IСТОРIЯ OБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ

ТЕХНIКИ

© К.Ю. Поляков, 2007-2008Переклад В.Семенюка

1. Стародавні засоби лічби2. Перші обчислювальні машини3. Перші комп’ютери4. Принципи фон Неймана5. Покоління комп’ютерів (I-IV)6. Персональні комп’ютери7. Сучасна цифрова техніка

Кісти із зарубками («вестоницька кість», Чехія, 30 тис. років до н.е.)

Вузолкове письмо (Південна Америка, VII століття н.е.)

вузли з вплетенними камінцями нитки різного кольору (червона

– число воїнів, жовта – золото) десяткова система

Стародавні засоби лічби

о. Саламін в Егейському морі (300 років до н.е.)

• бороздки – одиниці, десятки, сотні, …• кількість каменів – цифри• десяткова система

Саламінська дошка

Абак (Стародавній Рим) – V-VI ст.

Суан-пан (Китай) – VI ст.

Соробан (Японія) XV-XVI ст.

Рахівниця (Росія) – XVII ст.

Абак і його «родичі»

Леонардо да Вінчі (XV ст.) – сумуючий пристрій з зубчатими колесами: додавання 13-розрядних чисел

Вільгельм Шиккард (XVI ст.) – сумуючий «лічильний годинник»: додавання і множення 6-розрядних чисел(машина побудована, але згоріла)

Перші проекти лічильних машин

Блез Паскаль (1623 - 1662)• машина побудована!• зубчаті колеса• додавання і віднімання

8-разрядних чисел• десяткова система

’«Паскаліна» (1642)

Вільгельм Готфрід Лейбніц (1646 - 1716)

• додавання, віднімання, множення, діленння!

• 12-розрядні числа• десяткова система

Арифмометр «Фелікс»(СРСР, 1929-1978) – розвиток ідеї машини Лейбніца

Машина Лейбніца (1672)

Різнецева машина (1822)Аналітична машина (1834)• «млин» (автоматичне виконання

обчислень)• «склад» (збереження даних)• «контора» (управління)• уведення даних і програми з

перфокарт• уведення програми «на ходу»

Ада Лавлейс (1815-1852)перша програма – обчисленнячисел Бернулі (цикли, умовні переходи)1979 –мова програмування Ада

Машини Чарльза Беббіджа

• Основи математичної логiки: Джордж Буль (1815 - 1864).

• Електронно-променева трубка (Дж. Томсон, 1897)

• Вакумні лампи – діод, тріод (1906)

• Тригер – пристрій для зберігання біта (М.А. Бонч-Бруєвич, 1918).

• Використання математичної логіки в комп’ютерах (К. Шеннон, 1936)

Прогрес в науці

1937-1941. Конрад Цузе: Z1, Z2, Z3, Z4.• електромеханічне реле

(пристрій з двома станами)• двійкова система• використання булевої алгебри• уведення даних з кіноплівки

1939-1942. Перший макет електронного лампового комп’ютера, Дж. Атанасофф

• двійкова система• pозв’язок систем 29 лінійних рівнянь

Перші комп’ютери

Розробник – Говард Айкен (1900-1973)

Перший комп’ютер в США:– довжина 17 м, вага 5 тон

– 75 000 електронних ламп

– 3000 механічних реле– додавання – 3 секунди, ділення – 12 секунд

Марк-I (1944)

Збереження даних на паперовій смужці

А це – програма…А це – програма…

Марк-I (1944)

• Принцип двійкого кодування: всяінформація кодується в двійковому

вигляді.• Принцип програмного керування:

програма складається з набору команд,які виконуються процесоромавтоматично одна за одною впевній послідовності.

• Принцип однородіності пам’яті: програми і дані зберігаються в одній і тій же

пам’яті. • Принцип адресності: пам’ять складається з

пронумерованих комірок; процесору вбудь-який момент часу доступна будь-якакомірка.

(«Попередня доповідь про машину EDVAC», 1945)

Принципи фон Неймана

I. 1945 – 1955eлектронно-вакумнi лампи

II. 1955 – 1965транзистори

III. 1965 – 1980інтегральні мікросхеми

IV. с 1980 по …великі і надвеликі інтегральні схеми (ВІС і НВІС)

Поколiння комп’ютерiв

• на електронних лампах

• швидкодія 10-20 тис. операцій в секунду• кожна машина має свою мову• немає операційних систем

• введення і виведення: перфострічки, перфокарти, магнітна плівка

I покоління (1945-1955)

Electronic Numerical Integrator And Computer Дж. Моучли і П. ЕккертПерший комп’ютер загального призначення на електронних лампах:

• довжина 26 м, маса 35 тон• додавання – 1/5000 с, ділення – 1/300 с• десяткова система числення• 10-розрядні числа

ЕНІАК (1946)

1951. МЕСМ – мала електронно-лічильна (счетна) машина • 6 000 електронних ламп• 3 000 операцій в секунду• двійкова система

1952. БЕСМ – велика електронно-лічильна (счетна) машина• 5 000 електронних ламп• 10 000 операцій в секунду

Комп’ютери С.А. Лебедєва

• на напівпровідникових транзисторах (1948, Дж. Бардін, У. Брэттейн і У. Шоклі)

• 10-200 тис. операцій в секунду

• перші операційні системи

• перші мови програмування: Фортран (1957), Алгол (1959)

• засоби зберігання інформації: магнітні барабани, магнітні диски

II покоління (1955-1965)

1953-1955. IBM 604, IBM 608, IBM 702

1965-1966. БЕСМ-6• 60 000 транзисторів• 200 000 діодів• 1 млн. операцій

в секунду• пам’ять – магнітна

плівка, магнітний барабан

• працювали до 90-х р.

II покоління (1955-1965)

• на інтегральних мікросхемах (1958, Дж. Кілбі)

• швидкодія до 1 млн. операцій в секунду

• оперативна пам’ять – сотні Кбайт

• операційні системи – управлення пам’ятью, пристроями, часом процесора

• мова програмування Бэйсік (1965), Паскаль (1970, Н. Вірт), Сі (1972, Д. Рітчі)

• сумістність програм

III поколiння (1965-1980)

великі універсальні комп’ютери1964. IBM/360 фирми IBM.

• кеш-пам’ять• конвейєрна обробка

команд• операційна система

OS/360• 1 байт = 8 біт (а не 4 або 6!)• розділення часу

1970. IBM/370

1990. IBM/390

дисковід принтер

Мейнфрейми IBM

1971. ЕС-1020• 20 тис. оп/c• пам’ять 256 Кб

1977. ЕС-1060• 1 млн. оп/c• пам’ять 8 Мб

1984. ЕС-1066• 5,5 млн. оп/с • пам’ять 16 Мб

магнитные ленты принтер

Комп’ютери ЕС ЕОМ (СРСР)

Серія PDP фірми DEC• менша ціна• простіше програмувати• графічний екран

СМ ЕОМ – система малих машин (СРСР)• до 3 млн. оп/c• пам’ять до 5 Мб

Мінікомп’ютери

• комп’ютери на великих і надвеликихінтегральних схемах (БІС, СБІС)

• суперкомп’ютери

• персональні комп’ютери

• поява користувачів-непрофесіоналів, необхідність «дружнього» інтерфейса

• більше 1 млрд. операцій в секунду

• оперативна пам’ять – до декількох гігабайт

• багатопроцесорні системи

• комп’ютерні мережі

• мультимедіа (графіка, анімація, звук)

IV покоління (з 1980 по …)

1972. ILLIAC-IV (США)• 20 млн. оп/c• багатопроцесорна

система

1976. Cray-1 (США)• 166 млн. оп/c• пам’ять 8 Мб• векторні обчислення

1980. Ельбрус-1 (СССР)• 15 млн. оп/c• пам’ять 64 Мб

1985. Ельбрус-2• 8 процесорів• 125 млн. оп/c• пам’ять 144 Мб• водяне охолодження

Суперкомп’ютери

1985. Cray-22 млрд. оп/c

1989. Cray-35 млрд. оп/c

1995. GRAPE-4 (Японія)1692 процесора1,08 трлн. оп/c

2002. Earth Simulator (NEC)5120 процесорів36 трлн. оп/c

2007. BlueGene/L (IBM)212 992 процесора596 трлн. оп/c

Суперкомп’ютери

1971. Intel 4004 • 4-бітні дані

• 2250 транзисторів

• 60 тис. операцій в секунду.

1974. Intel 8080• 8-бітні дані

• ділення чисел

Мікропроцесори

1985. Intel 80386• 275 000 транзисторів• віртуальна память

1989. Intel 80486• 1,2 млн. транзисторів

1993-1996. Pentium• частоти 50-200 МГц

1997-2000. Pentium-II, Celeron• 7,5 млн. транзисторів• частоти до 500 МГц

1999-2001. Pentium-III, Celeron• 28 млн. транзисторів• частоти до 1 ГГц

2000-… Pentium 4• 42 млн. транзисторів• частоти до 3,4 ГГц

2006-… Intel Core 2• до 291 млн. транзисторів• частоти до 3,4 ГГц

Процесори Intel

1995-1997. K5, K6 (аналог Pentium)

1999-2000. Athlon K7 (Pentium-III)• частота до 1 ГГц• MMX, 3DNow!

2000. Duron (Celeron)• частота до 1,8 ГГц

2001. Athlon XP (Pentium 4)

2003. Opteron (серверы) Athlon 64 X2

• частота до 3 ГГц

2004. Sempron (Celeron D)• частота до 2 ГГц

2006. Turion (Intel Core)• частота до 2 ГГц

Advanced Micro Devices

Процесори AMD

1974. Альтаїр-8800 (Е. Робертс)• комплект для збирання• процесор Intel 8080• частота 2 МГц• пам’ять 256 байт

1975. Б. Гейтс і П. Аллен транслятор мови Альтаїр-Бейсік

Перший мікрокомп’ютер

1976. Apple-I С. Возняк і С. Джобс

1977. Apple-II - стандарт в школах США з 1980-х• тактова частота 1 МГц• пам’ять 48 Кб• кольорова графіка• звук• мова Бейсік• перші електронні таблиці VisiCalc

Комп’ютери Apple

1983. «Apple-IIe»• пам’ять 128 Кб• 2 дисковода 5,25 дюйма з

гнучкими дисками

1983. «Lisa»• перший комп’ютер, який

курувався мишкою

1984. «Apple-IIc»• портативний комп’ютер• рідиннокристалічний дисплей

Комп’ютери Apple

1984. Macintosh• системний блок і монітор в одному

корпусі• немає жорсткого диску• дискети 3,5 дюйма

1985. Excel для Macintosh

1992. PowerBook

PowerMac G3 (1997) PowerMac G4 (1999)

iMac (1999) PowerMac G4 Cube (2000)

Комп’ютери Apple

2006. MacPro• процесор - до 8 ядер• пам’ять до 16 Гб• вінчестер(и) до 4 Тб

2006. MacBook• монітор 15’’ або 17’’• Intel Core 2 Duo• пам’ять до 4 Гб• вінчестер до 300 Гб

2007. iPhone• телефон• музика, фото, відео• Інтернет• GPS

Комп’ютеры Apple

2008. MacBook Air• процесор Intel Core 2 Duo• пам’ять 2 Гб• вінчестер 80 Гб• флеш-диск SSD 64 Гб

2009. Magic Mouse• чутлива поверхня• ЛКМ, ПКМ• прокручування в будь-якому

напрямку• масштаб (+Ctrl)• прокручування двома

пальцями (перелистуваннясторінок)

Комп’ютери Apple

36

Миша з чутливою поверхнею

Magic Mouse (фірма Apple)

клацання

ЛКМ і ПКМ

прокрутка Перелистуваннясторінок і

фотографій

+ Ctrl = масштаб

тільки Mac, MacBook, iTunes, Safari, iPhone

2010. iPad – Інтернет-планшет• процесор Apple A4• флеш-пам’ять до 64 Гб• сенсорний екран• час роботи 10 г• WiFi, BlueTooth• мобільний зв’язок 3G, Інтернет

Комп’ютери Apple

1. Монітор2. Материнська плата3. Процесор4. ОЗП5. Карти розширення6. Блок живлення7. Дисковід CD, DVD8. Вінчестер9. Клавіатура10. Миша

Комп’ютери IBM PC

• Комп’ютер збирається з окремих частин як конструктор.

• Багато виробників додаткових пристроїв.

• Кожний користувач може зібрати комп’ютер, який відповідає його особистим вимогам.

Стандартизуються і публикуються:• принципи дії комп’ютера• способи підключення нових пристроїв

Є рознімачі (слоти) для підключення пристроїв.

Принцип відкритої архітектури

1981. IBM 5150• процесор Intel 8088• частота 4,77 МГц• пам’ять 64 Кб• гнучкі диски 5,25 дюйма

1983. IBM PC XT• пам’ять до 640 Кб• вінчестер 10 Мб

1985. IBM PC AT• процесор Intel 80286• частота 8 МГц• вінчестер 20 Мб

Комп’ютери IBM

1985. Amiga-1000• процесор Motorolla 7 МГц• пам’ять до 8 Мб• дисплей до 4096 кольорів• мишка• багатозадачна ОС• 4-канальний стереозвук• технологія Plug and Play

(autoconfig)

Multi-Media – використання різних засобів (текст, звук, графіка, відео, анімація, інтерактивність) для передачі інформації

Мультимедіа

1985. Windows 1.0багатозадачність

1992. Windows 3.1віртуальна пам’ять

1993. Windows NTфайлова система NTFS

1995. Windows 95довжина імена файлівфайлова система FAT32

1998. Windows 982000. Windows 2000, Windows Me2001. Windows XP2006. Windows Vista2009. Windows 7

Microsoft Windows

Дисковід CD/DVD Відеокарта TV-тюнер Звукова карта

Звукові колонки Навушники Джойстик

Руль Шлеми віртуальної реальностіГеймпад

Мікрофон

Пристрої мультимедіа

Ноутбук КПК – кишеньковий персональний

комп’ютер

MP3-плеєр Електронна записна книжка

GPS-навігаторМультимедійний проектор

Цифровий фотоапарат

Цифрова відеокамера

Сучасна цифрова техніка

Ціль – створення суперкомп’ютера з функціями штучного інтелекта

• обрабка знань за допомогою логічних засобів (мова Пролог)• надвеликі бази даних• використання паралельних обчислень• розподілені обчислення• голосові повідомлення з комп’ютером• поступова заміна програмних засобів на апаратні

Проблеми:• ідея саморозвитку системи провалилась• невірна оцінка балансу програмних і апаратних засобів• традиційні комп’ютери достигнули більшого• ненадійність технологій• витрачено 50 млрд. йєн

V покоління (проект 1980-х, Японія)

Проблеми:• наближення до фізичної межі швидкодії• складність програмного забеспечення приводить до

зниження надійності

Перспективи:• квантові комп’ютери

▫ ефекти квантової механіки▫ паралельність обчислень▫ 2006 – комп’ютер з 7 кубіт

• оптичні комп’ютери («заморожене світло»)• біокомп’ютери на основі ДНК

▫ хімічна реакція з участю ферментів▫ 330 трлн. операцій в секунду

Проблеми і перспективи

http://www.tkptis.ru/inftest/inf/img/history.htm