ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. ПЛАН Докомпьютерный период Первые вычислительные машины Первые компьютеры Принципы фон Неймана Поколения компьютеров (I-V…) - презентация

1 ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

2 ПЛАН Докомпьютерный период Первые вычислительные машины Первые компьютеры Принципы фон Неймана Поколения компьютеров (I-V…) Современная цифровая техника

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

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

5 Абак Соробан (Япония) – XV-XVI века. Суан-пан (Китай) - VI век. Абак (Древний Рим) - V-VI век. Счеты (Россия) – XVII век.

6 Первые проекты счетных машин Леонардо да Винчи (XV век) – суммирующее устройство с зубчатыми колесами: сложение 13-разрядных чисел В. Шиккард (XVI век) – суммирующие «счетные часы»: сложение и умножение 6-разрядных чисел

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

8 Машина Лейбница (1672) Вильгельм Готфрид Лейбниц ( ) сложение, вычитание, умножение, деление! 12-разрядные числа

9 Аналитическая машина Ч. Бэббиджа (1821) Построена в 1960-х годах по чертежам Ч. Бэббиджа. Автоматическое выполнение операций («мельница»). Для хранения данных используется память («склад»). Программа вводится «на ходу». Первая программистка – Ада Лавлейс (1842).

10 Прогресс в науке 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 компьютерной технике (К. Шеннон, 1936)

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

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

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

14 Принципы фон Неймана («Предварительный доклад о машине EDVAC», 1945) 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.

15 Поколения компьютеров I поколение ( ) электронно-вакуумные лампы II поколение ( ) транзисторы III поколение ( ) интегральные микросхемы IV поколение ( …) большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС)

16 Первое поколение ЭВМ ( ) на электронных лампах быстродействие тысяч операций в секунду каждая машина имеет свой язык нет операционных систем ввод и вывод: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты

17 «ЭНИАК» (1946) Разработчики – Дж. Моучли и П. Эккерт Первый компьютер общего назначения на электронных лампах: длина 26 м, вес 35 тонн длина 26 м, вес 35 тонн сложение – 1/5000 сек, деление – 1/300 сек сложение – 1/5000 сек, деление – 1/300 сек десятичная система счисления десятичная система счисления 10-разрядные числа 10-разрядные числа сложно вводить программы сложно вводить программы

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

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

20 Второе поколение ЭВМ ( ) IBM 604, IBM 608, IBM БЭСМ транзисторов транзисторов диодов диодов 1 млн. операций в секунду 1 млн. операций в секунду память – магнитная лента, магнитный барабан память – магнитная лента, магнитный барабан

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

22 Мэйнфреймы IBM IBM/360 фирмы IBM. большие универсальные компьютеры (мэйнфреймы) большие универсальные компьютеры (мэйнфреймы) кэш-память кэш-память конвейерная обработка команд конвейерная обработка команд операционная система OS/360 операционная система OS/360 1 байт = 8 бит (а не 4 или 6!) 1 байт = 8 бит (а не 4 или 6!) разделение времени разделение времени IBM/ IBM/390

23 Компьютеры ЕС ЭВМ (СССР) ЕС тыс. операций в секунду 20 тыс. операций в секунду память 256 Кб память 256 Кб ЕС млн. операций в секунду 1 млн. операций в секунду память 8 Мб память 8 Мб ЕС ,5 млн. операций в секунду 5,5 млн. операций в секунду память 16 Мб память 16 Мб

24 Мини-компьютеры Серия PDP фирмы DEC меньшая цена меньшая цена проще программировать проще программировать графический экран графический экран Система малых машин – СМ ЭВМ (СССР) до 3 млн. операций в секунду до 3 млн. операций в секунду память до 5 Мб память до 5 Мб

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

26 Суперкомпьютеры «ILLIAC-IV» (США) 20 млн. операций в секунду 20 млн. операций в секунду многопроцессорная система многопроцессорная система «Cray-1» (США) 166 млн. операций в секунду 166 млн. операций в секунду память 8 Мб память 8 Мб векторные вычисления векторные вычисления «Эльбрус-1» (СССР) 15 млн. операций в секунду 15 млн. операций в секунду память 64 Мб память 64 Мб «Эльбрус-2» (СССР) 8 процессоров 8 процессоров 125 млн. операций в секунду 125 млн. операций в секунду память 144 Мб память 144 Мб водяное охлаждение водяное охлаждение

27 Суперкомпьютеры «Cray-2» 2 млрд. операций в секунду 2 млрд. операций в секунду «Cray-3» 5 млрд. операций в секунду 5 млрд. операций в секунду «GRAPE-4» (Япония) 1692 процессора 1692 процессора 1,08 трлн. операций в секунду 1,08 трлн. операций в секунду «Earth Simulator» (NEC) 5120 процессоров 5120 процессоров 36 трлн. операций в секунду 36 трлн. операций в секунду «BlueGene/L» (IBM) процессора процессора 596 трлн. операций в секунду 596 трлн. операций в секунду

28 Микропроцессоры Микропроцессор Intel битные данные 4-битные данные 2250 транзисторов 2250 транзисторов 60 тыс. операций в секунду. 60 тыс. операций в секунду Микропроцессор Intel битные данные 8-битные данные деление чисел деление чисел

29 Первый микрокомпьютер Микрокомпьютер «Альтаир-8800» (Э. Робертс) Б. Гейтс и П. Аллен написали транслятор языка Бейсик для «Альтаира»

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

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

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

33 Компьютеры IBM PC 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

34 Принцип открытой архитектуры Компьютер собирается из отдельных частей как конструктор. Способы соединения этих частей и обмена информацией доступны всем желающим. Много сторонних производителей дополнительных устройств. Каждый пользователь может собрать компьютер, соответствующий его личным требованиям.

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

36 Процессоры Intel для IBM PC Intel транзисторов транзисторов виртуальная память виртуальная память Intel ,2 млн. транзисторов 1,2 млн. транзисторов Pentium частоты МГц частоты МГц Pentium-II, Celeron 7,5 млн. транзисторов 7,5 млн. транзисторов частоты до 500 МГц частоты до 500 МГц Pentium-III, Celeron 28 млн. транзисторов 28 млн. транзисторов частоты до 1 ГГц частоты до 1 ГГц 2000-… Pentium 4 42 млн. транзисторов 42 млн. транзисторов частоты до 3,4 ГГц частоты до 3,4 ГГц

37 Процессоры AMD для IBM PC K5 (аналог Pentium) K6 частота 450 МГц частота 450 МГц Athlon K7 (Pentium-III) частота до 1 ГГц частота до 1 ГГц MMX, 3DNow! MMX, 3DNow! Duron (Celeron) частота до 1,8 ГГц частота до 1,8 ГГц Athlon XP (Pentium 4) 2003-… Opteron (серверы) частота до 3 ГГц частота до 3 ГГц 2004-… Sempron (Celeron D) частота до 2 ГГц частота до 2 ГГц

38 Microsoft Windows Windows 1.0 многозадачность многозадачность графический интерфейс графический интерфейс Windows 3.1 виртуальная память виртуальная память Windows NT профессиональная ОС профессиональная ОС файловая система NTFS файловая система NTFS Windows 95 длинные имена файлов длинные имена файлов вытесняющая многозадачность вытесняющая многозадачность файловая система FAT32 файловая система FAT Windows Windows 2000, Windows Me Windows XP Windows 2003 Server Windows Vista

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

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

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

42 V поколение компьютеров - ? (Япония, 1980-е годы) Цель – создание суперкомпьютера с функциями искусственного интеллекта Основные черты проекта: обработка знаний с помощью логических средств (язык Пролог) обработка знаний с помощью логических средств (язык Пролог) сверхбольшие базы данных сверхбольшие базы данных использование параллельных вычислений использование параллельных вычислений распределенные вычисления распределенные вычисления голосовое общение с компьютером голосовое общение с компьютером постепенная замена программных средств на аппаратные постепенная замена программных средств на аппаратные Проблемы: идея саморазвития системы провалилась идея саморазвития системы провалилась неверная оценка баланса программных и аппаратных средств неверная оценка баланса программных и аппаратных средств традиционные компьютеры достигли большего традиционные компьютеры достигли большего ненадежность технологий ненадежность технологий развитие Интернета – новая распределенная модель хранения данных развитие Интернета – новая распределенная модель хранения данных израсходовано 50 млрд. йен израсходовано 50 млрд. йен

43 Проблемы и перспективы Проблемы: технические средства приближаются к пределу быстродействию технические средства приближаются к пределу быстродействию сложность программного обеспечения приводит к снижению надежности сложность программного обеспечения приводит к снижению надежности Перспективы: квантовые компьютеры квантовые компьютеры эффекты квантовой механики параллельность вычислений 2006 – компьютер из 7 кубит оптические компьютеры («замороженный свет») оптические компьютеры («замороженный свет») биокомпьютеры на основе ДНК биокомпьютеры на основе ДНК химическая реакция с участием ферментов 330 трлн. операций в секунду