История развития вычислительной техники Введение: 1. Понятие о компьютере.

История развития вычислительной техники.
Введение:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Понятие о компьютере.
Развитие вычислительной техники : исторический очерк.
Поколение и классификация компьютеров.
Краткая характеристика персонального компьютера.
Заключение
Список литературы.
Введение.
В данной работе я стремлюсь дать достаточно широкую картину компьютерной
революции, включая ее истоки.
Данная тема актуальна. Актуальность подтверждается словами Марвина Минского,
который писал: «На протяжении жизни всего лишь одного поколения рядом с человеком
вырос странный новый вид: вычислительные и подобные им машины, с которыми, как он
обнаружил, ему придется делить мир. Ни история, ни философия, ни здравый смысл не
могут подсказать нам, как эти машины повлияют на нашу жизнь в будущем, ибо они
работают совсем не так, как машины, созданные в эру промышленной революции».
Таким образом, целью моей работы является просмотреть развитие вычислительной
техники с древних времен до настоящего времени.
В связи с этим я рассмотрю следующие вопросы:
1.Понятие о компьютере.
2.Развитие вычислительной техники : исторический очерк.
3.Поколение и классификация компьютеров.
4.Краткая характеристика персонального компьютера.
1. Компью́тер (англ. Computer, — «вычислитель»)— устройство или система, способная
выполнять заданную, чётко определённую последовательность операций. Это чаще всего
операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и
операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программа.
Компьютер - машина для приема, переработки, хранения и выдачи информации в
электронном виде, которая может воспринимать и выполнять сложные
последовательности вычислительных операций по заданной инструкции — программе.
Слово «компьютер» означает «вычислитель», то есть устройство для вычислений.
Компьютер, как космическая или ядерная техника, - это продукт нашего столетия, но его
предыстория исчисляется многими столетиями и даже тысячелетиями. И это не случайно,
ведь потребность в различного рода вычислениях и расчетах существовала уже на самых
ранних стадиях развития цивилизации, а математика, одной из важнейших задач которой
была выработка точных правил этих вычислений, по праву относится к числу
древнейших наук. Различные устройства, облегчающие и ускоряющие процесс
вычислений, изобретались человеком еще в очень отдаленные времена. Так, история
возникновения счетов теряется в глубине столетий, аналогичные по назначению
устройства использовались многими народами.
В XVIII веке французский физик и математик Б. Паскаль сконструировал первое
устройство, позволившее частично механизировать арифметические операции. Идею
механизации обосновал гениальный немецкий философ и ученый Г. В. Лейбниц, который
считал, что «недостаточно совершенства человеческого, подобного рабам, тратить часы
на вычисления». В XIX веке работы английского математика и логика Дж. Буля сыграли
важную роль в создании общетеоретической основы будущего развития вычислительной
техники. Первую же практическую попытку разработать вычислительную машину с
программным управлением по своей структуре предвосхитившую современные ЭВМ,
предпринял в первой половине прошлого века профессор математики Кембриджского
Университета Ч. Бэббидж. В течение почти сорока лет он работал над проектом такой
машины (названной им аналитической машиной). Однако его проект, опередивший свое
время, остался нереализованным, а идею английского математика были оценены в
полной мере лишь значительно позднее, с наступлением эры электронных
вычислительных машин, то есть три четыре века спустя после его смерти.
Ученые и изобретатели многих стран напряженно работали в прошлом столетии над
созданием автоматической вычислительной машины. Сейчас нелегко дать точную
сравнительную оценку их вклада в создание первого компьютера, их причастности к
началу компьютерной эры. Компьютер родился не случайно, рождение было
подготовлено настойчивыми попытками многих исследователей автоматизировать
вычисления, а объем таких вычислений постоянно возрастал во многих областях науки и
практики.
2. История компьютера тесным образом связана с попытками облегчить и
автоматизировать большие объемы вычислений. Даже простые арифметические
операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому
уже в древности появилось простейшее счетное устройство — абак. В семнадцатом
веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные
математические расчеты. В 1642 Блез Паскаль сконструировал восьмиразрядный
суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шарль де Кольмар
создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор
прочно занял свое место на бухгалтерских столах.
Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены еще в
1833 английским математиком Чарлзом Бэббиджем. Он разработал проект машины для
выполнения научных и технических расчетов, где предугадал основные устройства
современного компьютера, а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж
предлагал использовать перфокарты — листы из плотной бумаги с информацией,
наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты уже использовались в
текстильной промышленности. Управление такой машиной должно было
осуществляться программным путем.
Идеи Бэббиджа стали реально воплощаться в жизнь в конце 19 века. В 1888
американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую
счетную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать
статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 изобретение Холлерита
было впервые использовано в 11-й американской переписи населения. Работа, которую
пятьсот сотрудников выполняли в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками
на 43 табуляторах за один месяц.
В 1896 Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company,
которая стала основой для будущей Интернэшнл Бизнес Мэшинс (International
Business Machines Corporation, IBM) — компании, внесшей гигантский вклад в
развитие мировой компьютерной техники.
Дальнейшее развитие науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые
вычислительные машины. В феврале 1944 на одном из предприятий Ай-Би-Эм (IBM) в
сотрудничестве с учеными Гарвардского университета по заказу ВМС США была
создана машина «Марк-1». Это был монстр весом около 35 тонн. «Марк-1» был основан
на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами,
закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длиной до 23
разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо четыре
секунды.
Но электромеханические реле работали недостаточно быстро. Поэтому уже в 1943
американцы начали разработку альтернативного варианта — вычислительной машины
на основе электронных ламп. В 1946 была построена первая электронная
вычислительная машина ENIAC. Ее вес составлял 30 тонн, она требовала для
размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических
деталей ENIAC содержал 18 тысяч электронных ламп. Считала машина в двоичной
системе и производила пять тысяч операций сложения или триста операций умножения в
секунду.
Машина на электронных лампах работала существенно быстрее, но сами электронные
лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин,
Уолтер Браттейни Уильям Брэдфорд Шоклипредложили использовать изобретенные ими
стабильные переключающие полупроводниковые элементы —транзисторы .
Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело в 1951 к
созданию компьютера UNIVAC, предназначенного для коммерческого использования.
UNIVAC стал первым серийно выпускавшимся компьютером, а его первый экземпляр
был передан в Бюро переписи населения США.
С активным внедрением транзисторов в 1950-х годах связано рождение второго
поколения компьютеров. Один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп.
В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении
веса и размеров. В компьютерах стали применять запоминающие устройства из
магнитных сердечников, способные хранить большой объем информации.
В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (чипы), в которых все электронные
компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки.
Применение чипов в компьютерах позволяет сократить пути прохождения тока при
переключениях, и скорость вычислений повышается в десятки раз. Существенно
уменьшаются и габариты машин. Появление чипа знаменовало собой рождение третьего
поколения компьютеров.
К началу 1960-х годов компьютеры нашли широкое применение для обработки
большого количества статистических данных, производства научных расчетов, решения
оборонных задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена,
сложность и дороговизна обслуживания больших вычислительных машин ограничивали
их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера
позволил в 1965 американской фирме Digital Equipment выпустить миникомпьютер
PDP-8 ценой в 20 тысяч долларов, что сделало компьютер доступным для средних и
мелких коммерческих компаний.
В 1970 сотрудник компании Intel Эдвард Хофф создал первый микропроцессор,
разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Это
революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах
как о громоздких, тяжеловесных монстрах. С микропроцессом появляются
микрокомпьютеры — компьютеры четвертого поколения, способные разместиться на
письменном столе пользователя.
В середине 1970-х годов начинают предприниматься попытки создания персонального
компьютера — вычислительной машины, предназначенной для частного пользователя.
Во второй половине 1970-х годов появляются наиболее удачные образцы
микрокомпьютеров американской фирмы Эпл (Apple), но широкое распространение
персональные компьютеры получили с созданием в августе 1981 фирмой Ай-Би-Эм
(IBM) модели микрокомпьютера IBM PC. Применение принципа открытой архитектуры,
стандартизация основных компьютерных устройств и способов их соединения привели к
массовому производству клонов IBM PC, широкому распространению
микрокомпьютеров во всем мире.
За последние десятилетия 20 века микрокомпьютеры проделали значительный
эволюционный путь, многократно увеличили свое быстродействие и объемы
перерабатываемой информации, но окончательно вытеснить миникомпьютеры и
большие вычислительные системы — мейнфреймы они не смогли. Более того, развитие
больших вычислительных систем привело к созданию суперкомпьютера —
суперпроизводительной и супердорогой машины, способной просчитывать модель
ядерного взрыва или крупного землетрясения. В конце 20 века человечество вступило в
стадию формирования глобальной информационной сети, которая способна объединить
возможности различных компьютерных систем.
3.Современным компьютерам предшествовали ЭВМ нескольких поколений. В
развитии ЭВМ выделяют пять поколений. В основу классификации заложена
элементная база, на которой строятся ЭВМ.
1. В 1943 году была создана вычислительных машин ЭВМ первого поколения на
базе электронных ламп.
2. Второе поколение (50 – 60 г.г.) компьютеров построено на базе
полупроводниковых элементов (транзисторах).
3. Основная элементная база компьютеров третьего поколения (60 – 70 г.г.) интегральные схемы малой и средней интеграции.
4. В компьютерах четвертого поколения (70 – по н/в) применены больших
интегральных схемах БИС (микропроцессоры). Применение микропроцессоров в
ЭВМ позволило создать персональный компьютер (ПК), отличительной
особенностью которого является небольшие размеры и низкая стоимость.
5. В настоящее время ведутся работы по созданию ЭВМ пятого поколения, которые
разрабатываются на сверхбольших интегральных схемах.
1 поколение
1946г. ЭНИАК
В 1946 г. американские инженер-электронщик Дж. П. Эккерт и физик Дж. У. Моучли в
Пенсильванском университете сконструировали, по заказу военного ведомства США,
первую электронно-вычислительную машину - “Эниак” (Electronic Numerical Integrator
and Computer), которая предназначалась для решения задач баллистики. Она работала в
тысячу раз быстрее, чем "Марк-1", выполняя за одну секунду 300 умножений или 5000
сложений многоразрядных чисел. Размеры: 30 м. в длину, объём - 85 м3., вес - 30 тонн.
Использовалось около 20000 электронных ламп и 1500 реле. Мощность ее была до 150
кВт.
· 1949г. ЭДСАК.
Первая машина с хранимой программой - ”Эдсак” - была создана в Кембриджском
университете (Англия) в 1949 г. Она имела запоминающее устройство на 512 ртутных
линиях задержки. Время выполнения сложения было 0,07 мс, умножения - 8,5 мс.
· 1951г. МЭСМ
В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев предложил проект первой на
континенте Европы ЭВМ – Малой электронной счетно-решающей машины (МЭМС). В
1951г. МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются
вычислительные задачи. Машина оперировала с 20разрядными двоичными кодами с
быстродействием 50 операций в секунду, имела оперативную память в 100 ячеек на
электронных лампах.
· 1951г. UNIVAC-1. (Англия)
В 1951 г. была создана машина “Юнивак”(UNIVAC) - первый серийный компьютер с
хранимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для
записи и хранения информации.
· 1952-1953г. БЭСМ-2
Вводится в эксплуатацию БЭСМ-2 (большая электронная счетная машина) с
быстродействием около 10 тыс. операций в секунду над 39-разрядными двоичными
числами. Оперативная память на электронно-акустических линиях задержки - 1024
слова, затем на электронно-лучевых трубках и позже на ферритовых сердечниках. ВЗУ
состояло из двух магнитных барабанов и магнитной ленты емкостью свыше 100 тыс.
слов.
2 поколение
(1958-1964)
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в
1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить
значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1
транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работал с большей
скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы
вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались
магнитные ленты ("БЭСМ-6", "Минск-2","Урал-14") и магнитные сердечники,
появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами,
магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования
высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык
машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано
некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до
окончания предыдущей.
Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных
математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом
трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли
современные операционные системы.
Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая
затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х
годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и
построенных на микроэлектронной технологической базе.
3 поколение
(1964-1972)
В 1960 г. появились первые интегральные системы (ИС), которые получили широкое
распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. ИС - это
кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. 1 ИС способна заменить
десятки тысяч транзисторов. 1 кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный
“Эниак”. А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн.
операций в секунду.
В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360
(System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.
Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е.
программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются
интегральные схемы, которые также называются микросхемами.
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают
возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких
программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на
себя операционная система или же непосредственно сама машина.
Примеры машин третьего поколения — семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая
система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин
внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в
секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.
4 поколение
(с 1972 г. по настоящее время)
Четвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники,
разработанное после 1970 года.
Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности
примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства
компьютеров.
В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на
кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких
компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош ”. Быстродействие таких машин
составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн.
двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над
несколькими наборами операндов.
C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой
многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и
общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.
Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому
снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного
беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) — ведущей
компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать
свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные
компьютеры- IBM PC.
Персональный компьютер
Персональный Компьютер, компьютер, специально созданный для работы в
однопользовательском режиме. Появление персонального компьютера прямо связано с
рождением микрокомпьютера. Очень часто термины «персональный компьютер» и
«микрокомпьютер» используются как синонимы.
ПК - настольный или портативный компьютер, который использует микропроцессор в
качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и
арифметические операции. Эти компьютеры относят к вычислительным машинам
четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам
относят и карманные компьютеры — палмтопы. Основными признаками ПК являются
шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных
средств, ориентация на широкий круг потребителей.
2.
Существует и другие различные системы классификации ЭВМ:

По производительности и быстродействию

По назначению

По уровню специализации

По типу используемого процессора

По особенностям архитектуры

По размерам
Классификация компьютеров :
Суперкомпьютеры – это самые мощные по быстродействию и производительности
вычислительные машины. К суперЭВМ относятся “Cray” и “IBM SP2” (США).
Используются для решения крупномасштабных вычислительных задач и
моделирования, для сложных вычислений в аэродинамике, метеорологии, физике
высоких энергий, также находят применение и в финансовой сфере.
Большие машины или мейнфреймы (Mainframe). Мейнфреймы используются в
финансовой сфере, оборонном комплексе, применяются для комплектования
ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров.
Средние ЭВМ широкого назначения используются для управления сложными
технологическими производственными процессами.
Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных
комплексов, в качестве сетевых серверов.
Микро - ЭВМ — это компьютеры, в которых в качестве центрального процессора
используется микропроцессор. К ним относятся встроенные микро – ЭВМ (встроенные в
различное оборудование, аппаратуру или приборы) и персональные компьютеры PC.
4. Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера
обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием
процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает
информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду)
Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных
операций выполняемых за 1 секунду.
Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в
секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется
элементарная операция (например сложение).Таким образом Тактовая частота - это
число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов
компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера
Задается ТЧ специальной микросхемой «генератор тактовой частота», который
вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции
отводится определенное количество тактов. Частота в 1Мгц = 1миллиону тактов в 1
секунду. Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок
процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых
частот для каждого типа процессоров, например: 2,8 ; 3,0 Ггц и тд
Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может
обрабатываться и передаваться процессором целиком.
Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в
1байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и тд.
Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда)
Время доступа - Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для
считывание min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные
модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10-9с)
Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней.
Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки
(бит/мм)
Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая
определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве
Современные персональные компьютеры имеют практически те же характеристики, что
и мини-ЭВМ восьмидесятых годов. На базе этого класса ЭВМ строятся
автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня,
используются как средство обработки информации в информационных системах.
К персональным компьютерам относятся настольные и переносные ПК. К переносным
ЭВМ относятся Notebook (блокнот или записная книжка) и карманные персональные
компьютеры (Personal Computers Handheld - Handheld PC, Personal Digital Assistants
– PDA и Palmtop).
Заключение.
В связи с выше сказанным подведем итоги:
В 1 разделе,я дал исчерпающее определение понятия «Компьютер», так же было
сказано, что средства вычислительной техники появились достаточно давно, так как
потребность в различного рода вычислениях и расчетах существовала уже на самых
ранних стадиях развития цивилизации, а математика, одной из важнейших задач
которой была выработка точных правил этих вычислений, по праву относится к числу
древнейших наук. Различные устройства, облегчающие и ускоряющие процесс
вычислений, изобретались человеком еще в очень отдаленные времена. Так, история
возникновения счетов теряется в глубине столетий, аналогичные по назначению
устройства использовались многими народами.
Во 2 разделе говорилось о развитии вычислительной техники,а также ее история
возникновения,о создании первых ПК, мини-компьютеров и т. д.
В 3 разделе говорилось об поколениях и классификациях компьютеров,их модели и
виды.
В 4 разделе я раскрыл характеристики персонального компьютера в краткой форме.
В данной работе мне удалось дать достаточно широкую картину компьютерной
революции, включая ее истоки. Тема раскрыта.
Список литературы.
1. Шафрин Ю. Основы компьютерной технологии учебное пособие для 7-11 классов
по курсу "Информатика и вычислительная техника".
2. Фигурная В.С.. Из истории компьютеров.// Мир ПК. 2005.
3. Богатырев Р.В. На заре компьютеров.// Мир ПК. 2004.
4. Джон Фарндон, Ян Джеймс, Джинни Джонсон «Вопросы и Ответы»