ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ © К.Ю. Поляков, Древние средства счета 2.Первые вычислительные машины 3.Первые компьютеры 4.Принципы фон Неймана 5.Поколения компьютеров (I-IV) 6.Персональные компьютеры 7.Современная цифровая техника

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

о. Саламин в Эгейском море (300 лет до н.э.) бороздки – единицы, десятки, сотни, … количество камней – цифры десятичная система Саламинская доска

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

Леонардо да Винчи (XV в.) – суммирующее устройство с зубчатыми колесами: сложение 13-разрядных чисел Вильгельм Шиккард (XVI в.) – суммирующие «счетные часы»: сложение и умножение 6-разрядных чисел (машина построена, но сгорела) Первые проекты счетных машин

Блез Паскаль ( ) машина построена! зубчатые колеса сложение и вычитание 8-разрядных чисел десятичная система «Паскалина» (1642)

Вильгельм Готфрид Лейбниц ( ) сложение, вычитание, умножение, деление! 12-разрядные числа десятичная система 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

Основы математической логики: Джордж Буль ( ). Электронно-лучевая трубка (Дж. Томсон, 1897) Вакуумные лампы – диод, триод (1906) Триггер – устройство для хранения бита (М.А. Бонч-Бруевич, 1918). Использование математической логики в компьютерах (К. Шеннон, 1936) Прогресс в науке

Конрад Цузе: Z1, Z2, Z3, Z4. электромеханические реле (устройства с двумя состояниями) двоичная система использование булевой алгебры ввод данных с киноленты Первый макет электронного лампового компьютера, Дж. Атанасофф двоичная система решение систем 29 линейных уравнений Первые компьютеры

Разработчик – Говард Айкен ( ) Первый компьютер в США: –длина 17 м, вес 5 тонн – электронных ламп –3000 механических реле –сложение – 3 секунды, деление – 12 секунд Марк-I (1944)

Хранение данных на бумажной ленте А это – программа… Марк-I (1944)

Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном виде. Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка. («Предварительный доклад о машине EDVAC», 1945) Принципы фон Неймана

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 ( )

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)

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 до 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 IBM/ IBM/390 дисководпринтер Мэйнфреймы IBM

1971. ЕС тыс. оп/c память 256 Кб ЕС млн. оп/c память 8 Мб ЕС ,5 млн. оп/с память 16 Мб магнитные ленты принтер Компьютеры ЕС ЭВМ (СССР)

Серия PDP фирмы DEC меньшая цена проще программировать графический экран СМ ЭВМ – система малых машин (СССР) до 3 млн. оп/c память до 5 Мб 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 …)

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

1985. Cray-2 2 млрд. оп/c Cray-3 5 млрд. оп/c GRAPE-4 (Япония) 1692 процессора 1,08 трлн. оп/c Earth Simulator (NEC) 5120 процессоров 36 трлн. оп/c BlueGene/L (IBM) процессора 596 трлн. оп/c Суперкомпьютеры

2009. «Ломоносов» 1300 трлн. оп/c ядра K Computer 8162 трлн. оп/c процессора Суперкомпьютеры

1971. Intel битные данные 2250 транзисторов 60 тыс. операций в секунду Intel битные данные деление чисел Микропроцессоры

1985. Intel транзисторов виртуальная память Intel ,2 млн. транзисторов Pentium частоты МГц Pentium-II, Celeron 7,5 млн. транзисторов частоты до 500 МГц Pentium-III, Celeron 28 млн. транзисторов частоты до 1 ГГц 2000-… Pentium 4 42 млн. транзисторов частоты до 3,4 ГГц 2006-… Intel Core 2 до 291 млн. транзисторов частоты до 3,4 ГГц Процессоры Intel

K5, K6 (аналог Pentium) Athlon K7 (Pentium-III) частота до 1 ГГц MMX, 3DNow! Duron (Celeron) частота до 1,8 ГГц Athlon XP (Pentium 4) Opteron (серверы) Athlon 64 X2 частота до 3 ГГц Sempron (Celeron D) частота до 2 ГГц Turion (Intel Core) частота до 2 ГГц Advanced Micro Devices Процессоры AMD

1974. Альтаир-8800 (Э. Робертс) комплект для сборки процессор Intel 8080 частота 2 МГц память 256 байт Б. Гейтс и П. Аллен транслятор языка Альтаир-Бейсик Первый микрокомпьютер

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

1984. Macintosh системный блок и монитор в одном корпусе нет жесткого диска дискеты 3,5 дюйма Excel для Macintosh PowerBook PowerMac G3 (1997) PowerMac G4 (1999) iMac (1999)PowerMac G4 Cube (2000) Компьютеры Apple

2006. MacPro процессор - до 8 ядер память до 16 Гб винчестер(ы) до 4 Тб MacBook монитор 15 или 17 Intel Core 2 Duo память до 4 Гб винчестер до 300 Гб iPhone телефон музыка, фото, видео Интернет GPS Компьютеры Apple

2008. MacBook Air процессор Intel Core 2 Duo память 2 Гб винчестер 80 Гб флэш-диск SSD 64 Гб Magic Mouse чувствительная поверхность ЛКМ, ПКМ прокрутка в любом направлении масштаб (+Ctrl) прокрутка двумя пальцами (листание страниц) Компьютеры Apple

37 Мышь с чувствительно поверхностью Magic Mouse (фирма Apple)Magic Mouse (фирма Apple) щелчок ЛКМ и ПКМ прокрутка листание страниц и фотографий + Ctrl = масштаб только Mac, MacBook, iTunes, Safari, iPhone

2010. iPad планшетный компьютер сенсорный экран мультитач ОЗУ до 512 Мбайт флэш-память до 64 Гбайт Компьютеры Apple

1. Монитор 2. Материнская плата 3. Процессор 4. ОЗУ 5. Карты расширения 6. Блок питания 7. Дисковод CD, DVD 8. Винчестер 9. Клавиатура 10. Мышь Компьютеры IBM PC

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

1985. Amiga-1000 процессор Motorolla 7 МГц память до 8 Мб дисплей до 4096 цветов мышь многозадачная ОС 4-канальный стереозвук технология Plug and Play (autoconfig) Multi-Media – использование различных средств (текст, звук, графика, видео, анимация, интерактивность) для передачи информации Мультимедиа

1985. Windows 1.0 многозадачность Windows 3.1 виртуальная память Windows NT файловая система NTFS Windows 95 длинные имена файлов файловая система FAT Windows Windows 2000, Windows Me Windows XP Windows Vista Windows 7 Microsoft Windows

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

Цель – создание суперкомпьютера с функциями искусственного интеллекта обработка знаний с помощью логических средств (язык Пролог) сверхбольшие базы данных использование параллельных вычислений распределенные вычисления голосовое общение с компьютером постепенная замена программных средств на аппаратные Проблемы: идея саморазвития системы провалилась неверная оценка баланса программных и аппаратных средств традиционные компьютеры достигли большего ненадежность технологий израсходовано 50 млрд. йен V поколение (проект 1980-х, Япония)

Проблемы: приближение к физическому пределу быстродействия сложность программного обеспечения приводит к снижению надежности Перспективы: квантовые компьютеры эффекты квантовой механики параллельность вычислений 2006 – компьютер из 7 кубит оптические компьютеры источники света – лазеры, свет проходит через линзы параллельная обработка (все пиксели изображения одновременно) военная техника и обработка видео Проблемы и перспективы

Перспективы: биокомпьютеры ячейки памяти – молекулы сложного строения (например, ДНК) обработка = химическая реакция с участием ферментов 330 трлн. операций в секунду Проблемы и перспективы