Стрiмкий розвиток цифрової обчислювальної технiки (ОТ) та становлення науки про принципи її побудови i проектування розпочалося в 40-х роках ХХ-го сторiччя, - презентация

1 Стрiмкий розвиток цифрової обчислювальної технiки (ОТ) та становлення науки про принципи її побудови i проектування розпочалося в 40-х роках ХХ-го сторiччя, коли технiчною базою ОТ стала електронiка, потiм мiкроелектронiка, а основою для розвитку архiтектури комп'ютерiв (електронних обчислювальних машин ЕОМ) - досягнення в галузi штучного iнтелекту.

2 Першим реально здiйсненим i ставшим вiдомим механiчним цифровим обчислювальним пристроєм стала "паскалiна" великого французького вче- ного Блеза Паскаля (Blaise Pascal, ) - 6-ти (або 8-ми) розрядний пристрiй на зубчатих колесах, розра- хований на пiдсумовування та вiднiмання десяткових чисел (1642 р.). Blaise Pascal

3 Через 30 рокiв пiсля "паскалiни" у 1673 р. з'явився "арифметичний прилад" Готфрiда Вiльгельма Лейбнiца (Gottfried Wilhelm Leibniz, ) - дванадцятирозрядний десятковий пристрiй для виконання арифметичних операцiй, вклю- чаючи множення i дiлення, для чого, на додаток до зубчатих колiс використовувався схiдчастий валик. "Моя машина дає можливiсть чинити множення i дiлення над величезними числами миттєво"

4 Пройшло ще понад сто рокiв i лише наприкiнцi XYIII сторiччя у Францiї були здiйсненi наступнi кроки, що мають принципове значення для подальшого розвитку цифрової обчислювальної технiки - "програмне" за допомогою перфокарт керування ткацьким верстатом, створеним Жозефом Жакардом (Joseph Jacquard, ) i технологiя обчислень при ручному рахунку, запропонована Гаспаром де Пронi (Gaspar de Prony, ), котрий розподiлив числовi обчислення на три етапи: розробка чисельного методу обчислень, який зводив рiшення задачi до послiдовностi арифметичних операцiй, складання програми послiдовностi арифметичних дiй, проведення власне обчислень шляхом арифметичних операцiй над числами вiдповiдно до складеної програми. Цi два нововведення були використанi англiйцем Чарльзом Беббiджем (Charles Babbege, ), котрий здiйснив якiсно новий крок у розвитку засобiв цифрової обчислювальної технiки - перехiд вiд ручного до автоматичного виконання обчислень по складенiй програмi. Joseph Jacquard Charles Babbege

5 Пiонерами електронiки виявилися англiйцi - у роках в Англiї за участю Алана Тьюринга (Alan Turing, ) була створена ОМ "Колоссус". У нiй було 2000 електронних ламп! Машина призначалася для розшифровування радiограм нiмецького вермахту. Роботи Цузе i Тьюринга були секретними. Про них в той час знали небагато. Вони не викликали будь-якого резонансу у свiтi. I лише в 1946 р. коли з'явилася iнформацiя про ЕОМ "ЕНIАК" (Electronic Numerical Integrator and Computer - електронний цифровий iнтегратор i комп'ютер), створену в США Д.Мочлi (John Mauchly, ) та П.Еккертом (Presper Echert, ), перспективнiсть електронної технiки стала очевидною (в машинi використовувалося 18 тис.електронних ламп i вона виконувала майже 3 тис. операцiй за сек). Проте машина залишалася десятковою, а її пам'ять складала лише 20 слiв. Програми зберiгалися поза межами оперативної пам'ятi.

6 Завершальну крапку в створеннi перших ЕОМ поставили, майже одночасно, у рр. вченi Англiї, Радянського Союзу i США, якi створили ЕОМ iз програмою, що зберiгалася у пам'ятi: Морiс Уiлкс - ЕДСАК (Maurice Wilkes, 1913, Electronic Delay Storage Automate Computer EDSAC) - електронний автоматичний комп'ютер на лiнiях затримки, 1949 р.; Сергiй Лебедєв ( ) - Мала електронно лiчильна машина "МЭСМ", 1951 р.; Iсаак Брук - М1, 1952 р.; Джон Мочлi i Преспер Еккерт, Джон фон Нейман - ЕДВАК (John von Neumann, , Electronic Discrete Variable Computer EDVAC) 1952 р. Maurice Wilkes Сергiй Лебедєв John von Neumann

7 Протягом механiчного, релейного i на початку електронного перiоду розвитку цифрова обчислювальна технiка залишалася галуззю технiки, науковi основи якої тiльки дозрiвали. Першими складовими майбутньої науки, якi надалi були використанi для створення основ теорiї обчислювальних машин, стали дослiдження двiйкової системи числення, проведенi Лейбнiцом (XYII сторiччя), алгебра логiки, розроблена Джорджем Булем (XIХ сторiччя), абстрактна "машина Тьюринга", запропонована генiальним англiйцем у 1936 р. для доказу можливостi механiчної реалiзацiї будь-якого алгоритму, що має рiшення, теоретичнi результати Шеннона, Шестакова, Гаврилова (30-i роки ХХ ст.), якi об'єднали електронiку з логiкою.

8 На наступному етапi цифрова технiка зробила безпрецендентний ривок за рахунок iнтелектуалiзацiї ЕОМ, у той час як аналогова технiка не вийшла за рамки засобiв для автоматизацiї обчислень. Подальшому розвитку цифрової технiки сприяв розвиток в другiй половинi ХХ ст. науки про комп'ютери. Науковi основи цифрових ЕОМ у цей час поповнилися теорiєю цифрових автоматiв, основами програмування, теорiєю штучного iнтелекту, теорiєю проектування ЕОМ, комп'ютерними технологiями рiзноманiтних iнформацiйних процесiв, що забезпечили становлення нової науки, яка отримала назву "Computer Science" (комп'ютерна наука) у США i "iнформатика" у Європi.

9 Великий внесок у її розвиток зробили вченi України про що буде сказано нижче. Термiн "iнформатика" стосувався науки про отримання, передачу, збереження й опрацювання iнформацiї. У свою чергу, її подiляли на теоретичну i прикладну. Теоретична iнформатика включала математичне моделюванням iнформацiйних процесiв. Прикладна охоплювала питання побудови та проектування ЕОМ, мереж, мультимедiа, комп'ютернi технологiї iнформацiйних процесiв та iн. Головною науковою базою прикладної iнформатики були електронiка (мiкроелектронiка) i теорiя штучного iнтелекту. Слiд зазначити, що в галузi штучного iнтелекту, незважаючи на багато досягнень, ми стоїмо лише на самому початку розвитку цього важливого наукового напрямку i тут з'являються величезнi перспективи зближення комп'ютерiв з "iнформацiйними" можливостями людини.

10 Перше покоління ( р.) ІВМ, БЭСМ-1, БЭСМ-2, Мінськ-1, Мінськ-2, М–20, Урал–2, Урал-4 Друге покоління ( р.) ATLAS, Streth, БЭСМ-6, Наири, Наири-2, Промінь, Урал–11 Третє покоління ( р.) ІВМ – 360, ЄС "Ряд–1" Четверте покоління ( р.) ІВМ-370, ЄС "Ряд–2", ЄС "Ряд-3" П`яте покоління (1980.) Macintosh, ІВМ РС, міні ЕОМ (DEC, Hewlett – Packard, Sun та ін.), великі ЕОМ (мейнфрейми IBM, Sun) та супер-ЕОМ (Gray Research, Hitachi тощо).

11 I покоління (до 1955 р.) Всі ЕОМ I-го покоління були зроблені на основі електронних ламп, що робило їх ненадійними - лампи доводилося часто міняти. Ці комп'ютери були величезними, незручними і дуже дорогими машинами, які могли придбати тільки крупні корпорації і уряди. Лампи споживали величезну кількість електроенергії і виділяли багато тепла. Притому для кожної машини використовувалася своя мова програмування. Набір команд був невеликим, схема арифметико-логічного пристрою і пристрою управління достатньо проста, програмне забезпечення практично було відсутнє. Показники об'єму оперативної пам'яті і швидкодії були низькими. Для введення-виводу використовувалися перфострічки, перфокарти, магнітні стрічки і друкуючі пристрої, оперативні пристрої, що запам'ятовують, були реалізовані на основі ртутних ліній затримки електроннолучевих трубок. Ці незручності почали долати шляхом інтенсивної розробки засобів автоматизації програмування, створення систем обслуговуючих програм, що спрощують роботу на машині і збільшують ефективність її використання. Це, у свою чергу, зажадало значних змін в структурі комп'ютерів, направлених на те, щоб наблизити її до вимог, що виникли з досвіду експлуатації комп'ютерів.

12 II покоління ( рр.). У 1958 р. в ЕОМ були застосовані напівпровідникові транзистори, винайдені в 1948 р. Уїльямом Шоклі, вони були надійніші, довговічніші, менші, мали змогу виконати значно складніші обчислення, володіли великою оперативною пам'яттю. 1 транзистор здатний був замінити ~ 40 електронних ламп і працювати з більшою швидкістю. У II-ому поколінні комп'ютерів дискретні транзисторні логічні елементи витіснили електронні лампи. Як носії інформації використовувалися магнітні стрічки ("БЕСМ-6", "Мінськ- 2","Урал-14") і магнітні сердечники, з'явилися високопродуктивні пристрої для роботи з магнітними стрічками, магнітні барабани і перші магнітні диски. Як програмне забезпечення стали використовувати мови програмування високого рівня, були написані спеціальні транслятори з цих мов на мову машинних команд. Для прискорення обчислень в цих машинах було реалізовано деяке перекриття команд: подальша команда починала виконуватися до закінчення попередньої. З'явився широкий набір бібліотечних програм для вирішення різноманітних математичних завдань. З'явилися моніторні системи, керівники режиму трансляції і виконання програм. З моніторних систем надалі виросли сучасні операційні системи. Машинам другого покоління була властива програмна несумісність, яка утрудняла організацію крупних інформаційних систем. Тому в середині 60-х років намітився перехід до створення комп'ютерів, програмно сумісних і побудованих на мікроелектронній технологічній базі.

13 III покоління ( рр). У 1960 р. з'явилися перші інтегральні схеми (ІС), які набули широкого поширення у зв'язку з малими розмірами, але величезними можливостями. ІС - це кремнієвий кристал, площа якого приблизно 10 мм2. ІС здатна замінити десятки тисяч транзисторів. А комп'ютер з використанням ІС досягає продуктивності в 10 млн. операцій в секунду. У 1964 році, фірма IBM оголосила про створення шести моделей сімейства IBM 360 (System 360), що стали першими комп'ютерами третього покоління. Машини третього покоління це сімейства машин з єдиною архітектурою, тобто програмно сумісних. Як елементна база в них використовуються інтегральні схеми, які також називаються мікросхемами. Машини третього покоління мають розвинені операційні системи. Вони володіють можливостями мультипрограмування, тобто одночасного виконання декількох програм. Багато завдань управління пам'яттю, пристроями і ресурсами стала брати на себе операційна система або ж безпосередньо сама машина. Приклади машин третього покоління сімейства IBM-360, IBM-370, ЄС ЕОМ (Єдина система ЕОМ), СМ ЕОМ (Сімейство малих ЕОМ) і ін. Швидкодія машин усередині сімейства змінюється від декількох десятків тисяч до мільйонів операцій в секунду. Ємкість оперативної пам'яті досягає декількох сотень тисяч слів.

14 IV покоління (з 1972 р. по теперішній час). Четверте покоління це теперішнє покоління комп'ютерної техніки, розроблене після 1970 року. Вперше стали застосовуватися великі інтегральні схеми (ВІС), які по потужності приблизно відповідали 1000 ІС. Це привело до зниження вартості виробництва комп'ютерів. Швидкодія таких машин складає тисячі мільйонів операцій в секунду. Ємкість ОЗУ зросла до 500 млн. двійкових розрядів. У таких машинах одночасно виконуються декілька команд над декількома наборами операндів. C точки зору структури машини цього покоління є багатопроцесорними і багатомашинними комплексами, що працюють на загальну пам'ять і загальне поле зовнішніх пристроїв. Ємкість оперативної пам'яті приблизно Мбайт. Розповсюдження персональних комп'ютерів до кінця 70-х років привело до деякого зниження попиту на великі ЕОМ і МІНІ-ЕОМ. Це стало предметом серйозного неспокою фірми IBM (International Business Machines Corporation) провідній компанії по виробництву великих ЕОМ, і в 1979 р. фірма IBM вирішила спробувати свої сили на ринку персональних комп'ютерів, створивши перші персональні комп'ютери- IBM РС.

15 Зараз ведуться інтенсивні розробки ЕОМ V покоління. Розробка подальших поколінь комп'ютерів проводиться на основі великих інтегральних схем підвищеного ступеня інтеграції, використання оптоелектронних принципів (лазери, голографія). Ставляться абсолютно інші завдання, ніж при розробці всіх колишніх ЕОМ. Якщо перед розробниками ЕОМ з I по IV поколінння стояли такі завдання, як збільшення продуктивності в області числових розрахунків, досягнення великої ємкості пам'яті, то основним завданням розробників ЕОМ V покоління є створення штучного інтелекту машини (можливість робити логічні виводи з представлених фактів), розвиток "інтелектуалізації" комп'ютерів - усунення бар'єру між людиною і комп'ютером.

16 Список літератури: 1. Алтухов Е.В., Рибалко Л.А., Савченко В.С. Основи інформатики і обчислювальної техніки, М., «Вища школа», Бордовський Г.А., Исаєв Ю.В., Морозов В.В. Інформатика в поняттях і термінах, М., Інформатика в житті США, 1987(журнал). 4. Макдона Р. Основи мікрокомп'ютерних обчислень, М., Симонович С.В., Евсєєв Г.А., Алексієв А.Г. Загальна інформатика, М., Шафрін Ю. Информаційні технології, М., Шилейко А.В. Комп'ютер XXI століття: яким ти будеш?, Комп'ютер в школі, (11). 8. ІНФОРМАТИКА, М., (енциклопедичний словник для початківців).