История развития ЭВМ История развития ЭВМ

Счётно - решающие средства до появления ЭВМ История вычислений уходит глубокими корнями в даль веков так же, как и развитие человечества. Накопление запасов, делёж добычи, обмен все подобные действия связаны со счётом. Для подсчёта люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки и узелки. Потребность в поиске решений всё более и более сложных и сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений, поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые могли бы ему в этом помочь. Исторически сложилось так, что в разных странах возникли собственные денежные единицы, меры веса, длины, объёмов и расстояний. Для перевода из одной системы измерения в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить специально обученные люди, которых иногда приглашали из других стран. Это естественно привело к созданию изобретений, помогающих счёту.

Одним из первых устройств (VVI вв. до н. э.), облегчающих вычисления, можно считать специальную доску для вычислений, названную « абак ». Вычисления на ней производились перемещением камешков или костей в углубления досок из бронзы, камня или слоновой кости. Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э., у японцев он назывался « серобян », у китайцев « суанпан ». В Древней Руси при счёте применялось устройство, похожее на абак, называемое « русский шот ». В XVII веке этот прибор уже обрёл вид привычных русских счёт.

В Китае счеты суан - пан состояли из деревянной рамки, разделенной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, всё острее ощущалась необходимость в изобретении счётной машины. И в середине века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал « суммирующую » машину, названной Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание.

В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу над созданием, так называемой « разностной » машины, которая, по его замыслам, должна была не просто выполнять арифметический действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию. В качестве основного элемента своей машины Бэббидж взял зубчатое колесо для запоминания одного разряда числа ( всего таких колёс было 18). К 1822 году учёный построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов.

Электромеханический этап развития вычислительной техники Электро - механический этап развития ВТ явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита (1887 г.) до первой ЭВМ ENIAC (1945 г.). Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов ( экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники ( электропривод и электромеханические реле ), позволившие создавать электромеханические вычислите - льные устройства.

Первый статистический табулятор был построен американцем Германом Холлеритом, с целью ускорить обработку результатов переписи населения, которая проводилась в США в 1890 г. Затем в в бюро переписи были проведены испытания, и табулятор Холлерита в соревновании с несколькими другими системами был признан лучшим. После проведения переписи Холлерит был удостоен нескольких премий, и получил звание профессора в Колумбийском университете. Холлерит организовал фирму по производству табуляционных машин TMC (Tabulating Machine Company), продавая их железнодорожным управлениям и правительственным учреждениям С годами оно претерпело ряд изменений слияний и переименований. С 1924 г. фирма Холлерита стала называться IBM.

Z1 вычислительное устройство, созданное в 1938 году, стало первой программируемой вычислительную машиной немецкого инженера Конрада Цузе. Это двоичная вычислительная машина с вводом данных с помощью клавиатуры, в десятичной системе исчисления в виде чисел с плавающей запятой. Главным отличием от более известной вычислительной машины Z3 (1941 год ) было отсутствие вычисления квадратного корня.

В 1939 Джордж Штибитц и Сэмюель Вильямс создали Complex Number Calculator калькулятор, складывающий комплексные числа, а также проводящий вычитание, умножение и деление. Калькулятор был первой машиной, к которой имелся удаленный доступ через телефонные линии с трех клавиатур, однако ими можно было пользоваться лишь в режиме разделенного времени. В своем роде это была попытка организации локальной сети. Позднее создатели переименовали свое детище в Model I Relay Calculator.

В 1939 Джон Атанасофф и Клиффорд Берри построили первую машину, производящую вычисления с помощью электронных ламп. Аналог 25- битового сумматора обладал регенерируемой памятью в виде аккумуляторов с цепями обновления на вакуумных трубках, но не имел устройства для ввода информации. Чтобы провести вычисления, пользователю приходилось подключать провода непосредственно к аккумулятору данные сразу же вводились в память.

Mark-1 разрабатывается компанией IBM по заказу ВМС США для расчета баллистических таблиц. В основу Mark-1 положено оставленное Чарльзом Бэббиджем описание его Аналитической Машины. Размеры Марк -1 составляют 17 м в длину и 2,5 м в высоту. Провода, которыми соединяются его 750 тыс. деталей имеют суммарную длину более 800 км. Программа вводится с перфоленты, а данные с перфокарт. Компьютер имеет электромеханическое реле и работает по тем временам очень быстро - 0,3 сек у него уходит на сложение и вычитание двух чисел и 3 сек на умножение.

ЭНИАК ( Электронный числовой интегратор и вычислитель ) первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер, который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач. Построен в 1946 году по заказу Армии США в Лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. Запущен 14 февраля 1946 года. Архитектуру компьютера разработали в 1943 году Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мокли, учёные из Университета Пенсильвании. В ЭНИАКе в качестве основы компонентной базы применялись вакуумные лампы. Всего комплекс включал ламп, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, резисторов и конденсаторов. Потребляемая мощность 150 кВт. Вычислительная мощность 300 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду. Вес 27 тонн. Вычисления производились в десятичной системе.

Ламповые ЭВМ Первое поколение ( ) - компьютеры на электронных лампах ( вроде тех, что были в старых телевизорах ). Это доисторические времена, эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютерных динозавров, которые нередко требовали для себя отдельных зданий, давно стали легендой. Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман - автор конструкции вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика, наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер.

Транзисторные ЭВМ Транзисторные ЭВМ Во втором поколении компьютеров ( ) вместо электронных ламп использовались транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу. Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программ. На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров ; программирование, оставаясь наукой, приобретает черты ремесла. Расширялась и сфера применения компьютеров. Компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже компьютеризовали свою бухгалтерию, предвосхищая моду на двадцать лет.

БЭСМ -6 советская электронная вычислительная машина, первая суперЭВМ на элементной базе второго поколения полупроводниковых транзисторах.

Эпоха интегральных схем Эпоха интегральных схем В третьем поколении ЭВМ ( ) впервые стали использоваться интегральные схемы - целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника ( то, что сейчас называют микросхемами ). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф ( меньше тогда еще не делали ), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM, на основе которого в СССР была разработана серия ЕС ЭВМ.

Эпоха интегральных схем Эпоха интегральных схем Еще в начале 60- х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70- х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ. Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70- е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только - только появившихся настольных калькуляторов.

Эпоха интегральных схем Эпоха интегральных схем В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть - зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 г. одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С (" Си "), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.

Развитие микропроцессорной техники С середины 70- х все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. С начала 80- х, благодаря появлению персональных компьютеров, вычислительная техника становится по - настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация : несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по - прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств последнего десятилетия - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой " несерьезной " технике. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, отнюдь не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.

Развитие микропроцессорной техники В 1989 году появляется новая разработка компании Intel микропроцессор Intel (Intel-80486DX). Этот процессор ознаменовал начала пятого поколения. Этот процессор был полностью совместим с PC семейства Intel-80x86, кроме того, содержал в себе математический сопроцессор и 8 Кбайт кэш - памяти. Этот процессор был более совершенен по сравнению с микропроцессором Intel-80386, его тактовая частота состояла 33 МГц. В 1991 году Intel представила процессор Intel-80486SX, у которого отсутствовал математический сопроцессор. В 1992 году процессор Intel-80486DX2, работавший с удвоенной тактовой частотой 66 МГц. Впоследствии вышли процессоры с тактовой частотой в 100 МГц.

Развитие микропроцессорной техники Создание компьютеров на основе процессоров семейства Intel позволило многочисленное программное обеспечение. Второе место после PC фирмы IBM занимает фирма Apple Computer с PC Macintosh. Компьютеры выпускались на основе процессоров фирмы Motorola. Эти компьютеры очень удобны при использовании дома, в офисе и для обучения в школе. Последние модели LC 475, LC 575 и LC 630 основанные на процессорах Motorola 68LC040, оснащаются дисководом CD- ROM. Самые производительные компьютеры Macintosh серии Quadra, оснащались процессором с тактовой частотой до 33 МГц, сопроцессором, имели возможность расширения ОЗУ до 256 Мбайт. Quadra в основном использовались в полиграфическом и рекламном деле, а также в создании мультимедиа - приложений и других задачах, требующих больших вычислительных мощностей и обработки значительных объемов данных ; они также подходят для создания программного обеспечения. С 1993 года выпускаются компьютеры подсемейства AV, которые имели стандартный видеовходы и видеовыходы, что давало возможность выводить информацию, как на экран стандартного дисплея, так и на экран обычного телевизора.

Развитие микропроцессорной техники В 1993 году компания Intel начала промышленный выпуск нового процессора Intel Pentium (Intel не стал присваивать ему номер 80586). Первые модели работали на тактовой частоте 60 и 66 МГц и объединяли в себе до 3,3 млн. транзисторов. Pentium это первый 64- разрядный суперскалярный процессор с RISC- ядром, изготовленный по 0,8- микронной технологии BiCMOS. Его основу составляет два пятиступенчатых конвейера, позволяющих выполнять две команды за один такт. Один конвейер выполнял любые операции, как с целочисленными, так и с числами с плавающей точкой, второй выполняет часть целочисленных команд.

Развитие микропроцессорной техники Все арифметические действия сложение, вычитание, умножение и деление реализованы аппаратно. Сочетание этих решений резко повысило производительность процессора, ускорить вычисления за счёт уменьшения обращений к ОЗУ. Обеспечивают два внутренних буфера кэш - памяти по 8 Кбайт для команд и данных, что позволило работать контейнерам команд не только по чтение, но и по запись. Следующая новинка система предсказываний ветвлений, благодаря которой при переходе в области памяти запоминается адрес перехода и при повторном обращении переход по этому адресу происходит быстрее.

Развитие микропроцессорной техники Впоследствии появились модели с частотой 90 и 100 МГц. Однако вскоре обнаружилась ошибки в устройстве деления, и компании Intel пришлось опубликовать подробное описание этого дефекта. После этого скандала практически все процессоры Pentium стали тестировать, и в прайс - листах появилась надпись BUG FREE!, что буквально можно перевести как « свободно от ошибок ».