История развития компьютерной техники

 

В начале 17 века французский математик и физик Блез Паскаль создал первую "суммирующую машину, названную Паскалиной, которая выполняла сложение и вычитание. В 1670-1680 годах немецкий математик Лейбниц сконструировал счетную машину, которая выполняла все 4 арифметических действия.

В 1874 году петербургский инженер Однер сконструировал прибор под названием арифмометр, выполнявший довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия над многозначными числами. В 30-е годы 20 века в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр "Феликс". Эти счетные устройства были основным техническим средством, облегчающими труд людей, связанных с обработкой больших массивов числовой информации.

Важным событием 19 века было изобретение английского математика Чарлза Беббиджа, кото-рый вошел в историю как создатель первой вычислительной машины - прообраза настоящих компьютеров. В 1812 году он начал работать над своей "разностной машиной". Беббидж хотел сконструировать машину, которая не только выполняла бы вычисления, но и могла бы работать по заранее составленной программе, например, вычисляла числовое значение заданной функции. Основным эле-ментом его машины было зубчатое колесо - для запоминания одного разряда десятичного числа. В результате можно было оперировать 18-разрядными числами. К 1822 году ученый построил неболь-шую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов. Совершенствуя разностную маши-ну, Беббидж приступил в 1833 году к разработке "аналитической машины". Она должна была отли-чаться большей скоростью при более простой конструкции и приводиться в действие силой пара. "Аналитической машина" имела три основных блока. Первый блок для хранения чисел (память, назывался "склад"), второй блок выполняет арифметические операции ("мельница"), третий блок для управления последовательностью действий машины. Также были устройства для ввода исходных данных и печати полученных результатов. Машина должна была действовать по программе, задающей последовательность выполнения операций и передачи чисел из памяти в мельницу и обратно. Математик Ада Лайвлес (дочь поэта Байрона) разработала первые программы для машины Беббиджа. Из-за недостаточного развития технологии проект Беббиджа не был реализован, но многие изо-бретатели воспользовались его идеями. Так, в 1888 году американец Холлерит создал табулятор, позволяющий автоматизировать вычисления при переписи населения. В 1924 году Холлерит основал фирму IBM для серийного выпуска табуляторов.

 

Конспект - История развития компьютерной техники.

 

В1941 году немецкий инженер Цузе построил небольшой компьютер на основе электромехани-ческих реле, но из-за войны его труды не были опубликованы. В 1943 году в США на одном из пред-приятий фирмы IBM Эйкен создал более мощный компьютер "Марк-1", который использовался для военных расчетов. Но электромеханические реле работали медленно и ненадежно.

Первое поколение ЭВМ (1946 - середина 50-х годов) Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели ЭВМ, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенными на одних и тех же научных и технических принципах.

Появление электронно-вакуумной лампы привело к созданию первой вычислительной машины. В 1946 году в США появилась вычислительная машина для решения задач под названием ЭНИАК (ENIAC -Electronic Numerical Integrator and Calculator - "электронный численный интегратор и калькулятор"). Этот компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем "Марк-1". Но большую часть времени он простаивал, т.к. для выполнения программы надо было несколько часов нужным образом подсоединять провода.

Совокупность элементов, из которых состоит компьютер, называется элементной базой. Элементной базой компьютеров I поколения служат электронно-вакуумные лампы, резисторы и конденсаторы. Элементы соединялись проводами с помощью навесного монтажа. ЭВМ представляла собой множество громоздких шкафов и занимала специальный машинный зал, весила сотни тонн и расхо-довала сотни киловатт электроэнергии. ЭНИАК имел 20 тыс. электронных ламп. За 1 сек. Машина выполняла 300 операций умножения или 5000 операций сложения многоразрядных чисел.

В 1945 году известный американский математик Джон фон Нейман представил широкой научной общественности доклад, в котором сумел обрисовать формальную логическую организацию компьютера, отвлекшись от схем и радиоламп.

 

История развития компьютерной техники. Классические принципы функциональной организации и работы компьютера:

1. Наличие основных устройств: устройство управления (УУ), арифметико-логическое (АЛУ), запоми-нающее устройство(ОЗУ), устройства ввода-вывода;

2. Хранение данных и команд в памяти;

3. Принцип программного управления;

4. Последовательное выполнение операций;

5. Двоичное кодирование информации (первый компьютер "Марк-1" производил вычисления в десятичной системе счисления, но такую кодировку трудно реализовать технически, и позднее от нее отказались);

6. Использование для большей надежности электронных элементов и электрических схем (вместо элек-тромеханических реле).

 

Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика С.А. Лебе-дева, и называлась она МЭСМ (малая электронная счетная машина). Позднее была создана БЭСМ-2 (большая электронная счетная машина). Самой мощной ЭВМ первого поколения в Европе была со-ветская ЭВМ М-20 с быстродействием 20 тыс. оп/сек., объем оперативной памяти - 4000 машинных слов. В среднем быстродействие ЭВМ первого поколения 10-20 тыс. оп/сек. Эксплуатация ЭВМ первого поколения слишком сложна из-за частого выхода из строя: элек-тронные лампы часто перегорали и заменять их нужно было вручную. Обслуживанием такой ЭВМ занимался целый штат инженеров. Программы для таких машин писали в машинных кодах, надо бы-ло знать все команды машины и их двоичное представление. Кроме того стоили такие компьютеры миллионы долларов.

 

История развития компьютерной техники. Второе поколение ЭВМ (конец 50-х - 60-е г.г.)

 

Изобретение транзистора в 1948 г. позволило изменить элементную базу ЭВМ на полупровод-никовые элементы (транзисторы и диоды), а также более совершенные резисторы и конденсаторы. Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал быстрее, был дешевле и надежнее. Измени-лась технология соединения элементной базы: появились первые печатные платы - пластины из изоляционного материала, на которых размещались транзисторы, диоды резисторы и конденсаторы. Печатные платы соединялись с помощью навесного монтажа. Сократилось потребление электроэнергии, и уменьшились в сотни раз размеры. Производительность таких ЭВМ до 1 млн. оп./сек. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена всей платы, а не каждого элемента в от-дельности. После появления транзисторов самой трудоемкой операцией при производстве компьютеров стало соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Появление алгоритмических языков облегчило процесс составления программ. Введен принцип разделения времени - различные устройства ЭВМ стали работать одновременно. В 1965 г. фирма Digital Equipment выпустила первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тысяч долларов.

 

История развития компьютерной техники. Третье поколение ЭВМ (конец 60-х - 70-е г.г.)

 

В 1958 году Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему или чип. Интегральная схема выполняла те же функции, что и электронная в ЭВМ второго поколения. Она представляла собой пластину кремния, на которой были размещены транзисторы и все соединения между ними. Элементная база - интегральные схемы. Производительность: сотни тысяч - миллионы операций в секунду. Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах, была IBM-360 в 1968 году фирмы IBM, которая положила начало целой серии (чем больше номер, тем больше возможности компьютера). В 1970 году фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В дальнейшем, количество транзисторов на единицу площади интегральной схемы увеличивалось ежегодно примерно вдвое. Это обеспечивало постоянное уменьшение стоимости и рост быстродействия компьютера. Увеличился объем памяти. Появились дисплеи и графопостроители, происходит дальнейшее развитие разнообразных языков программирования. В нашей стране выпускались два семейства ЭВМ: большие (например, ЕС-1022, ЕС-1035) и малые (например, СМ-2, СМ-3). В то время вычислительный центр оснащался одной - двумя моделями ЕС-ЭВМ и дисплейным классом, где каждый программист мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени.

 

История развития компьютерной техники. Четвертое поколение ЭВМ (конец 70-х - по настоящее время)

 

В 1970 году Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в 1971 г. Этот микропроцессор размером менее 3 см был производительнее гигантской машины. На одном кристалле кремния удалось разместить 2250 транзисторов. Правда работал он гораздо мед-леннее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (вместо 16-32 бит у больших компьютеров), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле (около 500 долларов). Вскоре начался быстрый рост производительности микропроцессоров. Сначала микропроцессоры использовались в различных вычислительных устройствах (например, в калькуляторах). В 1974 году несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера, т.е. устройства, рассчитанного на одного пользователя.

Широкая продажа на рынке персональных компьютеров (ПК) связана с именами молодых американцев С. Джобса и В. Возняка, основателей фирмы Apple Computer, которая с 1977 г. наладила выпуск персональных компьютеров "Apple". Росту объема продаж способствовали многочисленные программы, разработанные для деловых применений (редактирование текстов, электронные таблицы для бухгалтерских расчетов).

В конце 70-х годов распространение ПК привело к снижению спроса на большие компьютеры. Это обеспокоило руководство фирмы IBM - ведущей компании по производству больших компьютеров, и оно решило попробовать в качестве эксперимента свои силы на рынке ПК. Чтобы не тратить на этот эксперимент много средств, подразделе-нию, ответственному за этот проект было разрешено не конструировать ПК с нуля, а использовать блоки, изготовлен-ные другими фирмами. Так, в качестве основного микропроцессора был выбран новейший в то время 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft. В августе 1981 г. новый компьютер IBM PC был готов и приобрел большую популярность среди пользователей. Фирма IBM не сделала свой компьютер единым неразъемным устройством и не стала защищать его конструкцию патентами. Наоборот, она собрала компьютер из независимо изготовленных частей и не стала держать способы соединения этих частей в секрете; конструкции IBM PC были доступны всем желающим. Это позволило другим фирмам разрабаты-вать как аппаратное, так и программное обеспечение. Очень скоро эти фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать ПК, совместимые с IBM PC. Конкуренция между производителями привела к удешевлению компьютеров. Поскольку этим фирмам не требовалось нести огромные издержки на исследования, они могли продавать свои компьютеры намного дешевле аналогичных компьютеров фирмы IBM. Совместимые с IBM PC компьютеры называли "клонами" (двойниками). Общее свойство семейства IBM PC и совместимых с ним компьютеров - это совместимость программного обеспечения и принцип открытой архитектуры, т.е. возможность дополнения и замены имеющихся аппаратных средств на более современные без замены всего компьютера.

Одна из самых важных идей компьютеров четвертого поколения: для обработки информации используется одновременно несколько процессоров (мультипроцессорная обработка).

 

1. Кодирование информации, способ передачи, и единицы измерения, системы счисления.

В каком виде существует информация?

Информация может существовать в виде:

 

текстов, рисунков, чертежей, фотографий;

световых или звуковых сигналов;

радиоволн;

электрических и нервных импульсов;

магнитных записей;

жестов и мимики;

запахов и вкусовых ощущений;

хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.

Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.

 

Как передаётся информация?

Информация передаётся в форме сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.

 

канал связи

ИСТОЧНИК -----------> ПРИЁМНИК

 

Примеры:

 

Cообщение, содержащее информацию о прогнозе погоды, передаётся приёмнику (телезрителю) от источника — специалиста-метеоролога посредством канала связи — телевизионной передающей аппаратуры и телевизора.

Живое существо своими органами чувств (глаз, ухо, кожа, язык и т.д.) воспринимает информацию из внешнего мира, перерабатывает её в определенную последовательность нервных импульсов, передает импульсы по нервным волокнам, хранит в памяти в виде состояния нейронных структур мозга, воспроизводит в виде звуковых сигналов, движений и т.п., использует в процессе своей жизнедеятельности.

 

Единицы измерения

В качестве единицы информации Клод Шеннон предложил принять один бит (англ. bit — binary digit — двоичная цифра).

Бит в теории информации — количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений (типа "орел"—"решка", "чет"—"нечет" и т.п.).

В вычислительной технике битом называют наименьшую "порцию" памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков "0" и "1", используемых для внутримашинного представления данных и команд.

Бит — слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица — байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=2⁸). N=2^m N- количество независимых кодируемых значений m- разрядность двоичного кодирования

Широко используются также ещё более крупные производные единицы информации:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 2¹⁰ байт,

1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 2²⁰ байт,

1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2³⁰ байт.

В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2⁴⁰ байт,

1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 2⁵⁰ байт.

"Системы исчисления"

Совокупность приемов наименования и обозначение чисел называется системой исчисления. В качестве условных знаков для записи чисел используются цифры.

Система исчисления, в которой значение каждой цифры в произвольном месте последовательности цифр, обозначающей запись числа, не изменяется, называется непозиционной.

Хорошо известным примером непозиционной системы исчисления является римская система, в которой роль цифр играют буквы алфавита: І - один, V - пять, Х - десять, С - сто, L - пятьдесят, D -пятьсот, М - тысяча. Например, 324 = СССХХІ. В непозиционной системе исчисления арифметические операции выполнять неудобно и сложно.

Система исчисления, в которой значение каждой цифры зависит от места в последовательности цифр в записи числа, называется позиционной.

Общепринятой в современном мире является десятичная позиционная система исчисления, которая из Индии через арабские страны пришла в Европу. Основой системы является число десять.

130678=1*10⁵+3*10⁴+0*10³+6*10²+7*10¹+8

Более распространенной для представления чисел в памяти компьютера является двоичная система исчисления. Для изображения чисел в этой системе необходимо две цифры: 0 и 1, то есть достаточно двух стойких состояний физических элементов.

Поскольку 2³=8, а 2⁴=16, то каждых три двоичных разряда числа образовывают один восьмиричный, а каждых четыре двоичных разряда - один шестнадцатиричный. Поэтому для сокращения записи адресов и содержимого оперативной памяти компьютера используют шестнадцатиричную и восьмиричную системы исчисления.