История развития средств вычислительной техники (Технология перфокарты)

Содержание:

Введение

Вычислительное оборудование является важным компонентом процесса расчета и хранения данных, поскольку оно стало полезным для обработки и совместного использования числовых значений.

Актуальность темы обусловлена тем, что история человечества неразрывно связана с научно-техническим развитием. Накопление знаний, создание всевозможных механизмов, устройств и систем в качестве стимулирующей идеи использовало постоянное стремление облегчить тяжёлый физический и рутинный труд человека. Поэтому человечеством была создана электронно-вычислительная машина, позволяющая быстро выполнять требующиеся действия.

Устройства, помогающие вычислениям, изменились с простых записывающих и счетных устройств на счеты, логарифмическую линейку, аналоговые компьютеры и более современные электронные компьютеры.

Даже сегодня опытный пользователь счетов, использующий устройство столетней давности, иногда может выполнить основные вычисления быстрее, чем неквалифицированный человек, использующий электронный калькулятор, хотя для более сложных вычислений компьютеры превосходят даже самого квалифицированного человека.

Активное использованиевычислительной техники привело к расширению областей её применения и потребовало создания новых программных технологий. Устройства, сначала изобретённые человеком для учёта ресурсов и ценностей, а затем – быстрого и точного проведения сложных расчётов и вычислительных операций, постоянно развивались и совершенствовались.

Цель курсовой работы – изучить историю и проследить развитие средств вычислительной техники.

Задачи курсовой работы:

1. Рассмотреть историю вычислительной техники.

2. Изучить особенности развития вычислительной техники в эру цифровых машин.

3. Подвести итоги, сделать выводы.

Методы исследования: анализ специализированной литературы, систематизация, обобщение.

Структурно курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.

Глава I. История вычислительной техники

1.1 Первая вычислительная техника

История вычислительной техники охватывает развитие от ранних простых устройств, чтобы помочь вычислению до современных компьютеров. До XX века большинство вычислений было сделано людьми. Ранние механические инструменты, помогающие людям с цифровыми вычислениями, такие как счеты, назывались «вычислительными машинами», назывались собственными именами или назывались калькуляторами.

Устройства использовались, чтобы помочь вычислению в течение тысяч лет, главным образом используя взаимно однозначное соответствие с пальцами. Самое раннее счетное устройство было, вероятно, формой счетной палочки. Более поздние средства счета по плодородному полумесяцу включали камни (глиняные сферы, конусы и т.д.), которые представляли собой количество предметов, скота или зерна, запечатанных в полые необожженные глиняные контейнеры. Использование счетных стержней является одним из примеров. Счеты раньше использовались для арифметических задач. То, что люди называют римскими счетами, использовалось в Вавилонии еще в 2700-2300 гг. до н.э. С тех пор было изобретено много других форм счетных досок или таблиц. В средневековой европейской конторе на стол клали клетчатую скатерть и по определенным правилам передвигали на ней метки, чтобы подсчитать денежные суммы.

Несколько аналоговых компьютеров были построены в древние и средневековые времена для выполнения астрономических расчетов. К ним относится колесница, указывающая на юг (1050-771 до н. э.) из Древнего Китая, а астролябия и механизм Антикиферы из эллинистического мира (150-100 до н. э.). В Римском Египте Герон Александрийский (10-70 н.э.) изготовил механические устройства, включая автоматы и программируемую тележку.Другие ранние механические устройства, используемые для выполнения того или иного типа вычислений, включают планисферу и другие механические вычислительные устройства, изобретенные Абу Райханом Аль-Бируни.

Астрономические аналоговые компьютеры других средневековых мусульманских астрономов и инженеров; и астрономическая башня с часами Су Сун (1094) во время династии Сун. Часы замка, механические астрономические часы с гидроприводом, изобретенные Исмаилом Аль-Джазари в 1206 году, были первым программируемым аналоговым компьютером.

Рамон Лулл изобрел условную машину для вычисления ответов на философские вопросы (в данном случае, связанные с христианством) с помощью логической комбинаторики. Эта идея была подхвачена Лейбницем спустя столетия и, таким образом, является одним из основополагающих элементов в вычислительной и информационной науке.

Вильгельм Шиккард, немецкий политематик, в 1623 году разработал вычислительную машину, которая объединила механизированную форму стержней Нейпира с первой в мире механической добавочной машиной, встроенной в основание. Поскольку он использовал механизм с одним зубом, были обстоятельства, при которых его механизм переноса мог заклинить. Пожар уничтожил по крайней мере одну из машин в 1624 году, и считается, что Шиккард был слишком расстроен, чтобы построить другую». Его применил на практике его друг Иоганн Кеплер, который произвел революцию в астрономии.

В 1642 году, будучи еще подростком, французский математик Блез Паскаль начал некоторые новаторские работы по вычислительным машинам и после трех лет работы и 50 прототипов он изобрел механический калькулятор. Он построил двадцать таких машин (так называемый калькулятор Паскаля или Паскалин) в следующие десять лет. Продолжается дискуссия о том, следует ли считать Шикарда или Паскаля «изобретателем механического калькулятора», и круг вопросов, которые следует рассмотреть, обсуждается в другом месте.

Немецкий деятель Готфрид Вильгельм Лейбниц также описал двоичную систему счисления – центральный ингредиент всех современных компьютеров. Однако до 1940-х годов многие последующие проекты (включая машины Чарльза Бэббиджа 1800-х годов и даже ЭНИАК 1945 года) были основаны на более сложной для реализации десятичной системе.

Шотландский математик Джон Нейпир отметить, что умножение и деление чисел может быть выполнено сложением и вычитанием, соответственно, логарифмов этих чисел. Поскольку эти действительные числа могут быть представлены в виде расстояний или интервалов на линии, логарифмическая линейка позволила выполнять операции умножения и деления значительно быстрее, чем это было возможно ранее. Логарифмические линейки использовались поколениями инженеров и других математически склонных профессиональных работников до изобретения карманного калькулятора. Инженеры в программе «Аполлон», чтобы отправить человека на Луну, сделали многие свои расчеты на логарифмических линейках, которые были точны до 3 или 4 значимых цифр.

При создании первых логарифмических таблиц Нейпиру нужно было выполнить много умножений, и именно в этот момент он разработал кости Нейпира^[1].

1.2 Технология перфокарты

Уже в 1725 Базиль Бушон использовал перфорированную бумажную петлю в ткацком станке, чтобы установить образец, который будет воспроизведен на ткани, и в 1726 его коллега Жан-Батист Фалькон улучшил его дизайн, используя перфорированные бумажные карты, прикрепленные друг к другу, что облегчило изменение программы быстро. Ткацкий станок Бушон-Фалькон был полуавтоматическим и требовал ручной подачи программы.

В 1801 году Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок, в котором плетение узора контролировалось перфокартами. Серия карт может быть изменена без изменения механической конструкции ткацкого станка. Это был знаковый момент в программировании.

В 1833 году Чарльз Бэббидж перешел от разработки своей разностной машины к более совершенной конструкции – аналитической машины, которая для программирования будет опираться непосредственно на перфокарты Жаккара.

В 1890 году Бюро переписи населения Соединенных Штатов использовало перфокарты и сортировочные машины, разработанные Германом Холлеритом, для обработки потока данных десятилетней переписи, предусмотренной Конституцией. Компания Холлерита в конечном счете стала ядром IBM (InternationalBusinessMachines). IBM разработала технологию перфокарт как мощный инструмент для обработки бизнес-данных и выпустила обширную линейку специализированного оборудования для записи. К 1950 году карта компания IBM стала вездесущей в промышленности и правительстве. Девизом послевоенной эпохи стало предупреждение, напечатанное на большинстве карточек, предназначенных для обращения в качестве документов (чеков, например): «Не складывайте, не вертите и не калечите».

Статьи английского астронома Лесли Комри о методах перфокарты и публикации Дж.Эккерта о научных вычислениях в 1940 году, содержат описанные методы, которые были достаточно продвинутыми, чтобы решить дифференциальные уравнения, выполнять умножение и деление с использованием чисел с плавающей запятой, все на перфокартах и единичных машин записи.

Во многих компьютерных установках перфокарты использовались до (и после) конца 1970-х. Например, студенты-программисты многих университетов по всему миру представляли свои задания по программированию в локальный компьютерный центр в виде стопки карточек, по одной карточке на строку программы, а затем должны были ждать, пока программа будет поставлена в очередь для обработки, компиляции и выполнения. В надлежащее время распечатка любых результатов, помеченная удостоверением заявителя, будет помещена в выходной лоток за пределами компьютерного центра. Во многих случаях эти результаты включали бы в себя исключительно распечатку сообщения об ошибке, связанные с синтаксисом программы и т.д., требуя другого цикла редактирования-компиляции-выполнения.

Перфокарты все еще используются и производятся в текущем веке, и их отличительные размеры (и емкость 80 столбцов) по-прежнему могут быть признаны в формах, записях и программах по всему миру^[2].

1.3 1835–1900-е: первые программируемые машины

Определяющая особенность «универсального компьютера»– это программируемость, что позволяет компьютеру эмулировать любую другую вычислительную машину, изменяя сохраненной последовательности инструкций.

Чарльз Бэббидж, английский инженер-механик и эрудит, создал концепцию программируемого компьютера. Он считается «отцом компьютера», который осмыслял и изобрел первый механический компьютер в начале XIX века. После работы над своей революционной разностной машиной, разработанной для помощи в навигационных расчетах, в 1833 году он понял, что гораздо более общая конструкция аналитической машины была возможна. Ввод программ и данных должен был быть обеспечен машине через перфокарты – метод, используемый в то время, чтобы направить механические ткацкие станки, такие как жаккардовый ткацкий станок. Для вывода, машина будет иметь принтер, график кривой и колокол. Машина также сможет пробивать цифры на картах, которые будут прочитаны позже. Он использовал обычную арифметику с фиксированной запятой.

С Бэббиджем было трудно работать, и он спорил со всеми, кто не уважал его идеи. Все детали для его машины должны были быть сделаны вручную. Небольшие ошибки в каждом элементе иногда могут привести к большим расхождениям в машине с тысячами деталей, которые требовали, чтобы эти детали были намного лучше, чем обычные допуски, необходимые в то время. Проект растворился в спорах с ремесленником, который построил части и был закончен истощением государственного финансирования.

Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона, перевела и добавила примечания к «эскизу аналитической машины» Луиджи Федерико Менабреа. Она стала тесно связана с Бэббиджем. Некоторые утверждают, что она является первым в мире программистом, однако это утверждение и значение ее другие вклады оспаривается многими.

Реконструкция Разностного двигателя II, более ранней и более ограниченной конструкции, работает с 1991 года в лондонском Музее науки. С несколькими тривиальными изменениями он работает так, как его спроектировал Бэббидж, и показывает, что Бэббидж был прав в теории.

Музей использовал управляемые компьютером станки, чтобы построить необходимые части, следуя допускам, которые машинист периода был бы в состоянии достигнуть. Некоторые считают, что технология того времени была неспособна произвести части достаточной точности, хотя это кажется ложным. Неспособность Бэббиджа завершить работу над двигателем может быть в основном связана с трудностями, связанными не только с политикой и финансированием, но и с его желанием разработать все более сложный компьютер. Сегодня многие в компьютерной сфере называют этот вид одержимости «ползучим перфекционизмом».

По стопам Бэббиджа, хотя он и не знал о своей прежней работе, шел Перси Ладгейт – бухгалтер из Дублина, Ирландия. Он самостоятельно разработал программируемый механический компьютер, который описал в работе, опубликованной в 1909 году^[3].

1.4 1930-е–1960-е: настольные калькуляторы

К 1900-м годам более ранние механические калькуляторы, кассовые аппараты, счетные машины и т.д. были переработаны для использования электродвигателей с положением шестерни в качестве представления состояния переменной. Такие компании, как Friden, Marchant и Monroe, делали настольные механические калькуляторы с 1930-х годов, которые могли складывать, вычитать, умножать и делить.

Слово «компьютер» было названием работы, назначенной людям, которые использовали эти калькуляторы для выполнения математических вычислений.

Во время Манхэттенского проекта будущий нобелевский лауреат Ричард Фейнман был руководителем комнаты, полной «человеческих компьютеров», многие из которых были женщинами-математиками.Они понимали дифференциальные уравнения, которые решались для военных усилий. Даже знаменитый польский и американский математик Станислав Улам был призван на службу, чтобы перевести математику в вычислимые приближения для водородной бомбы после войны.

В 1948 году была введена Курта. Это был маленький портативный механический калькулятор размером с перечницу. Со временем, в течение 1950-х и 1960-х годов на рынке появилось множество различных марок механических калькуляторов.

Первым полностью электронным настольным калькулятором стала британский ANITA Mark VII, который использовал дисплей трубки Никси и 177 субминиатюрных трубок тиратрона. В июне 1963 года советский математик А. Фриден представил четырехфункциональный EC-130. Он имел полностью транзисторный дизайн, 13-разрядную емкость на 5-дюймовой ЭЛТ и представил обратную польскую нотацию на рынке калькуляторов по цене $2200. Модель EC-132 добавила квадратный корень и взаимные функции. В 1965 году Wang Laboratories выпустила LOCI-2, 10-значный транзисторный настольный калькулятор, который использовал газоразрядный индикатор и мог вычислять логарифмы.

С развитием интегральных схем и микропроцессоров, дорогие, большие калькуляторы были заменены меньшими электронными устройствами^[4].

1.5 Аналоговые компьютеры до 1940 года

До Второй мировой войны механические и электрические аналоговые компьютеры считались «современными», и многие думали, что они являются будущим вычислительной техники. Аналоговые компьютеры используют непрерывно изменяющиеся количества физических величин, таких как напряжения или токи, или скорость вращения валов, для представления обрабатываемых величин.

Гениальным примером такой машины был водный интегратор, построенный в 1936 году. В отличие от современных цифровых компьютеров, аналоговые компьютеры не очень гибки, и их необходимо перенастроить (т. е. перепрограммировать) вручную, чтобы переключить их с работы над одной проблемой на другую. Они имели преимущество перед ранними цифровыми компьютерами в том, что они могли использоваться для решения сложных проблем, в то время как самые ранние попытки цифровых компьютеров были весьма ограничены. Но поскольку цифровые компьютеры стали более быстрыми и использовали большую память (например, ОЗУ или внутреннее хранилище), они почти полностью вытеснили аналоговые компьютеры, и компьютерное программирование или кодирование возникло как другая человеческая профессия.

Так как компьютеры были редки в эту эру, решения часто жестко кодировались в бумажные формы, такие как графики и номограммы, которые могли тогда позволить аналоговые решения проблем, таких как распределение давлений и температур в системе отопления.

Некоторые из наиболее широко распространенных аналоговых компьютеров включали устройства для наведения оружия, такие как бомбовый прицел Нордена и артиллерийские компьютеры для линкоров. Некоторые из них оставались в использовании в течение десятилетий после Второй мировой войны.

Искусство аналоговых вычислений достигло своего зенита с дифференциальным анализатором, изобретенным Вэниваром Бушем в 1930 году. Менее дюжины таких устройств были когда-либо построены. Самое мощное было построено в школе электротехники Мура Университета Пенсильвании, где был построен ЭНИАК.

Цифровые электронные компьютеры, такие как ЭНИАК, положили конец большинству аналоговых вычислительных машин, но гибридные аналоговые компьютеры, управляемые цифровой электроникой, продолжали широко использоваться в 1950-х и 1960-х годах, а затем и в некоторых специализированных приложениях^[5].

Глава II. Эра цифровых машин

2.1 Ранние цифровые компьютеры

Эра современных вычислений началась с бурного развития до и во время Второй мировой войны, когда электронные схемы, реле, конденсаторы и электронные лампы заменили механические эквиваленты, а цифровые вычисления заменили аналоговые вычисления. Компьютеры, спроектированные и построенные тогда, иногда назывались компьютерами первого поколения. Компьютеры первого поколения, такие как компьютер Атанасова-Берри, Z3, Колосс и ЭНИАК, были построены вручную, используя схемы, содержащие реле или клапаны (вакуумные трубки), и часто использовали перфокарты или перфорированную бумажную ленту для ввода и в качестве основного (энергонезависимого) носителя информации.

В более поздних системах временное или рабочее хранение обеспечивалось акустическими линиями задержки (которые используют время распространения звука через среду, такую как жидкая ртуть или провод для кратковременного хранения данных) или трубками Вильямса (которые используют способность телевизионного кинескопа хранить и извлекать данные). К 1954 году память на магнитных сердечниках быстро вытеснила большинство других форм временного хранения и доминировала в поле до середины 1970-х годов.

В эту эпоху было выпущено несколько разных машин с постоянно развивающимися возможностями. В начале этого периода не существовало ничего даже отдаленно напоминающего современный компьютер, за исключением давно утраченных планов Чарльза Бэббиджа и математических размышлений английского математика Алана Тьюринга и других. В конце эры были построены такие устройства, как EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), и они повсеместно признаны цифровыми компьютерами. Определение одной точки в ряду как «первого компьютера» упускает много тонкостей.

Статья Алана Тьюринга 1936 года оказалась чрезвычайно влиятельной в вычислительной технике и информатике двумя способами. Его главной целью было элегантное доказательство того, что существуют проблемы (а именно проблема остановки), которые не могут быть решены механическим процессом (компьютером). При этом, однако, Тьюринг дал определение того, что такое универсальный компьютер: конструкция, называемая машиной Тьюринга, чисто теоретическое устройство, изобретенное для формализации понятия выполнения алгоритма, заменив более громоздкий универсальный язык Курта Геделя, основанный на арифметике. Современные компьютеры являются «полными по Тьюрингу» (т.е. эквивалентными возможности выполнения алгоритма универсальной машине Тьюринга), за исключением их конечной памяти. Этот ограниченный тип полноты Тьюринга иногда рассматривается как пороговая способность, отделяющая компьютеры общего назначения от их специализированных предшественников.

Однако, как будет видно, теоретическая полнота Тьюринга далека от практического универсального вычислительного устройства. Чтобы быть практичным компьютером общего назначения, должен быть какой-то удобный способ ввода новых программ в компьютер, таких как перфолента. Для полной универсальности архитектура фон Неймана использует одну и ту же память как для хранения программ, так и данных. Практически все современные компьютеры используют эту архитектуру (или ее вариант). Наконец, хотя теоретически возможно реализовать полный компьютер полностью механически (как показал дизайн Бэббиджа), электроника сделала возможной скорость, а затем миниатюризацию, которая характеризует современные компьютеры.

В эпоху Второй мировой войны существовало три параллельных потока компьютерного развития, и два из них либо игнорировались, либо намеренно держались в секрете. Первой была немецкая работа Конрада Цузе. Второй была секретная разработка компьютера «Коллосс» в Великобритании. Ни один из них не имел большого влияния на различные вычислительные проекты в Соединенных Штатах. После войны британские и американские исследователи в области вычислительной техники объединили усилия для разработки наиболее важных шагов на пути к созданию практического вычислительного устройства^[6].

2.2 Z-серия Конрада Цузе

Работая в изоляции в Германии, Конрад Цузе начал строительство в 1936 году своих первых калькуляторов Z-серии с памятью и (первоначально ограниченной) программируемостью. Чисто механический, но уже бинарный Z1 Цузе, законченный в 1938 году, никогда не работал надежно из-за проблем с точностью деталей.

Следующая машина Цузе, Z3, была закончена в 1941 году. Он был основан на телефонных реле и работал удовлетворительно. Таким образом, Z3 стал первым функциональным компьютером с программным управлением. Во многом он был очень похож на современные машины, с многочисленными достижениями, такие как числа с плавающей запятой. Замена труднореализуемой десятичной системы (использованной в более раннем проекте Чарльза Бэббиджа) более простой двоичной системой означала, что машины Цузе были легче построить и потенциально более надежны, учитывая технологии, доступные в то время. Это иногда рассматривается как главная причина, почему Цузе удалось там, где Бэббидж потерпел неудачу.

Программы подавались в Z3 на перфорированных пленках. Условные скачки отсутствовали, но с 1990-х годов было теоретически доказано, что Z3 по-прежнему является универсальным компьютером (игнорируя ограничения на размер физического хранилища). В двух патентных заявках 1936 года Конрад Цузе также предполагал, что машинные инструкции могут храниться в том же хранилище, что и данные – ключевая идея того, что стало известно как архитектура фон Неймана и было впервые реализовано в более позднем британском дизайне EDSAC (1949). Цузе также утверждал, что разработал первый язык программирования более высокого уровня в 1945 году, хотя он никогда не был официально опубликован до 1971 года и был впервые реализован в 2000 году свободным университетом Берлина – через пять лет после смерти Цузе.

Цузе потерпел неудачу во время Второй мировой войны, когда некоторые из его машин были уничтожены в ходе союзнических бомбардировок. По-видимому, его работа оставалась в значительной степени неизвестной инженерам в Великобритании и США намного позже, хотя, по крайней мере, IBM знала об этом, поскольку она финансировала его послевоенную стартап-компанию в 1946 году в обмен на опцион на патенты Цизе^[7].

2.3 Американские разработки

В 1937 году американский математик Клод Шеннон защитил магистерскую диссертацию в Массачусетском технологическом институте, в которой впервые в истории была реализована булева алгебра с использованием электронных реле и переключателей. Названный символическим анализом реле и коммутационных схем, тезис Шеннона по существу основал практическое проектирование цифровых схем^[8].

В ноябре 1937 года Джордж Стибиц, тогда работавший в «Лаборатории Белла», завершил релейный компьютер, который он назвал «моделью K» и вычислялся с использованием двоичного сложения. В конце 1938 года Лаборатория провела полную исследовательскую программу со Стибицем у руля. Их калькулятор комплексных чисел, завершенный 8 января 1940 года, смог вычислить комплексные числа. В демонстрации на конференции Американского математического общества в Дартмутском колледже 11 сентября 1940 года Стибиц смог отправить удаленные команды калькулятора комплексных чисел по телефонным линиям с помощью телетайпа. Это была первая вычислительная машина, когда-либо используемая удаленно, в данном случае по телефонной линии. Свидетелями демонстрации были Джон Фон Нейман, Джон Мокли и Норберт Винер, которые писали об этом в своих мемуарах.

В 1938 году Джон Винсент Атанасов и Клиффорд Э. Берри из Университета штата Айова разработали компьютер Атанасова-Берри (ABC), специальный электронный компьютер для решения систем линейных уравнений. (Первоначальная цель состояла в том, чтобы решить 29 одновременных уравнений 29 неизвестных каждый, но из-за ошибок в механизме перфоратора карты законченная машина могла решить только несколько уравнений.) В конструкции использовано более 300 вакуумных ламп для высокоскоростных и применяемых конденсаторов, закрепленных в механически вращающемся барабане для памяти. Хотя машина ABC не была программируемой, это был первый современный компьютер в нескольких других отношениях, включая первое использование двоичной математики и электронных схем. Соавтор ЭНИАК Джон Мокли посетил ABC, когда он еще строился в июне 1941 года, и его влияние на дизайн более поздней машины ЭНИАК является предметом споров среди компьютерных историков. ABC была в значительной степени забыта, пока она не стала в центре внимания иска Honeywell v. Сперри Рэнд, решение которого аннулировало патент ЭНИАК (и несколько других), как, среди многих причин, ожидалось работой Айовы.

В 1939 году разработка началась в лабораториях Эндикотта IBM на Гарвардской Mark I. Известный официально как автоматический калькулятор последовательности, Mark I был электромеханическим компьютером общего назначения, построенным при финансировании IBM и при содействии персонала IBM под руководством Гарвардского математика Говарда Айкена. На его конструкцию повлияла Аналитическая машина Бэббиджа, использующая десятичные арифметические и запоминающие колеса и поворотные переключатели в дополнение к электромагнитным реле. Он программировался с помощью перфоленты и содержал несколько вычислительных блоков, работающих параллельно. Более поздние версии содержали несколько читателей бумажной ленты, и машина могла переключаться между читателями на основе условия. Тем не менее машина Тьюринга была не совсем полной. Mark I был переведен в Гарвардский университет и начал работать в мае 1944 года^[9].

2.4 Колосс

Во время Второй Мировой войны англичане в Блетчли-Парке добились ряда успехов в взломе зашифрованных немецких военных коммуникаций. Немецкая шифровальная машина Enigma была атакована с помощью электромеханических машин под названием «бомбы». Бомба, разработанная Аланом Тьюрингом и Гордоном Уэлчманом после польской криптографической бомбы (1938), исключила возможные настройки Enigma, выполнив цепочки логических выводов, реализованных электрически. Большинство возможностей приводило к противоречию, а немногие оставшиеся можно было проверить вручную.

Немцы также разработали ряд систем шифрования телетайпов, сильно отличающихся от Enigma. Машина Lorenz SZ 40/42 использовалась для армейской связи высокого уровня, которую англичане называли «Тунни». Первые перехваты сообщений Лоренца начались в 1941 году. В рамках нападения на Танни профессор Макс Ньюман и его коллеги помогли определить Колосса. Mk I Colossus был построен за 11 месяцев Томми Флауэрсом и его коллегами на исследовательской станции почтового отделения в Доллис-Хилле в Лондоне, а затем отправлен в Блетчли-Парк.

Колосс был первым полностью электронным вычислительным устройством, который использовал большое количество клапанов (вакуумных трубок). Он имел бумажно-ленточный ввод и мог быть сконфигурирован для выполнения различных логических операций над своими данными, но он не был полным Тьюринга. Было построено девять Mk II Colossi (Mk I был преобразован в Mk II, сделав десять машин в общей сложности). Детали их существования, дизайна и использования держались в секрете с 1970-х годов. Уинстон Черчилль лично отдал приказ об их уничтожении на куски размером не больше человеческой ладони. Из-за этой секретности Колоссы не были включены во многие истории вычислений. Восстановленная копия одной из машин Колосса теперь выставлена в Блетчли-Парке^[10].

2.5 ЭНИАК

Построенный в США ЭНИАК (Электронный числовой интегратор и вычислитель), часто называемый первым электронным компьютером общего назначения, публично подтвердил использование электроники для крупномасштабных вычислений. Это имело решающее значение для развития современных вычислений, первоначально из-за огромного преимущества скорости, но, в конечном счете, из-за потенциала миниатюризации. Построенный под руководством Джона Мокли и Дж. Преспера Эккерта, он был в 1000 раз быстрее своих современников. Разработка и строительство ЭНИАК продолжались с 1943 года до полной эксплуатации в конце 1945 года. Когда была предложена его конструкция, многие исследователи полагали, что тысячи тонких клапанов (т.е. вакуумных трубок) будут гореть достаточно часто, что ЭНИАК будет так часто вниз для ремонта, чтобы быть бесполезным. Однако между отказами клапанов он мог выполнять до тысячи операций в секунду в течение нескольких часов.

Адаптируя идеи, разработанные Эккертом и Мокли после признания ограничений ЭНИАК, Джон фон Нейман написал широко распространенный отчет, описывающий компьютерный дизайн, в котором программы и рабочие данные хранились в одном едином хранилище. Этот базовый дизайн, который стал известен как архитектура фон Неймана, послужит основой для разработки первых по-настоящему гибких, универсальных цифровых компьютеров^[11].

2.6Машина фон Неймана первого поколения и другие работы

Первой рабочей машиной фон Неймана был Манчестерский «ребенок» или мелкомасштабная экспериментальная машина, построенная в Манчестерском университете в 1948 году. За ней последовал в 1949 году компьютер Manchester Mark I, который функционировал как полная система, используя трубку Вильямса и магнитный барабан для памяти, а также ввел индексные регистры. Другим претендентом на титул «первый цифровой компьютер с сохраненной программой» был EDSAC, спроектированный и построенный в Кембриджском университете. Работая менее чем через год после манчестерского «ребенка», он также был способен решать реальные проблемы.

В отличие от ЭНИАК, который использовал параллельную обработку, EDVAC использовал один процессор. Эта конструкция была проще и была первой, которая была реализована в каждой последующей волне миниатюризации, и повышала надежность.

Первый универсальный программируемый компьютер в континентальной Европе был создан командой ученых под руководством Сергея Алексеевича Лебедева из Киевского Института электротехники.

Компьютер МЭСМ (Малая электронная счётная машина) начал функционировать в 1950 году. Он имел около 6000 вакуумных ламп и потреблял 25 кВт мощности. Она могла выполнять около 3000 операций в секунду. Другой ранней машиной был CSIRAC (Council for Scientific and Industrial Research Automatic Computer) , австралийский дизайн, который провел свою первую программу испытаний в 1949 году.

В октябре 1947 года директора J. Lyons & Company, британской кейтеринговой компании, известной своими чайными, но с большим интересом к новым методам управления офисом, решили принять активное участие в содействии коммерческому развитию компьютеров. К 1951 году компьютер LEO I заработал и стал первым в мире обычным офисным компьютером.

Машина Манчестерского университета стала прототипом для Ferranti Mark I. Первая машина Ferranti Mark I была поставлена в университет в феврале 1951 года, и, по крайней мере, девять других были проданы между 1951 и 1957 годами.

В июне 1951 года UNIVAC I (универсальный автоматический компьютер) был доставлен в Бюро переписи населения США. Хотя машина была изготовлена Remington Rand, ее часто ошибочно называли “IBM UNIVAC”. Remington Rand в итоге продала 46 машин по более чем $ 1 млн. каждая. В UNIVAC был первым массово производимым компьютером. Все предшественники были разовым единиц. Он использовал 5 200 вакуумных ламп и потреблял 125 кВт мощности. Он использовал ртутную линию задержки, способную хранить 1000 слов из 11 десятичных цифр плюс знак (72-битные слова) для памяти. В отличие от машин IBM, он не был оснащен считывателем перфокарт, а вводом металлической магнитной ленты в стиле 1930-х годов, что делает его несовместимым с некоторыми существующими коммерческими хранилищами данных. Высокоскоростная перфорированная бумажная лента и магнитные ленты современного стиля использовались для ввода/вывода другими компьютерами эпохи.

В 1952 году IBM публично анонсировала IBM 701 Electronic Data Processing Machine, первый в своей успешной серии 700/7000 и первый компьютер IBM mainframe. IBM 704, введенный в 1954, использовал память магнитного сердечника, которая стала стандартом для больших машин. Первый реализованный язык программирования общего назначения высокого уровня Fortran также разрабатывался в IBM для 704 в 1955 и 1956 годах и был выпущен в начале 1957 года.

IBM представила меньший, более доступный компьютер в 1954 году, который оказался очень популярным. IBM 650 весил более 900 кг, прилагаемый блок питания весил около 1350 кг, и оба они находились в отдельных шкафах примерно 1,5 метра на 0,9 метра на 1,8 метра. Это стоило 500 000$или могло быть арендовано за 3500$в месяц. Его барабанная память первоначально состояла всего из 2000 десятизначных слов и требовала тайного программирования для эффективных вычислений. Ограничения памяти, подобные этому, доминировали в программировании в течение десятилетий после этого, пока эволюция модели программирования, которая была более симпатична разработке программного обеспечения.

В 1955 году Морис Уилкс изобрел микропрограммирование, которое впоследствии широко использовалось в процессорах и блоках с плавающей запятой мэйнфреймов и других компьютеров, таких как IBM 360 series. Микропрограммирование позволяет определять или расширять базовый набор команд с помощью встроенных программ (иногда называемых микропрограммами, микрокодами или милликодами).

В 1956 году IBM продаласвоюпервуюсистемумагнитныхдисков RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Он использовал 50 24-дюймовых металлических дисков, с 100 дорожками на стороне. Он может хранить 5 Мб данных и стоило $10,000 за мегабайт. (По состоянию на 2006 год магнитные накопители в виде жестких дисков стоят менее одной десятой процента за мегабайт)^[12].

2.7После 1960 года: третье поколение и далее

Взрыв в использовании компьютеров начался с компьютеров «третьего поколения». Они опирались на независимое изобретение Джеком Сен-Клером Килби и Робертом Нойсом интегральной схемы (или микрочипа), которое позже привело к изобретению микропроцессора Тедом Хоффом и Федерико Фэггином в Intel.

В 1960-е годы технологии второго и третьего поколений в значительной степени дублировали друг друга. Уже в 1975 году Sperry Univac продолжил производство машин второго поколения, таких как UNIVAC 494.

Разработка интегральной схемы стала визитной карточкой компьютеров третьего поколения. Транзисторы были миниатюризированы и размещены на кремниевых чипах, называемых полупроводниками, что резко увеличило скорость и эффективность компьютеров.

Вместо перфокарт и распечаток пользователи взаимодействовали с компьютерами третьего поколения через клавиатуры и мониторы и взаимодействовали с операционной системой (операционными системами), что позволяло устройству запускать множество различных приложений одновременно с центральной программой, которая контролировала память.

Компьютеры впервые стали доступны массовой аудитории, поскольку были меньше и дешевле своих предшественников.

Микропроцессор принес четвертое поколение компьютеров, как тысячи интегральных схем были построены на одном кремниевом чипе. То, что в первом поколении занимало целую комнату, теперь могло поместиться в ладони. Чипы Intel 4004, разработанные в 1971 году, размещали все компоненты компьютера – от центрального процессора и памяти до элементов управления вводом/выводом—на одном чипе. В 1981 году IBM представила свой первый компьютер для домашних пользователей, а в 1984 году Apple представила Macintosh.

Микропроцессоры также вышли из сферы настольных компьютеров и во многих областях жизни, поскольку все больше и больше повседневных продуктов начали использовать микропроцессоры. По мере того как эти небольшие компьютеры становились все более мощными, их можно было объединять в сети, что в конечном итоге привело к развитию интернета. Компьютеры четвертого поколения также видели развитие графических интерфейсов, мыши и других ручных устройств.

Вычислительные устройства пятого поколения, основанные на искусственном интеллекте, все еще находятся в разработке, хотя есть некоторые приложения, такие как распознавание голоса, которые используются сегодня.

Использование параллельной обработки и сверхпроводников помогает сделать искусственный интеллект реальностью. Квантовые вычисления и молекулярные и нанотехнологии будут кардинально изменить облик компьютеров в ближайшие годы. Целью вычислений пятого поколения является разработка устройств, которые реагируют на ввод естественного языка и способны к обучению и самоорганизации^[13].

Заключение

Вычислительное оборудование эволюционировало от машин, которые требовали отдельного ручного действия для выполнения каждой арифметической операции, к машинам перфокарт, а затем к компьютерам с сохраненной программой.

История компьютеров с сохраненной программой относится в первую очередь к архитектуре компьютеров, то есть к организации блоков для выполнения ввода и вывода, для хранения данных и для работы в качестве интегрированного механизма.

Во-вторых, это история электронных компонентов и механических устройств, составляющих эти отряды.

В курсовой работе описывается интеграция суперкомпьютеров XXI века, сетей, персональных устройств и интегрированных компьютеров/коммуникаторов во многие аспекты современного общества.

Увеличение скорости и объема памяти, а также снижение стоимости и размера по отношению к вычислительной мощности, являются основными особенностями истории.

Поскольку все компьютеры полагаются на цифровое хранилище и, как правило, ограничены размером и скоростью памяти, история компьютерного хранения данных связана с развитием компьютеров.

Список литературы

1. Гаков В. Ископаемые вычислительные / В. Гаков // Коммерсантъ. Деньги. – 2001. – № 1/2. – С. 41-45
2. Гладких Б.А. Информатика. Введение в специальность: учебное пособие / Б.А. Гладких. – Томск: Научно-техническая литература, 2002. –350 с.
3. Дубровский А. Чтим прошлое, работаем на будущее. К 60-летию отечественной вычислительной техники / А. Дубровский // Наука и жизнь. – 2008. – № 6. – С. 60-61
4. Каймин В.А. Информатика: учебник / В.А. Каймин. – М.: Высшее образование, 2001. – 272 с.
5. Ким А.К. От истоков к перспективам вычислительной техники / А.К. Ким // История науки и техники. – 2008. – № 5. – С. 2-4
6. Попова О.В. Информатика: учебное пособие / О.В. Попова. – Красноярск: Красноярский институт экономики Санкт-Петербургской академии управления и экономики (НОУ ВПО), 2007. – 186 с.
7. Соболь Б.В. Информатика: учебник / Б.В. Соболь. – Ростов н/Д, 2007. – 446 с.
8. Степанов А.Н. Информатика: учебное пособие / А.Н. Соболь. – СПб: Питер, 2006. – 684 с.
9. Украинцев Ю.Д. История связи и перспективы развития телекоммуникаций: учебное пособие / Ю.Д. Украинцев, М.А. Цветов. – Ульяновск: УлГТУ, 2009. – 128 с.
10. Фефелов Н.П. Информатика: учебное пособие / Н.П. Фефелов. – Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2005. – 252 с.
11. Захаров Н.Г. Вычислительная техника /Н.Г. Захаров, Р.А. Сайфутдинов. – Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 224 с.
12. The five generations of computer (1st-5th generation) [Электронныйресурс]. – Режимдоступа: https://yonnysite.wordpress.com/2015/07/25/the-fivegeneration-of-computer-1st-5th/
13. History of computing hardware [Электронныйресурс]. – Режимдоступа:https://www.cs.mcgill.ca/~rwest/wikispeedia/wpcd/wp/h/History_of_computing_hardware.htm

1. Гаков В. Ископаемые вычислительные / В. Гаков // Коммерсантъ. Деньги. – 2001. – № 1/2. – С. 41-45 ↑

2. History of computing hardware [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.cs.mcgill.ca/~rwest/wikispeedia/wpcd/wp/h/History_of_computing_hardware.htm ↑

3. Попова О.В. Информатика: учебное пособие / О.В. Попова. – Красноярск: Красноярский институт экономики Санкт-Петербургской академии управления и экономики (НОУ ВПО), 2007. – 186 с. ↑

4. Ким А.К. От истоков к перспективам вычислительной техники / А.К. Ким // История науки и техники. – 2008. – № 5. – С. 2-4 ↑

5. Украинцев Ю.Д. История связи и перспективы развития телекоммуникаций: учебное пособие / Ю.Д. Украинцев, М.А. Цветов. – Ульяновск: УлГТУ, 2009. – 128 с. ↑

6. Гладких Б.А. Информатика. Введение в специальность: учебное пособие / Б.А. Гладких. – Томск: Научно-техническая литература, 2002. –350 с. ↑

7. Дубровский А. Чтим прошлое, работаем на будущее. К 60-летию отечественной вычислительной техники / А. Дубровский // Наука и жизнь. – 2008. – № 6. – С. 60-61. ↑

8. Степанов А.Н. Информатика: учебное пособие / А.Н. Соболь. – СПб: Питер, 2006. – 684 с. ↑

9. Захаров Н.Г. Вычислительная техника / Н.Г. Захаров, Р.А. Сайфутдинов. – Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 224 с. ↑

10. Соболь Б.В. Информатика: учебник / Б.В. Соболь. – Ростов н/Д, 2007. – 446 с. ↑

11. Каймин В.А. Информатика: учебник / В.А. Каймин. – М.: Высшее образование, 2001. – 272 с. ↑

12. Фефелов Н.П. Информатика: учебное пособие / Н.П. Фефелов. – Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2005. – 252 с. ↑

13. The five generations of computer (1st-5th generation) [Электронныйресурс]. – Режимдоступа: https://yonnysite.wordpress.com/2015/07/25/the-fivegeneration-of-computer-1st-5th/ ↑