЭВМ. Этим в основном были заняты математики-программисты, которые непосредственно и работали за ее пультом управления. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма. 

Второе поколение ЭВМ

Второе поколение приходится на период от конца 50-х до конца 60-х годов.

К этому времени был изобретен транзистор, который пришел на смену электронным лампам. Это позволило заменить элементную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), а также резисторы и конденсаторы более совершенной конструкции (рисунок 24.7). Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал с большей скоростью, был дешевле и надежнее. Средний срок его службы в 1000 раз превосходил продолжительность работы электронных ламп.

Изменилась и технология соединения элементов. Появились первые печатные платы (см. рис. 24.7) — пластины из изоляционного материала, например гетинакса, на которые по специальной технологии фотомонтажа наносился токо- проводящий материал. Для крепления элементной базы на печатной плате имелись специальные гнезда.

Рис. 24.7. Транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и печатные платы

Такая формальная замена одного типа элементов на другой существенно повлияла на все характеристики ЭВМ: габариты, надежность, производительность, условия эксплуатации, стиль программирования и работы на машине. Изменился технологический процесс изготовления ЭВМ.

Рис. 24.8. ЭВМ второго поколения

Перечислим характерные черты ЭВМ второго поколения (рисунок 24.8). - Элементная база: полупроводниковые элементы. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж. - Габариты: ЭВМ выполнены в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста. Для их размещения требуется специально оборудованный машинный зал, в котором под полом прокладываются кабели, соединяющие между собой многочисленные автономные устройства. - Производительность: от сотен тысяч до 1 млн оп/с. - Эксплуатация: упростилась. Появились вычислительные центры с большим штатом обслуживающего персонала, где устанавливалось обычно несколько ЭВМ. Так возникло понятие централизованной обработки информации на компьютерах. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена целиком всей платы, а не каждого элемента в отдельности, как в ЭВМ предыдущего поколения. - Программирование: существенно изменилось, так как стало выполняться преимущественно на алгоритмических языках. Программисты уже не работали в зале, а отдавали свои программы на перфокартах или магнитных лентах специально обученным операторам. Решение задач производилось в пакетном (мультипрограммном) режиме, то есть все программы вводились в ЭВМ подряд друг за другом, и их обработка велась по мере освобождения соответствующих устройств. Результаты решения распечатывались на специальной перфорированной по краям бумаге. - Произошли изменения как в структуре ЭВМ, так и в принципе ее организации. Жесткий принцип управления заменился микропрограммным. Для реализации принципа программируемости необходимо наличие в компьютере постоянной памяти, в ячейках которой всегда присутствуют коды, соответствующие различным комбинациям управляющих сигналов. Каждая такая комбинация позволяет выполнить элементарную операцию, то есть подключить определенные электрические схемы.  - Введен принцип разделения времени, который обеспечил совмещение во времени работы разных устройств, например одновременно с процессором работает устройство ввода-вывода с магнитной ленты.

Третье поколение ЭВМ

Этот период продолжается с конца 60-х до конца 70-х годов. Подобно тому как изобретение транзисторов привело к созданию компьютеров второго поколения, появление интегральных схем ознаменовало новый этап в развитии вычислительной техники — рождение машин третьего поколения.

В 1958 году Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему. Такие схемы могут содержать десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов, которые физически неразделимы. Интегральная схема (рисунок 24.9) выполняет те же функции, что и аналогичная ей схема на элементной базе ЭВМ второго поколения, но при этом она имеет существенно меньшие размеры и более высокую степень надежности.

Рис. 24.9. Интегральные схемы Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах, была IBM-360 фирмы IBM. Она положила начало большой серии моделей, название которых начиналось с IBM, а далее следовал номер, который увеличивался по мере совершенствования моделей этой серии. То есть чем больше был номер, тем большие возможности предоставлялись пользователю.

Аналогичные ЭВМ стали выпускать и в странах СЭВ (Совета экономической взаимопомощи): СССР, Болгарии, Венгрии, Чехословакии, ГДР, Польше. Это были совместные разработки, причем каждая страна специализировалась на определенных устройствах. Выпускались два семейства ЭВМ: - большие — ЕС ЭВМ (единая система), например ЕС-1022, ЕС-1035, ЕС-1065;  - малые — СМ ЭВМ (система малых), например СМ-2, СМ-3, СМ-4.

ЕС ЭВМ (единая система) ЕС-1035

СМ ЭВМ (система малых) СМ-3

В то время любой вычислительный центр оснащался одной-двумя моделями ЕС ЭВМ (рисунок 24.10). Представителей емейства СМ ЭВМ, составляющих класс мини-ЭВМ, можно было довольно часто встретить в лабораториях, на производстве, нa технологических линиях, на испытательных стендах. Особенюсть этого класса ЭВМ состояла в том, что все они могли работать в реальном масштабе времени, то есть ориентируясь на консретную задачу.

Рис. 24.10. ЭВМ третьего поколения

Приведем характерные черты ЭВМ третьего поколения. - Элементная база: интегральные схемы, которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате. - Габариты: внешнее оформление ЕС ЭВМ схоже с ЭВМ второго поколения. Для их размещения также требуется машинный зал. А малые ЭВМ — это в основном две стойки приблизительно в полтора человеческих роста и дисплей. Они не нуждались, как ЕС ЭВМ, в специально оборудованном помещении. - Производительность: от сотен тысяч до миллионов операций в секунду. - Эксплуатация: несколько изменилась. Более оперативно производится ремонт обычных неисправностей, но из-за большой сложности системной организации требуется штат высококвалифицированных специалистов. Большую роль играет системный программист. - Технология программирования и решения задач: такая же, как на предыдущем этапе, хотя несколько изменился характер взаимодействия с ЭВМ. Во многих вычислительных центрах появились дисплейные залы, где каждый программист в определенное время мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени. Как и прежде, основным оставался режим пакетной обработки задач. - Произошли изменения в структуре ЭВМ. Наряду с микропрограммным способом управления используются принципы модульности и магистральности. Принцип модульности проявляется в построении компьютера на основе набора модулей — конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Под магист- ральностью понимается способ связи между модулями компьютера, то есть все входные и выходные устройства соединены одними и теми же проводами (шинами). Это прообраз современной системной шины. - Увеличились объемы памяти. Магнитный барабан постепенно вытесняется магнитными дисками, выполненными в виде автономных пакетов. Появились дисплеи, графопостроители.

Четвертое поколение ЭВМ

Этот период оказался самым длительным — от конца 70-х годов по настоящее время. Он характеризуется всевозможными новациями, приводящими к существенным изменениям. Однако кардинальных, революционных перемен, позволяющих говорить о смене этого поколения ЭВМ, пока не произошло. Хотя, если сравнивать ЭВМ, например, начала 80-х годов и сегодняшние, то очевидно существенное различие.

Следует особо отметить одну из самых значительных идей, воплощенных в компьютере на данном этапе: использование для вычислений одновременно нескольких процессоров (мультипроцессорная обработка). Также претерпела изменение и структура компьютера.

Новые технологии создания интегральных схем позволили разработать в конце 70-х — начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения на больших интегральйых схемах (БИС), степень интеграции которых составляет десятки и сотни тысяч элементов на одном кристалле. Наиболее крупным сдвигом в электронно-вычислительной технике, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров. Сейчас этот период расценивается как революция в электронной промышленности. Первый микропроцессор был создан фирмой Intel в 1971 году. На одном кристалле удалось сформировать минимальный по составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов.

С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники — создание и применение персональных ЭВМ (рисунок 24.11), что даже повлияло на терминологию. Постепенно прочно укоренившийся термин «ЭВМ» был вытеснен ставшим уже привычным словом «компьютер», а вычислительная техника стала называться компьютерной.

Рис. 24.11. Персональный компьютер

Начало широкой продажи персональных ЭВМ связано с именами С. Джобса и В. Возняка, основателей фирмы «Эпл компьютер» (Apple Computer), которая с 1977 года наладила выпуск персональных компьютеров Apple. В компьютерах этого типа за основу был взят принцип создания «дружественной» обстановки работы человека на ЭВМ, когда при создании программного обеспечения одним из основных требований стало обеспечение удобной работы пользователя. ЭВМ повернулась лицом к человеку. Дальнейшее ее совершенствование шло с учетом удобства работы пользователя. Если раньше при эксплуатации ЭВМ был реализован принцип централизованной обработки информации, когда пользователи концентрировались вокруг одной ЭВМ, то с появлением персональных компьютеров произошло обратное движение — децентрализация, когда один пользователь может компьютерами. работать с несколькими

С 1982 года фирма IBM приступила к выпуску модели персонального компьютера, ставшего эталоном на долгие времена. IBM выпустила документацию по аппаратуре и программные спецификации, что позволило другим фирмам разрабатывать как аппаратное, так и программное обеспечение. Таким образом, появились семейства (клоны) «двойников» персональных компьютеров IBM. 

В 1984 году фирмой IBM был разработан персональный компьютер на базе микропроцессора 80286 фирмы Intel с шиной архитектуры промышленного стандарта — ISA (Industry Standart Architecture). С этого времени началась жесткая конкуренция между несколькими корпорациями, производящими персональные компьютеры. Один тип процессора сменял другой, что зачастую требовало дополнительной существенной модернизации, а подчас и полной замены компьютеров. Гонка в поиске все более и более совершенных технических характеристик всех устройств компьютера продолжается и по сей день. Каждый год требуется проводить коренную модернизацию существующего компьютера.

Общее свойство семейства IBM PC — совместимость программного обеспечения снизу вверх и принцип открытой архитектуры, предусматривающий возможность дополнения имеющихся аппаратных средств без изъятия старых или их модификацию без замены всего компьютера.

Современные ЭВМ превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью, огромными возможностями и доступностью для разных категорий пользователей.

Компьютеры четвертого поколения развиваются в двух направлениях, о которых будет рассказано в последующих темах этого раздела. Первое направление — создание многопроцессорных вычислительных систем. Второе — изготовление дешевых персональных компьютеров как в настольном, так и в переносном исполнении, а на их основе — компьютерных сетей.

Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите об истории развития счетно-решающих устройств до появления ЭВМ.

2. Что такое поколение ЭВМ и чем вызывается смена поколений?

3. Расскажите о первом поколении ЭВМ.

4. Расскажите о втором поколении ЭВМ.

5. Расскажите о третьем поколении ЭВМ.

6. Расскажите о четвертом поколении ЭВМ.

7. Когда и почему название «ЭВМ» стало постепенно заменяться термином «компьютер»?

8. Чем прославился математик Джон фон Нейман? 

Перспективы развития компьютерных систем

Изучив эту тему, вы узнаете:

- каковы основные тенденции развития компьютеров; - каковы причины, обусловливающие эти тенденции.

Зная функциональные возможности компьютеров, можно поразмышлять над перспективами их развития. Это не слишком благодарное занятие, особенно в отношении компьютерной техники, так как ни в какой другой области не происходит таких существенных изменений в столь короткие отрезки времени. Тем не менее суть развития компьютерной техники состоит в следующем: сначала перед людьми открывается некая сравнительно новая область использования компьютеров, но для реализации этих идей нужны некоторые новые, технологически обеспеченные возможности компьютеров. Как только необходимые технологии разработаны и внедрены, сразу становятся очевидными иные перспективные области применения компьютеров и т. д.

Например, компания Fujitsu разработала универсального робота-носильщика. В фойе отеля робот приветствует гостей хриплым баритоном. Уточнив номер комнаты, робот берет тяжелые чемоданы в обе «руки» или выкатывает тележку и начинает движение в сторону лифта, затем нажимает кнопку вызова лифта, поднимается на этаж и провожает гостей в номер. Электронная карта отеля, восемь камер и ультразвуковые сенсоры позволяют роботу преодолевать любые препятствия. Правое и левое колеса вращаются независимо, поэтому движение по наклонным и неровным поверхностям дается легко. Используя систему обработки трехмерных изображений, робот может брать предметы и протягивать их гостям. Робот чутко воспринимает голосовые инструкции, подключен к Интернету. Справки об отеле можно получить на его цветном сенсорном экране. Ночью робот патрулирует коридоры отеля.

Так, например, в Массачусетсском технологическом институте (США) демонстрировались модели одежды со встроенными в них компьютерами и электронными устройствами. Сегодня новое поветрие названо «кибер- модой». Кибер-брошь, украшающая платье на этой иллюстрации, не просто аксессуар — это электронное устройство, вспыхивающее в такт сердцебиению его обладателя.

Можно предполагать, что в будущем появятся сотни активных компьютерных устройств, отслеживающих наше состояние и местоположение, легко воспринимающих нашу информацию и управляющих бытовыми приборами. Они не будут находиться в одной общей «оболочке». Они будут повсюду. Перспективы развития в отношении подобных компьютерных устройств: они станут намного более миниатюрными и будут иметь низкую стоимость.

Рассмотрим перспективы и тенденции развития компьютерной техники, обеспечивающей информационное обслуживание и управление. Каждый компьютер не только умеет безошибочно и быстро считать, но и представляет собой вместительное хранилище информации. В настоящее время все шире используется наиболее специфическая функция компьютеров — информационная, и именно это является одной из причин наступающей «всеобщей информатизации». Обычно информацию подготавливают на компьютере, затем печатают и уже в таком виде распространяют.

Однако уже в начале XXI века ожидается смена основной информационной среды — большую часть информации люди станут получать не по традиционным каналам связи — радио, телевидение, печать, а через компьютерные сети.

Изменение цели использования компьютеров наблюдается уже сегодня. Прежде компьютеры служили исключительно для выполнения различных научно-технических и экономических расчетов, и работали на них пользователи с общей компьютерной подготовкой и программисты.

Благодаря появлению телекоммуникаций кардинально изменяется область применения компьютеров пользователями. Потребность в компьютерных теле- коммуникациях постоянно расширяется. Все больше людей обращается к Интернету, чтобы узнать расписание движения поездов или последние новости из Думы, познакомиться с научной статьей коллеги, сделать выбор, где провести свободный вечер, и т. п. Информация подобного рода нужна каждому в любой момент и в любом месте.

В настоящее время разрабатывается новая концепция развития сети Интернет — это создание семантической паутины (англ. Semantic web). Она является надстройкой над существующей Всемирной паутиной и призвана сделать размещенную в сети информацию более понятной для компьютеров. С 1999 года проект семантической паутины развивается под эгидой Консорциума Всемирной паутины.

В настоящее время компьютеры принимают довольно ограниченное участие в формировании и обработке информации в Интернете. Функции компьютеров в основном сводятся к хранению, отображению и поиску информации. Это обусловлено тем, что большая часть информации в Интернете находится в текстовой форме, а компьютеры не могут воспринять и осмыслить смысловую информацию. Создание информации, ее оценку, классификацию и актуализацию — все это по-прежнему выполняет человек.

Встает вопрос — как же заставить компьютеры понимать смысл размещенной в сети информации и научить компьютеры пользоваться ею? Если компьютер пока нельзя научить понимать человеческий язык, то нужно создать язык, который был бы понятен компьютеру. В идеальном варианте вся информация в Интернете должна размещаться на двух языках: на языке, понятном человеку, и на языке, понятном компьютеру. Для создания понятного компьютеру описания сетевого ресурса в семантической паутине создан формат RDF (англ. Resource Description Framework). Он предназначен для хранения метаданных (метаданные — это данные о данных) и не предназначен для прочтения и использования человеком. Описания в формате RDF должны прикрепляться к каждому сетевому ресурсу и обрабатываться компьютером автоматически.

Семантическая паутина открывает доступ к четко структурированной информации для любых приложений, независимо от платформы и языков программирования. Программы смогут сами находить нужные ресурсы, обрабатывать информацию, обобщать данные, выявлять логические связи, делать выводы и даже принимать решения на основе этих выводов. При широком распространении и грамотном внедрении семантическая паутина может вызвать революцию в Интернете.

Семантическая паутина — это концепция сети, в которой каждый информационный ресурс на человеческом языке должен быть снабжен описанием, понятным компьютеру.

Компьютер должен быть полностью мобильным и снабжен радиомодемом для входа в компьютерную сеть. В перспективе портативные компьютеры должны стать более миниатюрными при быстродействии, сравнимом с производительностью современных суперЭВМ. Они должны иметь плоский дисплей с хорошей разрешающей способностью. Их внешние запоминающие устройства — магнитные диски — при небольших размерах будут иметь емкость более 100 Гбайт. Чтобы с компьютером можно было общаться на естественном языке, он будет широко оснащен средствами мультимедиа, в первую очередь, аудио- и видеосредствами.

Для обеспечения качественного и повсеместного обмена информацией между компьютерами будут использоваться принципиально новые способы связи:

♦ инфракрасные каналы в пределах прямой видимости; ♦ телевизионные каналы; ♦ беспроводная технология высокоскоростной цифровой связи.

Это позволит строить системы сверхскоростных информационных магистралей, связывающих воедино все существующие системы. 

Сферы применения ЭВМ все расширяются, и каждая из них обусловливает новую тенденцию развития компьютерной техники. В перспективе все вычислительные комплексы и системы от суперЭВМ до персонального компьютера станут составляющими единой компьютерной сети. А при такой сложной распределенной структуре должна быть обеспечена практически неограниченная пропускная способность и скорость передачи информации.

Современные полупроводниковые компьютеры скоро исчерпают свой потенциал, и даже при условии перехода к трехмерной архитектуре микросхем их быстродействие будет ограничено значением 1015 операций в секунду. Поиски новых путей совершенствования компьютеров ведутся во многих направлениях. Существует несколько возможных альтернатив замены современных компьютеров — квантовые компьютеры, нейрокомпьютеры и оптические компьютеры. При разработке «компьютеров будущего» используется широкий спектр научных дисциплин: молекулярная электроника, молекулярная биология, робототехника, квантовая механика, органическая химия и др. Рассмотрим основные особенности этих компьютеров.

Оптический компьютер. В оптических компьютерах носителем информации является световой поток. Применение оптического излучения в качестве носителя информации имеет ряд преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:

♦ скорость распространения светового сигнала выше скорости электрического; ♦ световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом; ♦ световые потоки могут передаваться по свободному пространству; ♦ возможность создания параллельных архитектур.

Создание большего количества параллельных архитектур, по сравнению с традиционными электронными компьютерами, является основным достоинством оптических компьютеров, оно позволяет преодолеть ограничения по быстродействию и параллельной обработке информации.  Оптические технологии важны не только для создания оптических компьютеров, но также и для оптических коммуникаций и сети Интернет.

Нейрокомпьютер. Для решения некоторых задач требуется создание эффективной системы искусственного интеллекта, которая могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая много вычислительных ресурсов. И прекрасным аналогом для решения такой проблемы может стать мозг и нервная система живых организмов, которые позволяют эффективно обрабатывать сенсорную информацию. Мозг человека состоит из 10 миллиардов нервных клеток — нейронов. Аналогично должен быть построен и нейрокомпьютер, который моделирует функции нейронов.

Появление нейрокомпьютеров, часто называемых биокомпьютерами, во многом связывают с развитием нанотехнологий, которыми активно занимаются ученые многих стран. Нейрокомпьютеры предполагается строить на базе нейрочипов (искусственных нейронах) и нейроноподобных связях, которые функционально ориентированы на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи. Поэтому для решения задач разного типа требуется нейронная сеть разной топологии (разновидностей соединения нейрочипов). Один искусственный нейрон может использоваться в работе нескольких алгоритмов обработки информации в сети, и каждый алгоритм реализуется при помощи некоторого количества искусственных нейронов. Нейронная сеть (перцептрон) может обучаться распознаванию образов.

Перспективность создания нейрокомпьютеров состоит в том, что искусственные структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, имеют ряд важных особенностей: параллельность обработки информации, способность к обучению, способность к автоматической классификации, высокая надежность, ассоциативность.

Квантовый компьютер. В основе работы квантового компьютера лежат законы квантовой механики. Квантовая механика позволяет установить способ описания и законы движения микрочастиц (атомов, молекул, атомных ядер) и их систем. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволили выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, понять строение атомных ядер, изучать свойства элементарных частиц.

Физический принцип действия квантового компьютера основан на изменении энергии атома. Она имеет дискретный ряд значений EQ, EI,... Еп, называемый энергетическим спектром атома. Излучение и поглощение атомом электромагнитной энергии происходит отдельными порциями — квантами, или фотонами. При поглощении фотона энергия атома увеличивается и осуществляется переход с нижнего на верхний уровень, при излучении фотона совершается обратный переход вниз.

Поэтому в качестве основной единицы квантового компьютера введено понятие «кубит» (qubit, Quantum Bit) по аналогии с традиционным компьютером, где используется понятие «бит». Известно, что бит имеет лишь два состояния — 0 и 1, тогда как состояний кубита значительно больше. Поэтому для описания состояния квантовой системы было введено понятие волновой функции в виде вектора с большим числом значений.

Для квантовых компьютеров так же, как и для классических, введены элементарные квантовые логические операции: дизъюнкция, конъюнкция и отрицание, с помощью которых будет организована вся логика квантового компьютера. При создании квантового компьютера основное внимание уделяется вопросам управления кубитами при помощи вынужденного излучения и недопущении спонтанного излучения, которое нарушит работу всей квантовой системы.

Можно предположить, что объединение квантовых, оптических и нейронных компьютеров даст миру мощную гибридную вычислительную систему. Такую систему от обычной будут отличать огромная производительность (ориентировочно 1051), за счет параллелизма выполнения операций, а также возможности эффективной обработки и управления сенсорной информацией. Для производства «компьютеров будущего» будут необходимы значительные экономические затраты, в несколько десятки раз превышающие затраты на производство современных полупроводниковых компьютеров. 

В таблице 28.1 представлены общие тенденции изменения характеристик компьютерной техники с учетом основных областей использования как современных компьютеров, так и перспективных.

Таблица 28.1. Тенденции изменения характеристик компьютеров

Контрольные вопросы и задания

1. Какова зависимость между целью использования ЭВМ и развитием компьютерной техники?

2. Приведите примеры перспективного использования компьютеров.

3. На что ориентированы перспективные компьютерные системы?

4. Как вы представляете будущее компьютерной техники?

5. На какие значения технических параметров компьютеров можно ориентироваться в недалеком будущем?

6. Каково назначение семантической паутины?

7. Почему ведутся разработки компьютеров на различных принципах действий?

8. В чем состоит основная идея создания оптического компьютера?

9. В чем состоит основная идея создания нейрокомпьютера?

10. В чем состоит основная идея создания квантового компьютера?

xn----7sbbfb7a7aej.xn--p1ai

История компьютера

Краткая история ЭВМ

Современному человеку сегодня трудно представить свою жизнь без электронно-вычислительных машин (ЭВМ). В настоящее время любой желающий, в соответствии со своими запросами, может собрать у себя на рабочем столе полноценный вычислительный центр. Так было, конечно, не всегда. Путь человечества к этому достижению был труден и тернист. Много веков назад люди хотели иметь приспособления, которые помогали бы им решать разнообразные задачи. Многие из этих задач решались последовательным выполнением некоторых рутинных действий, или, как принято говорить сейчас, выполнением алгоритма. С попытки изобрести устройство, способное реализовать простейшие из этих алгоритмов (сложение и вычитание чисел), все и началось ...

Точкой отсчета можно считать начало XVII века (1623 год), когда ученый В. Шикард создал машину, умеющую складывать и вычитать числа. Но первым арифмометром, способным выполнять четыре основных арифметических действия, стал арифмометр знаменитого французского ученого и философа Блеза Паскаля . Основным элементом в нем было зубчатое колесо, изобретение которого уже само по себе стало ключевым событием в истории вычислительной техники. Хотелось бы отметить, что эволюция в области вычислительной техники носит неравномерный, скачкообразный характер: периоды накопления сил сменяются прорывами в разработках, после чего наступает период стабилизации, во время которого достигнутые результаты используются практически и одновременно накапливаются знания и силы для очередного рывка вперед. После каждого витка процесс эволюции выходит на новую, более высокую ступень.

В 1671 году немецкий философ и математик Густав Лейбниц также создает арифмометр на основе зубчатого колеса особенной конструкции - зубчатою колеса Лейбница. Арифмометр Лейбница, как и арифмометры его предшественников, выполнял четыре основных арифметических действия. На этом данный период закончился, и человечество в течение почти полутора веков копило силы и знания для следующего витка эволюции вычислительной техники. XVIII и XIX века были временем, когда бурно развивались различные науки, в том числе математика и астрономия. В них часто возникали задачи, требующие длительных и трудоемких вычислений.

Еще одним известным человеком в истории вычислительной техники стал английский математик Чарльз Бэббидж . В 1823 году Бэббидж начал работать над машиной для вычисления полиномов, но, что более интересно, эта машина должна была, кроме непосредственного производства вычислений, выдавать результаты - печатать их на негативной пластине для фотопечати. Планировалось, что машина будет приводиться в действие паровым двигателем. Из-за технических трудностей Бэббиджу до конца не удалось реализовать свой проект. Здесь впервые возникла идея использовать некоторое внешнее (периферийное) устройство для выдачи результатов вычислений. Отметим, что другой ученый, Шойц, в 1853 году все же реализовал машину, задуманную Бэббиджем (она получилась даже меньше, чем планировалась). Наверное, Бэббиджу больше нравился творческий процесс поиска новых идей, чем воплощение их в нечто материальное. В 1834 году он изложил принципы работы очередной машины, которая была названа им «Аналитической». Технические трудности вновь не позволили ему до конца реализовать свои идеи. Бэббидж смог довести машину лишь до стадии эксперимента. Но именно идея является двигателем научно-технического прогресса. Очередная машина Чарльза Бэббиджа была воплощением следующих идей:

Управление производственным процессом. Машина управляла работой ткацкого станка, изменяя узор создаваемой ткани в зависимости от сочетания отверстий на специальной бумажной ленте. Эта лента стала предшественницей таких знакомых нам всем носителей информации, как перфокарты и перфоленты.

Программируемость. Работой машины также управляла специальная бумажная лента с отверстиями. Порядок следования отверстий на ней определял команды и обрабатываемые этими командами данные. Машина имела арифметическое устройство и память. В состав команд машины входила даже команда условного перехода, изменяющая ход вычислений в зависимости от некоторых промежуточных результатов.

В разработке этой машины принимала участие графиня Ада Августа Лавлейс, которую считают первой в мире программистом.

Идеи Чарльза Бэббиджа развивались и использовались другими учеными. Так, в 1890 году, на рубеже XX века, американец Герман Холлерит разработал машину, работающую с таблицами данных (первый Excel?). Машина управлялась программой на перфокартах. Она использовалась при проведении переписи населения в США в 1890 году. В 1896 году Холлерит основал фирму, явившуюся предшественницей корпорации IBM. Со смертью Бэббиджа в эволюции вычислительной техники наступил очередной перерыв вплоть до 30-х годов XX века. В дальнейшем все развитие человечества стало немыслимым без компьютеров.

В 1938 году центр разработок ненадолго смещается из Америки в Германию, где Конрад Цузе создает машину, которая оперирует, в отличие от своих предшественниц, не десятичными числами, а двоичными. Эта машина также была все еще механической, но ее несомненным достоинством было то, что в ней была реализована идея обработки данных в двоичном коде. Продолжая свои работы, Цузе в 1941 году создал электромеханическую машину, арифметическое устройство которой было выполнено на базе реле. Машина умела выполнять операции с плавающей точкой.

За океаном, в Америке, в этот период также шли работы по созданию подобных электромеханических машин. В 1944 году Говард Эйкен спроектировал машину, которую назвали Mark-1 . Она, как и машина Цузе, работала на реле. Но из-за того, что эта машина явно была создана под влиянием работ Бэббиджа, она оперировала с данными в десятичной форме.

Естественно, из-за большого удельного веса механических частей эти машины были обречены. Нужно было искать новую, более технологичную элементную базу. И тогда вспомнили об изобретении Фореста, который в 1906 году создал трех электродную вакуумную лампу, названную триодом. В силу своих функциональных свойств она стала наиболее естественной заменой реле. В 1946 году в США, в университете города Пенсильвания, была создана первая универсальная ЭВМ - ENIAC . ЭВМ ENIAC содержала 18 тыс. ламп, весила 30 тонн, занимала площадь около 200 квадратных метров и потребляла огромную мощность. В ней все еще использовались десятичные операции, и программирование осуществлял ось путем коммутации разъемов и установки переключателей. Естественно, что такое «программирование» влекло за собой появление множества проблем, вызванных, прежде всего, неверной установкой переключателей. С проектом ENIAC связано имя еще одной ключевой фигуры в истории вычислительной техники - математика Джона фон Неймана. Именно он впервые предложил записывать программу и ее данные в память машины так, чтобы их можно было при необходимости модифицировать в процессе работы. Этот ключевой принцип, был использован в дальнейшем при создании принципиально новой ЭВМ EDVAC (1951 год). В этой машине уже при меняется двоичная арифметика и используется оперативная память, построенная на ультразвуковых ртутных линиях задержки. Память могла хранить 1024 слова. Каждое слово состояло из 44 двоичных разрядов.

После создания EDVAC человечество осознало, какие высоты науки и техники могут быть достигнуты тандемом человек-компьютер. Данная отрасль стала развиваться очень быстро и динамично, хотя здесь тоже наблюдалась некоторая периодичность, связанная с необходимостью накопления определенного багажа знаний для очередного прорыва. До середины 80-х годов процесс эволюции вычислительной техники принято делить на поколения. Для полноты изложения дадим этим поколениям краткие качественные характеристики:

Первое поколение ЭВМ (1945-1954 гг.) В этот период формируется типовой набор структурных элементов, входящих в состав ЭВМ. К этому времени у разработчиков уже сложилось примерно одинаковое представление о том, из каких элементов должна состоять типичная ЭВМ. Это - центральный процессор (ЦП), оперативная память (или оперативно запоминающее устройство - ОЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ). ЦП, в свою очередь, должен состоять из арифметико-логического устройства (АЛУ) и управляющею устройства (УУ). Машины этого поколения работали на ламповой элементной базе, из-за чего поглощали огромное количество энергии и были очень не ненадежны. С их помощью, в основном, решались научные задачи. Программы для этих машин уже можно было составлять не на машинном языке, а на языке ассемблера.

Второе поколение ЭВМ (1955-1964 гг.). Смену поколений определило появление новой элементной базы: вместо громоздкой лампы в ЭВМ стали применяться миниатюрные транзисторы, линии задержки как элементы оперативной памяти сменила память на магнитных сердечниках. Это в конечном итоге привело к уменьшению габаритов, повышению надежности и производительности ЭВМ. В архитектуре ЭВМ появились индексные регистры и аппаратные средства для выполнения операций с плавающей точкой. Были разработаны команды для вызова подпрограмм.

Появились языки программирования высокого уровня - Algol, FORTRAN, COBOL, - создавшие предпосылки для появления переносимого программного обеспечения, не зависящего от типа ЭВМ. С появлением языков высокого уровня возникли компиляторы для них, библиотеки стандартных подпрограмм и другие хорошо знакомые нам сейчас вещи.

Важное новшество, которое хотелось бы отметить, - это появление так называемых процессоров ввода-вывода. Эти специализированные процессоры позволили освободить центральный процессор от управления вводом-выводом и осуществлять ввод-вывод с помощью специализированного устройства одновременно с процессом вычислений. На этом этапе резко расширился круг пользователей ЭВМ и возросла номенклатура решаемых задач. Для эффективного управления ресурсами машины стали использоваться операционные системы (ОС).

Третье поколение ЭВМ (1965-1970 гг.). Смена поколений вновь была обусловлена обновлением элементной базы: вместо транзисторов в различных узлах ЭВМ стали использоваться интегральные микросхемы различной степени интеграции. Микросхемы позволили разместить десятки элементов на пластине размером в несколько сантиметров. Это, в свою очередь, не только повысило производительность ЭВМ, но и снизило их габариты и стоимость. Появились сравнительно недорогие и малогабаритные машины - Мини-ЭВМ. Они активно использовались для управления различными технологическими производственными процессами в системах сбора и обработки информации.

Увеличение мощности ЭВМ сделало возможным одновременное выполнение нескольких программ на одной ЭВМ. Для этого нужно было научиться координировать между собой одновременно выполняемые действия, для чего были расширены функции операционной системы.

Одновременно с активными разработками в области аппаратных и архитектурных решений растет удельный вес разработок в области технологий программирования. В это время активно разрабатываются теоретические основы методов программирования, компиляции, баз данных, операционных систем и т. д. Создаются пакеты прикладных программ для самых различных областей жизнедеятельности человека.

Теперь уже становится непозволительной роскошью переписывать все программы с появлением каждого нового типа ЭВМ. Наблюдается тенденция к созданию семейств ЭВМ, то есть машины становятся совместимы снизу вверх на программно-аппаратном уровне. Первая из таких семейств была серия IBM System/360 и наш отечественный аналог этого компьютера - ЕС ЭВМ.

Четвертое поколение ЭВМ (1970-1984 гг.). Очередная смена элементной базы привела к смене поколений. В 70-е годы активно ведутся работы по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), которые позволили разместить на одном кристалле десятки тысяч элементов. Это повлекло дальнейшее существенное снижение размеров и стоимости ЭВМ. Работа с программным обеспечением стала более дружественной, что повлекло за собой рост количества пользователей.

В принципе, при такой степени интеграции элементов стало возможным попытаться создать функционально полную ЭВМ на одном кристалле. Соответствующие попытки были предприняты, хотя они и встречались, в основном, недоверчивой улыбкой. Наверное, этих улыбок стало бы меньше, если бы можно было предвидеть, что именно эта идея станет причиной вымирания больших ЭВМ через каких-нибудь полтора десятка лет.

Тем не менее в начале 70-х годов фирмой Intel был выпущен микропроцессор (МП) 4004. И если до этого в мире вычислительной техники были только три направления (супер ЭВМ, большие ЭВМ (мэйнфреймы) и мини-ЭВМ), то теперь к ним прибавилось еще одно - микропроцессорное. В общем случае под процессором понимают функциональный блок ЭВМ, предназначенный для логической и арифметической обработки информации на основе принципа микропрограммного управления. По аппаратной реализации процессоры можно разделить на микропроцессоры (полностью интегрированы все функции процессора) и процессоры с малой и средней интеграцией. Конструктивно это выражается в том, что микропроцессоры реализуют все функции процессора на одном кристалле, а процессоры других типов реализуют их путем соединения большого количества микросхем.

Итак, первый микропроцессор 4004 был создан фирмой Intel на рубеже 70-х годов. Он представлял собой 4-разрядное параллельное вычислительное устройство, и его возможности были сильно ограничены. 4004 мог производить четыре основные арифметические операции и применялся поначалу только в карманных калькуляторах. Позднее сфера его применения была расширена за счет использования в различных системах управления (например, для управления светофорами). Фирма Intel, правильно предугадав перспективность микропроцессоров, продолжила интенсивные разработки, и один из ее проектов в конечном итоге привел к крупному успеху, предопределившему будущий путь развития вычислительной техники.

Им стал проект по разработке 8-разрядного процессора 8080 (1974 г.). Этот микропроцессор имел довольно развитую систему команд и умел делить числа. Именно он был использован при создании персонального компьютера Альтаир, для которого молодой Билл Гейтс написал один из своих первых интерпретаторов языка BASIC. Наверное, именно с этого момента следует вести отсчет 5-го поколения.

Пятое поколение ЭВМ (1984 г. – наши дни) можно назвать микропроцессорным. Заметьте, что четвертое поколение закончилось только в начале 80-х, то есть родители в лице больших машин и их быстро взрослеющее и набирающее силы «чадо» В течение почти 10 лет относительно мирно существовали вместе. Для них обоих это время пошло только на пользу. Проектировщики больших компьютеров накопили огромный теоретический и практический опыт, а программисты микропроцессоров сумели найти свою, пусть поначалу очень узкую, нишу на рынке.

В 1976 году фирма Intel закончила разработку 16-разрядного процессора 8086. Он имел достаточно большую разрядность регистров (16 бит) и системной шины адреса (20 бит), за счет чего мог адресовать до 1 Мбайт оперативной памяти.

В 1982 году был создан 80286. Этот процессор представлял собой улучшенный вариант 8086. Он поддерживал уже несколько режимов работы: реальный, когда формирование адреса производилось по правилам i8086, и защищенный, который аппаратно реализовывал многозадачность и управление виртуальной памятью. 80286 имел также большую разрядность шины адреса - 24 разряда против 20 у 8086, и поэтому он мог адресовать до 16 Мбайт оперативной памяти. Первые компьютеры на базе этого процессора появились в 1984 году. По своим вычислительным возможностям этот компьютер стал сопоставим с IBM System/370. Поэтому можно считать, что на этом четвертое поколение развития ЭВМ завершилось.

В 1985 году фирма Intel представила первый 32-разрядный микропроцессор 80386, аппаратно совместимый снизу вверх со всеми предыдущими процессорами этой фирмы. Он был гораздо мощнее своих предшественников, имел 32-разрядную архитектуру и мог прямо адресовать до 4 Гбайт оперативной памяти. Процессор 386 стал поддерживать новый режим работы - режим виртуального 8086, который обеспечил не только большую эффективность работы программ, разработанных для 8086, но и позволил осуществлять параллельную работу нескольких таких программ. Еще одно важное нововведение - поддержка страничной организации оперативной памяти - позволило иметь виртуальное пространство памяти размером до 4 Тбайт.

Процессор 386 был первым микропроцессором, в котором использовалась параллельная обработка. Так, одновременно осуществлялись: доступ к памяти и устройствам ввода-вывода, размещение команд в очереди для выполнения, их декодирование, преобразование линейного адреса в физический, а также страничное преобразование адреса (информация о 32-х наиболее часто используемых страницах помещалась в специальную кэш-память).

Вскоре после процессора 386 появился 486. В его архитектуре получили дальнейшее развитие идеи параллельной обработки. Устройство декодирования и исполнения команд было организовано в виде пятиступенчатого конвейера, на втором в различной стадии исполнения могло находиться до 5 команд. На кристалл была помещена кэш-память первого уровня, которая содержала часто используемые код и данные. Кроме этого, появилась кэш-память второго уровня емкостью до 512 Кбайт. Появилась возможность строить многопроцессорные конфигурации. В систему команд процессора были добавлены новые команды. Все эти нововведения, наряду со значительным (до 133 МГц) повышением тактовой частоты микропроцессора, значительно позволили повысить скорость выполнения про грамм.

С 1993 года стали выпускаться микропроцессоры Intel Pentium. Их появление, начале омрачилось ошибкой в блоке операций с плавающей точкой. Эта ошибка была быстро устранена, но недоверие к этим микропроцессорам еще некоторое время оставалось.

Pentium продолжил развитие идей параллельной обработки. В устройство декодирования и исполнения команд был добавлен второй конвейер. Теперь два конвейера (называемых u и v) вместе могли исполнять две инструкции за такт. Внутренний кэш был увеличен вдвое - до 8 Кбайт для кода и 8 Кбайт для данных. Процессор стал более интеллектуальным. В него была добавлена возможность предсказания ветвлений, в связи с чем значительно возросла эффективность исполнения нелинейных алгоритмов. Несмотря на то что архитектура системы оставалась все еще 32-разрядной, внутри микропроцессора стали использоваться 128- и 256-разрядные шины передачи данных. Внешняя шина данных была увеличена до 64 бит. Продолжили свое развитие технологии, связанные с многопроцессорной обработкой информации.

Появление микропроцессора Pentium Pro разделило рынок на два сектора - высокопроизводительных рабочих станций и дешевых домашних компьютеров. В процессоре Pentium Pro были реализованы самые передовые технологии. В частности был добавлен еще один конвейер к имевшимся двум у процессора Pentium. Тем самым за один такт работы микропроцессор стал выполнять до трех инструкций.

Более того, процессор Pentium Pro позволил осуществлять динамическое исполнение команд (Dynamic Execution). Суть его в том, что три устройства декодирования команд, работая параллельно, делят команды на более мелкие части, называемые микрооперациями. Далее эти микрооперации могут исполняться параллельно пятью устройствами (двумя целочисленными, двумя с плавающей точкой и одним устройством интерфейса с памятью). На выходе эти инструкции опять собираются в первоначальном виде и порядке. Мощь Pentium Pro дополняется усовершенствованной организацией его кэш-памяти. Как и процессор Pentium, он имеет 8 Кбайт кэш-памяти первого уровня и 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня. Однако за счет схемных решений (использование архитектуры двойной независимой шины) кэш-память второго уровня расположили на одном кристалле с микропроцессором, что значительно повысило производительность. В Pentium Pro реализовали 36-разрядную адресную шину, что позволило адресовать до 64 Гбайт оперативной памяти.

Процесс развития семейства обычных процессоров Pentium тоже не стоял на месте. Если в процессорах Pentium Pro параллелизм вычислений был реализован за счет архитектурных и схемотехнических решений, то при создании моделей процессора Pentium пошли по другому пути. В них включили новые команды, для поддержки которых несколько изменили программную модель микропроцессора. Эти команды, получившие название MMX-команд (MultiMedia eXtention - мультимедийное расширение системы команд), позволили одновременно обрабатывать несколько единиц однотипных данных.

Следующий выпущенный в свет процессор, названный Pentium II, объединил в себе все технологические достижения обоих направлений развития архитектуры Pentium. Кроме этого он имел новые конструктивные особенности, в частности, его корпус выполнен в соответствии с новой технологией изготовления корпусов. Не забыт и рынок портативных компьютеров, в связи с чем процессором поддерживаются несколько режимов энергосбережения.

Процессор Pentium III. Традиционно он поддерживает все достижения своих предшественников, главное (и, возможно, единственное?!) его достоинство - наличие новых 70 команд, Эти команды дополняют группу MMX-команд, но для чисел с плавающей точкой. Для поддержки этих команд в архитектуру процессора был включен специальный блок.

Источник: chernykh.net

www.my-article.net

Изобретение компьютера

Мы не мыслим свой день без компьютера. Но было время когда их не существовало вовсе. Какая же история появления компьютеров и наступление эру новых технологий?

История изобретения компьютера достаточно длинная. Само слово компьютер изначально обозначает устройство, используемое для арифметических вычислений. всё началось с XVII века. В то время Паскаль изобрел специальную механическую машину, которая складывала числа. Через тридцать лет был создан первый арифмометр, он мог не только складывать но и умножать, вычитать и делить числа между собой. На этих машинах стали проводиться сложные рассчеты, которые были сложно делать в уме. Но к сожалению арифмометр был громоздким и медленным и нуждался в усовершенствовании. Конечно, это не первые попытки сделать механическую машину для рассчетов - ещё в XV веке Леонардо Да-Винчи создал чертежи для зубчатой машины, которая бы занималась сложением. В XIX веке появляется первый станок с возможностью управления им с помощью заранее заготовленных программ. В этом же веке начинают выпускаться арифмометры в промышленных масштабах.

В 1927 появился первый компьютер - он был аналоговым и был создан в Америке. Через несколько десятков лет был создан первый электронный цифровой компьютер, это время пришлось как раз на начало Второй мировой войны. После этого была создана машина Марк I - то, что впервые называется компьютером в том смысле, в каком мы его понимаем сейчас. После этого процесс пошёл всё быстрее и быстрее - первая ЭВМ создаётся в Киеве в 50х годах XX века, через десять лет американцы начинают промышленный выпуск компьютеров. Большое влияние на развитие компьютерной техники оказало открытие интегральной схемы, которое позволило уменьшить размеры компьютеров.

Менялся и способ хранения данных - от перфорационных карточек, исполльзуемых в 60х годах мы пришли к дискетам, после этого уже к компакт-дискам и USB-Flash накопителям. Кроме того развивались и языки программирования - в этом был замечен Джон Нейман, именно благодаря ему мы имеем архитектуру современных компьютеров такой, какая она есть сейчас, с двоичным кодом. Конечно, первые ЭВМ создавались исключительно для алгебраических операций, что видно из названия, но со временем они перестали быть прерогативой ученых и превратились в общепризнанное достижение, которое могут использовать многие.

www.izv.info

---

• 
  Кластерный компьютер
• 
  Система компьютерного зрения
• 
  Новинки планшетных компьютеров 2018
• 
  Управление памятью в автономных однопроцессорных компьютерах
• 
  Компьютерное зрение это
• 
  Компьютерная томография радиация
• 
  Как запустить ios приложения на компьютере
• 
  Как запустить приложения ios на компьютере
• 
  Что такое блок питания для компьютера
• 
  Процессор у компьютера
• 
  Как майнить с обычного компьютера