История вычислительной техники
Информатизация общества.
Потребность
в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно.
С развитием цивилизации появлялись новые направления деятельности человека,
связанные с обработкой больших объёмов информации.
Первые
компьютеры использовались в основном в военно-промышленном комплексе, но со
временем область их применения постепенно расширялась и теперь в каждом третьем
доме есть компьютер. Современный человек уже не может существовать без
вычислительной техники: компьютеры управляют производством и распределением
электроэнергии, производят расчёты в банках, обеспечивают безопасное движение
железнодорожного и воздушного транспорта, составляют прогнозы погоды.
История развития вычислительной техники.
Ещё
1500 лет назад для облегчения вычислений стали использовать счёты. В 1642 г.
Блез Паскаль изобрёл устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в
1694 г. Готфрид Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически
производить четыре арифметических действия.
Первая
счетная машина, использующая электрическое реле, была сконструирована в 1888 г.
американцем немецкого происхождения Германом Холлеритом и уже в 1890 г.
применялась при переписи населения. В качестве носителя информации применялись
перфокарты. Они были настолько удачными, что без изменений просуществовала до
наших дней.
Первой
электронной вычислительной машиной принято считать машину ENIAC (Electronic
Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и
вычислитель), разработанную под руководством Джона Моучли и Джона Экера в
Пенсильванском университете в США. ENIAC содержал 17000 электронных ламп, 7200
кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов и занимал площадь в 300 кв.
метром. Он в 1000 раз превосходил по быстродействию релейные вычислительные
машины и был построен в 1945 г.
Первой
отечественной ЭВМ была МЭСМ (малая электронная счетная машина), выпущенная в
1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева. Её номинальное
быстродействие—50 операций в секунду.
Компьютеры
40-х и 50-х годов были доступны только крупным компаниям и учреждениям, так как
они стоили очень дорого и занимали несколько больших залов. Первый шаг к
уменьшению размеров и цены компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г.
транзисторов. Через 10 лет, в 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной
пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс
(будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший
создать на одной пластинке и транзисторы, и все необходимые соединения между
ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или
чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных
схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.
В
1971 г. был сделан ещё один важный шаг на пути к персональному компьютеру—фирма
Intel выпустила интегральную схему, аналогичную по своим функциям процессору
большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004. Уже через год был
выпущен процессор Intel-8008, который работал в два раза быстрее своего
предшественника.
Вначале
эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в
различных специализированных устройствах. Первый коммерчески распространяемый
персональный компьютер Altair был сделан на базе процессора Intel-8080,
выпущенного в 1974 г. Разработчик Altair—крохотная компания MIPS из Альбукерка
(шт. Нью-Мексико)—продавала машину в виде комплекта деталей за 397 долл., а
полностью собранной—за 498 долл. У компьютера была память объёмом 256 байт,
клавиатура и дисплей отсутствовали. Можно было только щёлкать переключателями и
смотреть, как мигают лампочки. Вскоре у Altair появились и дисплей, и
клавиатура, и добавочная оперативная память, и устройство долговременного
хранения информации (сначала на бумажной ленте, а затем на гибких дисках).
А
в 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple, который представлял собой
деревянный ящик с электронными компонентами. Если сравнить его с выпускаемым
сейчас iMac, то становится ясным, что со временем изменялась не только
производительность, но и улучшался дизайн ПК.
Вскоре
к производству ПК присоединилась и фирма IBM. В 1981 г. она выпустила первый
компьютер IBM PC. Благодаря принципу открытой архитектуры этот компьютер можно
было самостоятельно модернизировать и добавлять в него дополнительные
устройства, разработанные независимыми производителями. За каких-то полгода IBM
продала 50 тыс. машин, а через два года обогнала Apple по объёму продаж.
Производительность
современных ПК больше, чем у суперкомпьютеров, сделанных десять лет назад.
Поэтому через несколько лет обыкновенные персоналки будут работать со
скоростью, которой обладают современные суперЭВМ. Кстати, в январе 1999 г.
самым быстрым был компьютер SGI ASCI Blue Mountain. По результатам тестов
Linpack parallel его быстродействие равнялось 1,6 TFLOPS (триллионов операций с
плавающей точкой в секунду).
Идеи Бэббиджа.
Из
всех изобретателей прошлых столетий, внесших вклад в развитие вычислительной
техники, наиболее близко к созданию компьютера в современном представлении
подошел англичанин Чарльз Бэббидж.
Желание
механизировать вычисления возникло у Бэббиджа в связи с недовольством, которое
он испытывал, сталкиваясь с ошибками в математических таблицах, используемых в
самых различных областях.
В
1822 г. Бэббидж построил пробную модель вычислительного устройства, назвав ее
"Разностной машиной": работа модели основывалась на принципе, известном
в математике как "метод конечных разностей". Данный метод позволяет
вычислять значения многочленов, употребляя только операцию сложения и не
выполнять умножение и деление, которые значительно труднее поддаются
автоматизации. При этом предусматривалось применение десятичной системы
счисления (а не двоичной, как в современных компьютерах).
Однако
"Разностная машина" имела довольно ограниченные возможности.
Репутация Бэббиджа как первооткрывателя в области автоматических вычислений
завоевана в основном благодаря другому, более совершенному
устройству—Аналитической машине (к идее создания которой он пришел в 1834 г.),
имеющей удивительно много общего с современными компьютерами.
Предполагалось,
что это будет вычислительная машина для решения широкого круга задач, способная
выполнять основные операции: сложение, вычитание, умножение, деление.
Предусматривалось наличие в машине "склада" и "мельницы" (в
современных компьютерах им соответствуют память и процессор). Причем
планировалось, что работать она будет по программе, задаваемой с помощью
перфокарт, а результаты можно будет выдавать на печать (и даже представлять их
в графическом виде) или на перфокарты. Но Бэббидж не смог довести до конца
работу по созданию Аналитической машины—она оказалась слишком сложной для
техники того времени.
Машины Фон-Неймановского типа.
В
основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие
принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского
происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.
Прежде
всего, компьютер должен иметь следующие устройства:
*
Арифметическо-логическое устройство, выполняющие арифметические и логические
операции;
*
Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
*
Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
*
Внешние устройства для ввода-вывода информации.
В
основе работы компьютера лежат следующие принципы:
*
Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация,
поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
*
Принцип программного управления. Из него следует, что 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. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число,
текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над
данными.
*
Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных
ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Машины,
построенные на этих принципах, называются Фон-Неймановскими.
Список литературы
1.
В. Э. Фигурнов «IBM PC для пользователей» — М.: ИНФРА-М, 1996.
2.
М. Д. Аксёнова «Энциклопедия для детей. Математика» — М.: Аванта+, 1998.
3.
А. П. Савин «Энциклопедический словарь юного математика» — М.: Педагогика,
1985.
4. Музей Intel: http://www.intel.ru/museum.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://doklad.ru/