Электромеханический этап развития средств обработки численной информации На этом этапе основным считающим элементом было электромеханическое устройство. - презентация

1 Электромеханический этап развития средств обработки численной информации На этом этапе основным считающим элементом было электромеханическое устройство – реле. Появился новый тип машин – счетно-аналитические, в которых выполнялись не только счетные операции, но автоматически проводились сопоставления и анализ данных (это были предшественники современных СУБД – Систем Управления Базами Данных). И первый настоящий работающий компьютер – универсальный автоматический вычислительный прибор – был электромеханическим г. – середина XX века

2 2 В 1889 году американский изобретатель Герман Холлерит сконструировал перфокарточное устройство для решения статистических задач. В отличие от идеи Бэббиджа хранить на перфокартах инструкции, Холлерит использовал перфокарты для хранения данных. Кроме того, для работы перфокарточного устройства использовалось электричество. Цифры на перфокарте изображались одинарными отверстиями, а буквы алфавита - двойными. Специальный электрический прибор опознавал отверстия на перфокартах и посылал сигналы в обрабатывающее устройство. Вычислительная машина Холлерита оказалась по тем временам очень быстрым устройством обработки данных, а перфокарты - удобным способом хранения данных. Машина Холлерита была использована для обработки результатов переписи населения США. Обработка результатов предыдущей переписи 1880 года заняла около 10 лет. С помощью машины Холлерита в 1890 году те же данные были обработаны всего за 6 недель. В 1896 году Холлерит основал компанию по производству перфорирующих устройств - Tabulating Machine Company, которая в 1924 году после серии слияний и поглощений превратилась в знаменитую компанию по производству компьютеров - IBM (International Business Machines).

3 Карты табулятора Холлерита были размером в долларовую бумажку. На каждой карте имелось 12 рядов, в каждом из которых можно было пробить по 20 отверстий, соответствующих таким данным, как возраст, пол, место рождения, количество детей, семейное положение и прочие сведения, включенные в вопросник переписи американского населения. Агенты, проводившие перепись, записывали ответы опрашиваемых в специальные формуляры. Заполненные формуляры отсылались в Вашингтон, где содержащуюся в них информацию переносили на карты путем соответствующего перфорирования. Затем перфокарты загружали в специальные устройства, соединенные с табуляционной машиной, где они нанизывались на ряды тонких игл, по одной игле на каждую из 240 перфорируемых позиций на карте. Когда игла попадала в отверстие, она проходила его, замыкая контакт в соответствующей электрической цепи машины; это в свою очередь приводило к тому, что счетчик, состоящий из вращающихся цилиндров, продвигался на одну позицию вперед.

4 Первой счетно-аналитической машиной был изобретенный Г. Холлеритом (США) в 1888 г. табулятор, который применялся, в частности, при переписи населения США в 1890 году. Табулятор и сортировщик Г. Холлерита

5 5 Механические Дифференциальные Решатели Ванневар Буш разработал Дифференциальные Решатели е –Для решения дифференциальных уравнений dz = y dx –Позже появились электрические версии

6 К 1931 г. Вэн Буш "отмечается" в области автоматизации вычислений: он создает электромеханический "решатель дифференциальных уравнений" Differential Analyzer. Это была совершенная для своих времен машина, выдававшая результаты вычислений в графическом виде и способная решать уравнения вплоть до шестого порядка. За четыре года до появления Differential Analyzer в Массачусетском Технологическом (MIT) Буш строит первую машину, предшественницу амбициозного проекта, Intergraph. Ее первоначальный замысел впоследствии изрядно ограничивается технологическими возможностями: "электрическая машина, способная самостоятельно думать. Фактически рукотворный мозг, Intergraph призвана помочь человеку переступить барьер ограниченных возможностей в нахождении решений слишком сложных математических проблем…". Сегодня и Intergraph, и Differential Analyzer получили бы куда более скромное название аналоговые вычислительные машины.

7 7 Rockefeller Differential Analyzer

8 8 Через 63 года после смерти Ч. Беббиджа нашелся "некто", взявший на себя задачу создать машину, подобную по принципу действия той, которой отдал жизнь Ч. Беббидж. Им оказался... немецкий студент Konrad Zuse ( ). Работу по созданию машины он начал в 1934 г., за год до получения инженерного диплома. Конрад ничего не знал ни о машине Беббиджа, ни о работах Лейбница, ни о алгебре Буля, которая словно создана для того, чтобы проектировать схемы с использованием элементов, имеющих лишь два устойчивых состояния. Тем не менее он оказался достойным наследником В. Лейбница и Дж. Буля, поскольку вернул к жизни уже забытую двоичную систему исчисления, а при расчете схем использовал нечто подобное булевой алгебре. В 1937г. машина Z1 (что означало "Цузе 1") была готова и заработала!

9 9 Z1 была, подобно машине Беббиджа, чисто механической. Использование двоичной системы сотворило чудо – машина занимала всего два квадратных метра на столе в квартире изобретателя! Длина слов составляла 22 двоичных разряда. Выполнение операций производилось с использованием плавающей запятой. Память (тоже на механических элементах) содержала 64 слова (против 1000 у Беббиджа, что тоже уменьшило размеры машины). Числа и программа вводилась вручную. Еще через год в машине появилось устройство ввода данных и программы, использовавшее киноленту, на которую перфорировалась информация, а механическое арифметическое устройство заменило АУ последовательного действия на телефонных реле. В 1941 г. Цузе с участием Г. Шрайера создает релейную вычислительную машину с программным управлением (Z3), содержащую 2000 реле и повторяющую основные характеристики Z1 и Z2. Релейные компьютеры

10 Немецкий математик Кonrad Zuse, создатель первой программно-управляемой универсальной вычислительной (релейной) машины Z3 (1939–1941 гг.). Вообще им была создана целая серия электромеханических машин – Z1, Z2, Z3, Z4. Z3 (в отличие от предшествующих) была уже чисто релейной. На самом деле Z3 не может считаться полноценным компьютером, а лишь мощным калькулятором, так как в ней не была предусмотрена условная передача управления, и машина не могла решать задачи с разветвленными алгоритмами.

11 11 История вычислительной техники Итак, К. Zuse установил несколько вех в истории развития компьютеров: - первым в мире использовал при построении вычислительной машины двоичную систему исчисления (1937 г.), - создал первую в мире релейную вычислительную машину с программным управлением (1941г.) - спроектировал и построил цифровую специализированную управляющую вычислительную машину (1943 г.).

12 12

13 Фон Неймановская архитектура. Гарвардская архитектура split cache

14 Первый работающий компьютер – электромеханический Mark-1 Разработчик первых компьютеров семейства Mark – Говард Айкен. В числе первых программистов на этих компьютерах была лейтенант ВМФ США Грейс Хоппер, легендарная «бабушка программирования», первый программист на флоте и создательница языка программирования высокого уровня COBOL. Компьютеры семейства Mark использовались для проведения военных расчетов. Размеры Mark-1 впечатляют: он имел 17 м в длину и по 2,5 м в высоту и ширину. Объем памяти был равен 72 словам (ячейкам), скорость вычисления составляла три сложения в секунду. Следующий компьютер из серии – Mark-II был уже полностью релейным.

15 Первый работающий компьютер – электромеханический Mark-1 Mark-1 был электромеханическим устройством в том смысле, что приводился в действие с помощью электричества; но его считающие элементы были чисто механическими – зубчатыми колесами (память была релейной). Фактически это была реализация машины Беббиджа, дополненная электропитанием. Говард Айкен при создании машины не знал о работах Беббиджа, но впоследствии гордился тем, что ему первому удалось реализовать его гениальный проект.

16 Первый работающий компьютер – электромеханический Mark-1 Молодая Грейс Хоппер, работающая на первом действующем электромеханическом компьютере Mark-1, разработанном в Гарварде Говардом Айкеном. Маrk-1 использовался вплоть до 1959 года, хотя уже появились более мощные и совершенные электронные компьютеры. На нем выполнялись жизненно важные расчеты для ВМФ США во время 2-й мировой войны.

17 1945 год. Первый компьютерный «bug» (ошибка) Термин bug теперь повсеместно распространен в среде пользователей компьютеров всех уровней и означает ошибку или дефект – как в самой машине, так и, что более распространено, в программе (отсюда фраза debugging a program – отладка программ, вылавливание ошибок). Первая официальная запись об использовании термина bug в компьютерном контексте связана с релейным компьютером Mark II в Гарварде.

18 Сейчас стало общепринятой широко распространенной версией, что это легендарная Грейс Мюррей Хоппер, американский офицер Военно- Морского Флота США и математик, обнаружила проштрафившееся насекомое. Грейс была первопроходцем в области обработки данных и разработчиком первого компилятора, программы, что транслирует с языка высокого уровня (удобного для восприятия человеком) в машинный язык, понимаемый компьютером. В 1983 году Грейс стала первой женщиной, получившей звание контр-адмирала в Военно-Морском флоте США). 9 сентября 1945 года моль влетела в одно из реле и застопорила его. Согрешившая моль была засушена в журнале учета рядом с официальной записью, которая начиналась словами: «Первый действительный случай найденного насекомого (bug)».

19 Электронный этап На этом этапе основными элементами машины были электронные приборы – электронно-вакуумные лампы, транзисторы, интегральные схемы, большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы. В соответствии с этими элементами в электронном этапе выделяют поколения ЭВМ.

20 Как все это начиналось – Вторая Промышленная Революция, или Информационная Революция Начиналось все в 40-х годах XX века, в характерной для войны, а потом и холодной войны обстановке глубочайшей секретности. В США главным заказчиком зарождающейся вычислительной техники было Министерство обороны.

21 Первое поколение ЭВМ Элементная база – электронно-вакуумные лампы. Начиная с этого этапа практически все ЭВМ были автоматическими приборами для обработки информации, то есть работали по введенной в них программе.

22 Первый электронный компьютер ABC В 1939 году Джон (Иван) Атанасов, (математик из США болгарского происхождения) разработал c помощью своего аспиранта Клиффорда Берри прототип электронного компьютера, названного им ABC (Atanasoff– Berry Computer), в колледже штата Айова. В 1973 году этой машине и ее создателям судом был отдан приоритет как первому электронному компьютеру. На самом деле, существуют большие сомнения, была ли это действительно работающая машина, а не просто набор разрозненных компонентов.

23 ABC – компьютер Атанасова–Берри (Atanasoff–Berry Computer), 1942 г.

24 24 До Второй мировой войны в области конструирования компьютерных систем не было практически никакого прогресса, но это время следует считать времен зарождения и первоначального становления компьютерной науки. 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. Компьютерная наука

25 Клод Шеннон – основоположник математической теории кодирования

26 На этой ЭВМ успешно расшифровывались секретные послания немцев (зашифрованные на Энигме и машине Лоренца) во время II мировой войны. Первая электронная (английская) ЭВМ Colossus (1943 г.).

27 Алан Тьюринг – один из создателей Colossus секретный проект

28 Первая английская ЭВМ Colossus (реконструкция). Это уникальный пример компьютера – в нем отсутствовало Арифметическое Устройство.

29 29

30 Один из главных создателей первой ЭВМ – ENIAC – John Mauchley У машины было 20 регистров, каждый мог содержать 10-разрядное десятичное число

31 Первый электронный цифровой компьютер. США г. изготовлен по требованию военных ENIAC (Electronic Numerical Integrator, Analyzer and Computer) – первый, знаменитый, родоначальник...

32 ENIAC. Часть машинного зала.

33 ENIAC, который был детищем ума Джона Уильяма Маучли и Дж. Преспера Эккерта младшего, был поистине чудовищем. Он был более трех метров высотой и занимал более 100 кв. метров площади, весил порядка 30 тонн, и использовал более резисторов, конденсаторов, 6000 переключателей и электронных ламп. Окончательный вариант работающей машины потреблял 150 киловатт мощности, чего было достаточно для работы небольшого завода или освещения небольшого города. Одной из важнейших проблем электронно-ламповых компьютеров была надежность работы; 90% того времени простаивания ENIAC, занимало нахождение и замена перегоревших электронных ламп. Записи 1952 года показывают, что примерно электронных ламп пришлось заменить только в течение этого года, что в среднем составляет 50 ламп в день.

34 Замена неисправной электронной лампы превращалась в серьезную проблему – ведь их было свыше ENIAC

35 Подготовка к решению задачи на ЭВМ ENIAC (так называемое штекерное программирование). Такое программирование занимало несколько дней, а сам расчет на ЭВМ – несколько минут.

36 ENIAC, коммутационная доска Программирование на ENIAC осуществлялось с помощью такой доски. Штекеры с проводниками вставлялись в соответствующие разъемы на этой доске, в зависимости от программы. Это очень замедляло процесс расчетов. Во все последующих цифровых компьютерах программа помещалась в память (принцип хранимой программы фон Неймана). Хотя на аналоговых компьютерах штекерное программирование еще долго и широко применялось.

37 ENIAC, память Память ENIAC была на ртутных линиях задержки

38 Ртутные линии задержки как компьютерная память Одной из главных проблем при создании первых компьютеров была разработка надежных форм памяти. Множество различных экзотических технологий было испробовано, из которых относительно удачным был выбор ртутных линий задержки. Они представляли собой тонкие трубки ртути, герметично закрытые кристаллами кварца. Напряжение переменного тока, приложенное к кристаллу кварца, обуславливало его вибрацию. И обратно, вибрация кристалла кварца вызывала генерацию электрического тока. Принцип ртутных линий задержки был в том, что кратковременное приложение электрического напряжения к кристаллу на одном конце трубки генерировало импульс, который распространялся через ртуть с известной скоростью. Когда импульс достигал другого конца линии задержки, он возбуждал кристалл на конце, который генерировал соответствующий ток. Путем усиления выходного напряжения от второго кристалла и подачей его обратно на первый кристалл устанавливался непрерывный цикл. Более того, целый набор индивидуальных импульсов мог поддерживаться одной единственной линией задержки, подобно колонне людей, марширующей по коридору. Реально, линией задержки длиной полтора метра могло храниться 1000 битов информации.

39 Ртутные линии задержки как компьютерная память Главный создатель английского компьютера EDSAC Морис Уилкс с ртутными линиями задержки Electronic Discrete Variable Computer

40 Эта иллюстрация представляет один из наиболее популярных – IBMовский стандарт – однодюймовую по ширине бумажную перфоленту, поддерживающую 8 треков (нумеруются от 0 до 7) с расстоянием 0.1 дюйма между отверстиями. Данные в первые компьютеры вводились с бумажной перфоленты (или с кинопленки). Так же вводилась и программа. Перфолента использовалась и на более поздних компьютерах.

41 ЭВМ EDVAC – следующая за ENIAC (1949–1952 гг. США), с хранимой программой.. EDVAC

42 Американский математик венгерского происхождения Джон фон Нейман. Разработал основные принципы архитектуры современных ЭВМ, в том числе принцип хранимой программы (помещение программы, как и данных, в память компьютера) и принцип двоичного представления информации в компьютере (эти два пункта отсутствовали в структуре аналитической машины Беббиджа, в остальном совпадавшей с машиной фон Неймана). Джон фон Нейман Янош Лайош Нейман родился старшим из трёх сыновей в состоятельной еврейской семье в Будапеште, бывшем в те времена городом Австро-Венгерской империи. еврейскойБудапештеАвстро-Венгерской империи

43 Первая печатная работа Неймана «О расположении нулей некоторых минимальных полиномов» увидела свет в 1921 году. Вскоре он окончил гимназию и поступил в Высшую техническую школу в Цюрихе, где изучал химию, и одновременно на математический факультет Будапештского университета, который окончил в 1926 году, получив степень доктора философии и диплом инженера-химика в Цюрихе. Свои математические исследования Нейман продолжил в университетах Гёттингена, Берлина и Гамбурга, они были связаны с квантовой физикой и теорией операторов. В этот же период молодой ученый выполнил основополагающие работы по теории множеств, теории игр и математическому обоснованию квантовой механики и написал ряд статей по данным направлениям. Нейману принадлежит строгая математическая формулировка принципов квантовой механики и доказательство эргодической гипотезы в математической статистике. Его труд «Математические основы квантовой механики» (1932) считается классическим учебным пособием. В 1930-х годах он опубликовал ряд работ по кольцам операторов, положив начало так называемой алгебре Неймана, которая впоследствии явилась одним из главных инструментов для квантовых исследований. Основные научные работы Неймана посвящены функциональному анализу, его приложениям к вопросам классической и квантовой механики. Более 150 трудов ученого посвящены проблемам физики, математики и ее практическим приложениям, теории игр и компьютерной теории, теории топологических групп и метеорологии.

44 In mathematics you don't understand things. You just get used to them. If people do not believe that mathematics is simple, it is only because they do not realize how complicated life is.

45 45 Машина Фон Неймана

46 3 основных признака фон Неймановской архитектуры память состоит из последовательности ячеек памяти с адресами; хранение команд программы и обрабатываемых ими данных - на одинаковых принципах (с точки зрения обработки сообщений); программа выполняется покомандно, в соответствии с их порядком. УУ – централизовано.

47 47

48 Английский EDSAC – первый компьютер с хранимой программой Хотя первым разработанным компьютером с хранимой программой был EDVAC (1946 г.), но по разным причинам он заработал лишь в 1952 году, и первым компьютером с хранимой программой оказался первый европейский электронный компьютер EDSAC.

49 Первый компьютер с хранимой программой – английский EDSAC, 1949 г.

50 Первый компьютер с хранимой программой – английский EDSAC Экраны слежения за прохождением программы

51 UNIVAC Первый коммерческий (продаваемый) компьютер г. Разработчики: Маучли и Эккерт. С хранимой программой.

52 Джон Маучли (на заднем плане) у ЭВМ UNIVAC

53 1952 год. Президентские выборы в США. В 8.30 вечера, получив всего несколько миллионов голосов (примерно 7% от общего числа) для обработки, UNIVAC предсказал победу Эйзенхауэра на президентских выборах, хотя все предварительные опросы общественного мнения предсказывали победу его сопернику Стивенсону. Первый компьютерный прогноз Дж. Преспер Эккерт, разработчик ENIAC и UNIVAC, обозреватель Уолтер Кронкайт и оператор у UNIVAC.

54 54 В 1947 году Норберт Винер (1894 – 1964) вводит в обращение термин "кибернетика" как обозначение дисциплины о законах передачи информации и управления: Кибернетика или управление и связь в животном и машине. Винер полагал очевидным, что многие концептуальные схемы, определяющие поведение живых организмов при решении конкретных задач, практически идентичны схемам, характеризующим процессы управления в сложных технических системах.

55 Что представляла собой работа на ЭВМ первого поколения Трудоемким и малоэффективным, с точки зрения современного пользователя, был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи. Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ. Но зато было чувство небывалого единения с машиной, которое затем было на длительный период утрачено и возродилось только с появлением персональных компьютеров.

56 Подведем итоги (I поколение ЭВМ) Элементная база первых вычислительных машин – электронные лампы – определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки и военных. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным.

57 57 Первый Транзистор Используют кремний Разработаны в 1948 Переключатель on-off Второе поколение компьютеров, использующее транзисторы, появилось в 1955 Изобретатели: В.Б. Шокли, Дж. Бардин, У. Бреттейн.

58 Второе поколение ЭВМ Элементная база – устройства на основе транзисторов. Хотя транзисторы были изобретены в 1948 г., первые ЭВМ на транзисторной основе появились гораздо позже – в начале 60-х годов. Это изобретение позволило разработать машины значительно меньших габаритов и энерго- потребления и гораздо более высокой производительности и надежности при меньшей стоимости.

59 TRADIC – первый компьютер на транзисторах 1955 г. Лаборатория AT&T объявила о создании первого полностью транзисторного компьютера TRADIC. Он содержал порядка 800 транзисторов вместо электронных ламп. Транзисторы – совершенно не нагревающиеся в работе, высокоэффективные усиливающие устройства, разработанные в Bell Laboratory – позволили свести потребляемую мощность машины к 100 ватт, или одной двадцатой мощности, требуемой сравнимым по вычислительным возможностям компьютером на электронно- вакуумных лампах. И занимала эта ЭВМ объем всего 3 куб. фута.

60 60 Массачусетский технологический институт IBM

61 PDP-1

62

63 63

64 Джон Бэкус – один из создателей первого универсального процедурного языка программирования – FORTRAN (1954– 1957 гг.).

65 ERMA – первый компьютерный шрифт, 1959 г.

66 У машин II поколения оперативная память была на ферритовых сердечниках

67 67

68 1964г. Фирма Control Data Corporation (CDC) при непосредственном участии одного из ее основателей, Сеймура Р.Крэя (Seymour R.Cray) выпускает компьютер CDC первый компьютер, в котором использовалось несколько независимых функциональных устройств. 100нс 2-3 млн. операций ти Некоторые параметры компьютера: время такта 100нс, производительность 2-3 млн. операций в секунду, оперативная память разбита на 32 банка по ти разрядных слов, цикл памяти 1мкс, 10 независимых функциональных устройств. Машина имела громадный успех на научном рынке, активно вытесняя машины фирмы IBM.

69 1969г. CDC выпускает компьютер CDC-7600 с восемью независимыми конвейерными функциональными устройствами - сочетание параллельной и конвейерной обработки. Впервые термин "суперЭВМ" был использован в начале 60-х годов, когда группа специалистов Иллинойского университета (США) под руководством доктора Д. Слотника предложила идею реализации первой в мире параллельной вычислительной системы. Проект, получивший название SOLOMON, базировался на принципе векторной обработки, который был сформулирован еще Дж. фон Нейманом, и концепции матричной параллельной архитектуры, предложенной С. Унгером в начале 50-х годов. Известный специалист в области систем программирования Д.Кнут показал, что циклы DO занимают менее 4% кода программ на языке FORTRAN, но требуют более половины счетного времени задачи.

70 Второе поколение ( ): транзисторы и системы пакетной обработки

71 Подведем итоги II поколения ЭВМ Структурные изменения машин II поколения – появление возможности совмещения операций ввода/вывода с вычислениями в центральном процессоре, увеличение объема оперативной и внешней памяти, использование алфавитно- цифровых устройств для ввода и вывода данных. «Открытый» режим использования машин I поколения сменился «закрытым», при котором программист уже не допускался в машинный зал, а сдавал свою программу на алгоритмическом языке оператору ЭВМ, который и занимался ее дальнейшим пропуском на машине. ЭВМ становились более доступными, расширялась область их применения и, наряду с задачами вычислительными, появлялись задачи, связанные с обработкой текстовой информации. Их решение стало возможным благодаря появлению команд, оперирующих с символами. Тогда же появился 8-ми разрядный байт, байтовая структура ОП, более удобная для работы с текстами. Машины II поколения имели гораздо большую разрядность, например, в БЭСМ-6 было 48 разрядов.

72 72 Интегральные Схемы Третье поколение использовало Интегральные Схемы (чипы). Интегральные Схемы – это транзисторы, резисторы и конденсаторы, объединённые вместе на одном чипе

73 73 Третье Поколение – Интегральные Схемы Операционные Системы Меньше и компактней

74 Первые интегральные схемы 1958 г. Джек Килби создает первую интегральную схему в Texas Instruments, доказывая, что резисторы и емкости могут сосуществовать на одном кусочке полупроводника. Его схема состояла из германиевой подложки с пятью компонентами, соединенными проводниками. Силиконовая интегральная схема г. Реальная схема Роберта Нойса. Разработанная им технология позволяла печатать проводящие каналы прямо на силиконовой поверхности г. Интегральная схема, реализующая резисторно- транзисторную логику, триггер, и первая интегральная схема как монолитный кристалл.

75

76 76

77 Легендарная IBM-360, компьютер-эпоха, с аналогами которого знакомы и наши программисты. Знаменитая серия ЕС ЭВМ была разработана в странах СЭВ на основе архитектурных решений ЭВМ серии IBM-360

78 78 История вычислительной техники "Становление и развитие вычислительной техники в СССР шло в послевоенные годы в условиях отсутствия контактов с учеными Запада: разработка ЭВМ за рубежом велась в условиях секретности, поскольку первые цифровые электронные машины предназначались, в первую очередь, для военных целей." (Б.Н.Малиновский, "История вычислительной техники в лицах")

79 79 Развитие отечественной техники 1952 БЭСМ БЭСМ М БЭСМ АС-6

80 80 История вычислительной техники Сергей Алексеевич Лебедев ( ) - основоположник компьютерной техники в СССР. Под его руководством были созданы 15 типов ЭВМ, начиная с ламповых и заканчивая современными суперкомпьютерами на интегральных схемах.

81 Реконструкция стойки БЭСМ-1 Когда в 1954 году оперативная память БЭСМ была укомплектована усовершенствованной элементной базой (потенциалоскопами), быстродействие машины (до 8 тысяч операций в секунду) оказалось на уровне лучших американских ЭВМ и самым высоким в Европе. Доклад Лебедева о БЭСМ в 1956 году на конференции в западногерманском городе Дармштадте произвел настоящий фурор, поскольку малоизвестная советская машина оказалась лучшей европейской ЭВМ.

82 Элементы процессора ЭВМ БЭСМ-1 на электронно- вакуумных лампах

83 83 БЭСМ-6 Среднее быстродействие - до 1 млн. одноадресных команд/с Длина слова - 48 двоичных разрядов и два контрольных разряда Представление чисел - с плавающей запятой Рабочая частота - 10 МГц Занимаемая площадь кв. м

84 По элементной базе (транзисторной) относится ко II поколению. Но многие принципы структурной организации БЭСМ-6 были революционными для своего времени и предвосхищали архитектурные особенности машин третьего поколения Лучшая советская ЭВМ – БЭСМ-6 (1967 г.).

85 85 БЭСМ- 6

86 А это вся оперативная память БЭСМ-6 – 32 К машинных слов (впоследствии она была расширена до 192 К); смертельно мало по сегодняшним меркам, а ведь какие только задачи не решались на БЭСМ-6! Эта машина использовалась для моделирования сложнейших физических процессов и управления производством, а также в системах проектирования при разработке новых ЭВМ.

87 Машина БЭСМ-6, разработанная к 1967 году коллективом ИТМ и ВТ под руководством С.А.Лебедева, занимает особенно важное место в развитии и использовании вычислительной техники в СССР. Она явилась первым в СССР мэйнфреймом – ЭВМ с производительностью 1 миллион флоп/сек. Новые принципы, заложенные в архитектуру, структурную организацию машины и ее программное (тогда оно называлось математическое) обеспечение, повлияли на создание многих ЭВМ и вычислительных комплексов следующих поколений. БЭСМ-6 была построена на элементной базе транзисторных переключателей тока и диодно- резисторной комбинаторной логики и ферритовой памяти.

88 Легендарная IBM-360, компьютер-эпоха, с аналогами которого знакомы и наши программисты. Знаменитая серия ЕС ЭВМ была разработана в странах СЭВ на основе архитектурных решений ЭВМ серии IBM-360

89 Накопители на магнитных дисках Впервые в СССР появились у ЭВМ Единой Серии (начало 70-х годов). Первые такие диски имели емкость порядка нескольких Мбайт. Высота устройства примерно 1 метр.

90 Автоматическое цифровое печатающее устройство (АЦПУ) для ЭС ЭВМ. Печатала только символьную информацию и никаких вам графиков. Тем, кто с ним работал, никогда не забыть его стрекочущий звук.

91 91 Первый Микропроцессор – ,250 транзисторов 4-битный 108Khz Микрочип

92 92 Микрочип Сверхбольшая Интегральная Схема (СБИС) –Транзисторы, резисторы, конденсаторы ,250 транзисторов Pentium IV – 42,000,000 транзисторов –Каждый транзистор 0.13 микрон

93 Первый микрокалькулятор 1972 год. Hewlett-Packard анонсирует калькулятор HP-3 как «быструю, супер-точную электронную логарифмическую линейку», с памятью на полупроводниках типа компьютерной. HP-3 отличался от подобных устройств способностью оперировать с щироким спектром логарифмических и тригонометрических функций, запоминать больше промежуточных значений для дальнейшего использования и воспринимать и отображать данные в стандартной инженерной форме.

94 Третье поколение ( ): Интегральные схемы и многозадачность Мультипрограммирование spooling MULTIX (MULTiplexed Information and Computing service UNIX POSIX MINIX LINUX

95 Четвертое поколение ЭВМ Элементная база – большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС). Начало – 80-е годы. Современные компьютеры по своей элементной базе относятся к этому поколению. Однако по своей архитектуре и возможностям – это уже следующий этап истории компьютера.

96 1975 год – год рождения суперкомпьютера Cray-1, названного так в честь его создателя Сеймура Крэя. Продолжатели этой линии, современные суперкомпьютеры Cray-X,– были в течение более чем 20-ти лет самыми мощными вычислительными машинами. Остаются самими мощными машинами и по сей день для тех задач, для которых невозможно эффективное распараллеливание. В СССР компьютеры такого класса не производились. Суперкомпьютеры

97 Машинный зал суперкомпьютера Cray-1. На переднем плане – центральный процессор, окруженный блоками охлаждения.

98 Cray-1. Блок питания

99 Суперкомпьютер Cray-2 Центральный процессор суперкомпьютера Cray-2. Вокруг – блоки охлаждения на жидком фреоне. Именно на этом компьютере создавались анимационные эффекты в фильме «Терминатор-2».

100 Знаменитый Cray-2.

101 Суперкомпьютер Cray-10. Задачи мониторинга окружающей среды, прогноза погоды, многие военные и космические задачи, анализ человеческой речи, некоторые эффекты компьютерной графики и анимации в фильмах, создание новых лекарственных средств, конструирование самолетов и автомобилей могут быть решены только на суперкомьютерах.

102 Эпоха персональных компьютеров Элементная база – БИС и СБИС. Именно в эту эпоху началось массированное проникновение компьютеров во все сферы человеческой деятельности. Компьютеры начали обрабатывать текстовую, графическую, видео, аудио и другие виды информации. За компьютеры сели пользователи (в отличие от программистов на предыдущих этапах).

103 Первый персональный компьютер Xerox Alto (1973 г.). Графика высокого разрешения, полностраничный экран, быстрые магнитные устройства внешней памяти, мышь! К сожалению, он так никогда не появился на рынке из-за сильного противодействия конкурентов.

104 Первые микропроцессоры Intel г. Motorola г.

105 105

106 Первый коммерческий персональный компьютер ALTAIR (1975 год).

107 Компьютер Altair со снятой крышкой

108 Первый персональный компьютер линии Apple – Apple I. (Стив Джобс и Стив Возняк, 1976 г.). Дедушка нынешних компьютеров Apple Macintosh.

109 Персональный компьютер Apple][

110 Знаменитый персональный компьютер Apple 2 (1979 г.)

111 Первый персональный компьютер знаменитой линии Apple Macintosh

112 Персональный компьютер TSR-8 (конец 70-х годов).

113 Первый персональный компьютер фирмы IBM Та самая, первая IBM PC, 1981 года выпуска, выглядит как новенькая, а ведь именно с нее началась эпоха «персоналок» в нашей стране.

114 114

115 115

116 Даг Энгельбарт (Douglas Engelbart) – изобретатель мыши, но не только... Фундаментальные работы ученого стали идейной основой для ряда ключевых технологий в современных вычислительных системах, интерактивных средствах и компьютерных сетях.

117 Конец пятидесятых – начало шестидесятых годов. В ту пору в академическом сообществе принят в перспективе развития вычислительной техники путь автоматизации интеллектуальной деятельности человека (искусственный интеллект, автоматизация перевода и другие попытки замещения человека компьютером; всерьез говорили про компьютеры, сочиняющие музыку и стихи). Время показало, что это направление при всей своей привлекательности для огромного большинства академически ориентиро-ванных ученых – дорога если не в тупик, то уж точно на боковой путь. Энгельбарт смотрел на жизнь совершенно иначе: он не пытался заменить человека компьютером, уже тогда прекрасно понимая значение разделения функций между машиной и человеком.

118 Вот основные функции задуманной им системы взаимодействия человека с компьютером: редактирование текстов в онлайновом режиме; гипертекстовые ссылки; телеконференция; электронная почта; конфигурирование рабочего места в соответствии с потребностями пользователя. Эти функции невозможно было реализовать теми средствами, которые имелись в распоряжении ученых. Поэтому Энгельбарту пришлось создать целый ряд других программных и аппаратных средств, которые сегодня стали классикой: мышь для указания позиции на экране; многооконную систему вывода информации на экран; онлайновую систему подсказок (help) с контекстной привязкой; мультимедиа; архитектуру клиент-сервер; универсальный пользовательский интерфейс.

119 Довольно долго общественное мнение связывало появление мыши с лабораторией Xerox Alto или первыми моделями компьютеров компании Apple. Это справедливо в том смысле, что в большую жизнь мышь вошла именно оттуда, однако придумана она была отнюдь не там.

120 Первая мышка (1968 год), придуманная Дагом Энгельбартом. Первый экземпляр такого манипулятора был изготовлен инженером Биллом Инглишем (Bill English), а программы для него написал Джефф Рулифсон (Jeff Rulifson).

121 Операционные системы Large scale integration, Intel 8080 (1974)CP/M Disk Operating System (DOS)/BASIC MicroSoft Disk Operating System (MS-DOS) Intel (1983) Graphical User Interface (GUI) Windows 3.1 Windows95, 98Windows NT (New Technology) Unix X Windows

122 Первый модем г.

123 Рождение Всемирной Паутины В 1990 родился World Wide Web – когда Тим Бернерс-Ли, исследователь из ЦЕРНа, Лаборатории Физики Высоких Энергий, в Женеве, разработал HyperText Markup Language. HTML превратил Internet в World Wide Web. Браузер устанавливает связи и посылает запросы на сервер, позволяя пользователю просмотреть сайт. Гипертекстовая система позволила людям объединить их знания в глобальную сеть гипертекстовых документов. Тим Бернерс-Ли разработал первые WWW-сервер и браузер, ставшие доступными общественности в 1991 г.

124 Эта линия суперкомпьютеров началась в 1998 году, впервые на этих суперкомпьютерах был преодолен рубеж в 1 триллион операций в секунду. Эти компьютеры создаются не на базе оригинального процессора, а с использованием базе нескольких тысяч параллельных процессоров Pentium Pro. Своей максимальной мощности достигают при обработке параллельных процессов, например, как поисковые серверы во Всемирной Паутине или на программах шахматной игры. Суперкомпьютер ASCI RED

125 Дизайн машинного зала компьютера ASCI RED

126 Часть машинного зала компьютера ASCI RED, на переднем плане – консоль (рабочее место системного оператора суперкомпьютера).

127 Анфилада машинного зала суперкомпьютер а ASCI RED.

128 Внутри суперкомпьютера… Сравните с тем, как ремонтируются и модернизируются персональные компьютеры.

129 Стойки с параллельными процессорами суперкомпьютера ASCI RED

130 130 Поколения компьютеров

131 131 Прогресс Компьютеров

132 132 Типы компьютеров