«История развития средств вычислительной техники».

Содержание:

Введение

Компьютер – это устройство, созданное для вычислений. История компьютера тесным образом связана с попытками человека автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже маленькие цифры было сложно складывать и вычитать в уме. Поэтому больше 1000 лет назад для вычислений использовались счетные палочки, камешки, костяшки и т.д. В наше время уже трудно представить, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, еще до 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу людей, а их применение, оставалось неизвестной широкой публике. Однако в 1971 году компьютер превратился в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей по всему миру. В том же году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем - персональных компьютеров, которыми теперь пользуются все, от учащихся начальных классов учеников и бухгалтеров до ученых и инженеров. В конце XXI веке очень сложно представить себе жизнь без персонального компьютера, компьютер тесно вошел в нашу жизнь и стал главным помощником в работе и учебе. На сегодняшний день в мире существует очень большое разнообразие компьютеров различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений.

1. Ручной этап развития вычислительной техники

Самый древний и доступный был счет на пальцах. У каждого человека 5 пальцев на каждой руке, соответственно можно вычислять в пределах 10, а кто ходил босиком мог вычислять до 20. А так же они стали собираться по несколько человек и вели счет десятками. Древние египтяне научились даже умножать на пальцах однозначные числа от 6 до 9. Для этого на одной руке вытягивали столько пальцев, на сколько первый множитель превосходит число 5, а на второй делали то же самое для второго множителя. Остальные пальцы загибали. Потом бралось число вытянутых пальцев и умножалось на 10, далее перемножались числа, показывавшие, сколько загнуто пальцев на руках. К числу вытянутых пальцев, умноженному на 10, добавлялось полученное произведение. В дальнейшем пальцевой счет был усовершенствован, и с помощью пальцев научились показывать числа до 10 000. А китайские купцы торговались, взяв друг друга за руки и указывая цену нажатием на определенные суставы пальцев. Североевропейский пальцевой счет позволял показывать пальцами одной руки, складываемыми в различные комбинации, все числа от 1 до 100. Причем большим и указательным пальцами изображались десятки, остальными тремя - единицы. Например, число 30 получалось, когда большой и указательный палец левой руки были соединены в кольцо. Для того чтобы изобразить число 60, большой палец нужно согнуть и как бы склонить его перед указательным, нависающим над ним. Чтобы показать число 100, нужно было прижать выпрямленный большой палец снизу к указательному, и отвести остальные три пальца в сторону. Но вскоре люди стали использовать не только пальцы, но и суставы. На каждом пальце по 3 фаланги, соответственно 5 пальцев по 3 фаланги, т.е. 60.

Чтобы сделать процесс счета более удобным, первобытный человек начал использовать вместо пальцев небольшие камни. (перекладывали из одной кучки в другую) и счет на четках (на нитку нанизывали костяшки и передвигали их). У народов доколумбовой Америки был весьма развит узелковый счет. Однако использование ее требовало хорошей тренировки памяти. Но камушки и четки уже не могли удовлетворить возраставшие в связи с развитием торговли потребности в средствах вычисления. Так как требовалось вычислять уже большие цифры и это занимало много времени, а мозг человека не мог воспринимать так много информации. У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития. К числу таких народов принадлежали и греки. У них сохранялся счет на пальцах очень долгое время.

С помощью данных приспособлений было легко складывать и вычитать, но неудобно умножать и делить. Поэтому Дж. Непер предложил специальные счетные палочки. Они в дальнейшем так и стали называться палочками Непера. Они представляли собой комплект специальных палочек, состоящих из дощечки, на которой были нанесены цифры от одного до девяти и палочками, на которые была таблица умножения с такой же разметкой цифр. Вверху каждой дощечки располагались цифры в порядке возрастания, а по всей длине выложенной таблицы Непер нанес результаты умножения чисел на цифры, которые были нанесены на дощечке. Палочки Непера использовали не только для умножения, так и для деления, и вычисления квадратного корня числа. Если разделить числа можно было по принципу обратному умножению, то чтобы извлечь квадратный корень, добавлялась еще одна палочка, она состояла из трех колонок. В первой колонке были числа, возведенные в квадрат, которые соответствовали значению дощечки, указывающей строки, во второй - цифры, полученные при результате умножения указателя строк на два, а в третьем столбце находились числа от одного до девяти. Палочки Непера произвели большой прорыв в области развития арифметики.

Так в 1623 году появились логарифмические линейки. Она была придумана как прибор для экономии времени и минимального запоминания в уме. Большое значение она получила в научно-исследовательской деятельности, и в статистических бюро до момента появления электронной вычислительной техники. Усилиями целого ряда исследователей логарифмическая линейка постоянно совершенствовалась. И с помощью ее уже можно было производить не только действия с простыми числами, но и возводить их в квадрат и куб, извлекать корень, решать уравнения.

На смену древнему счету на пальцах пришёл счёт на абаке, который впервые появился в Древнем Вавилоне около 3 тысяч лет до нашей эры. Доска абака была разделена на полоски. Каждая полоска назначалась для откладывания тех или иных разрядов чисел: в первую полоску ставили столько камешков или бобов, сколько в числе единиц, во вторую полоску - сколько в нем десятков, в третью - сколько сотен, и так далее. Так как у римлян камешек называли калькулюс, то счет на абаке получил название калькуляция. И до нашего времени дошло, что человек, который занимается калькуляцией, (расчетом), называется калькулятором. Но после того как два десятка лет тому назад были сделаны маленькие приборы, выполняющие за считанные секунды сложные расчеты, название "калькулятор" перешло к ним. Один и тот же камешек на абаке мог означать и единицы, и десятки, и сотни, и тысячи - все дело лишь в том, на какой полоске он лежал. Чаще всего абаком пользовались для денежных расчетов. Наши счеты также представляют собой абак, состоящий из рамки с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки (по 10 штук). А у китайцев на каждой проволоке не по десять шариков, а по семь. Последние два шарика отделены от первых, и каждый из них обозначает пять. Когда при расчетах набирается пять шариков, вместо них откладывают один шарик второго отделения счетов. Такое устройство китайских счетов суан-пан уменьшает необходимое число шариков. У японцев это же устройство для счета носило название серобян. Серобян - японский абак, происходит от китайского суан-пана, который был завезен в Японию в XV - XVI веках. Серобян проще своего предшественника, у него на "небе" на один шарик меньше, чем у суан-пана. Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной классической формы, используемого вплоть до эпохи расцвета клавишных настольных ЭВМ.

Десятеричный абак, так называемые русские счеты, появились в России в XV веке и активно использовались в торговле вплоть до XX века, пока калькуляторы не вытеснили их. Они используют десятеричную систему исчисления. От классического абака счеты отличаются увеличением разрядности каждого числового ряда и конструкцией. Счеты представляют собой раму, внутри которой располагаются тонкие стержни. На стержни насажены круглые костяшки - по 10 штук на каждом стержне. Два нижних ряда означают сотые и десятые доли. Затем идет промежуточный ряд (обычно он выделен четырьмя костяшками, которые в вычислениях не участвуют). Затем идет первый ряд костяшек, каждая из которых означает единицу, второй ряд, в котором каждая костяшка соответствует десятку, затем, соответственно, идут сотни, тысячи, десятки тысяч и т.д. Позже появились расширенные модификации счетов - дробная часть могла достигать четырех рядов, а часть целых чисел - семи рядов. Для наглядности вычислений костяшки русских счетов имели двухцветную окраску. Пятая и шестая костяшка на каждой оси окрашивалась в более темный цвет (черный), остальные окрашивались – в светлый цвет (коричневый или желтый). Двухцветная окраска костяшек позволяла очень быстро определить, какое число набрано на счетах, поскольку четыре светлых костяшки и две темных на левой стороне быстрей определяются как цифра шесть, чем шесть одноцветных костяшек. Следует заметить, что с момента возникновения русского абака счеты со временем мало изменились. Стержни, на которых располагались костяшки, приобрели выпуклый профиль – чтобы костяшки самопроизвольно не перемещались из одной стороны в другую. Сами стержни стали делать из толстой металлической проволоки, а костяшки и раму счетов изготавливали из древесины дуба. Счеты благополучно дожили до нашего времени, уступив место электронным калькуляторам.

И последняя система, которая относится к ручному этапу - это современная десятичная позиционная система С. Она возникла на основе нумерации, зародившейся в Индии. До этого в Индии уже имелись системы С., в которых применялся не только принцип сложения, но и умножения (единица какого-нибудь разряда умножается на стоящее слева число). Если, например, условно обозначить число 3 символом III, а число 10 символом X, то число 30 запишется как IIIX (три десятка). Десятичная позиционная системы С. дает возможность записывать сколь угодно большие числа. Запись чисел в ней компактна и удобна для производства арифметических действий. Поэтому вскоре после возникновения она начинает распространяться на Запад и Восток. В России она начинает появляться в 17 веке. С появлением десятичных дробей десятинная позиционная система С. стала универсальным средством для записи всех действительных чисел. В десятичной системе используются цифры от 0 до 10. Так как система позиционная, цифры располагаются в порядке увеличения справа налево. Десятичная система наиболее удобна для людей потому, что у нас по десять пальцев на руках и ногах.

2. Механический этап развития вычислительной техники.

В XVII веке стали создаваться вычислительные устройства и приборы, использующие механический принцип вычислений. Они строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Первая механическая машина была описана в 1623 году В. Шиккардом. Она первоначально появилась в единственном экземпляре и нужна была для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами. Машина Шиккарда состояла из трех самостоятельных устройств: складывающего, умножающего и записи чисел. Складывали следующим образом: последовательно вводили слагаемые с помощью наборных дисков, а вычитали - по порядку набирали уменьшаемое и вычитаемое. Результат сложения/вычитания отображались в окошках. Для умножения использовался способ умножения решеткой. Третья часть машины использовалась для записи числа длиною не более 6 разрядов. Данная схема машины Шиккарда явилась классической - она использовалась в большинстве последующих механических счетных машин вплоть до замены механических деталей электромагнитными. Однако из-за малой известности машина Шиккарда и принципы ее работы не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие вычислительной техники, но она по праву открывает эру механической вычислительной техники.

В 1642 году появилась машина Б. Паскаля. Она использовалась для более сложных схем переноса старших разрядов. Поэтому вскоре было создано еще 50 машин, которые позволили автоматизировать процесс и уменьшить умственную нагрузку. До нашего времени дошло только 8 машин Паскаля, из которых одна является 10-разрядной. Именно машина Паскаля положила начало механического этапа развития вычислительной техники.

В XVII – XVIII веках много появлялось различных суммирующих устройств и арифмометров, пока в XIX веке их не стали выпускать партиями на коммерческой основе.

Первый арифмометр был создан Г. Лейбницем в результате многолетнего труда. С помощью его можно было выполнять все действия. Сначала Лейбниц хотел лишь усовершенствовать устройство Паскаля, но ознакомившись с механизмом более подробно, понял, что можно создать что-то более новое. Он всегда говорил, что его изобретение кардинально отличается от машины Паскаля, так как его изобретение может делить и умножать большие числа, затратив на вычисления в разы меньше времени, не используя метод поочередного сложения и вычитания. Лейбниц использовал специальный цилиндр, сбоку которого находились зубцы разного размера. Вскоре эта деталь стала называться «ступенчатым валиком». С помощью этого нововведения при процессе умножения не нужно было несколько раз набирать множимое, следовало набрать число один раз и провернуть ручку, находившуюся на основном приводном колесе, на столько вращений, на сколько нужно умножить число. Но если число было большое при умножении, это занимало больше времени, Соответственно Лейбниц придумал передвигать множимое, то есть можно было умножать на единицу, десяток, сотню и т.д. Также, чтобы механизм работал более слаженно и быстро, ученый создал дополнительный счетчик, который был разделен на три части. На наружной части находились числа от нуля до девяти, предназначенные для того, чтобы можно было посчитать количество прибавлений множимого при процессе умножения. С помощью средней части дополнительного механизма можно было рассчитать количество проведенных операций сложения при умножении и количество операций вычитания при делении. Эта часть была подвижной. Внутренний механизм также служит для подсчета количества раз операций вычитания при делении. Однако арифмометр Лейбница не получил распространения так как он не пользовался спросом и допускал неточности при перемножении предельных для него чисел.

В то время много появилось устройств, схожих с машиной Паскаля и арифмометром Лейбница, либо оригинальные разработки. Были предложены конструкции отдельно с множительными устройствами или комбинировались суммирующей и множительной частей.

В 1881 году Л. Томас организовал в Париже серийное производство арифмометров. Он взял свое начало на использовании ступенчатого валика Лейбница и в дальнейшем развил его идею. Арифмометр стал удобной формой ввода числа, а так же он был оснащен противоинерционным устройством и механизмом гашения числа. Такой арифмометр получил название томас- машины и его серийность была невелика - за весь век. было выпущено не более 2000 таких машин. Однако такие машины отличались долгим сроком использования - арифмометр использовался даже при расчетах, связанных с подготовкой плана ГОЭЛРО в 1920 году.

Еще одним не маловажным этапом в развитии арифмометров следует считать создание в 1888 году машины Болле, которая могла перемножать втрое быстрее существующих на то время арифмометров.

Но существующие на тот момент различного типа вычислительные устройства не могли решать все поставленные задачи. И только создание в 1874 году В. Орднером своей модели арифмометра, в основе которой лежало специальной конструкции зубчатое колесо Орднера, можно считать началом математического машиностроения. Арифмометр Орднера совершенствовался и выпускался в нескольких вариантах, получив целый ряд высоких наград. Рост производства арифмометров Орднера продолжался как в Советском союзе, так и за рубежом; с 1931 года он получает название Феликс, под которым хорошо известен и ныне существующим поколениям отечественных вычислителей.

Особое место среди разработок механического этапа развития вычислительной техники занимают работы Ч.Бэбиджа. Он больше уделял созданию машин: разностной и аналитической вычислительной машине. Разностная машина предназначалась для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. Основным свойством в данной работе была настоятельная необходимость в табулировании функций и проверке существующих математических таблиц, изобилующих ошибками. Однако, данный проект не был доведен до конца, но на идеях Бэббиджа были созданы разностные машины, которые нашли широкое применение в науке и технике. Второй проект Бэбиджа - аналитическая машина, она использовала принцип программного управления и явившегося предшественницей современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30-е годы 19 века, а в 1843 году Алой Лавлейс для машины Бэбиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли. Оба эти достижения можно считать выдающимися. Проект аналитической машины не был реализован, но получил широкую известность. Бэбидж разработал множество чертежей самой машины, изготовил ряд ее блоков; его сын Генри пытался реализовать проект, но он так и остался нереализованным. Идея аналитической машины возникла у Бэбиджа в процессе работы над разностной машиной. Аналитическая машина предназначена была для вычисления любого действия и была задумана чисто механической. В начале 1836 года Бэбидж уже четко представлял себе основную конструкцию машины, а в 1837 году в статье "О математической производительности счетной машины" он достаточно подробно описывает свой проект. Аналитическая машина, по его мнению, состояла из следующих четырех основных частей:

• блок хранения исходных, промежуточных данных и результатов вычислений;
• блок обработки чисел из склада;
• блок управления последовательностью;
• блок ввода исходных данных и печати результатов.

Ч. Бэбидж в своей машине использовал механизм, аналогичный механизму ткацкого станка Жаккарда, использующему специальные управляющие перфокарты. По идее Бэбиджа управление должно осуществляться парой жакардовских механизмов с набором перфокарт в каждом. У Бэбиджа было много идей о создании современных вычислительных машин, однако ему не хватало средств на воплощение их.

Основная заслуга А. Лавлейс состоит не только в создании первой программы для машины Бэбиджа, но и в разработке подробного описания к ней. Лавлейс сама проектировала некоторые узлы машины и исследовала вопросы применения двоичной системы, а также выдвигала идеи, которые получили применение только в наше время.

3.Электромеханический этап развития вычислительной техники.

Этап электромеханического развития вычислительной техники был менее длительным, приблизительно около 60 лет. От создания первого табулятора, разработанного в 1887 году Г. Холлеритом, до первой электронно-вычислительной машины ENIAC созданной в 1945 году. Предпосылкой формирования проектов этого этапа стала потребность для выполнения многочисленных расчетов (статистика, экономика и т.д.), так же развитие электротехники (электромеханическое реле, электропривод), что позволило создать ЭВУ (электромеханические вычислительные устройства). Одним из классических типов электромеханического этапа развития было создание счетно-аналитического комплекса, который был предназначен с целью обрабатывания информации на перфокарточных носителях.

В 1887 году в США Г.Холлеритом был создан первый счетно-аналитический комплекс, который состоял из: табулятора, ручного перфоратора и сортировочной машины. Пользуясь идеями Бэбиджа и Жаккарда, Г. Холлерит стал использовать перфокарты в качестве носителя для информации (так же он рассматривал и перфо-ленточный вариант); остальные же элементы комплекса были оригинальны. Основное назначение комплекса было статистическое обрабатывание перфокарт. В одних из первых моделях этих комплексов была использована сортировка перфокарт в ручном режиме (замененная в 1890 году электрической), а табулятор был основан на базе простых электромеханических реле. В 1887 году в США в городе Балтимор было проведено испытание этого комплекса (составление таблиц), а основное испытание уже модифицированного комплекса были проведены в 1889 году, на примере обрабатывания результатов переписи населения Сент-Луиса (США). Эти испытания были весьма успешными, и табулятор Холлерита стремительно приобрел международное признание, используясь с целью переписи населения в Российской Федерации (1897 году), Соединенных штатах Америки и Австро-Венгрии (1890 году), Канаде (1891 году). В 1897 году Холлерит основал компанию, которая в дальнейшем была названа IBM. Значимость трудов Г.Холлерита для развития вычислительной техники обуславливается двумя главными факторами. Во-первых он стал основателем нового направления в вычислительной технике (счетно-аналитического), заключавшемся в использовании табуляторов, так же сопутствующего им оборудования с целью выполнения научно-технических и экономических расчетов. На базе этой вычислительной техники были созданы машинно-счетные станции c для механизированной обработки информации, ставшие прототипом современных вычислительных центров (ВЦ). В 20-30 годы ХХ века использование счетно-перфорационной техники, стало основным фактором для развития вычислительной техники; только лишь возникновение электронно-вычислительной машины ограничило её использование. Во-вторых, после того как прекратили использовать табуляторы, главным носителем данных (ввод-вывод) для ЭВМ осталась перфокарта, а качестве периферийных применяются перфокарточные устройства, которые были предложены Г.Холлеритом. Даже в наши дни применение разнообразных устройств (ввода-вывода) данных не смогли полностью отменить использования перфокарточной технологии. В некоторых странах развивая работы Г. Холлерита, разрабатывали и производили модели счетно-аналитических комплексов, из них наиболее популярным и массовым были комплексы от фирмы IBM, фирмы Ремингтон и фирмы Бюль. Применяемая в первое время перфорационная техника с целью статистической обработки, в дальнейшем начинает широко применяться для: экономических задач, механизации бухучета и для расчетов научно-технического характера (астрономических расчетов и т.д.). В Советском Союзе первое использование перфорационной техники для астрономических расчетов приходится к началу 30-х годов, а с 1938 года с целью математических исследований в СССР создают самостоятельную машиносчетную станцию. Завершающим периодом (40-е годы 20 века) электромеханического развития вычислительной техники характеризуется как создание множества сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, которые характеризовались алгоритмической универсальностью и способностью выполнять сложные научно-технические вычисления со скоростями в автоматическом режиме, которые превышали скорость работы арифмометров с электроприводом. Наиболее большие проекты этого периода были выполнены в Германии (К.Цузе) и США (Г.Айкен, Д.Атанасов и Д.Стиблиц). Эти проекты можно рассматривать как прямые предшественники универсальных ЭВМ.

Конрад Цузе создал универсальную вычислительную машину с программным управлением, информация, которая хранилась в запоминающем устройстве. Но его созданная первая модель Z-1 (давшая начало серии Z-машин) уступала конструкции Бибиджо- в которой была условная передача управления. Другая модель Z-2 не была закончена т.к. Цузе был призван в армию, но вскоре демобилизован в связи с заинтересованностью его трудами в военном ведомстве Германии. В 1939-1941 годах К.Цузе при финансовой помощи военного ведомства создал модель Z-3, которая стала первой программно-управляемой универсальной вычислительной машиной. Завершив машину Z-3 в 1941 году, К.Цузе до конца войны занимался вопросами вычислительной техники. Уже после войны труды К. Цузе были направлены на теоретические исследования в вопросах программирования и архитектуры вычислительной техники. Здесь он высказывал целый ряд весьма прогрессивных для того времени идей (структуры команд ЭВМ, параллельное программирование и др.).

В 1937 году в Соединенных Штатах Америки Дж.Атанасов начал работы по созданию ЭВМ, которые были предназначены для решение задач по математической физике. Он создал и запатентовал первые электронные схемы узлов ЭВМ, а работая вместе с К.Берри, к 1942 году была сделана электронная машина АВС, которая повлияла на Д.Моучли, что значительно ускорило создание первой электронно-вычислительной машины ENIAC в 1945 году.

В 1944 году в Соединенных Штатах Америки Г.Айкен создал автоматическую управляемую вычислительную машину MARK-1, которую считали первой электромеханической машиной для сложных математических задач до знакомства с работами К.Цузе. Заключительным большим проектом релейной вычислительной техники считается построенная в 1957 году в СССР релейная вычислительная машина РВМ-1 и эксплуатирующаяся до конца 1964 года для решения экономических задач.

Алан Мэтисон Тьюринг – был выдающимся английским математиком, который совершил грандиозное открытие, которое положило начало компьютерной эпохе. В свои неполные 24 года, он мысленно смог сконструировать абстрактный механизм, призванный решить одну из фундаментальных проблем математики, которая была поставлена знаменитым немецким профессором Давидом Гильбертом в 1900 году на Парижском Международном конгрессе математиков. Этим самым Тьюринг смог дать не только четкий ответ на эту конкретную задачу, но и, что гораздо важнее, - он смог сформировать научную основу алгоритма и предвосхитил архитектуру современных компьютеров. Более того, что сама его идея решение задачи путем конструирования абстрактных механизмов, исполняемых на электронных устройствах, стала одной из важнейшей для зарождения новой профессиональной сферы интеллектуальной деятельности - программирования. Тьюринг смог показать, что не существует "чудесная машина", которая способна решать все математические задачи. Но продемонстрировав ограниченность её возможностей, построив на бумаге то, что позволяло решать очень многое и что мы теперь можем называть словом "компьютер". Машина Тьюринга имеет бесконечную в обе стороны ленту, разделенную на квадратики (ячейки). В каждой ячейке могут быть записаны некоторые символы из фиксированного (для данной машины) конечного множества, называемого - алфавитом данной машины. Один из таких символов алфавита выделен и называется "пробелом", предполагается, что изначально вся лента пуста, то есть, заполнена пробелами. Машина Тьюринга может менять содержимое ленты с помощью специальной читающей и пишущей головки, которая движется вдоль ленты. В каждый момент головка находится в одной из ячеек. Машина Тьюринга получает от головки информацию о том, какой символ та видит, и в зависимости от этого (и от своего внутреннего состояния) решает, что делать. То есть символ, который нужно записывать в текущую ячейку и куда его нужно сдвинуться после этого (влево, вправо или остаться на месте). При этом также будет изменяться внутреннее состояние машины (мы предполагаем, что машина не считая ленты, имеет конечную память, то есть конечное число внутренних состояний). Еще надо договориться, с чего начинается и когда кончается работа.

Таким образом, чтобы задать машину Тьюринга, надо указать следующие объекты:

- произвольное конечное множество A (алфавит); его элементы называются символами;

- некоторый выделенный символ a0 из A (пробел, или пустой символ);

- конечное множество S, называемое множеством состояний;

- некоторое выделенное состояние s0 из S, называемое начальным;

-таблицу переходов, которая определяет поведение машины в зависимости от состояния и текущего символа.

4.Электронный этап развития вычислительной техники.

В силу физико-технической природы релейная вычислительная машина не могла существенно увеличить скорость вычислений; для этого потребовался переход на электронные безынерционные элементы высокого быстродействия.

К началу 40-х годов 20 века электроника уже была оснащена необходимым набором таких элементов. С изобретением М. Бонч-Бруевичем в 1913 году “триггера” (электронное реле, двухламповый симметричный усилитель с положительной обратной связью, в качестве базового компонента использует электронную вакуумную лампу триод, изобретенную в 1906 году.) появилась реальная возможность создания быстродействующей электронной вычислительной машины. Электронные вычислительные машины (ЭВМ) ознаменовали собой новое направление в вычислительной технике, интенсивно развиваемое и в настоящее время в различных направлениях.

Первой электронно-вычислительной машиной принято считать машину “ENIAC”, созданную в Соединенных Штатах Америки в конце 1945 года. Первоначально она была предназначена для решения задач баллистики, но эта машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи. Главным консультантом этого проекта являлся - Д. Моучли, а главным конструктором являлся - Д. Эккерт. Проект создания “ENIAC”, начатый в апреле 1943 года, был полностью завершен в декабре 1945 года. В качестве официальной апробации ЭВМ была выбрана задача оценки принципиальной возможности для создания водородной бомбы. Машина успешно прошла испытания, обработав около 1 миллиона перфокарт фирмы IBM с исходными данными.

Полностью завершенная в 1952 году, ЭВМ содержала более 3500 ламп 19-ти различных типов и около 27000 других электронных элементов.

В конце 1944 года к проекту в качестве научного консультанта был подключен 41-летний Джон фон Нейман, который к тому времени уже имевший большой авторитет в научном мире как математик, внесший значительный вклад в квантовую механику и создавший математическую теорию игр. Переработав идеи Эккерта и Мочли, а также, дав оценку ограничения «ENIAC», Джон фон Нейман составил широко цитируемый отчёт, описывающий проект компьютера (EDVAC), в котором и программа, и данные хранились в единой универсальной памяти. Принципы построения этой машины стали известны под названием: «архитектура фон Неймана», которые послужили основой для разработки самых первых по-настоящему гибких, универсальных цифровых компьютеров. Принципы организации ЭВМ, предложенных фон Нейманом, стали общепринятыми.

Находясь в творческой командировке в группе с разработчиками “EDVAC” и ознакомившись с идеями Джона фон Неймана, М. Уилкс, при возвращении в Кэмбриджский университет (Англия), сумел на два года раньше (в мае 1949 года.) завершить разработку первой в мире электронно-вычислительной машины с хранимыми в памяти программами. Его компьютер “EDSAC” работал в двоичной системе счисления, выполняя одноадресные команды в количестве 18, и оперировал как с короткими (17 бит), так и с длинными (35 бит) словами.

Компьютер “EDSAC” положил начало к новому этапу развития вычислительной технике - первому поколению универсальных ЭВМ. За первым поколением ЭВМ последовали и все остальные этапы стремительного развития компьютеров.

Применение компьютеров. Первые компьютеры были созданы исключительно для вычислений (что было отражено в их названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные и простые компьютеры, созданные в этой области, во много раз превосходят людей. Не случайно первым высокоуровневым языком программирования был Фортран, который предназначался исключительно для выполнения математических расчётов.

Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, базы данных были нужны правительствам и банкам. Базы данных требовали уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для таких целей был разработан язык программирования Кобол. Позже появились система управления базами данных (СУБД) со своими собственными языками программирования.

Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие осуществлялось от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё большая часть техники начинала включать в себя управляющий компьютер.

Моделирование структуры молекулы при помощи компьютерной программы. Наконец, компьютеры стали развиты настолько, что стали главным информационным инструментом, как для офиса, так и для дома. Сейчас практически каждая работа с информацией зачастую используется через компьютер - будь то набирание текста или просмотра фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Главное применение нынешних современных домашних компьютеров - это навигация в интернете и простота поиска информации (возможность научится чему-то новому, экономия своего времени – возможность делать всё онлайн), просмотр различных фильмов, прослушивание музыки, общение в социальных сетях и игры.

Современные же суперкомпьютеры применяются для моделирования сложных физических и биологических процессов. К примеру, с целью моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые из проектов проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число сравнительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя, таким образом, очень мощный компьютер.

Самым наиболее сложным и слаборазвитым применением компьютеров является искусственный интеллект (и.и.) - применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма.

5.Этап электронно-вычислительных машин

I поколение ЭВМ

Точкой отсчета эпохи электронно-вычислительных машин считается 1946 год, в котором началось опытное эксплуатирование первых образцов этих машин. Известны сведения об первой из них: она обладала массой- 30 тонн, имела 18 тысяч электронных ламп, потребляла 150 кВт мощности (которой могло хватить на небольшой завод), объемом памяти- 20 десятиразрядных десятичных чисел, период исполнения действий: сложения-0,0002 секунды и умножения-0,0028 секунды. Для ввода числа в ЭВМ требовалась перфокарта и набор на переключателе, программу же задавали, соединяя гнезда в специальных наборных полях. Эта была гигантская ЭВМ, но ее производительность была очень низкая. Ламповая электронно-вычислительная машина обладала крупными размерами, имела большую массу, употребляла большое количество энергии и стоила очень дорого, что уменьшало круг пользователей, а в свою очередь и объем производства данных машин. В основном этими ЭВМ пользовались ученые, которые решали более важные научные задачи в области развития ядерной энергетики, авиации, ракетостроении и т.д. Низкая производительность и надежность ламповых машин препятствовала увеличению числа решаемых задач, ограничение в ресурсах, весьма трудная подготовка процесса, ввод и отладка программы, написанная на машинном языке. Увеличения быстродействия ЭВМ происходило из-за повышения её памяти и усовершенствования архитектуры: использовались двоичные коды, расположенные в растущей памяти ЭВМ, что привело к упрощению структуры процессора и повышению обрабатыванию данных. Что бы ускорить процесс программной подготовки были созданы первые языки программирования (язык кодировки и автокод).

В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название “транзистор”.

II поколение ЭВМ.

Появление ЭВМ, которые были построены на транзисторах, стали иметь меньшие габариты, потреблять меньше энергии, стоить дешевле и иметь меньшую массу. Так же повысилась их производительность и надежность, что привело к расширению круга пользователей. Стали создаваться алгоритмические языки для расчетов: инженерно-технический (Фортран и Алгол), экономический (Кобол). Но и на этом этапе развития, приоритетной задачей в программировании являлась экономия машинных ресурсов (память и время). Для решения этих задач были созданы ОС- операционные системы (служебные программы, которые обеспечивали распределение ресурсов ЭВМ для исполнения пользовательских задач). Первые ОС - просто автоматизировали работу оператора ЭВМ (ввод текста программы в машину, ввод исходных данных, вызов нужного транслятора, вызов библиотечных подпрограмм, вызов компоновщика) и т.д. Теперь же в ЭВМ вводились не только программа и данные но еще и инструкция, в которой были перечислены этапы обработки, сведение о программе и ее авторе (с которого брали деньги за обработку данных). Вскоре в ЭВМ стали вводить пакет заданий. ОС стала распределять ресурсы ЭВМ между этими заданиями, что привело к появлению мультипрограммного режима обработки данных (пока вводились данные одной задачи, производились расчеты для другой задачи, а в память вводятся данные для третьей).

III поколение ЭВМ.

На третьем этапе разработки ЭВМ было, увеличение надежности и быстродействия полупроводниковых схем, уменьшение их размеров, потребление мощности и стоимости. Этого удалось добиться за счет технологии производства интегральных схем. Которые состояли из электронных элементов в прямоугольной пластине кремния с длиной не больше 1 см. Эта пластина (кристалл), была размещена в пластмассовом корпусе, размеры которого определялись числом “ножек” (вход и выход электронной схемы, сделанной на кристалле). Что позволило повысить производительность ЭВМ и снизить их стоимость. Так же были созданы (мини – ЭВМ), которые были малогабаритные, простые, надежные и дешевые. Мини-ЭВМ были предназначены для замены устройств управления в контуре, каким – либо объектом, системе сбора и обработки данных и т.д. Появление мини-ЭВМ способствовало значительно сократить сроки разработки контроллеров. Вместо разработки и создание сложной электронной схемы, можно было купить готовый “полуфабрикат” контролера, который можно было запрограммировать на выполнение требуемых функций. Правда такое устройство обладало функциональной избыточностью (контролеру могла не потребоваться часть памяти, быстродействие и т.д.). Но низкая цена, хорошее программное обеспечение мини-ЭВМ давала экономическую эффективность программируемого контроллера. Вскоре на мини-ЭВМ стали решать вычислительные задачи больших - ЭВМ. Маленькие габариты, низкая цена, простота обслуживания мини-ЭВМ, позволяли снабдить этими машинами небольшие коллективы исследователей, обучающихся, экспериментаторов и разработчиков. В 1971 году американская компания INTEL создала микропроцессор, что стало прогрессом в электронике. Это позволило создать микро-ЭВМ.

IV поколения ЭВМ

Развитие электроники привело к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле могло разместиться несколько десятков тысяч электрических элементов. Это способствовало развитию еще более дешевых ЭВМ, которые имели больше памяти и меньший цикл выполнение команды. Но затраты на программирование не сокращались и на первый план вышла задача человеческих, а не машинных ресурсов. Стали разрабатываться все более новые операционные системы, которые позволяли программистам отлаживать свои программы за дисплеем ЭВМ (в режиме диалога), что ускоряло разработку программ и работу пользователя ЭВМ. В 1971 году была создана первая БИС, в которой размещался полностью процессор ЭВМ простой архитектуры. Стала возможность разместить на одном кристалле всех несложных по архитектуре ЭВМ электронных устройств, т.е. выпуск простых недорогих ЭВМ. Появились карманные клавишные ЭВМ, программы для стиральных машин, подача топлива в двигатель автомобиля, движения электронной игрушки. В 70-х годах были разработаны и универсальные вычислительные системы, которые состояли из: памяти, устройств ввода-вывода, процессора и тактового генератора размещенных в одной БИС (однокристальная ) и (одноплатная)- на одной печатной плате.

V поколения ЭВМ

Усовершенствование технологических процессов БИС позволяло производить недорогие электрические схемы, которые содержали сотни тысяч компонентов в кристалле схемы колоссального уровня интеграции (СБИС). Стала вероятность создать настольное устройство с габаритами общественного телевизора, в котором располагались: (микрокомпьютер, клавишная панель, дисплей, гибкий диск), а также стала возможность создать схемы с компактным устройством для печати (пишущая электрическая машинка), аппаратурой для измерения, другими ЭВМ и т.д. Благодаря операционной системе, которая обеспечивала простоту общения с ЭВМ, её библиотеке с большим количеством прикладных программ по разным отраслям деятельности человека, небольшой цены, стала принадлежностью во всех сферах работы (педагога, доктора, детей и т.д.). Помимо функции помощника в решении простых задач для расчетов, компьютер (ПК) способен осуществлять работу индивидуального секретаря. Оказать помощь в составлении индивидуальной картотеки, также ведении рабочей тетради; формировать, сохранять (магнитная лента). Делать редактирование и размножение разных текстов (бумаги, заметки, лекции, книги); получать разнообразные сведения из библиотек, а также архивов и т.д. Персональный компьютер можно применять для обучения ребенка (учебные курсы), для развлечения (познавательные игры) и в большинстве других приложений. В более обширном использовании микрокомпьютеры используются в автоматизации разных производств (ГАП) и академических изучениях (АСНИ). Тут используются не только ПК, но и встроенные в аппаратуру микроконтроллеры и микрокомпьютеры. Имеется также большое число других дополнений микрокомпьютера. Создается огромное количество вычислительных средств, для построения интеллектуальных устройств и систем: в 1985 году он оценивался на уровне 200 миллионов микропроцессоров и 10 миллионов ПК в год от объема мирового производства. Для их обслуживания, встраивания в аппаратуру и программирования требуется большое количество специалистов, которых нужно подготавливать не только в рамках одной специальности. По этой причине программирование стало перекладываться на плечи непрофессиональных программистов- специалистов, которые получили первоначальные умения программирования в вузах, техникумах, курсах для повышения квалификации, изучив только небольшой объём по этой дисциплине. Они же должны еще и уметь проводить работы по встраиванию микрокомпьютеров в разработанную ими технику. Таким образом, множество людей изучает микрокомпьютер, его языки в том или ином объеме.

Заключение

Для свободного владения в информационных потоках современный специалист любого профиля должен уметь получать, обрабатывать и использовать информацию с помощью компьютеров, телекоммуникаций и других средств информации связи.

С помощью изучения истории развития средств вычислительной техники можно узнать все строение и значение ЭВМ в жизни человечества. Это поможет лучше в них разобраться и с легкостью принимать нововведения, ведь не надо забывать о том, что компьютерные технологии не стоят на месте, а постоянно развиваются. И если мы не знаем строение старых машин, которые были изобретены много лет назад, нам будет трудно понять устройство современных машин.

В данной работе мы увидели, с чего начинается развитие вычислительной техники, и какую роль компьютеры играют для нас в настоящее время.

Список используемой литературы

1.Спаский И.Г. Происхождение и история русских счетов Ист.-мат. исследования. - 1952. - Вып.5. - С.269-420.

2.Талалай А.А. Новейшие таблицы для быстрого вычисления. - СПб. - 1903. - 32 стр.

3.Топчеев Ю.И. История создания цифровых механических и электромеханических вычислительных машин. История науки и техники. - 2002. - N 2. - С.48-58.

4.Апокин И.А. История вычислительной техники: от простейших счет, приспособлений до сложных релейных систем Апокин И.А., Майстров Л.Е. - М.: Наука, 1990. - 262 стр.

5.Малиновский Б.Н. История вычислительной техники в лицах. Киев. 1995.

6.Апокин И. А., Майстров Л. Е. Развитие вычислительных машин. М., Наука, 1974.

7.Апокин И.А. Развитие вычислительной техники и систем на ее основе. Новости искусственного интеллекта, 1994 - № 1.

8.Апокин И.А. Развитие вычислительных машин. - М.: Наука, 1974. - 399 стр.

9.Апокин И.А. Чарльз Бэбидж (1791-1871) Апокин И.А., Мастров Л.Е., Эдлин И.С. - М.: Наука, 1971. - 128 стр.

10.Балашов Е.П. Эволюция вычислительных систем Балашов Е.П., Частиков А.П. - М.: Знание, 1981. - 64 стр. - Новое в жизни, науке, технике. Сер. Радиоэлектроника и связь; N 3.

11.Балашов Е.П. Эволюция мини - и микроЭВМ. Малые вычислительные машины / Балашов Е.П., Частиков А.П. - М.: Знание, 1983. - 63 стр. – Новое в жизни, науке, технике. Сер. Радиоэлектроника и связь; N 2.

12.Беспамятных Н.Д. К истории счетных инструментов в России в XIX в. Учен. зап. Карел. пед. ин-та. - Петрозаводск,1963. - Т.14. - С.70-74.

13.Беспамятных Н.Д. Основные этапы развития счетной логарифмической линейки. Труды II респ. конф. матеметиков Белоруссии. - Минск: Изд-во Белорус. ун-та, 1969. - С.341-344.

14.Бооль фон В.Г. Приборы и машины для механического воспроизводства арифметических действий. - 1896. - 244 стр.

15. Могилёв А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. «Практикум по информатике». - 2-е изд., стер. - М.: 2005. - 608 стр.