МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им С.АМАНЖОЛОВА Зарубин Н.П. Кубентаева С.Н. История развития вычислительных средств вычислительных средств Регистрационный номер: МП Рекомендовано: МСФ и МОУ Усть-Каменогорск, 2010 год

Сведения об авторах Зарубин Николай Павлович. доцент Кубентаева Сания Нурланбековна. Канд. пед. наук., доцент

Аннотация С помощью предлагаемой презентации можно подробно ознакомится с историей развития вычислительной техники. Мультимединая презентация предназначена для студентов первых курсов очного и заочного отделения.

Краткое оглавление Предыстория развития ВТ ( 5-13)( 5-13) Механические первоисточники ( 14-35)( 14-35) Идея Беббиджа (36-41)(36-41) Электромеханические вычислительные машины (42-53)(42-53) Первое поколение компьютеров (54-61)(54-61) Принцип Фон-Неймана (62-67)(62-67) Второе поколение компьютеров (68-74)(68-74) Треье поколение компьютеров (75-79)(75-79) Четвертое поколение компьютеров (80-81)(80-81) Развитие ВТ в СССР (82-85)(82-85) Исория появления ПЭВМ (86-96)(86-96)

Предыстория Предыстория начинается в глубокой древности с различных приспособлений для счета.

Счет на пальцах Обнаруженная в раскопках так называемая "вестоницкая кость" с зарубками, оставленная древнем человеком ещё 30 тыс. лет до нашей эры, позволяет историкам предположить, что уже тогда предки современного человека были знакомы с зачатками счета. Счет на пальцах, несомненно, самый древний и наиболее простой способ вычисления.

От пальцевого счета берут начало пятеричная (одна рука) и десятеричная (две руки) системы счисления. собственная рука. Древнейшим счетным инструментом, который дала природа человеку, была его собственная рука.

Когда пальцев не хватает, то на помощь приходят подручные средства – камушки, палочки, ракушки на веревках, зубчики на куске дерева – вот примитивные орудия счета. Научившись считать человек постоянно совершенствовал методы вычислений и создавал разнообразные средства счета.

Счет на камнях Чтобы сделать процесс счета более удобным, первобытный человек начал использовать вместо пальцев небольшие камни. Он стал складывать из камней мелкие пирамиды одинаковой величины, а из- за того что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней.

В V–IV вв. до н.э. созданы древнейшие из известных счётов – «саламинская доска» (по имени острова Саламин в Эгейском море), которая у греков и в Западной Европе назывались «абак».

Абак Абак – наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представлявшее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа.

На абаке считали египтяне, римляне, японцы. Особенного развития достигли вычисления на абаке в древнем Китае. Китайцы могли производить на абаке деления и действия с дробями, извлечения квадратных и кубических корней. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками.

Счет на Абаке В своей примитивной форме абак представлял собой дощечку (позднее он принял вид доски, разделенной на колонки перегородками). На ней проводились линии, разделявшие ее на колонки, а камешки раскладывались в эти колонки по тому же позиционному принципу, по которому кладется число на наши счеты. Это нам известно от ряда греческих авторов.

В России в XVI-XVII веках появилось намного более передовое изобретение,– русские счеты.

Эволюция развития электронной вычислительной техники разделяется на три периода: механический период электромеханический период электронный период.

Механические первоисточники С развитием общества росли потребности в различных вычислениях, которые становились более трудоемкими. Это явилось причиной появления механических счетных устройств.

Леонардо да Винчи 1492 году известный изобретатель Леонардо да Винчи в своем дневнике описал 13 разрядное счетное устройство состоящее их колец с 10-ми зубчиками. По его чертежам это устройство было восстановлена только в ХХ веке и показала правильность проекта Леонардо да Винчи.

Первым устройством для выполнения умножения был набор деревянных брусков, известных как палочки Непера. Они были изобретены шотландцем Джоном Непером ( гг.). На таком наборе из деревянных брусков была размещена таблица умножения. Кроме того, Джон Непер изобрел логарифмы.

логарифмические линейки В XVII в появились и первые логарифмические линейки Роберт Биссакар, С.Патридж В 1654 г. Роберт Биссакар, а в 1657 г. независимо С.Патридж (Англия) разрабо-тали прямоугольную логарифмическую линейку - это счетный инструмент для упрощения вычислений, с помощью которого операции над числами заменяются операциями над логарифмами этих чисел.

Логарифмическая линейка Вычисления с помощью логарифмической линейки производятся просто, быстро, но приближенно. И, следовательно, она не годится для точных, например финансовых, расчетов.

Вильгельм Шикард В г.г. Вильгельм Шикард разработал устройство которую называл «суммирующими часами», в которых было реализовано сложение и вычитание, умножение и деление. Рабочая модель устройства была воспроизведена в наши дни по чертежам и подтвердила свою работоспособность.

Машина В. Шикардта «Суммирующие часы» год

1642 г. – французский физик и математик Блез Паскаль создает первую модель вычисли- тельной машины «Паскалину» или «Паскалево колесо». В нем часовой механизм был превращен в счетный и вместо стрелок двигался диск с нанесенными на нем числами.

«Суммирующее устройство» Б. Паскаля 1642 год Машина предназначалась для работы с 6- 8 разрядными числами и могла только складывать и вычитать, а также имела лучший, чем все до этого, способ фиксации результата.

Счетная машина Паскаля Но они не получили практического применения: устройства были ненадежны, пользоваться ими без специальной подготовки было невозможно. Тем не менее, значение суммирующих устройств Паскаля огромно, они послужили переходным инструментом от простых приборов к машинам.

1670 г. – Готфрид Вильгельм Лейбниц дал первое описание своей счётной машины, которая механически производила сложение, вычитание, умножение и деление.

В 1694 году Готфрид Лейбниц, используя чертежи и рисунки Паскаля, улучшил машину Паскаля, добавив возможность перемножать числа. Вместо обычных шестеренок Лейбниц использовал барабан.

13 разрядный счетный прибор 30-е годы XVII в.

Арифмометр Лейбница (1673 г)

1820 г. – Карл Томас изобрёл арифмометр и впервые в мире организовал промышленное производство арифмометров.

Уже через три года в мастерских К. Томаса было изготовлено 16 арифмометров, а затем и еще больше. Его арифмометры выпускали в течение ста лет, постоянно совершенствуя и меняя время от времени названия.

Андре Мари Ампер 1834 г. – французский академик, физик и математик Андре Мари Ампер выпустил книгу, в которой впервые применил термин «кибернетика». Ф. М. Слободской 1828 г. – Ф. М. Слободской создаёт счётные приборы, которые вместе со специальными таблицами позволяли сводить арифметические действия к сложению и вычитанию.

1867 г. – Владимир Яковлевич Буняковский –вице-президент Российской академии наук создаёт счётный механизм, основанный на принципе действия русских счётов г. – американский топограф К.Шоулз изобретает первую пишущую машинку.

П.Л. Чебышевым. В 1878 г в России арифмометр был создан академиком П.Л. Чебышевым.

В 1874 г. Инженер из Петербурга Вильгодт Однер значительно усовершенствовал конструкцию арифмометра, применив для ввода чисел колеса с выдвижными зубьями.

В. Однера 1880 г. – арифмометр В. Однера

У.Берроуз 1885 г. – американец У.Берроуз создаёт машину, которая печатает исходные цифры и результат вычислений.

Ч.Бэббидж ( гг.) впервые автоматизировал вычислительный процесс – создав первообраз современных ЭВМ.

1823 г г. – английский учёный Ч.Бэббидж разработал проект «Разностной машины» – прообраз современной программно- управляемой машины.

Аналитической машине (1833г) впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Бэббиджа имела 4 основные части: «склад» для хранения чисел, «мельницу» для операций над ними, устройство управления и устройства ввода/вывода «Аналитическая машина»

«Аналитической машины» Работы по изготовлению «Аналитической машины» были прерваны смертью Ч. Бэббиджа. Полностью «Разностная машина» Ч. 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.

Огасте Аде Лавлейс принадлежала идея использования перфорированных карт для програм- мирования (1843) вычислительных операций. Сегодня ее именем назван один из известных языков программирования. Леди Ада Лавлейс является самым первым в мире программистом.

Перфокарты для аналитической машины

Электромеханические вычислительные машины.

Первая счетная машина, использующая электрическое реле, была создана в 1888 г. Германом Холлеритом.

Г.Холлерит В 1896 Г.Холлерит основал компанию по производству перфокарточных устройств, которая в 1924 году превратилась в знаменитую IBM.

В 1904 г. Дж. Флеминг (Великобритания) изобрел первый ламповый диод, а в 1906 г. Ли де Форест (США) первый триод. До середины 30-х гг. электронные лампы уже стояли во всех радиотехнических устройствах.

Эра ЭВМ начинается с изобретения лампового триггера. Это открытие было сделано независимо друг от друга советским ученым М. А, Бонч-Бруевичем (1918) и английскими учеными У. Экклозом и Ф. Джорданом (1919). Триггерные схемы постепенно стали широко применяться в электронике для переключения и релейной коммутации и т. д.

Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х - начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г.) были построены несколько первых электромеханических компьютеров.

1941 г. Германия. «Зюс-2» «Зюс-3» универсальные цифровые вычислительные машины на электромеханических элементах

А.Тьюринг 1936 г. – английский математик А.Тьюринг выдвинул и разработал идею абстрактной вычислительной машины. «Машина Тьюринга» – гипотетический универсальный преобразователь дискретной информации, теоретическая вычислительная система.

Работа по созданию ЭВМ была начата, в 1937 году в США профессором Джоном Атанасовым. Эта машина была специализированной и предназначалась для решения задач математической физики. Полностью проект не был завершен, однако через три десятка лет в результате судебного разбирательства профессора признали родоначальником ЭВТ.

В первые десятилетия ХХ века конструкторы обратили внимание на возможность применения в счетных устройствах новых элементов – электромагнитных реле. Конрад Цузе, В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе, построил вычислительное устройство, работающее на таких реле.

В 1943 году, Говард Айкен на основе электромеханиче ских реле – построил легендарный гарвардский «Марк-1»

электромеханическая счетная машина «Марк-1»

Поколения современных компьютеров Развитие вычислительной техники в современном периоде принято рассматривать с точки зрения смены поколений компьютеров. Каждое поколение компьютеров в начальный момент развития харак- теризуется качественным скачком в росте основных характеристик компьютера, вызванным переходом на новую элементную базу.

В 1943 году в Гарвардском университете под руководством американских ученных Г.Эйкена, Дж.Моучли и П.Эккерта приступили к созданию ЭВМ. Завершенная 1945 году машина получила название ЭНИАК. Она имела громадные размеры: 9*15 метра, масса 30 тонн. Содержала 18 тыс. электронных ламп и 15 тыс. реле, потребляла около 150 кВт электроэнергии – мощность небольшого завода.

Работа машины была организована просто: ЦП приступал к использованию очередной команды только после окончания предыдущей. Обмен данными с ВЗУ осуществлялся медленно. Скорость работы ВЗУ была меньше скорости работы ЦП в тысячи раз.

В компьютерах первого поколения использовался машинный язык. Программа на машинном языке представляет собой последователь- ность машинных команд, допустимых для данного компьютера.

Технические новшества появление ЭВМ первого поколения электронные вакуумные лампы цифровое кодирование информации искусственная память на электро- статических трубках

Электронная лампа – основной элемент машин первого поколения

Быстродействие машин первого поколения имело порядок тыс. оп/с. Но даже эти ЭВМ работали в тыс. раз быстрее, чем настольные клавишные вычислительные машины. Но надежность работы ламповых устройств была низкой.

Первые ЭВМ были слишком дорогими, громоздкими и поэтому не имели массового применения. Они использовались только в крупных научных центрах, в космосе, обороне, в метеорологии.

американский математик Джон фон Нейман Джон фон Нейман сформулировал основные принципы, лежащие в основе архитектуры вычислительной машины.

Основные принципы Неймана Принцип двоичного кодирования Принцип программного управления Принцип однородности памяти Принцип адресности

Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последова- тельности.

Принцип однородности памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Принцип адресности. Структурно основная память состоит их пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

1949 г. – в Кембриджском университете под руководством профессора М.Уилкса создана первая в мире вычислительная машина с хранимой программой ЭДСАК г. – под руководством Дж. фон Неймана разработан компьютер MANIAC (Mathematical Analyzer Numerical Integrator ntand Computer).

Джордж Буль применил в логике систему формальных обозначений и правил, близкую к математической. Впоследствии эту систему назвали логической алгеброй (булевой алгеброй)

Второе поколение компьютеров ( ) характеризуется внедрением полупроводников, новой элементной базы ЭВМ, полупроводников, транзисторов, которые пришли на смену электронных ламп.

В 1947 году сотрудники американской компании «Шелл» Уильям Шокли, Джон Бардин изобрели транзистор. Транзисторы выполняли те же функции, что и электронные лампы, но использовали электрические свойства полупроводников.

Норберт Винер 1948 г. – американский математик Норберт Винер выпустил книгу «Кибернетика, или Управление и связь у животных». Это положило начало развитию теории автоматов и становлению кибернетики – науки об управлении и передаче информации.

По сравнению с вакуумными трубками транзисторы занимали в 200 раз меньше места и потребляли в 100 раз меньше электро- энергии. В то же время появились новые устройства для организации памяти компьютера – ферритовые сердечники. Транзисторы

Быстродействие машин второго поколения имело порядок тыс. оп/с. Сложнее стала архитектура ЭВМ, появились НМД и дисплей. Произошел переход от написания программ на машинном языке к написанию их на алгоритмических языках. Но в то же время продолжалось конфликт между медленно работаю- щими устройствами ввода – вывода и быстродействием ЦП.

Компьютеры второго поколения получили широкое распространение, они использовались для научных, инженерных и финансовых расчетов и т. д. В этот период были сконструированы такие устройства, как графопостроитель, принтер, носители информации на магнитных дисках и лентах и т.д. Были созданы первые языки высокого уровня: FORTRAN, COBOL.

1963 г. – создана первая мышка.

Третье поколение компьютеров ( гг.) Джек Колби В 1958 году инженер Джек Колби предложил идею интегральной микросхемы – кремниевого кристалла, на который монтируются миниатюрные транзисторы и другие элементы. Микросхема работает значительно быстрее транзистора и потребляет меньше электроэнергии.

IBM/360 (США) Основная элементная база машин 3-го поколения – интегральные схемы

В 1964 году компания IBM выпустила компьютер IBM System 360, построенный на основе интегральных схем. Выпуск этих компьютеров можно считать началом массового производства вычислительной техники.

С машинами третьего поколения – пользователь получил возможность при общении с ЭВМ пользоваться как цифрой, так и графической информацией. Быстродействие повысилось до 1 млн. оп/с, а оперативная память в отдельных ЭВМ расширилась до нескольких мегабайт. Общение с машиной организуется сразу с нескольких терминалов, широко используются дисплейные терминальные устройства.

В этих машинах использовался новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски, способные хранить большие объемы информации и работающие намного быстрее, чем накопители на магнитных лентах. Эти машины нашли широкое применение в автоматизации системы управления производством.

Четвертое поколение (с настоящее время) В 1969 году компания «Интел» выпустила еще одно важное для вычислительной техники устройство – микропроцессор. Микропроцессор представляет собой интегральную микросхему, на которой сосредоточено обрабатывающее устройство с собственной системой команд. Использование микропроцессора значи- тельно упростило конструкцию компьютера.

СМ-3 - машина четвертого поколения 1970 год

Развитие ЭВМ в СССР С.А.Лебедева, Развитие ЭВМ в СССР тесно связан с именем академика С.А.Лебедева, под руководством которого были созданы первые отечественные ЭВМ: в 1951 г. в Киеве – МЭСМ, в 1952 г. в Москве– БЭСМ.

С.А.Лебедев руководил и созданием БЭСМ – 6 – лучшей в мире ЭВМ второго поколения (1967г), уровень которой по мнению экспертов, на несколько лет опередил уровень зарубежных аналогов.

1958 г. – в СССР создана ЭВМ М-20 со средним быстродействием 20 тыс. операций в секунду – самая мощная ЭВМ 50-х годов в Европе.

ЭВМ «Урал»

Одним из революционных достижений в области вычислитель- ной техники явилось создание персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения.

История появления ПЭВМ В 1960 – 70 годы в мире уже была создана индустрия по производству ЭВМ. Ведущие позиции здесь заняли такие фирмы как IBM, DEC, CDC и т.д. ПЭВМ начали выпускаться в середине 70–х годов. ПК – это небольшой комплекс взаимосвязанных устройств, каждому из которых поручена определенная функция.

Огромную роль в популяризации ПК сыграли Radio Radio Electronics Popular Popular Electronics Electronics компьютерныежурналы компьютерныйклуб Homebrew Homebrew образован в марте 1975 года в Менло-Парке (штат Калифорния).

Первым микрокомпьютером был Altair -8800, созданный в 1974 году небольшой компанией в Альбукерке (штат Нью-Мексико). ALTAIR

В конце 1975 года Пол Ален и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это тоже способствовало популярности ПК.

Apple В 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple, который представлял собой деревянный ящик с электронными компонентами. APPLE-1

Apple 2 Macintosh В 1977 году последовал Apple 2 под названием Macintosh. Компьютер Аррle 2 помог установить стандарты почти для всех основных микрокомпьютеров, которые затем выпускались, включая IВМ РС.

В 1980 году IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. При этом она сразу сориентировалась на новый 16 разрядный Intel – В августе 1981 года новый компьютер под названием IBM PC с операционной системой и трансляторами фирмы Microsoft был официально представлен публике, и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей.

1983 г. Корпорация Apple Computers построила персональный компьютер Lisa первый офисный компьютер, управляемый манипулятором мышь.

1984 г. Apple Computer выпустила компьютер Macintosh на 32-разрядном процессоре Motorola первую модель знаменитого впоследствии семейства Macintosh c удобной для пользователя операционной системой, развитыми графическими возможностями, намного превосходящими в то время те, которыми обладали стандартные IBM- совместимые ПК с MS-DOS.

Эти компьютеры быстро приобрели миллионы поклонников и стали вычислительной платформой для целых отраслей, таких например, как издательское дело и образование. Macintosh

ВКГУ им. С.Аманжолова Кафедра ИНФОРМАТИКА 2010 год

Конец