История развития средств вычислительной техники. .

Содержание:

Введение

Главной частью профессиональной компетентности будущего специалиста в области информационных технологий, являются знание истории развития вычислительной техники. Первыми шагами, которые уже на самом раннем этапе цивилизации стал применять человек, это автоматизация умственного труда который, прежде всего, относится к вычислительной активности.

Следует иметь в виду, что в настоящее время для автоматизации различного рода вычислений, используются хорошо показавшие себя средства развития вычислительной техники, используемые человеком.

Обязательной частью любого бизнеса и производства являются автоматизированные системы. Средства вычислительной техники используют практически все управленческие и технологические процессы в какой-либо степени. Для повышения эффективности управления предприятия достаточно только одного компьютера, при этом не создаются дополнительные проблемы. Сегодня никто не сомневается в их необходимости персональных компьютеров, поэтому устанавливают на любом рабочем месте. Значительная роль в функционировании любого предприятия стали объемы средств вычислительной техники, которые поставили перед начальством целый веер новых вопросов и задач.

В предстоящей курсовой работе будет подробно описана история становления и развития средств вычислительной техники, которая даст возможность понять и углубиться в сущность и назначение Электронно-Вычислительных Машин^[1].

Глава 1. Основные этапы развития вычислительной техники

1.1 Ручной этап развития вычислительной техники.

На заре человеческой цивилизации возник ручной период автоматизации вычислений и, в первую очередь, основывался на применении пальцев рук и ног и различных частей тела.

В глубокую древность пальцевой счет встречался у всех народов и в наше время в том или ином виде. Известные средневековые математики рекомендовали в качестве вспомогательного средства именно пальцевый счет, допускающий довольно эффективные системы счета. Результаты фиксирования счета производились различными методами: счетные палочки, узелки, нанесение насечек и другие. Например, в Америке у народов доколумбовой был весьма развит узелковый счет. Более того, имея достаточно сложную структуру, система узелков использовалась в своего рода хроник и летописей. Однако, для ее использования требовалась натренированная хорошая память.

Наиболее развитым счетным методом древности является счета на абаке, сохранившимся до наших дней в виде различного типа счетов. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов считается его предшественником. ^[2]

Счет на абаке заменил устаревший прибор счета на предметах. Абак явился первым развитым счетным прибором в истории человечества, основным отличием которого от предыдущих способов вычислений было выполнение вычислений по разрядам. Таким образом, использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной системы счисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др. Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной классической формы, используемого вплоть до эпохи расцвета клавишных настольных ЭВМ. Да еще и сегодня кое-где его можно встретить, помогающим в расчетных операциях. И только появление карманных электронных калькуляторов в 70-е годы нашего столетия создало реальную угрозу для дальнейшего использования русских, китайских и японских счетов - трех основных классических форм абака, сохранившихся до наших дней. На рубеже XVI–XVII вв. появляется русский абак – счеты.

Многие изобретатели и естествоиспытатели после изобретения абака пытались придумать приспособления, способные облегчить процесс вычислений. Абак удобно использовать для выполнения операций сложения и вычитания. Умножение и деление выполнять с помощью абака гораздо сложнее. Поэтому открытие логарифмов и логарифмических таблиц Джоном Непером в начале XVII века явилось следующим крупным шагом в развитии вычислительных систем ручного этапа. Впоследствии появляется целый ряд модификаций логарифмических таблиц. Однако, в практической работе использование логарифмических таблиц имеет ряд неудобств, поэтому Джон Непер в качестве альтернативного метода предложил специальные счетные палочки (названные впоследствии палочками Непера), позволявшие производить операции умножения и деления непосредственно над исходными числами. В основу данного метода Непер положил способ умножения решеткой.^[3]

Второе изобретение – изобретение Непером логарифмов, о чем сообщалось в работе «Описание удивительной таблицы логарифмов», опубликованной в 1614 г. Логарифм – это показатель степени, в которую нужно возвести число (основание логарифма), чтобы получить другое заданное число. Непер понял, что таким способом можно выразить любое число. Например, 100 – это 102, а 23 – это 101,36173. Более того, он обнаружил, что сумма логарифмов чисел, а и b равна логарифму произведения этих чисел: ln a + ln b = ln (ab). Благодаря этому свойству сложное действие умножения сводилось к простой операции сложения. Чтобы перемножить два больших числа, нужно лишь посмотреть их логарифмы в таблице, сложить найденные значения и отыскать число, соответствующее этой сумме, в обратной таблице, называемой таблицей антилогарифмов.

В скором времени возникают и другие логарифмические таблицы. Они упростили вычисления, но все же эта операция оставалась достаточно трудоемкой и утомительной для тех, кому приходилось ею заниматься ежедневно. Поэтому вслед за изобретением логарифмов делаются попытки механизировать логарифмические вычисления разные ученые и профессора, такие как: Эдмунда Гюнтер, Роберт Биссакер, Амедей Манхейм и др.^[4]

1.2 Механический этап развития вычислительной техники.

В середине века возникала настоящая потребность в автоматическом вычислении, так как резко возросли в этот период торговые операции и океанические судоходства. Торговля требовала больших денежных расчетов, а судоходство – надежных навигационных таблиц. И для этого требовалось создание вычислительных устройств и приборов, использующие механический или автоматический принцип вычисления.

Среди рукописей итальянского ученого Леонардо да Винчи (1452–1519), известных как «Codex Madrid» и посвященных механике, были найдены чертежи и описание арифмометра. Однако чертеж увидел свет только в 1969 году, и по нему американская фирма IBM сделала 13-разрядную суммирующую машину для рекламы своей компании. Но при этом изобретение Леонардо да Винчи можно считать первым цифровым сумматором^[5].

Лишь через 100 лет Следующая известная вычислительная машина была разработана 100 лет в 1623 году Вильгельмом Шиккардом. Она была реализована в двух экземплярах, но, к сожалению, обе машины сгорели во время пожара. Предназначалась вычислительная машина для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами.

Машина Шиккарда состояла из трех частей: суммирующего устройства, множительного устройства и механизма записи чисел. Сложение производилось последовательным вводом слагаемых посредством наборных дисков, а вычитание - последовательным вводом уменьшаемого и вычитаемого. Вводимые числа и результат сложения и вычитания отображались в окошках считывания. Для выполнения операции умножения использовалась идея умножения решеткой. Третья часть машины использовалась для записи числа длиною не более 6 разрядов.

Изобретения В. Шиккарда и Леонардо да Винчи не были известны современникам. Первой механической вычислительной машиной считается арифмометр Блеза Паскаля, также известный как «Паскалина». В 1642 году, когда Паскалю было 19 лет, он для того, чтобы помочь своему отцу сконструировал механический вычислитель, с помощью которого можно было складывать и вычитать числа. Он использовался более сложной схемы переноса старших разрядов, в дальнейшем редко используемая; но с 1654 году Блезу удалось сделать около 50 счетных машин из различных материалов и разной формы. Машина принесла Б. Паскалю популярность и его честь назван один из самых распространенных современных языков программирования. Подход с заменой операции вычитания сложением с дополнительным вычитаемого используется в современных ЭВМ.^[6]

Первый «ступенчатый вычислитель», точнее счетную машину, умеющую вычитать, складывать, умножать и извлекать квадратный корень, был создан Готфридом Лейбницем в 1673 году. Арифмометр Лейбница, позволяющий использовать 8-разрядное множимое и 9-разрядный множитель с получением 16-разрядного произведения. В ЭВМ, появившихся более двух веков спустя, устройство, выполняющее арифметические операции на основе разработок Лейбница, получило название арифметического. Позже, по мере прибавления ряда логических действий, его стали называть арифметико-логическим (АЛУ). Оно стало главным устройством современных компьютеров.

Работы Чарльза Бэббиджа занимают особое место среди разработок механического шага становления вычислительной техники. Они с полным основанием являются идеалами и родоначальниками современной вычислительной техники. Среди работ Бэббиджа явно просматриваются два основных направления: разностная и аналитическая вычислительные машины.

Проект разностной машины был разработан в 20-х годах XIX века и предназначался для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. Основным стимулом в данной работе была настоятельная необходимость в табулировании функций и проверке существующих математических таблиц, изобилующих ошибками.

Второй проект Бэббиджа - аналитическая машина, использующая принцип программного управления и являющаяся предшественницей современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30-е годы XIX века, а в 1843 году Алой Лавлейс для машины Бэббиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли.

В машине Чарльз Бэббидж использовался механизм, который применял специальный управляющие перфокарты, аналогичный механизму ткацкого станка Жаккарда. По идее Бэббиджа управление должно осуществляться парой жакардовских механизмов с набором перфокарт в каждом.

Бэббидж имел удивительно современные представления о вычислительных машинах, впрочем, имевшиеся в его распоряжении технические средства гораздо отставали от его представлений.

Особую роль в разработке проекта аналитической машины ученый, исследовавшие работы Чарльза Бэббиджа, присваивают графини Ады Августы Лавлейс. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций. После того, как итальянский инженер Л. Менабри составил подробный инструктаж по конструкции аналитической машины Ч. Бэббиджа, она приложила немало усилий, чтобы воплотить изобретение в реальном аппарате. Аналитическая машина в XIX в. была технологически невыполнима, и Ада Лавлейс умерла, так и не попробовав запустить свои программы. Лавлейс называют первым программистом. В ее честь назван язык программирования АДА.

Линия арифмометров перешла затем в линию клавишных вычислительных машин. Усовершенствование механического арифмометра продолжалось до 70-х гг. XX в. Были разработаны многочисленные конструкции с ручным и электрическим приводом. С заменой механических счетных устройств электронными линия механических арифмометров перешла в линию электронных калькуляторов, а затем слилась с линией персональных ЭВМ.

1.3 Электромеханический этап развития вычислительной техники.

В истории вычислительной техники этот период явился наименее продолжительным – с 1888 до 1945 г. Этот этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет. Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства.^[7]

Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства. Если вернуться к предыдущим этапам развития ВТ, то можно заметить, что каждый этап характеризуется созданием технических средств нового типа, обладающих более высокой производительностью и более широкой сферой применения, чем предыдущие этапы. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях.

Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Германом Холлеритом в 1887 году и состоял из: ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Основным назначением комплекса являлась статистическая обработка перфокарт, а также механизации бухучета и экономических задач. В 1897 году Холлерит организовал фирму, которая в дальнейшем стала называться IBM.

Развивая работы Г. Холлерита, в ряде стран разрабатывается и производится ряд моделей счетно-аналитических комплексов, из которых наиболее популярными и массовыми были комплексы фирмы IBM, фирмы Ремингтон и фирмы Бюль.

Заключительный период (40-е годы XX века) электромеханического этапа развития вычислительной техники характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом.

Конрад Цузе явился пионером создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве. Однако его первая модель Z-1 (положившая начало серии Z-машин) идейно уступала конструкции Бэббиджа - в ней не предусматривалась условная передача управления. Также, в будущем, были разработаны модели Z-2 и Z-3.

В те годы К. Цузе пришел к выводу, что будущие компьютеры будут основаны на следующих шести принципах:

1. двоичная система счисления;
2. использование устройств, работающих по принципу «да/нет»;
3. полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;
4. программное управление процессом вычислений;
5. поддержка арифметики с плавающей запятой;
6. использование памяти большой емкости.

Последним крупным проектом релейной вычислительной техники следует считать построенную в 1957 году в СССР релейную вычислительную машину РВМ-1 и эксплуатировавшийся до конца 1964 года в основном для решения экономических задач. Создание модели РВМ-1 хоть и было весьма запоздалым, но проект ее был чрезвычайно удачным и представляется нам венцом развития релейной ВТ; РВМ-1 на целом ряде задач была вполне конкурентоспособна с ЭВМ того времени, весьма надежна и ее быстродействие было на уровне первых малых ЭВМ.

1.4 Электронный этап развития вычислительной техники

Электронно-вычислительные машины появились, когда возникла острая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях, как атомная физика, теория динамик полета и управления летательными аппаратами.

В связи с переходом на электронные безынерционные элементы произошел качественный скачок быстродействия. Работы, которые привели к созданию совершенно новой области техники – электроники, были начаты еще в конце XIX в.^[8]

В силу своей физико-технической природы релейная вычислительная техника не давала значительно увеличить быстроту вычислений; для данного нужен был переход на электронные безинерционные элементы повышенного быстродействия.

В начале XX века изобретатели заострили своё внимание на возможность использования в счет­ных приборах новых частей – электромагнитных реле. В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе, изобрёл вычислительное устройство, функционирующее на таких реле.

Практически вместе с ним, в 1943 году, американец Говард Эйкен при опоре на работы Бэббиджа и на основе техники 20-ого века – электромеханических реле – сумел собрать на одном из заводов компании IBM легендарный гарвардский «Марк-1» (а позднее еще и «Марк-2»). «Марк-1» был громадным в длину почти 17 м. и в высоту более 2,5 м. и имел вес приблизительно 4500 кг., содержал примерно 765 000 деталей, располагал 60 регистрами для констант, 72 запоминающими регистрами для сложения, центральным блоком умножения и деления, мог вычислять элементарные трансцендентные функции. Машина работала с 23-значными десятичными числами и выполняла операции сложения за 0,3 секунды, а умножения – за 3 секундыи деление за 15, 3 секунды. Однако Эйкен допустил 2 ошибки: первая состояла в том, что обе эти машины были вероятнее электромеханическими, а не электронными; вторая – то, что Эйкен не шёл той концепции, что программы должны находится в памяти компьютера, как и выходные данные.

Практически одновременно в Великобритании начала работать новейшая вы­чис­ли­тель­ная машина на реле, которая нужна была для декодирования приказов и сведений, транслирующихся немецким «Энигмой». В начале второй половины XX века необходимость в автоматизации вычислений (в том числе для военных нужд) стала первостепенной задачей, так что над разаботкой машин, наподобие "Марк-2" и "Марк-3" работало одновременно несколько групп инженеров-конструкторов во многих странах.

Работа по изобретению первой электронно-вы­чис­ли­тель­ной машины была начата, скорее всего, в 1937 году в штатах профессором Джоном Атанасовым ( мигрировавший болгарин). Данная машина была специально предназначана для решения задач мат. физики. При повелении исследований Атанасов изобрёл и запатентовал первые электронные устройства, которые в дальнейшем использовались довольно широко в первых компьютерах. Полностью Атанасовне успел завершить проект, но через несколько десятков лет в итоге судебного разбирательства Джона Атанасова признали родоначальником электронной вычислительной техники.

Глава 2. Характеристика поколений ЭВМ

2.1. Первое поколение ЭВМ 1950-1960-е годы

Начиная с 1943 года группа специалистов под руководством Говарда Эйкена, Дж. Моучли и П. Эккерта в США начала конструировать вычислительную машину на основе электронных ламп, а не на электромагнитных реле. Эта машина была названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) и работала она в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1». ENIAC содержал 18 тысяч вакуумных ламп, занимал площадь 915× метров, весил 30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт. ENIAC имел и существенный недостаток – управление им осуществлялось с помощью коммутационной панели, у него отсутствовала память, и для того чтобы задать программу приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. Худшим из всех недостатков была ужасающая ненадежность компьютера, так как за день работы успевало выйти из строя около десятка вакуумных ламп.

Чтобы упростить процесс задания программ, Моучли и Эккерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 году к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. В этом докладе фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров. Это первая действующая машина, построенная на вакуумных лампах, официально была введена в эксплуатацию 15 февраля 1946 года. Эту машину пытались использовать для решения некоторых задач, подготовленных фон Нейманом и связанных с проектом атомной бомбы. Затем она была перевезена на Абердинский полигон, где работала до 1955 года.^[9]

ENIAC стал первым представителем 1-го поколения компьютеров. Любая классификация условна, но большинство специалистов согласилось с тем, что различать поколения следует исходя из той элементной базы, на основе которой строятся машины. Таким образом, первое поколение представляется ламповыми машинами. Устройство и работа компьютера по «принципу фон Неймана»

Необходимо отметить огромную роль американского математика фон Неймана в становлении техники первого поколения. Нужно было осмыслить сильные и слабые стороны ENIAC и дать рекомендации для последующих разработок. В отчете фон Неймана и его коллег Г. Голдстайна и А.Беркса (июнь 1946 года) были четко сформулированы требования к структуре компьютеров. Отметим важнейшие из них:

• машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления;
• программа, как и исходные данные, должна размещаться в памяти машины;
• программа, как и числа, должна записываться в двоичном коде;
• трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем, требуют иерархической организации памяти (то есть выделения оперативной, промежуточной и долговременной памяти);
• арифметическое устройство (процессор) конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения; создание специальных устройств для выполнения других арифметических и иных операций нецелесообразно;
• в машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над числами производятся одновременно по всем разрядам).^[10]

Практически все рекомендации фон Неймана впоследствии использовались в машинах первых трех поколений, их совокупность получила название «архитектура фон Неймана». Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 года Джон фон Нейман.

Новые машины первого поколения сменяли друг друга довольно быстро. В 1951 году заработала первая советская электронная вычислительная машина МЭСМ, площадью около 50 квадратных метров. МЭСМ имела 2 вида памяти: оперативное запоминающее устройство, в виде 4 панелей высотой в 3 метра и шириной 1 метр; и долговременная память в виде магнитного барабана объемом 5000 чисел. Всего в МЭСМ было 6000 электронных ламп, а работать с ними можно было только после 1,5-2 часов после включения машины. Ввод данных осуществлялся с помощью магнитной ленты, а вывод – цифропечатающим устройством, сопряженным с памятью. МЭСМ могла выполнять 50 математических операций в секунду, запоминать в оперативной памяти 31 число и 63 команды (всего было 12 различных команд), и потребляла мощность равную 25 киловаттам.

В 1952 году на свет появилась американская машина EDWAC. Стоит также отметить построенный ранее, в 1949 году, английский компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) – первую машину с хранимой программой. В 1952 году советские конструкторы ввели в эксплуатацию БЭСМ – самую быстродействующую машину в Европе, а в следующем году в СССР начала работать «Стрела» – первая в Европе серийная машина высокого класса. Среди создателей отечественных машин в первую очередь следует назвать имена С.А. Лебедева, Б.Я. Базилевского, И.С. Брука, Б.И. Рамеева, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, А.Н. Мямлина. В 50-х годах появились и другие ЭВМ: «Урал», М-2, М-3, БЭСМ 2, «Минск 1», – которые воплощали в себе все более прогрессивные инженерные решения.

Возможности машин первого поколения были достаточно скромны. Так, быстродействие их по нынешним понятиям было малым: от 100 («Урал-1») до 20 000 операций в секунду (М-20 в 1959 году). Эти цифры определялись в первую очередь инерционностью вакуумных ламп и несовершенством запоминающих устройств. Объем оперативной памяти был крайне мал – в среднем 2 048 чисел (слов), этого не хватало даже для размещения сложных программ, не говоря уже о данных. Промежуточная память организовывалась на громоздких и тихоходных магнитных барабанах сравнительно небольшой емкости (5 120 слов у БЭСМ-1). Медленно работали и печатающие устройства, а также блоки ввода данных. Если же остановиться подробнее на устройствах ввода-вывода, то можно сказать, что с начала появления первых компьютеров выявилось противоречие между высоким быстродействием центральных устройств и низкой скоростью работы внешних устройств. Кроме того, выявилось несовершенство и неудобство этих устройств. Первым носителем данных в компьютерах, как известно, была перфокарта. Затем появились перфорационные бумажные ленты или просто перфоленты. Они пришли из телеграфной техники после того, как в начале XIX в. отец и сын из Чикаго Чарлз и Говард Крамы изобрели телетайп.

ЭВМ первого поколения, эти жесткие и тихоходные вычислители, были пионерами компьютерной техники. Они довольно быстро сошли со сцены, так как не нашли широкого коммерческого применения из-за ненадежности, высокой стоимости, трудности программирования.

2.2 Второе поколение ЭВМ: 1960-1970-е годы

Элементной базой второго поколения стали полупроводники. Без сомнения, транзисторы можно считать одним из наиболее впечатляющих чудес XX века.

Патент на открытие транзистора был выдан в 1948 году американцам Д. Бардину и У.Браттейну, а через восемь лет они вместе с теоретиком В. Шокли стали лауреатами Нобелевской премии. Скорости переключения уже первых транзисторных элементов оказались в сотни раз выше, чем ламповых, надежность и экономичность – тоже. Впервые стала широко применяться память на ферритовых сердечниках и тонких магнитных пленках, были опробованы индуктивные элементы – параметроны.

Первая бортовая ЭВМ для установки на межконтинентальной ракете – «Атлас» – была введена в эксплуатацию в США в 1955 году. В машине использовалось 20 тысяч транзисторов и диодов, она потребляла 4 киловатта. В 1961 году наземные компьютеры «стретч» фирмы «Бэрроуз» управляли космическими полетами ракет «Атлас», а машины фирмы IBM контролировали полет астронавта Гордона Купера. Под контролем ЭВМ проходили полеты беспилотных кораблей типа «Рейнджер» к Луне в 1964 году, а также корабля «Маринер» к Марсу. Аналогичные функции выполняли и советские компьютеры.^[11]

В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать новый тип памяти – дисковые запоминающие устройства, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые запоминающие устройства на дисках появились в машинах IBM-305 и RAMAC. Последняя имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12000 об/мин. НА поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10000 знаков каждая.

2.3. Третье поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы

Логические схемы ЭВМ 3-го поколения уже полностью строились на малых интегральных схемах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания (единицы вольт) и потребляемая машиной мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ.

В оперативных запоминающих устройствах использовались миниатюрнее ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве внешних запоминающих устройств широко стали использоваться дисковые накопители.

Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующая кэш-память.^[12]

Начиная с момента широкого использования интегральных схем в компьютерах, технологический прогресс в вычислительных машинах можно наблюдать, используя широко известный закон Мура. Один из основателей компании Intel Гордон Мур в 1965 году открыл закон, согласно которому количество транзисторов в одной микросхеме удваивается через каждые 1,5 года.

Ввиду существенного усложнения как аппаратной, так и логической структуры ЭВМ 3-го поколения часто стали называть системами.

В вычислительных машинах третьего поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоемкости программирования, эффективности исполнения программ в машинах и улучшению общения оператора с машиной. Это обеспечивается мощными операционными системами, развитой системой автоматизации программирования, эффективными системами прерывания программ, режимами работы с разделением машинного времени, режимами работы в реальном времени, мультипрограммными режимами работы и новыми интерактивными режимами общения. Появилось и эффективное видеотерминальное устройство общения оператора с машиной - видеомонитор, или дисплей.

Большое внимание уделено повышению надежности и достоверности функционирования ЭВМ и облегчению их технического обслуживания. Достоверность и надежность обеспечиваются повсеместным использованием кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок (корректирующие коды Хемминга и циклические коды).

2.4. Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990-е годы

Революционным событием в развитии компьютерных технологий четвертого поколения машин было создание больших и сверхбольших интегральных схем, микропроцессора и персонального компьютера.

Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном кристалле тысячи интегральных схем. В 1971 г. компания Intel выпустила важное для развития вычислительной техники устройство – микропроцессор Intel-4004. Микропроцессор – это интегральная микросхема, на которой размещено обрабатывающее устройство с собственной системой команд. Использование микропроцессоров значительно упростило конструкцию вычислительных машин.

С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники – создание и применение персональных ЭВМ, что даже повлияло на терминологию. Постепенно термин «ЭВМ» был вытеснен словом «компьютер», а вычислительная техника стала называться компьютерной.

Ниже приведена классификация компьютеров четвертого поколения, которую используют ведущие производители компьютеров:

− суперкомпьютеры;

− большие ЭВМ (мэйнфреймы);

− серверы;

− мини-ЭВМ;

− микроЭВМ, персональные компьютеры.

У ЭВМ четвертого поколения выделяются следующие характерные особенности:

1. Элементная база: большие и сверхбольшие интегральные схемы (от десятков до сотен тысяч компонентов на кристалле).

2. Быстродействие: от десятков до сотен миллионов операций в секунду.

3. Габариты: либо персональный компьютер – на одном рабочем столе, либо мэйнфреймы и суперкомпьютеры с огромными машинными залами.

4. Программное обеспечение: появились объективно ориентированные языки программирования.

5. Эксплуатация – совместимость ПО снизу доверху – принцип открытой архитектуры, предусматривающий возможность дополнения имеющихся аппаратных средств без смены старых или их модификация без замены всего компьютера.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет десятки миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти порядка до нескольких гигабайт. ^[13]

2.5. Пятое поколение ЭВМ: 1990-настоящее время

Переход к компьютерам пятого поколения предполагал переход к новым архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта.

Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них — собственно компьютер, в котором связь с пользователем осуществляет блок, называемый «интеллектуальным интерфейсом». Задача интерфейса — понять текст, написанный на естественном языке или речь, и изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу.

Основные требования к компьютерам 5-го поколения: Создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов); Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; Создание новых технологий в производстве вычислительной техники; Создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз данных и работу с ними, были созданы специальные объектно-ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.^[14]

2.6. Шестое и последующие поколения ЭВМ

Хотя и персональные компьютеры относятся к ЭВМ 4-го поколения, все же возможность их широкого распространения, несмотря на достижения технологии СБИС, оставалась бы весьма небольшой. К этому поколению относятся электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

В 1970 году был сделан важный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intеl скон­струировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центрально­му процессору большого компьютера.

В конце 70-х годов распространение персональных компьютеров даже привело к некоторому снижению спроса на большие ком­пьютеры и мини-компьютеры (мини-ЭВМ). Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IВМ – ведущей компании по производству больших компьютеров, и в 1979 году фирма IВМ решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был вы­бран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intе1 8088. Его использо­вание позволило значительно увеличить потенциальные возможности компью­тера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтном памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компью­тере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его про­граммное обеспечение было поручено разработать небольшой тогда еще фирме Microsoft. И таким образом в 1981 году появилась первая версия операционной системы для компьютера IBM РС – MS DOS 1.0. В дальнейшем по мере совершенствования компьютеров IВМ РС выпускались и новые версии DOS, учитывающие новые возможности компьютеров и предоставляющие дополнительные удобства пользователю.

Через один-два года компьютер IВМ РС занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров.

Если бы IВМ РС был сде­лан так же, как другие существовавшие во время его появления компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже о нем забыли.

Итак, после начала широкого внедрения персональных компьютеров в повседневную жизнь, продолжилось быстрое развитие вычислительной техники. Остановимся на наиболее важном элементе: микропроцессор – это эффективный с технологической и экономической точки зрения инструмент для переработки возрастающих потоков информации.

Новое поколение микропроцессоров идет на смену предыдущему каждые два года и морально устаревает за 3-4 года. Микропроцессор вместе с другими устройствами микроэлектроники позволяют создать довольно экономичные информационные системы.

Модель IBM PC была усовершенствована. Новая модификация получила название «расширенного» IВМ РС/ХТ (Рersonal Соmрuter/еХТеnded version). В данной модификации производители отказались от использования магнитофона в качестве накопителя информации, добавили второй дисковод гибких дисков, а также возможность использования жесткого диска емкостью 10-30 МБ. В настоящее время наличие жесткого диска в ПК ХТ является практически обязательным. Модель базировалась на использовании того же микропроцессора – Intel 8088.

В 1982 году была выпущена новая модель компьютеров по названию IВМ РС/АТ (Рersonal Computer/Аdvanced Technology – «ПК усовершенствованной технологии»). В связи с использованием нового микропроцессора с сопроцессором 80287 производительность системы возросла более чем вдвое. Она укомплектована дисководами гибких дисков нового типа (с утроенным объемом хранимой информации), жестким диском от 40 МБ и выше. Шина материнской платы ПК расширена до 16 бит.

В 1989 году Intel выпустила новый микропроцессор 80486SX/DX/DX2, имевшие 1,2 млн транзисторов на кристалле, изготовленному по технологии 1 мкм. От 386-го существенно отличается размещением на кристалле первичного кэша и встроенного математического сопроцессора 80487. Микропроцессоры 80486 по-прежнему могли адресовать до 4 Гб оперативной памяти и работали на частотах: 25, 33, 50 и 66 МГц.

Процессоры Pentium с частотой 75, 90 и 100 МГц, появившиеся в 1994 году, представили уже второе поколение процессоров Pentium (семейство P6). При почти том же числе транзисторов они выполнялись по технологии 0,6 мкм, что позволило снизить потребляемую мощность. От первого поколения они отличались внутреннем умножением частоты и имели другой тип корпуса. Была введена новая шина, которой до этого оснащались большие ЭВМ и в одном ПК могли присутствовать до 4-х процессоров Р6. Параллельно с Pentium развился и процессор Pentium Pro, который отличался новшествами «динамического исполнения инструкций». Кроме того, в его корпусе разместили и вторичный кэш, для начала объемом 256 Кб. Однако на 16-битных приложениях, а также в среде Windows 95 его применение не дало преимуществ. Процессор содержал 5,5 млн. транзисторов ядра, и 15,5 млн. транзисторов для вторичного кэша объемом 256 Кб. Первый процессор с частотой 150 МГц появился в начале 1995 года (технология 0,6 мкм), а уже в конце года появились процессоры с частотой 166, 180, 200 МГц (технология 0,35 мкм), у которых кэш достигал 512 Кб.

После долгих обещаний в начале 1997 года появились процессоры Pentium MMX. Расширение ММХ предполагает параллельную обработку группы операндов одной инструкцией. Технология ММХ призвана ускорять выполнение мультимедийных приложений, в частности операции с изображениями и обработку сигналов. Кроме расширения ММХ эти процессоры, по сравнению с обычным Pentium, имеют удвоенный объем первичного кэша, и некоторые элементы архитектуры, позаимствованные у Pentium Pro, что повышает производительность процессора Pentium ММХ и на обычных приложениях. Процессоры Pentium ММХ имеют 4,5 млн транзисторов и выполнены по технологии – 0,35 мкм. По состоянию на июнь 1997 года имеются процессоры с тактовыми частотами 166, 200 и 233 МГц.

Процессоры, совместимые с семейством х86, выпускаются не только фирмой Intel. Традиционный конкурент – AMD – выпускает совместимые процессоры обычного несколько позже, но заметно дешевле, иногда по ряду технических свойств они даже опережают аналогичные процессоры Intel. Фирма Cyrix славится своими быстрыми сопроцессорами.

7 июня 1998 компания Intel представила процессор Celeron с тактовой частотой 300 МГц и снизила цену на ранее выпускавшуюся модель 266 МГц. Компания, однако, предпочитает не афишировать, что эти частоты – далеко не предел возможностей Celeron, и безо всяких переделок процессор способен на нечто большее.

Ядро Celeron изготовляется по последней 0,25 микронной технологии и имеет кодовое название Deschutes. Оно такое же, как у процессоров Pentium II, предназначенных для работы на частотах 333, 350 и 400 МГц (в младших моделях Pentium II используется ядро Klamath с 0,35 микронной технологией).

25 июля 1998 корпорация Microsoft выпускает Windows 98 – последнюю версию Windows на базе старого ядра, функционирующего на фундаменте DOS. Система Windows 98 интегрирована с интернет-браузером Internet Explorer 4 и совместима с многочисленными – от USB до спецификаций управления энергопотреблением ACPI. Последующие версии Windows для рядового пользователя будут построены на базе ядра NT.^[15]

2.7. Влияние вычислительной техники на жизнь людей

Роль информатики в целом в современных условиях постоянно возрастает. Деятельность как отдельных людей, так и целых организаций все в большей степени зависит от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств. Внедрение компьютеров, современных средств переработки и передачи информации в различные индустрии послужило началом процесса, называемого информатизацией общества. Современное материальное производство и другие сферы деятельности все больше нуждаются в информационном обслуживании, переработке огромного количества информации. Информатизация на основе внедрения компьютерных и телекоммуникационных технологий является реакцией общества на потребность в существенном увеличении производительности труда в информационном секторе общественного производства, где сосредоточено более половины трудоспособного населения.

Информационные технологии вошли во все сферы нашей жизни. Компьютер является средством повышения эффективности процесса обучения, участвует во всех видах человеческой деятельности, незаменим для социальной сферы. Информационные технологии - это аппаратно-программные средства, базирующиеся на использовании вычислительной техники, которые обеспечивают хранение и обработку образовательной информации, доставку ее обучаемому, интерактивное взаимодействие студента с преподавателем или педагогическим программным средством, а также тестирование знаний студента.

Можно предположить, что эволюция технологии в общем и целом продолжает естественную эволюцию. Если освоение каменных орудий помогло сформироваться человеческому интеллекту, металлические повысили производительность физического труда (настолько, что отдельная прослойка общества освободилась для интеллектуальной деятельности), машины механизировали физический труд, то информационная технология призвана освободить человека от рутинного умственного труда, усилить его творческие возможности.^[16]

Заключение

Жить в XXI веке образованным человеком можно, только хорошо владея информационными технологиями. Ведь деятельность людей все в большей степени зависит от их информированности, способности эффективно использовать информацию. Для свободной ориентации в информационных потоках современный специалист любого профиля должен уметь получать, обрабатывать и использовать информацию с помощью компьютеров, телекоммуникаций и других средств связи. Об информации начинают говорить, как о стратегическом ресурсе общества, как о ресурсе, определяющем уровень развития государства.

С помощью изучения истории развития средств вычислительной техники можно познать все строение и значение ЭВМ в жизни человека. Это поможет лучше в них разбираться и с легкостью воспринимать новые прогрессирующие технологии, ведь не нужно забывать о том, что компьютерные технологии прогрессируют, почти, каждый день и если не разобраться в строении машин, которые были много лет назад, трудно будет преодолеть нынешнее поколение.

В представленной работе удалось показать с чего начиналось и чем заканчивается развитие средств вычислительной техники и какую важную роль играют они для людей в настоящее время.

Список литературы

1. Малиновский Б.Н. История вычислительной техники в лицах. — К.: фирма "КИТ», ПТОО "А.С.К.", 1995. — 384с., ил.
2. Ланина. Э. П. История развития вычислительной техники. — Иркутск: ИрГТУ, 2001. — 166с.
3. Кочеванова О. П. История развития вычислительной техники. — Исаклы: 2007. — 33с.
4. Казакова И. А. История вычислительной техники. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. — 232с.
5. И.А.Апокин, Л.Е.Майстров. Развитие вычислительных машин. - М., Наука, 1974. - 399с
6. Гутер, Р. С. От абака до компьютера / Р. С. Гутер, Ю. Л. Полунов. – М.: Знание, 1981.
7. Петров, Ю. П. История и философия науки. Математика, вычислительная техника, информатика / Ю. П. Петров. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005.
8. Поликарпов, В. С. История науки и техники / В. С. Поликарпов. – М.: Феникс, 1999.

Интернет источники:

1. http://bukvi.ru/computer/pokoleniya-evm-osnovnye-xarakteristiki-evm.html -Классификация ЭВМ
2. http://www.computerhistory.org/timeline- Computing History
3. www.computer-museum.ru - Виртуальный компьютерный музей
4. http://wiki.mvtom.ru/index.php/-Википедия
5. http://automationlab.ru/index.php/2014-08-25-13-20-03/433-8-История развития вычислительной техники
6. http://pchistory.narod.ru/pokoleniya.html- История поколения ЭВМ

1. Петров, Ю. П. История и философия науки. Математика, вычислительная техника, информатика / Ю. П. Петров. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. ↑

2. Поликарпов, В. С. История науки и техники / В. С. Поликарпов. – М.: Феникс, 1999. ↑

3. Ланина. Э. П. История развития вычислительной техники. — Иркутск: ИрГТУ, 2001. — 166с. ↑

4. Ланина. Э. П. История развития вычислительной техники. — Иркутск: ИрГТУ, 2001. — 166с. ↑

5. Кочеванова О. П. История развития вычислительной техники. — Исаклы: 2007. — 33с. ↑

6. Кочеванова О. П. История развития вычислительной техники. — Исаклы: 2007. — 33с. ↑

7. И.А.Апокин, Л.Е.Майстров. Развитие вычислительных машин. - М., Наука, 1974. - 399с ↑

8. Гутер, Р. С. От абака до компьютера / Р. С. Гутер, Ю. Л. Полунов. – М.: Знание, 1981. ↑

9. http://pchistory.narod.ru/pokoleniya.html- История поколения ЭВМ ↑

10. http://pchistory.narod.ru/pokoleniya.html- История поколения ЭВМ ↑

11. http://bukvi.ru/computer/pokoleniya-evm-osnovnye-xarakteristiki-evm.html-Классификация ЭВМ ↑

12. http://bukvi.ru/computer/pokoleniya-evm-osnovnye-xarakteristiki-evm.html-Классификация ЭВМ ↑

13. http://bukvi.ru/computer/pokoleniya-evm-osnovnye-xarakteristiki-evm.html-Классификация ЭВМ ↑

14. http://bukvi.ru/computer/pokoleniya-evm-osnovnye-xarakteristiki-evm.html-Классификация ЭВМ ↑

15. http://pchistory.narod.ru/pokoleniya.html- История поколения ЭВМ ↑

16. http://bukvi.ru/computer/pokoleniya-evm-osnovnye-xarakteristiki-evm.html-Классификация ЭВМ ↑