Содержание:

Введение

Появление компьютеров (от англ. слова Compute – вычислять) является необходимостью современного мира.

Первоначальный слово «компьютер» означало человека, производящего расчеты. С широким распространением компьютеров все большее число людей стало заниматься изучением основ вычислительной техники, а программирование постепенно из рабочего инструмента специалиста стало элементом культуры. При этом историю развития вычислительных средств мало кто знает.

Изучение истории вычислительной техники в высших учебных заведениях формирует мировоззрение студентов, воспитывает патриотизм на примерах выдающихся разработок отечественных ученых и инженеров, сохраняет культурное наследие. Современный специалист должен знать историю своей отрасли, место и роль вычислительной техники в истории развития цивилизации. Кроме того, он должен знать основные этапы развития вычислительной техники, чем вызвана актуальность темы исследования.

Цель курсовой работы – проследить историю развития средств вычислительной техники.

1. Домеханический, механический и электромеханический периоды развития вычислительной техники

1.1 Домеханический период

Понятие числа возникло задолго до появления письменности. Люди учились считать в течение многих веков, передавая и обогащая из поколения в поколение свой опыт. Доэлектронная история вычислительной техники состоит из трех периодов:

• домеханического (с пещерных времен до середины XVII в.);
• механического (с середины XVII в. до конца XIX в.);
• электромеханического (с конца XIX в. до 40-х гг. XX в.).

С древних времен человечество должно было решать задачи, требовавшие все увеличивающихся объемов вычислений. С течением времени большинство из них находило решения. Еще в античные времена некоторые области математики были настолько развиты, что образованный человек тех лет по уровню знаний вряд ли уступал нынешнему выпускнику школы.

С появлением собственности на землю потребовались способы вычисления площадей участков, что привело к появлению геометрии. Общеизвестными являются достижения Евклида, Пифагора и других греческих ученых в этом направлении.

С развитием торговли также появлялись все новые задачи. Кроме учета товаров и денежных сумм, купцам приходилось отправляться во все более дальние путешествия, а для этого требовались средства навигации. Астрономами древности решались и эти задачи. В основе всего в конечном итоге были расчеты, от точности которых зависела успешность решения насущных задач. Также возникала необходимость осуществления торговых сделок, проведения землемерных работ, управления запасами урожая.

Вычислительные способности людей весьма ограничены, особенно если речь идет о расчете орбиты планеты или координат звезд. Поэтому развивая теорию, ученые работали и над проблемой автоматизации вычислений, в которой прогресс шел, гораздо медленнее.

Для вычислений использовались различные средства, имевшие различные возможности, представленные:

• примитивными средствами (счетом на пальцах, счетом на камнях, насечками на дереве или костьми (бирками), узелковым письмом);
• первыми приспособлениями (всеми разновидностями абака, счетами);
• первыми приборами (счетными палочками Непера, логарифмическими шкалами и линейками).^[1]

1.2 Механический период

В течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника представляла собой простейшие устройства для выполнения арифметических операций над числами. Основу практически всех изобретенных за пять столетий устройств составляло зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.

Базой первого в мире автоматического устройства для выполнения операции сложения были механические часы. В 1623г.оно было разработано Вильгельмом Шикардом, профессором кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочую модель устройства воспроизвели по чертежам, и ее работоспособность была подтверждена. Сам изобретатель назвал машину «суммирующие часы».

В 1642г. французским механиком Блезом Паскалем (1623-1662гг.) было разработано более компактное суммирующее устройство «Паскалина» (рис. 1), ставшее первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял).

Рисунок 1 - Суммирующая машина Паскаля^[2]

В 1673г. немецким математиком и философом Г.В. Лейбницем (1646-1717гг.) был создан механический калькулятор, выполнявший операции умножения и деления, многократно повторяя операции сложения и вычитания.

Основой множительного устройства этой машины был ступенчатый валик Лейбница, надолго определивший принципы построения счетных машин. ВЭВМ, появившихся более двух веков спустя, устройство, выполняющее арифметические операции (те же самые, что и «арифметический прибор» Г. Лейбница), было названо арифметическим. Позже, с добавлением логических действий, он стал называться арифметико-логическим (АЛУ). Оно стало основным устройством современных компьютеров.

На протяжении XVIII века, известного как эпоха Просвещения, появлялись новые, более совершенные модели, но принцип механического управления вычислительными операциями оставался тем же, программирование при этом было жестким, запускающимся в определенное время. Гибкое программирование механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые было реализовано в 1804г. в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до программного управления вычислительными операциями.

Этот шаг сделал выдающийся английский математик и изобретатель Чарльз Бэббидж (1792-1871гг.) в его Аналитической машине, которая, к сожалению, так и не была до конца построена изобретателем при жизни, но была воспроизведена в наши дни по его чертежам. Особенность Аналитической машины в том, что в ней впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Аналитическая машина содержала два крупных узла — «склад» и «мельницу». Данные вводились в механическую память «склада» путем установки блоков шестерен, а потом обрабатывались в «мельнице» командами, водимыми с перфорированных карт (как в ткацком станке Жаккарда).

Исследователями творчества Чарльза Бэббиджа отмечена особая роль в разработке проекта Аналитической машины графини Августы Ады Лавлейс (1815-1852гг.), дочери известного поэта лорда Байрона. Именно она подала идею использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций (1843г.). В частности, в одном из писем она писала: «Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цветы и листья». Леди Ада с полным основанием названа самым первым в мире программистом. Ее именем назван один из известных языков программирования.

Арифмометры К. Томаса, В. Однера, П.Л. Чебышева с некоторыми усовершенствованиями использовались до 80-хгг. прошлого века.

Самые значительные изобретения этого периода, несомненно - разностная и аналитическая машины. Ч. Бэббиджем разработаны основные принципы построения вычислительных машин, реализованные в современных ЭВМ – принцип программного управления вычислительным процессом, использования перфокарт для управления работой вычислительной машины, введения команды условного перехода, принципа разделения информации на команды и данные.

Линия арифмометров сменилась линией клавишных вычислительных машин. Механические арифмометры усовершенствовались до 70-хгг. XX в. Были разработаны многочисленные конструкции с ручным и электрическим приводом. Споявлением электронных счетных устройств линия механических арифмометров сменилась линией электронных калькуляторов, а затем слилась с линией персональных ЭВМ.^[3]

1.3 Электромеханический период

 В истории вычислительной техники этот период наименее продолжительный – с 1888г. до 1945г. В первых механических предшественниках современного электронного компьютера числа представлялись:

• или линейными перемещениями цепных и реечных механизмов;
• или угловыми перемещениями зубчатых и рычажных механизмов.

В обоих случаях это были перемещения, что значительно сказывалось на габаритах устройств и на скорости их работы. Только с заменой регистрации перемещений регистрацией сигналов значительно снизились габариты и повысилось быстродействие. Однако для этого достижения потребовался ввод еще нескольких важных принципов и понятий.

Необходимость проводить массовые расчеты в разных областях и развитие электротехники привели к созданию электромеханической вычислительной техники. Кроме того, были введены еще очень важные принципы и понятия – двоичная система счисления и математическая логика Джорджа Буля.

И. Лейбниц занимался исследованием свойств двоичной системы счисления, нашедшей впоследствии широкое применение в вычислительной технике и программировании. Дж. Булем изобретена своеобразная алгебра, впоследствии названная его именем (Булева алгебра). Это была система обозначений и правил, применимая к всевозможным объектам, от чисел и букв до предложений. Используя эту систему, можно было кодировать высказывания (т.е. утверждения, истинность или ложность которых требовалось доказать) с помощью символов своего языка, а затем манипулировать ими как в математике обычными числами. Каждая величина может принимать одно из двух значений – ДА/НЕТ, ИСТИНА/ЛОЖЬ.

Современные ЭВМ по своей структуре очень близки к аналитической машине Бэббиджа, но, в отличие от нее (и всех механических арифмометров), основаны на совершенно другом принципе реализации вычислений - двоичной системе счисления.

Двоичный принцип реализуется с помощью электромагнитного реле – элемента, находящегося лишь в одном из двух возможных состояний и переходящего из одного состояния в другое при воздействии внешнего электрического сигнала (рис. 2).

Рисунок 2 – Первое электромагнитное реле^[4]

Г. Холлериту принадлежит идея создания перфокарты, на которую можно было наносить в виде отверстий обрабатываемые данные.Сначала он хотел применять в качестве носителя информации перфоленту (рис. 3). Но ленту нужно было часто перематывать, чтобы найти нужные данные, от чего она часто рвалась, а машина плохо работала.

Рисунок 3 - Перфокарта[5]	Рисунок 4 - Перфолента[6]

Вскоре Г. Холлерит собрал статистический табулятор для ускорения обработки результатов переписи населения, проводимой в США в 1890г., состоящего из основных устройств:

• вычислительного механизма с использованием реле;
• перфоратора;
• сортировальной машины (рис. 5).

Рисунок 5 – Табулятор Холлерита^[7]

Г. Холлерита считают «отцом-основателем» целого направления вычислительной техники – счетно-перфорационного. На базе созданных им устройств создавались целые машиносчетные станции для механизированной обработки информации, ставшие прообразом грядущих вычислительных центров.

В 1924г. появилась всемирно известная фирма International Business Machines Corp (IBM).

С точки зрения преодоления разных инженерных трудностей и применения целого ряда прогрессивных принципов (программного управления, двоичной системы счисления, операций условного перехода и пр.) такие машины, как Z-3 и ≪Марк-1≫, представляли собой выдающиеся достижения своего времени. Однако вычислительные машины с таким быстродействием не представляли серьезных изменений в области автоматизации вычислительных работ. Вычисления ими выполнялись чрезвычайно медленно, поскольку были основаны на медленно работающих элементах. Хотя время срабатывания реле и составляло 0,1 с., в двоичной системе каждое действие требует во много раз больше тактов работы, чем в десятичной.

Только появление электронных вычислительных машин привело к постепенному отходу эры электромеханических средств вычисления, развивавшихся вплоть до середины 50-хгг. прошлого века. Но успешно апробированные Г. Холлеритом источники ввода информации на перфокартах широко использовали несколько поколений первых ЭВМ.^[8]

2. Электронный период развития вычислительной техники

2.1 Предпосылки возникновения электронной вычислительной техники

Во время механического, электромеханического и в начале электронного периода развития только закладывались научные основы цифровой вычислительной техники.

1. Математические предпосылки возникновения электронной вычислительной техники представлены:

• двоичной системой счисления, предложенной Г.В. Лейбницем для организации вычислительных машин,
• алгеброй логики, разработанной Дж. Булем.

2. Алгоритмические предпосылки представлены абстрактной машиной Тьюринга, использованной для доказательства возможности машинной реализации любого алгоритма, имеющего решение.

3. Техническими предпосылками стало развитие электроники.

4. Теоретическими предпосылками послужили результаты работ К. Шеннона, соединившего электронику и логику.

Появление электронно-вычислительных машин связано с острой необходимостью очень трудоемких и точных расчетов, особенно в областях атомной физики, теории динамик полета и управления летательными аппаратами.

Переход на электронные безынерционные элементы вызвал качественный скачок быстродействия. Работы, приведшие к созданию совершенно новой области техники – электроники, были начаты еще в конце XIX в.

В 1884г. Т. Эдисон описал открытое им явление термоэлектронной эмиссии. В 1897г. немецким физиком Г. Брауном изобретена электронно-лучевая трубка. Триод– одна из наиболее популярных электронных ламп – был создан в 1906г. американцем Ли де Форстером. В 1918г. нашим соотечественником М. Бонч-Бруевичем изобретен ламповый триггер, сыгравший впоследствии огромную роль в развитии вычислительной техники.^[9]

К началу 40-х гг., т.е. когда появились первые автоматические вычислительные машины, электронные устройства получили уже значительное развитие и распространение во многих областях техники, прежде всего радиотехнике. Также началось зарождение телевидения и радиолокации, развитие электронной контрольно-измерительной техники.

Казалось, что достигнутая скорость вычислений будет достаточна для всех и надолго. Но действительность очень быстро заставила искать новые пути ускорения счета. Вторая мировая война поставила человеческую жизнь (летчика, артиллериста ит.д.) в зависимость от скорости вычислений. Победа зависела от быстроты и точности принятия решений (а именно для этого нужно было производить вычисления).

Именно это заставило человечество изобрести электронно-вычислительные машины и тем самым вступить в новый век – век ЭВМ. Это не значит, что без войны век ЭВМ не наступил бы. ЭВМ была бы создана в любом случае, война только обострила потребность в быстром счете и тем самым ускорила работу по созданию ЭВМ.

Решением этой проблемы занялись крупнейшие ученые того времени. Среди них был Норберт Винер – известный американский математик. Он указал, как по наблюдению траектории полета самолета до выстрела орудия можно определить положение его ствола в момент выстрела, при котором вероятность поражения будет максимальна.

Способ, предложенный Н. Винером, требовал большого объема вычислений, которые нужно было сделать за те мгновения, пока самолет приближался к цели, т.е. за 2–3 с. С такой задачей арифмометр бы не справился. Нужна была электроника!

Н. Винером был сформирован ряд требований к вычислительным машинам:

1) они должны состоять из электронных ламп (для обеспечения достаточного быстродействия);

2) использование более экономичной двоичной, а недесятичной системы счисления;

3) машина сама должна корректировать свои действия, вней необходимо выработать способность к самообучению.

Переход на безынерционные электронные элементы в вычислительной технике вызвал существенный прогресс. Вычислительные машины, основанные на электронных триггерных схемах, использующих вакуумные триоды, открыли новое направление в вычислительной технике - «электронных вычислительных машин».

Первыми разработками электронного периода были машины Дж. Атанасова, проект Ультра (аппарат «ENIGMA»), машина Тьюринга, электронный компьютер «Колосс».^[10]

2.2 Поколения ЭВМ

Существует своеобразная периодизация развития ЭВМ, называемая поколениями ЭВМ. Поколение ЭВМ – это все типы и модели ЭВМ, построенные на одних и тех же научных и технических принципах. Основные признаки деления ЭВМ на поколения в:

1. Элементной базе.

2. Быстродействии.

3. Емкости памяти.

4. Способах управления и переработки информации и пр.

Границы поколений во времени размыты, поскольку в одно и то же время выпускались машины совершенно разных уровней. При приведении дат, относящихся к поколениям, обычно имеется в виду период промышленного производства. В табл. 1 приведено разделение ЭВМ на поколения.

Таблица 1 - Поколения ЭВМ

2.2.1 Первое поколение ЭВМ

Первым поколением ЭВМ считается время становления машин архитектуры фон Неймана, основанных на электронных лампах со скоростью 10–20 тыс. арифметических операций в секунду.

Программными средствами были машинный языки язык ассемблера. В нашей стране к первому поколению относят первую отечественную вычислительную машину МЭСМ, созданную в 1951г. в г. Киеве под руководством академика С.А. Лебедева, серийные машины «Минск-1», «Стрела», БЭСМ (рис. 6), «Урал-1», «Урал-4» ипр. ЭВМ первого поколения выделяются следующими особенностями:

1. Элементной базой: электронно-вакуумными лампами.

2. Быстродействием: 10–20 тыс. операций в секунду.

3. Емкостью оперативной памяти: 2 Кбайта или 2048 машинных слов длиной 48 двоичных знаков.

4. Программированием: трудоемким процессом в машинных кодах. При этом необходимо знание всех команд машины, их двоичного представления. Нужно было знать устройство ЭВМ и как она реагирует на определенную ситуацию. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины.

5. Устройствами ввода-вывода: печатающими устройствами, устройствами вывода информации на магнитные ленты, перфокарты, перфоленты.

6. Низкой надежностью: эксплуатация ЭВМ была слишком сложна из-за частого выхода из строя базовых элементов. Каждые 7–8 минут одна из ламп выходила из строя, а поскольку в компьютере их было 15–20 тыс., то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось много времени. Кроме того, ими выделялось огромное количество тепла, и для работы вычислительной машины требовались специальные системы охлаждения.

7. Соединением элементов: навесным монтажом проводов. Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, требовались целые бригады инженеров.

8. Габаритами: использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы 7 см, машины были огромных размеров. ЭВМ была выполнена в виде громоздких шкафов и занимала специальный машинный зал площадью в 150–300 м². Кроме основных, были еще устройства ввода-вывода, внешняя память на магнитных лентах, устройства для набивки перфокарт и пр. С учетом этого площадь еще больше возрастала. «Рекордсменом» по занимаемой площади считалась американская машина БИЗМАК 1955г. выпуска, размещавшаяся на площади в 1600 м2, равнозначной площади 50-квартирного дома.

9. Режимом эксплуатации: как правило, круглосуточной работой ЭВМ первого поколения. Выключались машины только в случае аварии или профилактического ремонта. Включение ЭВМ после выключения было долгой процедурой, для этого требовалась длительная работа многочисленных наладчиков.

10. Высокой общей численностью персонала на одну ЭВМ в несколько сотен человек. Состав обслуживающего персонала был представлен: математиками-программистами, специалистами по электронной вычислительной технике, электриками, механиками, специалистами по вентиляционной и холодильной технике, операторами-наладчиками, перфораторщиками, диспетчерами и пр.

11. Высокими затратами на эксплуатацию ЭВМ: стоимостью электроэнергии, воды для охлаждения, содержания персонала, ремонта аппаратуры и оборудования, оснащения приборами и инструментами, строительства или аренды помещения, составлявшими сумму, вполне сопоставимую с затратами на производственные нужды небольшого завода. Продукция такого «завода» было машинное время. Оплата составляла несколько тысяч рублей за один час машинного времени.

Рисунок 6 – ЭВМ БЭСМ

Несмотря на ограниченные возможности, ЭВМ первого поколения выполняли сложнейшие расчеты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и пр.^[11]

В табл. 2 приведены основные технические характеристики некоторых отечественных машин первого поколения.

Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета. Поэтому начали интенсивно разрабатывать средства автоматизации программирования, создавать системы обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и повышающих эффективность ее использования.^[12]

Таблица 2 - Характеристики некоторыхотечественных машин первого поколения

2.2.2 Второе поколение ЭВМ

Особенность второго периода – в использовании транзистора в качестве переключательного элемента (вместо вакуумной лампы), быстродействие возросло до сотен тысяч операций в секунду; появлении основной памяти на магнитных сердечниках и внешней памяти на магнитных барабанах. В это же время были разработаны алгоритмические языки высокого уровня Алгол, Кобол, Фортран, позволившие составление программ без учета типа машины. В нашей стране это поколение состоит из машин «Минск-2» (рис. 7), «Минск-22», «Минск-32», «БЭСМ-2»,«БЭСМ-4», «БЭСМ-6», быстродействие которых составляло миллион операций в секунду. ЭВМ второго поколения выделяются следующими особенностями:

1. Элементной базой: транзисторами.

2. Соединением элементов: печатными платами и навесным монтажом.

3. Быстродействием: замена в ЭВМ ламп на транзисторы сразу же увеличила производительность. Если быстродействие ламповых вычислительных машин составляло несколько тысяч операций в секунду, то ЭВМ на транзисторах – десятки и сотни тысяч. Так, быстродействие ЭВМ «Урал-11» составляло порядка 50 тыс. операций в секунду, «Минск-32»– 65 тыс., «Урал-16»– 100 тыс., а наиболее мощной советской ЭВМ второго поколения - «БЭСМ-6» –до 1 млн. операций в секунду.

4. Объемом оперативной памяти, увеличенном в ЭВМ второго поколения в сотни раз. В ЭВМ «Урал-14»–оперативная память на 65 тыс. чисел, в «БЭСМ-6»–на 32 тыс. чисел, в американской «Стретч»– 260 тыс., «Урал-16»–до 500 тыс. ит.д. Оперативная память построена на магнитных сердечниках.^[13]

5. Габаритами: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста. Для их размещения требовался специально оборудованный машинный зал, в котором под полом прокладывались кабели, соединявшие между собой многочисленные автономные устройства.

Номиниатюрностьэлектронныхэлементовисхемпозволиласущественноуменьшитьгабариты. Если ЭВМ первого поколения «Стрела» размещалась на площади 200 м2, то полупроводниковая ЭВМ того же класса «Минск-2» могла размещаться на площади 35–40 м2.

6. Устройствами ввода-вывода: появлением высокопроизводительных устройств для работы с магнитными лентами, магнитными барабанами и первыми магнитными дисками.

7. Упрощением эксплуатации, появлением вычислительных центров с большим штатом обслуживающего персонала. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена целиком всей платы, а не каждого элемента в отдельности, как в ЭВМ предыдущего поколения.

8. Программированием: в качестве программного обеспечения стали использоваться языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

Появилась новая специальность – оператор ЭВМ. Программисты уже не работали в зале, а отдавали свои программы на перфокартах или магнитных лентах специально обученным операторам.

Появился широкий набор библиотечных программ, решающих разнообразные математические задачи. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ, которые в дальнейшем переросли в современные операционные системы.

9. Значительным уменьшением потребляемой электроэнергии. Ламповая машина типа «Стрела» требовала порядка 120 кВт, полупроводниковая «Минск-2» потребляла всего 4 кВт.

10. Надежностью полупроводниковых приборов: они реже выходили из строя, почти никогда не «перегорали», благодаря чему увеличилось время безотказной работы ЭВМ.

11. Режимом работы: способностью полупроводниковых приборов работать при комнатной температуре и их более высокой надежностью создавались чрезвычайно удобные и выгодные условия эксплуатации ЭВМ. Полупроводниковую технику можно было просто выключать и включать, как телевизор или радиоприемник, только при необходимости работы. Не нужны уже были большие ремонтные бригады, специальные наладчики и частый профилактический ремонт.^[14]

Рисунок 7 – ЭВМ «Минск-22»

Машины второго поколения отличались программной несовместимостью, затруднявшей организацию крупных информационных систем. Поэтому всередине 60-хг. начали переходить к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.^[15]

2.2.3 Третье поколение ЭВМ

Третье поколение компьютеров разрабатывалось с 1964г. по1974г. на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).

Машины третьего поколения – это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы – микросхемы. В машинах третьего поколения развитые операционные системы, обладающие возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ.

Многими задачами управления памятью, устройствами и ресурсами стала заниматься операционная система или же непосредственно сама машина.

Примерами машин третьего поколения являются семейства IBM-360 (рис. 8),IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и пр.

Рисунок 8 – ЭВМ серии IBM/360	Рисунок 9 – ЭВМ ЕС-1033

ЭВМ третьего поколения отличаются следующими особенностями:

1. Элементной базой: интегральными схемами малой (10–100 компонентов на кристалле) и средней (100–1000 компонентов на кристалле) степени интеграции.

2. Быстродействием: от сотен тысяч до миллионов операций в секунду.

3. Объемом оперативной памяти – от 16 до 8192 Кб.

4. Габаритами: внешнее оформление ЕС ЭВМ схоже с ЭВМ второго поколения. ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, немного превышающих человеческий рост. Размещение их также требует специально оборудованного машинного зала. А малые ЭВМ представлены в основном двумя стойками приблизительно в полтора человеческих роста и дисплеем. Для них не нужно было, как и для ЕС ЭВМ, специально оборудованного помещения.

5. Программным обеспечением: шестью базовыми языками – Фортран-4, Алгол-60, Кобол-65, ПЛ-1, РПГ, Ассемблер. Вместе с машинами с 1973г. поставляли операционную систему ОС ЕС, обеспечивавшую мультипрограммный режим с фиксированным (до 15) числом задач – MFT, а вскоре и переменным числом задач(MVT).

6. Возможностью параллельной работы устройств и, как следствие, возможностью работы нескольких пользователей в режиме разделения времени. Во многих вычислительных центрах появились дисплейные залы, где каждый программист в определенное время мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени. Как и прежде, основным оставался режим пакетной обработки задач.

7. Эксплуатацией: более оперативно производился ремонт стандартных неисправностей, но из-за большой сложности системной организации требовался штат высококвалифицированных специалистов. Незаменима стала роль системного программиста.

8. Новыми устройствами внешней памяти: с увеличенной емкостью и скоростью передачи данных. Первые устройства внешней памяти на магнитных дисках появились в начале 1960-х гг., после разработки в 1956г. фирмой IBM плавающих магнитных головок на магнитной подушке. Емкость магнитных дисков стала на порядок больше емкости магнитных барабанов, применявшихся ранее.

9. Устройствами ввода: графическими оптическими читающими устройствами.

10. Изменениями в структуре ЭВМ: вместе с микропрограммным способом управления используются принципы модульности и магистральности. Принцип модульности - это построение компьютера на основе набора модулей - конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Магистральность - способ связи между модулями компьютера, т.е. все входные и выходные устройства соединены одними и теми же проводами (шинами). Это прообраз современной системной шины.

11. Резким снижением цен на аппаратное обеспечение, вызванное главным образом использованием интегральных схем.

Быстродействие машин внутри семейства может быть от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Емкость оперативной памяти донескольких сотен тысяч слов.^[16]

2.2.4 Четвертое поколение ЭВМ

Этот период самый длительный – с конца 70-х гг.ХХ в. по настоящее время. ЭВМ четвертого поколения отличаются следующими характерными особенностями:

1. Элементной базой: большими и сверхбольшими интегральными схемами (от десятков до сотен тысяч компонентов на кристалле).

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

3. Габаритами: или персональный компьютер – на одном рабочем столе или мэйнфреймы и суперкомпьютеры в огромных машинных залах.

4. Программным обеспечением: появились объективно ориентированные языки программирования.

5. Эксплуатацией – совместимостью ПО снизу доверху – принципом открытой архитектуры, предусматривающим возможность дополнения имеющихся аппаратных средств без смены старых или их модификации без замены всего компьютера.

Наиболее важным в концептуальном отношении критерием, по которому эти компьютеры отличаются от машин третьего поколения, является то, что машины четвертого поколения проектировались с расчетом эффективного использования современных высокоуровневых языков и упрощения процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратном отношении в них широко использованы сверхбольшие интегральные схемы в качестве элементной базы, а также быстродействующие запоминающие устройства с произвольной выборкой емкостью в десятки гигабайт (рис. 10).^[17]

Рисунок 10 – ЭВМ 4-го поколения IBMPC 5150

C точки зрения структуры машины этого поколения являются многопроцессорными и многомашинными комплексами, работающими на общей памяти и общем поле внешних устройств. Быстродействие составляет десятки миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти порядка до нескольких гигабайт. В табл. 3 приведены основные характеристики и примеры ЭВМ разных поколений.

Таблица 3 - Поколения ЭВМ

2.2.5 Компьютеры пятого поколения

Прогресс в развитии вычислительной техники с первого по четвертое поколение был связан с развитием элементной базы. Переход к компьютерам пятого поколения предполагает переход к новым технологиям и архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта. Определение требований к компьютерам пятого поколения чрезвычайно трудно, поскольку они все еще находятся в стадии разработки.

В 1982г. в Японии был учрежден комитет по разработке компьютеров новых поколений (ICOT), разработавший план создания компьютера пятого поколения. Предполагалось, что к1991г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта.^[18]

Компьютеры пятого поколения по определению Комитета должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) создания развитого человеко-машинного интерфейса (распознавания речи, образов);

2) развития логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

3) создания новых технологий в производстве сверхбольших интегральных схем;

4) создания архитектур компьютеров и вычислительных комплексов с новыми возможностями:

• взаимодействия с ЭВМ с помощью естественного языка, человеческой речи и графических изображений;
• способностью системы обучаться, производить ассоциативную обработку информации, делать логические суждения, вести «разумную» беседу с человеком в форме вопросов и ответов;
• способностью системы «понимать» содержимое базы данных, при этом превращаемой в базу знаний, и использовать эти знания при решении задач.

Эти возможности ЭВМ пятого поколения (машин баз знаний, универсальных решателей задач и пр.) должны были быть реализованы аппаратно-программно. В настоящее время идет дальнейшее совершенствование технологии производства микросхем и вычислительной техники. Продолжается дальнейшее развитие архитектур компьютеров. Интенсивные разработки ведутся по многим направлениям. Особенностью этих архитектур является то, что все они основаны не на кремниевых технологиях.

Технологии, способные значительно увеличивать производительность компьютеров, состоят из:

• создания молекулярных компьютеров;
• создания биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);
• разработки квантовых компьютеров;
• разработки оптических компьютеров.^[19]

Заключение

Доэлектронная история вычислительной техники состоит из трех периодов:

• домеханического (с пещерных времен до середины XVII в.);
• механического (с середины XVII в. до конца XIX в.);
• электромеханического (с конца XIX в. до 40-х гг. XX в.).

Переход на безынерционные электронные элементы в вычислительной технике вызвал существенный прогресс. Вычислительные машины, построенные на электронных триггерных схемах, использующих вакуумные триоды, открыли новое направление в вычислительной технике, их стали называть «электронными вычислительными машинами».

Существует своеобразная периодизация развития ЭВМ – они делятся на поколения. Поколение ЭВМ – это все типы и модели ЭВМ, построенные на одних и тех же научных и технических принципах. ЭВМ делятся на пять поколений.

Первым поколением ЭВМ считаются машины с архитектурой фон Неймана, построенные на электронных лампах с быстродействием 10–20 тыс. арифметических операций в секунду.

Особенность второго периода – в использовании транзистора в качестве переключательного элемента (вместо вакуумной лампы) с быстродействием до сотен тысяч операций в секунду, появлении основной памяти на магнитных сердечниках и внешней памяти на магнитных барабанах. В это же время были разработаны алгоритмические языки высокого уровня Алгол, Кобол, Фортран, позволившие составление программ без учета типа машины.

Третье поколение компьютеров разрабатывалось с 1964г. по1974г. на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).Машины третьего поколения является семейством машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. Их элементной базой являются интегральные схемы – микросхемы. Машины третьего поколения характеризуются развитыми операционными системами и возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ.

Машины четвертого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя. В аппаратном отношении в них широкое использование сверхбольших интегральных схем в качестве элементной базы, а также быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой емкостью в десятки гигабайт.

Переход к компьютерам пятого поколения предполагает переход к новым технологиям и архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта. Технологии, способные значительно увеличивать производительность компьютеров, состоят из:

• создания молекулярных компьютеров;
• создания биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);
• разработки квантовых компьютеров;
• разработки оптических компьютеров.

Список литературы

1. Казаковаﺍ И.ﺍА. Историяﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ: учебноеﺍ пособиеﺍ / И.ﺍА. Казаковаﺍ. – Пензаﺍ: Издﺍ-во ПГУﺍ, 2011ﺍ. – 232ﺍ с.
2. Историяﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ. И.А. Апокин, Л.Е. Майстров. – М.: Наука, 1990.

Информатикаﺍ: Базовыйﺍ курсﺍ. Учебникﺍ. http://uchebnik.biz/book/62-ﺍinformatika-bazovyj-kurs/10-21-istoriya-razvitiya-sredstv-vychislitelnoj-texniki.html

1. Историяﺍ развитияﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ. Е. Алехина. 2018. https://www.syl.ru/article/169938/new_istoriya-razvitiya-vyichislitelnoy-tehniki-otechestvennaya-vyichislitelnaya-tehnika-pervaya-evm#image640754.
2. История развитияﺍ средствﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ: лекцияﺍ. 2011. http://ﺍtextarchive.ru/c-1995177.html

Историяﺍ развитияﺍ средствﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ. 2017. https://ﺍstudwood.ru/2024783/informatika/istoriya_razvitiya_sredstv_vychislitelnoy_tehniki

Историяﺍ развитияﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ: лекции. 2018. https://studizba.com/lectures/10-informatika-i-programmirovanie/325-lekcii-po-ﺍkursu-informatika/4331-10-istoriya-razvitiya-vychislitelnoy-tehniki.html

1. Историяﺍ развитияﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ. 2015. https://ﺍzdamsam.ru/a49386.html

Историяﺍ развитияﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ. 2018. https:ﺍ//prog-cpp.ru/comp-history/

Историяﺍсозданияﺍ и развитияﺍ средствﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ. 15.05.2016. https:ﺍ//mydocx.ru/11-19989.html

Историяﺍ развитияﺍ вычислительнойﺍ техникиﺍ.2014ﺍ. https://ﺍdoc4web.ru/informatika/istoriya-razvitiya-vichislitelnoy-tehniki-5.html

Краткаяﺍ историяﺍ развитияﺍ компьютерных технологий и вычислительной техники. 23.12.2017. http://watafak.ru/interesnoe/11783-kratkaya-istoriya-razvitiya-kompyuternyh-tehnologiy-i-vychislitelnoy-tehniki.html

1. Казакова И.А.История вычислительной техники: учебное пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с. С. 3-22. ↑

2. Информатика: Базовый курс. Учебник. http://uchebnik.biz/book/62-informatika-bazovyj-kurs/10-21-istoriya-razvitiya-sredstv-vychislitelnoj-texniki.html

   ↑

3. История развития вычислительной техники. Е. Алехина. 2018. https://www.syl.ru/article/169938/new_istoriya-razvitiya-vyichislitelnoy-tehniki-otechestvennaya-vyichislitelnaya-tehnika-pervaya-evm#image640754. ↑

4. Казакова И.А.История вычислительной техники: учебное пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с. С. 52. ↑

5. Краткая история развития компьютерных технологий и вычислительной техники. 23.12.2017. http://watafak.ru/interesnoe/11783-kratkaya-istoriya-razvitiya-kompyuternyh-tehnologiy-i-vychislitelnoy-tehniki.html ↑

6. Казакова И.А.История вычислительной техники: учебное пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с. С. 54. ↑

7. Там же. С. 56. ↑

8. История развития средств вычислительной техники: лекция. 2011. http://textarchive.ru/c-1995177.html ↑

9. История развития средств вычислительной техники. 2017. https://studwood.ru/2024783/informatika/istoriya_razvitiya_sredstv_vychislitelnoy_tehniki

   ↑

10. Казакова И.А.История вычислительной техники: учебное пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с. С. 77-87. ↑

11. История вычислительной техники. И.А. Апокин, Л.Е. Майстров. – М.: Наука, 1990. ↑

12. Казакова И.А.История вычислительной техники: учебное пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с. С. 87-112. ↑

13. История создания и развития средств вычислительной техники. 15.05.2016. https://mydocx.ru/11-19989.html

    ↑

14. Казакова И.А.История вычислительной техники: учебное пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с. С. 124-128. ↑

15. История развития вычислительной техники: лекции. 2018. https://studizba.com/lectures/10-informatika-i-programmirovanie/325-lekcii-po-kursu-informatika/4331-10-istoriya-razvitiya-vychislitelnoy-tehniki.html

    ↑

16. Казакова И.А.История вычислительной техники: учебное пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с. С. 144-146. ↑

17. История развития вычислительной техники. 2015. https://zdamsam.ru/a49386.html ↑

18. История развития вычислительной техники. 2018. https://prog-cpp.ru/comp-history/ ↑

19. Казакова И.А.История вычислительной техники: учебное пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с. С. 178-190. ↑