Воробьёв Антон и Влад Виноградов. От древнейших времен до 20 века От древнейших времен до 20 века Первые арифмометры Первые арифмометры Первое поколение. - презентация

1 Воробьёв Антон и Влад Виноградов

2 От древнейших времен до 20 века От древнейших времен до 20 века Первые арифмометры Первые арифмометры Первое поколение ЭВМ Первое поколение ЭВМ Второе поколение ЭВМ Второе поколение ЭВМ Третье поколение ЭВМ Третье поколение ЭВМ Известные личности Известные личности Выход

3 Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов, однако для удобства помещаемые при этом в специальные контейнеры. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени.

4 Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства : абак ( счёты ), логарифмическая линейка, механический арифмометр, электронный компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, сама по себе, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика - человека.

5 Человечество научилось пользоваться простейшими счётными приспособлениями тысячи лет назад. Наиболее востребованной оказалась необходимость определять количество предметов, используемых в меновой торговле. Одним из самых простых решений было использование весового эквивалента меняемого предмета, что не требовало точного пересчёта количества его составляющих. Для этих целей использовались простейшие балансирные весы, которые стали, таким образом, одним из первых устройств для количественного определения массы. Принцип эквивалентности широко использовался и в другом, знакомом для многих, простейшем счётном устройств Абак или Счёты. Количество подсчитываемых предметов соответствовало числу передвинутых костяшек этого инструмента.

6 С изобретением зубчатых колёс появились и гораздо более сложные устройства выполнения расчётов. Антикитерский механизм, обнаруженный в начале XX века, который был найден на месте крушения античного судна, затонувшего примерно в 65 году до н. э. ( по другим источникам в 80 или даже 87 году до н. э.), даже умел моделировать движение планет. Предположительно его использовали для календарных вычислений в религиозных целях, предсказания солнечных и лунных затмений, определения времени посева и сбора урожая и т. п. Вычисления выполнялись за счёт соединения более 30 бронзовых колёс и нескольких циферблатов ; для вычисления лунных фаз использовалась дифференциальная передача, изобретение которой исследователи долгое время относили не ранее чем к XVI веку. Впрочем, с уходом античности навыки создания таких устройств были позабыты ; потребовалось около полутора тысяч лет, чтобы люди вновь научились создавать похожие по сложности механизмы.

7 Примерно в 1820 году Charles Xavier Thomas создал первый удачный, серийно выпускаемый механический калькулятор Арифмометр Томаса, который мог складывать, вычитать, умножать и делить. В основном, он был основан на работе Лейбница. Механические калькуляторы, считающие десятичные числа, использовались до х. Лейбниц также описал двоичную систему счисления центральный ингредиент всех современных компьютеров. Однако вплоть до х, многие последующие разработки ( включая машины Чарльза Бэббиджа и даже ЭНИАК 1945 года ) были основаны на более сложной в реализации десятичной системе. Джон Непер заметил, что умножение и деление чисел может быть выполнено сложением и вычитанием, соответственно, логарифмов этих чисел. Действительные числа могут быть представлены интервалами длины на линейке, и это легло в основу вычислений с помощью логарифмической линейки, что позволило выполнять умножение и деление намного быстрее. Логарифмические линейки использовались несколькими поколениями инженеров и других профессионалов, вплоть до появления карманных калькуляторов. Инженеры программы « Аполлон » отправили человека на Луну, выполнив на логарифмических линейках все вычисления, многие из которых требовали точности в 34 знака.

8 В 1804 году Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок, в котором вышиваемый узор определялся перфокартами. Серия карт могла быть заменена, и смена узора не требовала изменений в механике станка. Это было важной вехой в истории программирования. В 1838 году Чарльз Бэббидж перешёл от разработки Разностной машины к проектированию более сложной аналитической машины, принципы программирования которой напрямую восходят к перфокартам Жаккара. В 1890 году Бюро Переписи США использовало перфокарты и механизмы сортировки ( табуляторы ), разработанные Германом Холлеритом, чтобы обработать поток данных десятилетней переписи, переданный под мандат в соответствии с Конституцией. Компания Холлерита в конечном счёте стала ядром IBM. Эта корпорация развила технологию перфокарт в мощный инструмент для деловой обработки данных и выпустила обширную линию специализированного оборудования для их записи. К 1950 году технология IBM стала вездесущей в промышленности и правительстве. Предупреждение, напечатанное на большинстве карт, « не сворачивать, не скручивать и не рвать », стало девизом послевоенной эры.

9 Определяющая особенность « универсального компьютера » это программируемость, что позволяет компьютеру эмулировать любую другую вычисляющую систему всего лишь заменой сохранённой последовательности инструкций. В 1835 году Чарльз Бэббидж описал свою аналитическую машину. Это был проект компьютера общего назначения, с применением перфокарт в качестве носителя входных данных и программы, а также парового двигателя в качестве источника энергии. Одной из ключевых идей было использование шестерней для выполнения математических функций. Часть машины Бэббиджа

10 Его первоначальной идеей было использование перфокарт для машины, вычисляющей и печатающей логарифмические таблицы с большой точностью ( то есть для специализированной машины ). В дальнейшем эти идеи были развиты до машины общего назначения его « аналитической машины ». Хотя планы были озвучены и проект, по всей видимости, был реален или, по крайней мере, проверяем, при создании машины возникли определённые трудности. Бэббидж был человеком, с которым трудно было работать, он спорил с каждым, кто не отдавал дань уважения его идеям. Все части машины должны были создаваться вручную. Небольшие ошибки в каждой детали, для машины, состоящей из тысяч деталей, могли вылиться в значительные отклонения, поэтому при создании деталей требовалась точность, необычная для того времени. В результате, проект захлебнулся в разногласиях с исполнителем, создающим детали, и завершился с прекращением государственного финансирования. Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона, перевела и дополнила комментариями труд «Sketch of the Analytical Engine». Её имя часто ассоциируют с именем Бэббиджа. Утверждается также, что она является первым программистом, хотя это утверждение и значение её вклада многими оспаривается.

11 К у году ранние механические калькуляторы, кассовые аппараты и счётные машины были перепроектированы с использованием электрических двигателей с представлением положения переменной как позиции шестерни. С х такие компании как Friden, Marchant и Monro начали выпускать настольные механические калькуляторы, которые могли складывать, вычитать, умножать и делить. Словом «computer» ( буквально « вычислитель ») называлась должность это были люди, которые использовали калькуляторы для выполнения математических вычислений. В ходе Манхэттенского проекта, будущий Нобелевский лауреат Ричард Фейнман был управляющим целой команды « вычислителей », многие из которых были женщинами - математиками, обрабатывающими дифференциальные уравнения, которые решались для военных нужд. Даже знаменитый Станислав Мартин Улам уже после окончания войны был принужден к работе по переводу математических выражений в разрешимые приближения для проекта водородной бомбы.

12 1. Z- серия Конрада ЦузеZ- серия Конрада Цузе 2. Британский Colossus Британский Colossus 3. ЭНИАК ЭНИАК 4. МЭСМ МЭСМ

13 В 1936 году молодой немецкий инженер - энтузиаст Конрад Цузе начал работу над своим первым вычислителем серии Z, имеющим память и ( пока ограниченную ) возможность программирования. Созданная, в основном, на механической основе, но уже на базе двоичной логики, модель Z1, завершённая в 1938 году, так и не заработала достаточно надёжно, из - за недостаточной точности выполнения составных частей. Ввод команд и данных осуществлялся при помощи клавиатуры, а вывод, с помощью маленькой панели на лампочках. Память вычислителя организовывалась при помощи конденсатора. В 1939 году, Цузе создал второй вычислитель Z2, но её планы и фотографии были уничтожены при бомбардировке во время Второй мировой войны, поэтому о ней почти ничего не известно. Z2 работала на электромагнитных переключателях, созданных в 1831 году ученым Джозефом Генри. Следующая машина Цузе Z3, была завершена в 1941 году. Она была построена на телефонных реле и работала вполне удовлетворительно. Тем самым, Z3 стала первым работающим компьютером, управляемым программой. Во многих отношениях Z3 была подобна современным машинам, в ней впервые был представлен ряд новшеств, таких как арифметика с плавающей запятой. Замена сложной в реализации десятичной системы на двоичную, сделала машины Цузе более простыми, а значит, более надёжными ; считается, что это одна из причин того, что Цузе преуспел там, где Бэббидж потерпел неудачу.

14 « Колосс » стал первым полностью электронным вычислительным устройством, хотя на нём и нельзя было реализовать любую вычислимую функцию. В « Колоссе » использовалось большое количество электровакуумных ламп, ввод информации выполнялся с перфоленты. Машину можно было настроить на выполнение различных операций булевой логики, но она не являлась тьюринг - полной. Помимо Colossus Mk I, было собрано ещё девять моделей Mk II. Информация о существовании этой машины держалась в секрете до х гг. Уинстон Черчилль лично подписал приказ о разрушении машины на части, не превышающие размером человеческой руки. Из - за своей секретности, Colossus не был упомянут во многих трудах по истории компьютеров.

15 Американский ENIAC, который часто называют первым электронным компьютером общего назначения, публично доказал применимость электроники для масштабных вычислений. Это стало ключевым моментом в разработке вычислительных машин, прежде всего из - за огромного прироста в скорости вычислений, но также и по причине появившихся возможностей для миниатюризации. Созданная под руководством Джона Мочли и Дж. Преспера Эккерта ( J. Presper Eckert ), эта машина была в 1000 раз быстрее, чем все другие машины того времени. Разработка « ЭНИАК » продлилась с 1943 до 1945 года. В то время, когда был предложен данный проект, многие исследователи были убеждены, что среди тысяч хрупких электровакуумных ламп многие будут сгорать настолько часто, что « ЭНИАК » будет слишком много времени простаивать в ремонте, и тем самым, будет практически бесполезен. Тем не менее, на реальной машине удавалось выполнять несколько тысяч операций в секунду в течение нескольких часов, до очередного сбоя из - за сгоревшей лампы. « ЭНИАК », безусловно, удовлетворяет требованию полноты по Тьюрингу. Но « программа » для этой машины определялась состоянием соединительных кабелей и переключателей огромное отличие от машин с хранимой программой, появившихся у Конрада Цузе в 1940 году. Тем не менее, в то время, вычисления, выполняемые без помощи человека, рассматривались как достаточно большое достижение, и целью программы было тогда решение только одной единственной задачи. ( Улучшения, которые были завершены в 1948 году, дали возможность исполнения программы, записанной в специальной памяти, что сделало программирование более систематичным, менее « одноразовым » достижением ).

16 МЭСМ ( Малая электронная счётная машина ) советская ЭВМ, первая в СССР и континентальной Европе. Разрабатывалась лабораторией С. А. Лебедева ( на базе киевского Института электротехники АН УССР ) с конца 1948 года. Первоначально МЭСМ задумывалась как макет или модель Большой электронной счётной машины ( БЭСМ ), первое время буква « М » в названии означала « модель ». Работа над машиной носила исследовательский характер, в целях экспериментальной проверки принципов построения универсальных цифровых ЭВМ. После первых успехов и с целью удовлетворения обширных потребностей в вычислительной технике, было принято решение доделать макет до полноценной машины, способной решать реальные задачи

17 1. БЭСМ -6 БЭСМ PDP-1 PDP-1 3. Общее описание Общее описание

18 БЭСМ -6 ( Большая Электронно - Счётная Машина ) советская электронная вычислительная машина, первая суперЭВМ на элементной базе второго поколения полупроводниковых транзисторах. Разработка БЭСМ -6 завершена в конце 1965 года. Главный конструктор Сергей Алексеевич Лебедев, заместители главного конструктора В. А. Мельников, Л. Н. Королёв. В 1968 году начат выпуск на заводе Счётно - аналитических машин ( САМ ) в Москве. Особенности БЭСМ -6: Элементная база транзисторный парафазный усилитель с диодной логикой на входе Тактовая частота 10 МГц 48- битное машинное слово Быстродействие около 1 млн операций в секунду ( наиболее производительная американская система CDC 6600 ( англ. ), выпускавшаяся с 1964 года, обеспечивала быстродействие того же порядка ) Конвейерный центральный процессор ( ЦП ) с отдельными конвейерами для устройства управления ( УУ ) и арифметического устройства ( АУ ). Конвейер позволял совмещать обработку нескольких команд, находящихся на разных стадиях выполнения. 8- слойная физическая организация памяти Виртуальная адресация памяти и расширяемые регистры страничной приписки. Совмещённое АУ для целой и плавающей арифметики. Кеш на битных слов : 4 чтения данных, 4 чтения команд, 8 буфер записи Система команд включала в себя битных команд ( по две в слове )

19 PDP-1 ( P rogrammed D ata P rocessor- 1 ) первый компьютер из серии PDP, произведённый Digital Equipment Corporation в Всего было продано 50 экземпляров PDP-1 PDP-1 имел 18- битное машинное слово и 4 килослова основной памяти ( эквивалентно 9 КБ ) с возможностью расширения до 64 килослов (144 КБ ). Цикл перемагничивания памяти на ферритовых элементах занимал 5 микросекунд ( примерно соответствует тактовой частоте 200 КГц ); соответственно большинство арифметических операций занимали 10 микросекунд ( операций в секунду ), потому что они имели два обращения к памяти : одно для инструкции, другое для операндов.

20 Следующим крупным шагом в истории компьютерной техники стало изобретение транзистора в 1947 году. Они стали заменой хрупким и энергоёмким лампам. О компьютерах на транзисторах обычно говорят как о « втором поколении », которое доминировало в х и начале х. Благодаря транзисторам и печатным платам было достигнуто значительное уменьшение размеров и объёмов потребляемой энергии, а также повышение надёжности. Например, IBM 1620 на транзисторах, ставшая заменой IBM 650 на лампах, была размером с офисный стол. Однако компьютеры второго поколения по - прежнему были довольно дороги и поэтому использовались только университетами, правительствами, крупными корпорациями. Компьютеры второго поколения обычно состояли из большого количества печатных плат, каждая из которых содержала от одного до четырёх логических вентилей или триггеров. В частности, IBM Standard Modular System определяла стандарт на такие платы и разъёмы подключения для них. В 1959 году на основе транзисторов IBM выпустила мейнфрейм IBM 7090 и машину среднего класса IBM Последняя использовала перфокарточный ввод и стала самым популярным компьютером общего назначения того времени : в период гг. было выпущено более 100 тыс. экземпляров этой машины. В ней использовалась память на 4000 символов ( позже увеличенная до символов ). Многие аспекты этого проекта были основаны на желании заменить перфокарточные машины, которые широко использовались начиная с х до самого начала х гг. В 1960 году IBM выпустила транзисторную IBM 1620, изначально только перфоленточную, но вскоре обновлённую до перфокарт. Модель стала популярна в качестве научного компьютера, было выпущено около 2000 экземпляров. В машине использовалась память на магнитных сердечниках объёмом до десятичных цифр

21 Бурный рост использования компьютеров начался с т. н. «3- им поколением » вычислительных машин. Начало этому положило изобретение интегральных схем, которые независимо друг от друга сделали лауреат Нобелевской премии Джек Килби и Роберт Нойс. Позже это привело к изобретению микропроцессора Тэдом Хоффом ( компания Intel). В течение х наблюдалось определённое перекрытие технологий 2- го и 3- го поколений. В конце 1975 года, в Sperry Univac продолжалось производство машин 2- го поколения, таких как UNIVAC 494. Появление микропроцессоров привело к разработке микрокомпьютеров небольших недорогих компьютеров, которыми могли владеть небольшие компании или отдельные люди. Микрокомпьютеры, представители четвёртого поколения, первые из которых появился в х, стали повсеместным явлением в х и позже. Стив Возняк, один из основателей Apple Computer, стал известен как разработчик первого массового домашнего компьютера, а позже первого персонального компьютера. Компьютеры на основе микрокомпьютерной архитектуры, с возможностями, добавленными от их больших собратьев, сейчас доминируют в большинстве сегментов рынка

22 Чарльз Беббидж Чарльз Беббидж Сергей Алексеевич Лебедев Сергей Алексеевич Лебедев Конрад Цузе Конрад Цузе

23 Чарльз Бэббидж родился 26 декабря 1791 года в Лондоне. Его отец, Бенджамин Бэббидж, был банкиром. Мать звали Элизабет Бэббидж, в девичестве Тип ( англ. Teape ). В детстве у Чарльза было очень слабое здоровье. В 8 лет его отправили в частную школу в Альфингтоне на воспитание священнику. На тот момент его отец уже был достаточно обеспечен, чтобы позволить обучение Чарльза в частной школе. Бенджамин Бэббидж попросил священника не давать Чарльзу сильных учебных нагрузок из - за слабого здоровья. После школы в Альфингтоне Чарльз был отправлен в академию в Энфилде, где по существу и началось его настоящее обучение. Именно там Бэббидж начал проявлять интерес к математике, чему поспособствовала большая библиотека в академии. После обучения в академии Бэббидж обучался у двух репетиторов. Первый был священником, жившим возле Кембриджа. По словам Чарльза, священник не дал бы ему тех знаний, который он мог получить, обучаясь у более опытного репетитора. После священника у Бэббиджа был репетитор из Оксфорда. Он смог дать Бэббиджу основные классические знания, достаточные для поступления в колледж.

24 В апреле 1928 года закончил Высшее техническое училище им. Баумана по специальности инженер - электрик. Дипломная работа была посвящена проблемам устойчивости энергосистем, создававшихся по плану ГОЭЛРО. Затем работал во Всесоюзном электротехническом институте ( ВЭИ ). После выделения в 1930 году электротехнического факультета МВТУ в самостоятельный Московский энергетический институт стал преподавателем МЭИ. С 1936 году профессор. В феврале 1945 года избирается действительным членом Академии Наук УССР, а в мае 1946 года назначается директором Института энергетики АН УССР в Киеве. В 1947 году после разделения этого института становится директором Института электротехники АН УССР. В 1947 году в Институте электротехники организуется лаборатория моделирования и вычислительной техники. Здесь в годах под его руководством была разработана первая в СССР и континентальной Европе Малая электронно - счётная машина ( МЭСМ ). В 1950 году приглашён в Институт точной механики и вычислительной техники ( ИТМиВТ ) АН СССР в Москве, где руководил созданием БЭСМ -1. В 1950 году удостоен Сталинской премии. После сдачи БЭСМ -1, c 1952 года являлся директором ИТМиВТ. Институт впоследствии получил его имя.

25 Цузе родился в Берлине ( Германия ) и продолжительное время жил с родителями на севере Саксонии в городке Хойерсверда ( нем. Hoyerswerda ). С детских лет мальчик проявлял интерес к конструированию. Ещё в школе он спроектировал действующую модель машины по размену монет и создавал проект города на 37 миллионов жителей. А в годы студенчества к нему впервые пришла идея создания автоматического программируемого вычислителя. В 1935 году Цузе получил образование инженера в Берлинской высшей технической школе в Шарлоттенбурге, которая сегодня носит название Берлинского технического университета. По её окончании он поступил на работу на авиационную фабрику Хейнкеля в городе Дессау, однако, проработав всего лишь год, уволился, вплотную занявшись созданием программируемой счётной машины. Поэкспериментировав с десятичной системой счисления, молодой инженер предпочёл ей двоичную. В 1938 году появилась первая действующая разработка Цузе, названная им Z1. Это был двоичный механический вычислитель с электрическим приводом и ограниченной возможностью программирования при помощи клавиатуры. Результат вычислений в десятичной системе отображался на ламповой панели. Построенный на собственные средства и деньги друзей и смонтированный на столе в гостиной родительского дома, Z1 работал ненадёжно из - за недостаточной точности выполнения составных частей. Впрочем, будучи экспериментальной моделью, ни для каких практических целей он не использовался.

26