Модуль 2: Аппаратные и программные средства ИКТ (7 баллов). История развития вычислительной техники (ВТ) и поколения электронно – вычислительных машин (ЭВМ).

Содержание: Периоды развития вычислительной техники (ВТ). Периоды развития вычислительной техники (ВТ). Поколения ЭВМ. Поколения ЭВМ. Архитектура ЭВМ. Архитектура ЭВМ.

Периоды развития ВТ. Инструментальный. Механический. Период электроники.

1

Кости с зарубками («вестоницкая кость», Чехия, 30 тыс. лет до н.э) Узелковое письмо (Южная Америка, VII век н.э.) узлы с вплетенными камнями нити разного цвета (красная – число воинов, желтая – золото) десятичная система Древние средства счета

Абак (Древний Рим) – V-VI в. Суан-пан (Китай) – VI в. Соробан (Япония) XV-XVI в. Счеты (Россия) – XVII в. Абак и его «родственники»

Инструментальный период. Инструменты для счёта абак Инструменты для счёта: собственная рука человека, палочки, горошины, счётная доска – абак. Изобретения: Изобретения: абак (V век до нашей эры, Греция и Египет), суан – пан (китайский вариант абака), счётные палочки (XVI Дж. Непер), русские счёты (XVI – XVII вв.), логарифмическая линейка (Дж. Непер, XVII в.)

Вильгельм Готфрид Лейбниц ( ) сложение, вычитание, умножение, деление! 12-разрядные числа десятичная система Арифмометр «Феликс» (СССР, ) – развитие идей машины Лейбница Машина Лейбница (1672)

Разностная машина (1822) Аналитическая машина (1834) «мельница» (автоматическое выполнение вычислений) «склад» (хранение данных) «контора» (управление) ввод данных и программы с перфокарт ввод программы «на ходу» Ада Лавлейс ( ) первая программа – вычисление чисел Бернулли (циклы, условные переходы) 1979 – язык программирования Ада Машины Чарльза Бэббиджа

12

15

16

17

Механический период. Изобретения: счётная машина Б. Паскаля (1642 г.), механический арифмометр (Лейбниц, XVII в., русский арифмометр (Однер, Чебышев), калькулятор, аналитическая машина (Ч. Бэббидж, XIX в.), перфокарты и перфоленты (Ж. М. Жаккард, XIX в.), табулятор (XIX в., Г. Холерит), программа для аналитической машины Ч. Бэббиджа ( Ада Лавлейс, 1846 г.).

Период электроники. Изобретения: Электромеханическая цифровая вычислительная машина Mark - 1 ( Г. Эйкен, 1937 – 1944 гг.). Электронная (ламповая) цифровая вычислительная машина (ЭЦВМ). ЭНИАК(ENIAK) (1945 г., Дж. Моучли, Преспер Эккерт, США).

Electronic Numerical Integrator And Computer Дж. Моучли и П. Эккерт Первый компьютер общего назначения на электронных лампах: длина 26 м, вес 35 тонн сложение – 1/5000 сек, деление – 1/300 сек десятичная система счисления 10-разрядные числа ЭНИАК (1946)

I – 1955 электронно-вакуумные лампы II – 1965 транзисторы III – 1980 интегральные микросхемы IV. с 1980 по … большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС) Поколения компьютеров

на электронных лампах быстродействие тыс. операций в секунду каждая машина имеет свой язык нет операционных систем ввод и вывод: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты I поколение ( )

1951. МЭСМ – малая электронно-счетная машина электронных ламп операций в секунду двоичная система БЭСМ – большая электронно-счетная машина электронных ламп операций в секунду Компьютеры С.А. Лебедева

на полупроводниковых транзисторах (1948, Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли) тыс. операций в секунду первые операционные системы первые языки программирования: Фортран (1957), Алгол (1959) средства хранения информации: магнитные барабаны, магнитные диски II поколение ( )

IBM 604, IBM 608, IBM БЭСМ транзисторов диодов 1 млн. операций в секунду память – магнитная лента, магнитный барабан работали дл 90-х гг. II поколение ( )

на интегральных микросхемах (1958, Дж. Килби) быстродействие до 1 млн. операций в секунду оперативная памяти – сотни Кбайт операционные системы – управление памятью, устройствами, временем процессора языки программирования Бэйсик (1965), Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи) совместимость программ III поколение ( )

большие универсальные компьютеры IBM/360 фирмы IBM. кэш-память конвейерная обработка команд операционная система OS/360 1 байт = 8 бит (а не 4 или 6!) разделение времени дисковод принтер IBM

Миникомпьютеры

компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах (БИС, СБИС) суперкомпьютеры персональные компьютеры появление пользователей-непрофессионалов, необходимость «дружественного» интерфейса более 1 млрд. операций в секунду оперативная памяти – до нескольких гигабайт многопроцессорные системы компьютерные сети мультимедиа (графика, анимация, звук) IV поколение (с 1980 по …)

24

1972. ILLIAC-IV (США) 20 млн. оп/c многопроцессорная система Cray-1 (США) 166 млн. оп/c память 8 Мб векторные вычисления Эльбрус-1 (СССР) 15 млн. оп/c память 64 Мб Эльбрус-2 8 процессоров 125 млн. оп/c память 144 Мб водяное охлаждение Суперкомпьютеры

1976. Apple-I С. Возняк и С. Джобс Apple-II - стандарт в школах США в 1980-х тактовая частота 1 МГц память 48 Кб цветная графика звук встроенный язык Бейсик первые электронные таблицы VisiCalc Компьютеры Apple

1983. «Apple-IIe» память 128 Кб 2 дисковода 5,25 дюйма с гибкими дисками «Lisa» первый компьютер, управляемый мышью «Apple-IIc» портативный компьютер жидкокристаллический дисплей Компьютеры Apple

Компьютер собирается из отдельных частей как конструктор. Много сторонних производителей дополнительных устройств. Каждый пользователь может собрать компьютер, соответствующий его личным требованиям. Стандартизируются и публикуются: принципы действия компьютера способы подключения новых устройств Есть разъемы (слоты) для подключения устройств. Стандартизируются и публикуются: принципы действия компьютера способы подключения новых устройств Есть разъемы (слоты) для подключения устройств. Принцип открытой архитектуры

1981. IBM 5150 процессор Intel 8088 частота 4,77 МГц память 64 Кб гибкие диски 5,25 дюйма IBM PC XT память до 640 Кб винчестер 10 Мб IBM PC AT процессор Intel частота 8 МГц винчестер 20 Мб Компьютеры IBM

Сравнительный анализ ЭВМ разных поколений: Поколения ЭВМ Характеристика IIIIIIIVV Годы и применения 1945 – 1960-е 1955 – 1970-е е 1975 – 1990-е ? Элементарная база Электронные лампы (тыс. шт.) Полупроводников ые транзисторы Интегральные схемы БИС, СБИС, микропроцессоры Оптоэлектро- ника, крио электроника Размеры Зал (200 кв. м) Комната ШкафСтол Записная книжка Количество ЭВМ в мире (шт.) Сотни Тысячи Десятки тысяч Миллионы Миллионы Быстродействие (количество операций в секунду) тысяч 100 – 500 тысяч Около Более Более Объём оперативной памяти До 64 Кб До 512 Кб До 16 Мб Более 16 Мб 2 Гб 2 Гб Классификация ЭВМ поколения - Малые, средние, большие, специальные Большие, средние, мини – и микроЭВМ СуперЭВМ, ПК, специальные, общие Ноутбуки, записные книжки, карманные компьютеры и т.д. Типичные модели поколения ENIAC, БЭСМ IBM 7090, БЭСМ - 6 VAX, EC ЭВМ, СМ ЭВМ IBM PC/XT/AT Celeron, Pentium, AMD Носитель информации Перфолента, перфокарта Магнитная лента Диск Гибкий, жёсткий, лазерный диски. Гибкий, жёсткий, лазерный диски, флэш – карты, zip – дискеты. zip – дискеты.

Дисковод CD/DVD Видеокарта TV-тюнер Звуковая карта Звуковые колонки Наушники Джойстик Руль Шлемы виртуальной реальности Геймпад Микрофон Устройства мультимедиа

Ноутбук КПК – карманный персональный компьютер MP3-плеер Электронная записная книжка GPS-навигатор Мультимедийный проектор Цифровой фотоаппарат Цифровая видеокамера Современная цифровая техника

Классификация ПЭВМ. ЭВМ большие ЭВМ (60 –е годы) средние ЭВМ (конец 60 г. – начало 70 – х г.) миниЭВМ (70 – е годы) микроЭВМ (конец 70 г.) ПК (80 –е годы) СуперЭВМ (80 –е годы)

Архитектура ЭВМ. Архитектура Архитектура – описание устройства и принципов компьютера, достаточное для пользователя. Архитектура Архитектура – это общее описание структуры и функций ЭВМ на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ. Архитектура не включает в себя описание деталей технического и физического устройства компьютера.

Архитектура ЭВМ Джоном фон Нейманом Схема устройства компьютера была предложена в 1946 году американским учёным Джоном фон Нейманом. Именно Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ. Схема устройства компьютера. УСТРОЙСТВА ВВОДА УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ ПРОЦЕССОР ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Средства связи компьютера с внешним миром Средства хранения оперативной информации и её обработки Средства, долговременного хранения информации