История развития вычислительной техники.

Поколения ЭВМ.

Долинин А.А., учитель информатики и ИКТ МБОУ «Уренская СОШ № 1»

Первым счётным средством для человека были его пальцы. Этот инструмент всегда под рукой!

История средств обработки информации

Применялись и другие способы счёта.

В V веке нашей эры в Греции и Египте получил распространение абак. Переводится он как «счётная

доска». Слово это греческое и означает буквально «пыль». При чём тут пыль? Очень просто: на специальной доске в определённом порядке

раскладывались камешки, а чтобы они не скатывались, доска покрывалась слоем песка или пыли.

В последствии вместо пыли на доске выдалбливали желобки, по которым перемещали камешки.

Счёты с костяшками – тоже абак, только модернизированный, вместо пыли –

проволочные спицы.

Подобные инструменты счёта распространились и развивались по всему миру.

Известны китайские, римские счёты. А вот русские счёты до сих пор пытаются конкурировать с современной вычислительной техникой.

У китайцев – «суан-пан», у японцев – «серобян», в России – «щоты».

В 1645 году 18-летний французский физик и математик Блез Паскаль создал первую счётную машину. Эта машина выполняла сложение и вычитание многозначных чисел.

6

Вычислительные операции машина производила с помощью зубчатых колёс.

В 1673 году немецкий учёный Вильгельм Лейбниц создал арифметическую машину (механический арифмометр), которая механически выполняла все четыре арифметических операции с многозначными числами.

Машина Бэббиджа – предшественница ЭВМ.

В 1823 году Чарльзом Бэббиджем, профессором Кембриджского университета, была выдвинута идея создания универсальной программируемой счётной машины.

Задуманный им проект машины содержал все основные устройства вычислительных машин:

СКЛАД (память), где хранятся исходные числа и промежуточные результаты;

МЕЛЬНИЦА (арифметическое устройство), в которой осуществляются операции над числами, взятыми из склада;

КОНТОРА (устройство управления), производит управление последовательностью операций над числами соответственно заданной программе;

БЛОК ВВОДА исходных данных;БЛОК ПЕЧАТИ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Бэббидж работал над созданием программно управляемой Аналитической машины в период с 1820 по 1856 год.

Аналитическая машина Бэббиджа

Однако программы для этой машины были написаны. Их составила в 1846 году Ада Лавлейс – дочь великого английского поэта Джорджа Байрона. Она считается первой женщиной-программистом. В её честь назван язык программирования АДА.

Из-за сложности и механического износа деталей проект Бэббиджа, опережавший технические возможности своего времени, так и остался

нереализованным.

Перфокарты для «Аналитической машины».

Работы по изготовлению «Аналитической машины» были прерваны смертью Ч. Бэббиджа. Полностью «Разностная машина» Бэббиджа была достроена только в наше время в 1991 г. двумя инженерами Р. Криком и Б. Холловеем в Лондонском научном музее к 200-летию со дня рождения её автора.Она состоит из 4000 деталей и может вычислять разности 7-го порядка.

Непосредственными предшественниками ЭВМ были релейные вычислительные машины.

Электромеханическое реле – это двухпозиционный переключатель, который имеет два состояния: включено и выключено. Это свойство позволяет использовать реле для кодирования информации в двоичном виде.

В процессе работы релейной машины происходят переключения тысяч реле из одного состояния в другое.

Релейная машина «Марк-2» (1947г.) содержала около 13 000 реле. Одной из наиболее совершенных релейных машин была машина советского конструктора Н.И. Бессонова – РВМ-1. Она была построена в1956 году и проработала почти 10 лет, конкурируя с существовавшими уже в то время ЭВМ.

Реле сильно ограничивало скорость работы таких машин. Скорость РВМ-1 составляла 50 сложений или 20 умножений в секунду.

Электромеханическая счётная машина МАРК-1

В первой половине ХХ века бурно развивалась радиоэлектроника. Основным элементом радиоэлектроники были электронно-вакуумные лампы.

Электронные лампы стали технической основой первых ЭВМ.

Начало эпохи ЭВМ

Первая ЭВМ – универсальная машина на электронных лампах - была построена в 1945 году в США.

Эта машина называлась ENIAC (электронный цифровой интегратор и вычислитель). Скорость счёта этой машины превосходила скорость релейных машин того времени в тысячу раз.

В машине ENIAC было около 18 000 электронных ламп. При работе она так разогревалась, что требовалось специальное охлаждение. Машина весила 30 тонн и потребляла мощность 150 кВт.

ENIAC

18

Первый электронный компьютер ENIAC программировался штекерно-коммунитационным способом. Программа набиралась при помощи штекеров, вручную, «навтыкивалась». На коммутационной доске соединялись проводниками отдельные блоки машины.

ENIAC

Принципы работы ЭВМ

Основные идеи, по которым долгие годы развивалась вычислительная техника, были разработаны крупнейшим американским математиком Джоном фон Нейманом:

1. принцип программного управления;2. принцип двоичного кодирования, арифметическое

устройство должно работать в двоичной системе счисления;

3. принцип хранимой в памяти программы (программа должна храниться в памяти вместе с числами);

4. память должна иметь иерархическую структуру (невозможно при включении ЭВМ вводить в машину программу, её надо хранить на внешних носителях).

В соответствии с идеями Неймана современные вычислительные машины состоят из процессора, арифметического устройства, устройств ввода-вывода и памяти для хранения данных и программ.

В 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой Неймана – английская машина EDSAC. В 1950 году появилась американская ЭВМ EDVAC. Эти машины существовали в единственных экземплярах. Серийное производство ЭВМ началось в развитых странах в 50-х годах ХХ века.

ЭДСАК 1949г.

Русская вычислительная техника

Вашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ – малая электронная счётная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев. Институт электротехники АН УССР возглавляемый С.А. Лебедевым находился в Киеве.

Под руководством С.А. Лебедева в 50-х годах в СССР были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 (быстродействующая электронная счётная машина), БЭСМ -2 , М-20. В то время эти машины были одними из лучших в мире.

БЭСМ - 6

В 60-х годах ХХ века С.А. Лебедев руководил разработкой полупроводниковых ЭВМ БЭСМ-3М,

БЭСМ-4, М-220, М-222. Выдающимся достижением того периода была машина БЭСМ-6.

Это первая отечественная и одна из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в

секунду.

Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения. Смены

поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы. Это всегда приводило к росту быстродействия и

объёма памяти.

I поколение (1945-1959)Это доисторические времена, эпоха становления вычислительной

техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки

Элементная база машин первого поколения - электронные лампы.

ЭВМ требовали большой площади помещения. Для поддержания их работоспособности требовался штат опытных инженеров, способных быстро находить неисправность и устранять её.

Системное программное обеспечение отсутствовало. Были узко специализированы на решение математических задач.Включали: одно устройство памяти; одно арифметическое устройство; несколько примитивных устройств ввода-вывода информации.

II поколение (1950-1960)

Элементной базой стали полупроводниковые приборы – транзисторы, диоды.

В составе ЭВМ появились печатающие устройства, магнитные накопители для хранения информации.

Появились языки программирования: Фортран, Алгол, Кобол, Бэйсик.

Сократились размеры машин, потребление электроэнергии, что позволило открыть серийное производство ЭВМ.

ЭВМ II поколения использовались уже не только для задач вычислительной математики, но и для решения задач обработки данных (бух.учёта или учёта товаров на складе, организация всевозможных каталогов).

Машины этого поколения: «РАЗДАН-2», «IВМ-7090», «Минск-22,-32», «Урал- 14,-16», «БЭСМ-3,-4,-6», «М-220, -222» и др.

Применение полупроводников в электронных схемах ЭВМ привели к увеличению достоверности, производительности до 30 тыс. операций в секунду, и оперативной памяти до 32 Кб.

На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой.

ЭВМ второго поколения МЭСМ-2

III поколение (1960-1979)

Основу машин III поколения составляли интегральные схемы.

Интегральные схемы – это обычные электронные схемы, состоящие из транзисторов, конденсаторов и сопротивлений, изготовленные на многослойной кристаллической плёнке.

На 1 мм. в кв. такой плёнки располагаются электронные схемы, содержащие тысячи элементов.

Габариты ЭВМ резко уменьшились. Значительно выросло быстродействие.

В состав ЭВМ были включены удобные устройства вывода – дисплеи.

Большая интегральная схема

ЕС-1022 – ЭВМ

третьего поколения.

У нас в стране серию машин III поколения образует семейство ЕС, за рубежом IBM/360 (США, 1965г.).

Производительность этих машин достигала от 500 тыс. до 2 млн. операций в секунду, объём оперативной памяти достигал от 8 Мб до 192 Мб.

В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть - зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 году одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир.

IV поколение (1975 (80)- …)На смену ЭВМ III поколения пришли многопроцессорные

машины IV поколения. Элементной базой этих машин стали БИС (большие интегральные схемы), в которых на одном кристалле кремния размещаются уже не десятки, а сотни тысяч логических элементов.

Фирма Intel создала в 1971 году микропроцессор. Соединив микропроцессор с устройствами ввода/вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микроЭВМ.

Персональный компьютер – это микроЭВМ с дружественным к пользователю аппаратным и программным обеспечением.

Существенным отличием микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты и сравнительная дешевизна.

Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.

В аппаратном комплекте ПК используется цветной графический дисплей, манипуляторы типа «мышь», «джойстик», удобная клавиатура, удобные для пользователя компактные диски (магнитные и оптические).

Программное обеспечение позволяет человеку легко общаться с машиной не прибегая к программированию.

Часть БИС под микроскопом

ЭВМ четвёртого поколения

Эльбрус-2 – ЭВМ четвёртого поколения.

Вычислительные комплексы "Эльбрус-2" эксплуатировались в Центре управления космическими полетами, в ядерных исследовательских центрах. Наконец, именно комплексы "Эльбрус-2" с 1991 года использовались в системе противоракетной обороны и на других военных объектах.

С 1980 года передовым производителем компьютеров становится фирма IBM. Её конструкторам удалось создать такую архитектуру, которая стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer).

В конце 80-х – начале 90-х годов ХХ века большую популярность приобрели машины фирмы Apple Corporation марки Macintosh. В США они широко используются в системе образования.

V поколение

ЭВМ пятого поколения – это машины недалёкого будущего. Основным качеством их должен быть высокий интеллектуальный уровень.

Машины пятого поколения – это реализованный искусственный интеллект. В них будет возможен ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание».

Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники и биопроцессоры. Многое уже практически сделано в этом направлении.