Технические средства реализации информационных процессов

История развития ВТ имеет несколько периодов: механический, электромеханический и электронный.

Для проведения вычислений в Древнем Вавилоне (около 3 тыс. лет до н.э.), а затем в Древней Греции и Древнем Риме (IV век до н.э.) использовали счетные доски под названием абак . Доска абака представляла собой глиняную пластину с углублениями, в которые раскладывали камушки. В дальнейшем углубления были заменены проволокой с нанизанными косточками (прообраз счет).

В 17 веке в Европе ученые-математики (В. Шиккард (1623 ᴦ.) и Блез Паскаль (1642 ᴦ.), Г. Лейбниц (1671 ᴦ.)) изобретают механические машины , способные автоматически выполнять арифметические действия (прообраз арифмометра).

В первой трети 19 века английский математик Ч. Бэббидж разработал проект программируемого автоматического вычислительного механического устройства, известного как ʼʼаналитическая машинаʼʼ Бэббиджа. Меценат проекта графиня Ада Августа Лавлейс была программистом этой ʼʼаналитической машиныʼʼ.

Г. Холлерит в 1888 ᴦ. создал электромеханическую машину, которая состояла из перфоратора, сортировщика перфокарт и суммирующей машины, названной табулятором. Впервые эта машина использовалась в США при обработке результатов переписи населœения.

Скорость вычислений в механических и электромеханических машинах была ограничена, в связи с этим в 1930-х гᴦ. начались разработки электронных вычислительных машин (ЭВМ), элементной базой которых стала трехэлектродная вакуумная лампа.

В 1946 ᴦ. в университете ᴦ. Пенсильвания (США) была построена электронная вычислительная машина, получившая название UNIAK. Машина весила 30 т, занимала площадь 200 кв.м., содержала 18000 ламп. Программирование велось путем установки переключателœей и коммутации разъемов. В результате на создание и выполнение даже самой простой программы требовалось очень много времени. Сложности в программировании на UNIAK натолкнули Джона фон Неймана, бывшего консультантом проекта͵ на разработку новых принципов построения архитектуры ЭВМ.

В СССР первая ЭВМ была создана в 1948 ᴦ.

Историю развития ЭВМ принято рассматривать по поколениям.

Первое поколение (1946-1960) - ϶ᴛᴏ время становления архитектуры машин фон-неймановского типа, построенных на электронных лампах с быстродействием 10-20 тыс.оп/с. ЭВМ первого поколения были громоздкими и ненадежными. программные средства были представлены машинными языками.

В 1950 ᴦ. в СССР была запущена в эксплуатацию МЭСМ (малая электронная счетная машина), а еще через два года появилась большая электронно-счетная машина (10 тыс.оп/с).

Второе поколение (1960 – 1964) - ϶ᴛᴏ машины, построенные на транзисторах с быстродействием до сотен тысяч операций в секунду. Для организации внешней памяти стали использоваться магнитные барабаны, а для основной памяти – магнитные сердечники. В это же время были разработаны алгоритмические языки высокого уровня, как Алгол, Кобол, Фортран, которые позволили составлять программы, не учитывая тип машины. Первой ЭВМ с отличительными чертами второго поколения была IBM 704.

Третье поколение (1964 – 1970) характеризуются тем, что вместо транзисторов стали использоваться интегральные схемы (ИС) и полупроводниковая память.

Большинство машин, относящихся к третьему поколению по своим особенностям, входили в состав серии (семейства) машин ʼʼSystem/360ʼʼ (аналог ЕС ЭВМ), выпущенной фирмой IBM в серединœе 60-х гᴦ. Машины этой серии имели единую архитектуру и были программно совместимыми.

В данный время в СССР появился первый суперкомпьютер БЭСМ 6, который имел производительность 1 млн. оп/с.

Четвертое поколение (1970 – 1980) - ϶ᴛᴏ машины, построенные на больших интегральных схемах (БИС). Такие схемы содержат до нескольких десятков тысяч элементов в кристалле. ЭВМ этого поколения выполняют десятки и сотни миллионов операций в секунду.

В 1971 ᴦ. появился первый в мире четырехразрядный микропроцессор Intel 4004, содержащий 2300 транзисторов на кристалле, а еще через год - восьмиразрядный процессор Intel 8008. Создание микропроцессоров послужило основой для разработки персонального компьютера (ПК), ᴛ.ᴇ. устройства, выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на работу одного пользователя.

1973 ᴦ. фирма Xerox создала первый прототип персонального компьютера.

1974 ᴦ. появился первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Альтаир-8800, для которого в конце 1975 ᴦ. Пол Ален и Билл Гейтс написали интерпретатор языка Бэйсик.

В августе 1981 ᴦ. фирма IBM выпустила компьютер IBM PC. В качестве основного микропроцессора использовали новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel 8088. ПК был построен в соответствии с принципами открытой архитектуры. Пользователи получили возможность самостоятельно модернизировать свои компьютеры и оснащать их дополнительными устройствами различных производителœей. Через один – два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-разрядных компьютеров.

Сегодня существует множество разновидностей ЭВМ, которые классифицируются: по элементной базе, принципам действия, стоимости, размерам, производительности, назначению и областям применения.

СуперЭВМ и большие ЭВМ (мэйнфреймы) – применяются для проведения сложных научных расчетов или для обработки больших потоков информации на крупных предприятиях. Οʜᴎ, как правило, являются главными компьютерами корпоративных вычислительных сетей.

Мини - и микро ЭВМ применяются для создания систем управления крупных и средних предприятий.

Персональные компьютеры предназначены для конечного пользователя. В свою очередь ПК подразделяют на настольные (desktop), портативные (notebook) и карманные (palmtop) модели.

История развития вычислительной техники - понятие и виды. Классификация и особенности категории "История развития вычислительной техники" 2017, 2018.

- История развития вычислительной техники

Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Считается, что исторически первым и, соответственно, простейшим счетным устройством был абак, который относится к ручным приспособлениям для счета. Абак – счётная доска,... .

- История развития вычислительной техники

История развития вычислительной техники уходит своими корнями далеко в прошлое. Еще в XIV в. Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства. Действующий образец построил в 1642 г. знаменитый французский физик, математик и инженер Блез Паскаль. Его... .

- КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

1623г. Первая «считающая машина», созданная Уильямом Шикардом. Это довольно громоздкий аппарат мог применять простые арифметические действия (сложение, вычитание) с 7-значными числами. 1644г. «Вычислитель» Блеза Паскаля – первая по настоящему популярная считающая машина,...

История развития средств инструментального счета позволяет лучше понять действие современных вычислительных машин. Как говорил Лейбниц: "Кто хочет ограничиться настоящим без знания прошлого, тот никогда не поймет настоящего." Поэтому изучение истории развития ВТ является важной составной частью информатики.

Люди с древних времен использовали для счета различные приспособления. Первым таким "приспособлением" были собственные пальцы. Полное описание пальцевого счета составил в средневековой Европе ирландский монах Беда Достопочтенный (7 век н.э.). Различные приемы пальцевого счета использовались до 18 века.

В качестве средств инструментального счета использовались веревки с узелками.

Наиболее широкое распространение в древности получил абак, сведения о котором известны с V в до н.э. Числа в нем представлялись камешками, раскладываемые по столбцам. В древнем Риме камешки обозначались словом Calculus, отсюда произошли слова, обозначающие счет (английское calculate – считать).

Счеты, широко использовавшиеся на Руси, по принципу действия похожи на абак.

Необходимость использования различных устройств для счета объяснялись тем, что письменный счет был затруднен. Во-первых, это было связанно со сложной системой записи чисел, во-вторых, писать умели немногие, в-третьих, средства для записи (пергамент) были очень дороги. С распространением арабских цифр и изобретением бумаги (12-13 век) стал широко развиваться письменный счет, и абак стал не нужен.

Первым устройством, механизирующий счет в привычном для нас понимании, стала счетная машинка, построенная в 1642 году французским ученым Блезом Паскалем. Она содержала набор вертикально расположенных колес с нанесенными на них цифрами 0-9. Если такое колесо совершало полный оборот, оно сцеплялось с соседним колесом и проворачивало его одно деление, обеспечивая перенос из одного разряда в другой. Такая машина могла складывать и вычитать числа и использовалась в конторе отца Паскаля для подсчета сумм собираемых налогов.

Различные проекты и даже действующие образы механических счетных машин создавались и до машины Паскаля, но именно машина Паскаля получила широкую известность. Паскаль взял патент на свою машину, продал несколько десятков образцов; его машиной интересовались вельможи и даже короли; например, одна из машин была подарена шведской королеве Христине.

В 1673г. немецкий философ и математик Готфрид Лейбниц создал механическое счетное устройство, которое не только складывало и вычитало, но и умножало и делило. Эта машина стала основой массовых счетных приборов - арифмометров. Выпуск механических счетных машин был налажен в США в 1887, в России в 1894. Но эти машины были ручными, то есть требовали постоянного участия человека. Они не автоматизировали, а лишь механизировала счет.

Большое значение в истории вычислительной техники занимают попытки "заставить" технические устройства выполнять какие-либо действия без участия человека, автоматически.

Большое развитие такие механические автоматы, построенные на основе часовых механизмов, получили в 17-18 веках. Особенно были известны автоматы французского механизма Жака де Вокансона, среди которых была игрушка-флейтист, внешне выглядевшая как обычный человек. Но это были всего лишь игрушки.

Внедрение автоматизации в промышленное производство связывается с именем французского инженера Жаккара, который изобрел устройство управления ткацким станком на основе перфокарт – картонок с отверстиями. По-разному пробивая отверстия на перфокартах, можно было получать на станках ткани с разным переплетением нитей.

Отцом вычислительной техники считается английский ученый 19 века Чарльз Бэббидж, который впервые предпринял попытку построить счетную машину, работающую по программе. Машина предназначалась для помощи Британском морскому ведомству в составлении мореходных таблиц. Бэббидж считал, что машина должна иметь устройство, где будут храниться числа, предназначенные для вычислений ("память"). Одновременно там же должны находиться команды о том, что с этими числами делать ("принцип хранимой программы"). Для выполнения операций над числами в машине должно быть специальное устройство, которое Беббидж назвал "мельницей", а в современных компьютерах ему соответствует АЛУ. Вводиться в машину числа должны были вручную, а выводиться на печатающее устройство ("устройства ввода/вывода"). И наконец, должно было быть устройство, управляющее работой всей машины ("УУ"). Машина Бэббиджа была механической и работала с числами, представленными в десятичной системе.

Научные идеи Беббиджа увлекли дочь знаменитого английского поэта Джорджа Байрона – леди Аду Лавлейс. Она составила программы, по которым машина могла бы производить сложные математические расчеты. Многими понятиями, введенными Адой Лавлейс в описании тех первых в мире программ, в частности, понятием "цикл", широко пользуются современные программисты.

Следующий важный шаг на пути автоматизации вычислений сделал примерно через 20 лет после смерти Беббиджа американец Герман Холлерит, который изобрел электромеханическую машину для вычислений с помощью перфокарт. Машина использовалась для обработки данных переписи населения. На перфокартах вручную пробивались отверстия в зависимости от ответов на вопросы переписи; сортировальная машина позволяла распределять карты на группы в зависимости от места пробитых отверстий, а табулятор подсчитывал число карт в каждой группе. Благодаря этой машине обработку результатов переписи населения Соединенных Штатов Америки 1890г удалось провести втрое быстрее предыдущей.

В 1944 году в США под руководством Говарда Айкина была построена электромеханическая вычислительная машинка, известная как "Марк–1 ", а затем и "Марк–2 ". Эта машина была основана на реле. Поскольку реле имеют два устойчивых состояния, а идея отказаться от десятичной системы еще не приходила в голову конструкторам, то числа представлялись в двоично-десятичной системе: каждая десятичная цифра представлялась четырьмя двоичными и хранилась в группе их четырех реле. Скорость работы составляла около 4х операций в секунду. Тогда же было создано еще несколько релейных машин, в том числе советская релейная вычислительная машина РВМ–1, сконструированная в 1956г Бессоновым и успешно работавшая до 1966г.

За точку отсчета эры ЭВМ обычно принимают 15 февраля 1946г, когда ученые Пенсильванского университета ввели в строй первый в мире компьютер на электронных лампах – ЭНИАК. Первым применением ЭНИАК было решение задач для сверхсекретного проекта атомной бомбы, да и затем он использовался в основном в военных целях. В ЭНИАК не существовало программы, хранимой в памяти; "программирование" осуществлялось с помощью установки проводов-перемычек между отдельными элементами.

С 1944 года в работе над созданием ЭВМ принимал участие Джон фон Нейман. В 1946 году была опубликована его статья, в которой были сформулировали два важнейших принципа, лежащие в основы всех современных ЭВМ: использование двоичной системы счисления и принцип хранимой программы.

Появились ЭВМ и в СССР. В 1952 г под руководством академика Лебедева была создана самая быстродействующая ЭВМ в Европе – БЭСМ, в 1953г начат выпуск серийной ЭВМ "Стрела". Серийные советские машины были на уровне лучших мировых образцов.

Началось бурное развитие ВТ.

Первая вычислительная машина на электронных лампах (ЭНИАК) насчитывала около 20 тыс. электронных ламп, размещалась в огромном зале, потребляла десятки кВт электроэнергии и была очень ненадежна в работе – фактически работала только небольшие промежутки времени между ремонтами.

С тех пор развитие ВТ прошло огромный путь. Выделяют несколько поколений ЭВМ. Под поколением понимается определенный этап развития аппаратуры, характеризующийся ее параметрами, технологией изготовления составных частей и т.д.

1 поколение – начало 50х годов (БЭСМ, Стрела, Урал). Основаны на электронных лампах. Большая потребляемая мощность, малая надежность, низкое быстродействие (2000 оп/с), малый объем памяти (несколько килобайт); отсутствовали средства организации вычислительных процессов, оператор работал непосредственно за пультом.

2 поколение – конец 50х годов (Минск – 2, Раздан, Наири). Полупроводниковые элементы, печатный монтаж, быстродействие (50-60 тыс. оп/с); появление внешних магнитных запоминающих устройств, появились примитивные операционные системы и трансляторы с алгоритмических языков.

3 поколение – середина 60х годов. Построены на основы интегральных микросхем, использовались стандартные электронные блоки; быстродействие до 1,5 млн. оп/с; появились развитые программные средства.

4 поколение – построены на основе микропроцессоров. Компьютеры специализируются, появляются их различные типы: супер ЭВМ – для решения очень сложных вычислительных задач; мэйнфреймы – для решения экономических и расчетных задач в рамках предприятия, ПК – для индивидуальной работы пользования. Сейчас ПК занимают преобладающую часть рынка компьютеров, а их возможности в миллионы раз превосходят возможности первых ЭВМ.

Первый ПК Altair 8800 появился в 1975г в фирме MITS, однако возможности его были весьма ограничены, и коренного перелома в использовании компьютеров не произошло. Революция в индустрии ПК была совершена двумя другими фирмами – IBM и Apple Computer, соперничество которых способствовало бурному развитию высоких технологий, улучшению технических и пользовательских качеств ПК. В результате этого состязания компьютер превратился в неотъемлемую часть повседневной жизни.

История фирмы Apple начался в 1976г, когда в гараже города Лос–Альмос штата Калифорния Стивен Джобс и Стивен Возняк (обоим было чуть за 20) собрали свой первый ПК. Однако настоящий успех пришел к фирме благодаря выпуску компьютера Apple–II, который был создан на основе микропроцессора фирмы Motorolla, внешним видом напоминал обычный бытовой прибор, а по цене был доступен рядовому американцу.

Фирма IBM родилась в 1914 году и специализировалась на выпуске канцелярских товаров пишущих машинок. В пятидесятые годы основатель фирмы Томас Уотсон переориентировал ее на выпуск больших ЭВМ. В области ПК фирма вначале заняла выжидательную позицию. Бешенный успех Apple насторожил гиганта, и в кратчайшие сроки был создан первый IBM PC, представленный в 1981г. Используя свои огромные ресурсы, корпорация буквально наводнила рынок своими ПК, ориентируясь на самую емкую сферу их применения – деловой мир. IBM PC был основан на новейшем микропроцессоре фирмами Intel, позволившими значительно расширить возможности нового компьютера.

Чтобы завоевать рынок, IBM впервые использовала принцип "открытой архитектуры". IBM PC не изготавливался как единое целое, а собирался из отдельных модулей. Любая фирма могла разработать устройство, совместимое с IBM PC. Это принесло IBM огромный коммерческий успех. Но в то же время на рынке стало появляться множество компьютеров – точных копий IBM PC – так называемых клонов. На появление "двойников" фирма ответила резким снижением цен и появлении новых моделей.

В ответ на это фирма Apple создала Apple Macintosh, снабженный мышкой и имеющий высококачественный графический дисплей, а также впервые оснащенный микрофоном и генератором звука. А главное – имелось удобное и легкое в освещении ПО. Мас поступил в продажу и имел определенный успех, но вернуть лидерство на рынке ПК фирме Apple не удалось.

Стремясь приблизиться по удобству использования к компьютерам Apple, фирма IBM стимулировала разработку современного ПО. Огромную роль здесь сыграло создание фирмой Microsoft OC Windows"95.

С тех пор программное обеспечение становиться все более удобным и понятием. ПК оснащаются новыми устройствами и из прибора для профессиональной деятельности становятся "центрами цифровых развлечений", объединяя в себе функции различных бытовых приборов.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель урока:

1. познакомить с историей развития вычислительной техники, с устройствами, являющимися предшественниками компьютеров и их изобретателями
2. дать представление о связи развития ЭВМ с развитием человеческого общества,
3. познакомить с основными особенностями ЭВМ разных поколений.
4. Развитие познавательного интереса, умение использовать дополнительную литературу

Тип урока: изучение нового материала

Вид: урок-лекция

Программно-дидактическое обеспечение: ПК, слайды презентации с изображением основных устройств, портретов изобретателей и ученых.

План урока:

1. Организационный момент
2. Актуализация новых знаний
3. Предыстория компьютеров
4. Поколения ЭВМ (компьютеров)
5. Будущее компьютеров
6. Закрепление новых знаний
7. Подведение итогов урока
8. Домашнее задание

1. Организационный момент

Задача этапа : Подготовить учащихся к работе на уроке. (Проверить готовность класса к уроку, наличие школьных необходимых принадлежностей, посещаемость)

2. Актуализация новых знаний

Задача этапа : Подготовка учащихся к активному усвоению новых знаний, обеспечить мотивацию и принятие учащимися цели учебно – познавательной деятельности. Постановка целей урока.

Здравствуйте! Как вы думаете, какие технические изобретения особенно изменили способы труда человека?

(Ученики высказывают свои мнения по данному вопросу, по необходимости учитель их корректирует)

- Вы правы, действительно, основным техническим устройством, повлиявшим на труд человека, является изобретение компьютеров - электронно – вычислительных машин. Сегодня на уроке, мы с вами узнаем, какие вычислительные устройства предшествовали появлению компьютеров, как изменялись сами компьютеры, последовательность становления компьютера, когда машина предназначенная просто для счёта стала сложным техническим устройством. Тема нашего урока: «История вычислительной техники. Поколения компьютеров». Цель нашего урока: познакомиться с историей развития вычислительной техники, с устройствами, являющимися предшественниками компьютеров и их изобретателями познакомиться с основными особенностями ЭВМ разных поколений.

На уроке мы будем работать с помощью мультимедийной презентации, состоящей из 4-х разделов «Предыстория компьютеров», «Поколения компьютеров», «Галерея учёных», «Компьютерный словарь». В каждом разделе есть подраздел «Проверь себя» - это тест, в котором вы сразу узнаете результат.

3. Предыстория компьютеров

Обратить внимание учеников, что ЭВМ – это электронно-вычислительная машина, другое название «компьютер» или «computer» произошло от английского глагола «compute» – вычислять, поэтому слово «компьютер» можно перевести как «вычислитель». То есть и в слове ЭВМ и в слове компьютер главный смысл это вычисления. Хотя мы с вами хорошо знаем, что современные ЭВМ позволяют не только вычислять, но и создавать и обрабатывать тексты, рисунки, видео, звук. Заглянем в историю…

(параллельно оформляем в тетради таблицу «Предыстория компьютеров»)

«Предыстория компьютеров»

Древний человек счетом овладел раньше, чем письменностью. В качестве первого помощника в счете человек избрал свои пальцы. Именно наличие десяти пальцев легло в основу десятичной системы счисления. В разных странах говорят и пишут на разных языках, а считают одинаково. В 5-ом веке до н.э. греки и египтяне использовали для счета – АБАК – устройство, похожее на русские счеты.

Абак – греческое слово и переводится как счетная доска. Идея его устройства заключается в наличии специального вычислительного поля, где по определенным правилам перемещают счетные элементы. Действительно первоначально абак представлял собой доску, покрытую пылью или песком. На ней можно было чертить линии и перекладывать камешки. В Древней Греции абак служил преимущественно для выполнения денежных расчетов. В левой части подсчитывались крупные денежные единицы, а в правой – мелочь. Счет велся в двоично-пятеричной системе счислении. На такой доске было легко складывать и вычитать, добавляя или убирая камешки и перенося их из разряда в разряд.

Придя в Древний Рим абак, изменился внешне. Римляне стали изготавливать его из бронзы, слоновой кости или цветного стекла. На доске присутствовали два ряда прорезей, по которым можно было передвигать косточки. Абак превратился в настоящий счетный прибор, позволяющий представлять даже дроби, и был значительно удобнее греческого. Римляне называли это устройство calculare – «камешки». Отсюда произошел латинский глагол calculare – «вычислять», а от него – русское слово «калькулятор».

После падения Римской империи произошел упадок науки и культуры и абак был закрыт на некоторое время. Возродился он и распространился по Европе только в X веке. Абаком пользовались купцы, менялы, ремесленники. Даже спустя шесть столетий абак оставался важнейшим инструментом для выполнения вычислений.

Естественно, что в течение такого большого промежутка времени абак менял свой внешний вид и в XLL-XLLLвв.он приобрел форму так называемого счета на линиях, так и между ними. Такая форма счета в некоторых европейских странах сохранялась до конца XVLLLв. и лишь затем окончательно уступила место вычислениям на бумаге.

В Китае абак был известен с LV века до нашей эры. На специальной доске выкладывались счетные палочки. Постепенно их сменили разноцветные фишки, а в V веке появились китайские счеты – суан-пан. Они представляли собой раму с двумя рядами нанизанных на прутики косточек. На каждом прутике их было по семь. Из Китая суан-пан пришел в Японию. Произошло это в XVL веке и устройство получило название «соробан».

В Росси счеты появились в то же время, что и в Японии. Но русские счеты были изобретены самостоятельно, что доказывают следующие факторы. Во-первых, русские счеты очень сильно отличаются от китайских. Во-вторых, это изобретение имеет свою историю.

В России был распространен «счет костьми». Он был близок европейскому счету на линиях, но писцы использовали вместо жетонов плодовые косточки. В XVL возник дощаной счет, первый вариант русских счетов. Такие счеты хранятся сейчас в Историческом музе в Москве.

Счеты в России использовались почти 300 лет и сменили их только дешевые карманные калькуляторы.

Первое в мире автоматическое устройство, которое могло выполнять сложение, было создано на базе механических часов, и разработал его в 1623 году Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в одном из университетов Германии. Но неоценимый вклад в развитие устройств помогающих выполнять вычисления, безусловно внесли Блез Паскаль, Годфрид Лейбниц и Чарльз Беббидж.

В 1642 году один из крупнейших ученых в истории человечества – французский математик, физик, философ и богослов Блез Паскаль изобрел и изготовил механическое устройство для складывания и вычитания чисел – АРИФМОМЕТР. ? Как вы думаете, из какого материала был сделан первый в истории арифмометр? (дерево).

Главная идея конструкции будущей машины была сформирована – автоматический перенос разряда. «Каждое колесо… некоторого разряда, совершая движение на десять арифметических цифр, заставляет двигаться следующее только на одну цифру» - эта формула изобретения утверждала приоритет Блеза Паскаля в изобретении и закрепила за ним право производить и продавать машины.

Машина Паскаля осуществляла сложение чисел на специальных дисках - колесиках. Десятичные цифры пятизначного числа задавались поворотами дисков, на которые были нанесены цифровые деления. Результат читался в окошечках. Диски имели один удлиненный зуб, чтобы можно было учесть перенос в следующий разряд.

Исходные числа задавались поворотами наборных колес, вращение ручки приводило в движение различные шестерни и валики, в итоге специальные колеса с цифрами показывали результат выполнения сложения или вычитания.

Паскаль был одним из величайших гениев человечества. Он был математиком, физиком, механиком, изобретателем, писателем. Его имя носят теоремы математики и законы физики. В физике есть единица измерения давления Паскаль. В информатике его имя носит один из самых популярных языков программирования.

В 1673 году немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрел и изготовил арифмометр, который мог не только складывать и вычитать числа, но и умножать и делить. Скудость, примитивность первых вычислительных аппаратов не помешала Паскалю и Лейбницу высказать ряд интересных идей о роли вычислительной техники в будущем. Лейбниц писал о машинах, которые будут работать не только с числами, но и сос словами, понятиями, формулами, могли выполнять логические операции. Эта идея большинству современников Лейбница казалась абсурдом. В 18 веке взгляды Лейбница были осмеяны великим английским сатириком Дж.Свифтом, автором известного романа «Путешествия Гулливера».

Лишь в 20-ом веке стала понятна значительность идей Паскаля и Лейбница.

Наряду с устройствами для вычислений развивались и механизмы для АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ЗАДАННОЙ ПРОГРАММЕ (музыкальные автоматы, часы с боем, ткацкие станки Жаккарда).

В начале 19-го века английский математик Чарльз Беббидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал ПРОЕКТ вычислительной «аналитической» машины, в основе которого лежал ПРИНЦИП ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ (ППУ). Новаторская мысль Беббиджа была подхвачена и развита его ученицей Адой Лавлейс, дочерью поэта Джорджа Байрона – которая стала первой программисткой в мире. Однако практическая реализация проекта Беббиджа была невозможной из-за недостаточного развития промышленности и техники.

Основные элементы машины Беббиджа, присущие современному компьютеру:

1. Склад – устройство, где хранятся исходные числа и промежуточные результаты. В современно компьютере это память.
2. Фабрика – арифметическое устройство, в котором осуществляются операции над числами, взятые из Склада. В современном компьютере это Процессор.
3. Блоки ввода исходных данных – устройство ввода.
4. Печать результатов – устройство вывода.

Архитектура машины практически соответствует архитектуре современных ЭВМ, а команды, которые выполняла аналитическая машина, в основном включают все команды процессора.

Интересным историческим фактом является то, что первую программу для аналитической машины написал Ада Августа Лавлейс – дочь великого английского поэта Джорджа Байрона. Именно Беббидж заразил ее идеей создания вычислительной машины.

Идея программирования механических устройств с помощь перфокарты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке. Впервые применили их конструкторы ткацких станков. Преуспел в этом дел лондонский ткач Жозеф Мари Жаккард. В 1801 году он создал автоматический ткацкий станок, управляемый перфокартами.

Нить поднималась или опускалась при каждом ходе челнока в зависимости от того, есть отверстие или нет. Поперечная нить могла обходить каждую продольную той Ии иной стороны в зависимости от программы на перфокарте, создавая тем самым затейливый узор из переплетенных нитей. Такое плетение получило название «жаккард» и считается одним из самых сложных и запутанных плетений. Такой ткацкий станок, работающий по программе, был первым массовым промышленным устройством и считается одним из самых совершенных машин, когда-либо созданных человеком.

Идея записи программы на перфокарте пришла в голову и первой программистке Аде Августе Лавлейс. Именно она предложила использовать перфорированные карты в аналитической машине Беббиджа. В частности, в одном из писем она писала: «Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цвета и листья».

Герман Холлерит также использовал в своей машине перфокарты для записи и обработки информации. Перфокарты использовались и в компьютерах первого поколения.

До 40-х годов двадцатого века вычислительная техника представлялась арифмометрами, которые из механических стали электрическими, где электромагнитные реле затрачивали на умножение чисел несколько секунд, которые работали точно по тем же принципам, как и арифмометры Паскаля и Лейбница. Кроме того, они были очень ненадежны, часто ломались. Интересно, что однажды причиной поломки электрического арифмометра оказался мотылек, застрявший в реле, по-английски «мотылек, жук» – bug, отсюда появилось понятие «жучок» как неполадка в ЭВМ.

Герман Холлерит родился 29 февраля 1860 года в американском городе Буффало в семье немецких эмигрантов. Герману легко давались математика и естественные науки, и в 15 лет он поступил в Горную школу при Колумбийском университете. На способного юношу обратил внимание профессор того же университета и пригласил его после окончания школы в возглавляемое им национальное бюро по переписи населения. Перепись населения производилась каждые десять лет. Население постоянно росло, и ее численность в США к тому времени составляло около 50 миллионов человек. Заполнить на каждого человека карточку вручную, а затем подсчитать и обработать результаты, было практически невозможно. Этот процесс затянулся на несколько лет, почти до следующей переписи. Необходимо было найти выход из этой ситуации. Герману Холлериту идею механизировать этот процесс подсказал доктор Джон Биллингс, возглавлявший департамент сводных данных. Он предложил использовать для записи информации перфокарты. Свою машину Холлерит назвал табулятором и в 1887 году он был опробован в Балтиморе. Результаты оказались положительными, и эксперимент повторили в Сент-Луисе. Выигрыш во времени был почти десятикратным. Правительство США сразу же заключило с Холлеритом контракт на поставку табуляторов, и уже в 1890 году перепись населения прошла с использованием машин. Обработка результатов заняла менее двух лет и сэкономила 5 миллионов долларов. Система Холлерита не только обеспечивала высокую скорость, но и позволяла сравнить статистические данные по самым разным параметрам. Холлерит разработал удобный клавишный перфоратор, позволяющий пробивать около 100 отверстий в минуту одновременно на нескольких картах, автоматизировал процедур подачи и сортировки перфокарт. Сортировку осуществляло устройство в виде набора ящиков с крышками. Перфокарты продвигались по своеобразному конвейеру. С одной стороны карты находились считывающие штыри на пружинках, с другой – резервуар с ртутью. Когда штырь попадал в отверстие на перфокарте, то благодаря ртути, находящейся на другой стороне, замыкал электрическую цепь. Крышка соответствующего ящика открывалась и туда попадала перфокарта. Табулятор использовали для переписи населении в нескольких странах.

В 1896 году герма Холлерит сновал компанию Tabulating Machine Company (TMC) и его машины применялись повсюду – и на крупных промышленных предприятиях и в обычных фирмах. И в 1900 году табулятор использовался для переписи населения. переименовывает фирму в IBM (International Business Machines).

4. Поколения ЭВМ (компьютеров)

(параллельно оформляем записи в тетради и таблицу «Поколения ЭВМ (компьютеров)»)

ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ
№	период	Элементная база	Быстро-действие (оп/сек.)	Носители информации	программы	применение	Примеры ЭВМ
I
II
III
IV
V

I поколение ЭВМ: В 30-х годах 20-го века в развитии физики произошел прорыв, коренной переворот. В вычислительных машинах стали использоваться уже не колеса, валики и реле, а вакуумные электронные лампы. Переход от электромеханических элементов к электронным сразу увеличил быстродействие машин в сотни раз. Первая действующая ЭВМ была построена в США в 1945 году, в университете штата Пенсильвания учеными Эккертом и Моучли и называлась ЭНИАК. Эта машина была построена по заказу министерства обороны США для средств ПВО, для автоматизации управления. Чтобы правильно рассчитать траекторию и скорость движения снаряда для поражения воздушной цели, надо было решить систему из 6-ти дифференциальных уравнений. Эту задачу и должна была решать первая ЭВМ. Первая ЭВМ занимала два этажа одного здания, весила 30 тонн и состояла из десятков тысяч электронных ламп, которые соединялись проводами, общая протяженность которых составляла 10 тысяч км. Когда ЭВМ ЭНИАК работала, электричество в городке отключалась, так много электричества потреблялось этой машиной, электронные лампы быстро перегревались и выходили из строя. Целая группа студентов занималась только тем, что непрерывно искала и заменяла перегоревшие лампы.

В СССР основоположником вычислительной техники стал Сергей Алексеевич Лебедев, создавший МЭСМ (малая счетная машина) 1951 год (Киев) и БЭСМ (быстродействующая ЭСМ) – 1952 г., Москва.

II поколение: В 1948 году американским ученым Уолтером Брайттеном был изобретен ТРАНЗИСТОР, полупроводниковый прибор, который заменил радиолампы. Транзистор был намного меньше радиолампы, был более надежным и потреблял намного меньше электричества, он один заменял 40 электронных ламп! Вычислительные машины стали меньше в размерах и значительно дешевле, их быстродействие достигло нескольких сот операций в секунду. Теперь ЭВМ были размером с холодильник, их могли приобрести и использовать научные и технические институты. В то время СССР шел в ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня БЭСМ-6.

III поколение: Вторая половина 20-го века характеризуется бурным развитием науки и техники, особенно физики полупроводников и с 1964 года транзисторы стали размещать на микросхемах, выполненных на поверхностях кристаллов. Это позволило преодолеть миллионный барьер в быстродействии.

IV поколение: Начиная с 1980 года ученые научились на одном кристалле размещать несколько интегральных микросхем, развитие микроэлектроники привело к созданию микропроцессоров. Кристалл ИС меньше и тоньше контактной линзы. Быстродействие современных ЭВМ исчисляется сотнями миллионов операций в секунду.

В 1977 году появился первый ПК (персональный компьютер) фирмы Apple Macintosh. С 1981 года лидером в производстве ПК стала фирма IBM (International Business Machine), эта фирма работала на рынке США еще с 19-го века и выпускала различные устройства для офисов – счеты, арифмометры ручки и т.д. и зарекомендовала себя как надежная фирма, которой доверяло большинство деловых людей в США. Но не только поэтому ПК IBM были намного популярнее, чем ПК Apple Macintosh. ПК Apple Macintosh представляли собой “черный ящик” для пользователя – он не разобрать модернизировать ПК, присоединять к ПК новые устройства, а ПК IBM были открыты для пользователя и тем самым позволяли собирать ПК как детский конструктор, поэтому большинство пользователей выбрали ПК IBM. Хотя мы с вами при слове ЭВМ представляем именно ПК, но существуют задачи, которые даже современные ПК решить не могут, с которыми могут справиться только суперЭВМ, быстродействие которых исчисляется миллиардами операций в секунду.

Научная школа Лебедева по своим результатам успешно соперничала с ведущей фирмой США IBM . Среди ученых мира, современников Лебедева, нет человека, который подобно ему обладал бы столь мощным творческим потенциалом, чтобы охватить своей научной деятельностью период от создания первых ламповых ЭВМ до сверхбыстродействующей суперЭВМ. Когда американский ученый Норберт Винер, которого называют «первый киберпророк», в 1960 году приезжал в СССР, он отметил « Они совсем немного отстают от нас в аппаратуре, зато далеко впереди нас в ТЕОРИИ автоматизации». К сожалению, в 60-х годах наука кибернетика подвергалась гонениям, как «буржуазная лженаука», ученых-кибернетиков сажали в тюрьмы, из-за чего советская электроника стала заметно отставать от зарубежной. Хотя создавать новые ЭВМ становилось невозможным, запретить мыслить ученым никто не мог. Поэтому до сих пор наши российские ученые опережают мировую научную мысль в области теории автоматизации.

Для разработки программ для ЭВМ создавались различные языки программирования (алгоритмические языки). Фортран FORTRAN – FORmula TRANslated – первый язык, создан в 1956 году Дж. Бэкусом. В 1961 году появился Бейсик BASIC (Beginners All-purpose Simbolic Instartion Code –многоцелевой язык символических инструкций для начинающих) Т.Куртц, дж. Кемени.В 1971 году профессор Цюрихского университета Николас Вирт создал язык Паскаль Pascal, который назвал в честь ученого Блеза Паскаля. Создавались и другие языки: Ада, Алгол, Кобол, Си, Пролог, Фред, Лого, Лисп и др. Но до сих пор самым популярным языком программирования является Паскаль, многие более поздние языки взяли из Паскаля основные команды и принципы построения программы, например язык Си, Си+ и система программирования Delphi, даже Бейсик, изменившись позаимствовал из Паскаля его структурированность и универсальность. Мы с вами в 11-ом классе будем изучать язык Паскаль и научимся создавать программы для решения задач с формулами, для обработки текста, научимся рисовать и создавать движущиеся рисунки.

Суперкомпьютеры

5. Будущее компьютеров

• Преимущества искусственного интеллекта (ИИ):
• Молекулярные компьютеры
• Биокомпьютеры
• Оптические компьютеры
• Квантовые компьютеры

6. Закрепление новых знаний

Закрепление нового материала возможно с помощью теста в мультимедийной презентации к уроку: раздел «Проверь себя» в каждой части презентации: «Предыстория компьютеров», «Поколения ЭВМ», «Галерея учёных».

Проверка знаний по данной теме возможно с помощью тестов «История вычислительной техники» (Приложение 1 ) в 4-х вариантах и тест об учёных «Информатика в лицах» (Приложение 2 )

7. Подведение итогов урока

Проверка заполненных таблиц (Приложение 3 )

8. Домашнее задание

• лекция в тетради по презентации, таблицы «Предыстория компьютеров», «Поколения ЭВМ»
• подготовить сообщение про 5-ое поколение ЭВМ (будущее компьютеров)

Лекция № 10. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

1.1. НАЧАЛЬНЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Считается, что исторически первым и, соответственно, простейшим счетным устройством был абак, который относится к ручным приспособлениям для счета.

Доска разделялась на бороздки. Одна бороздка соответствовала единицам, другая – десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде. В странах Дальнего Востока был распространён китайский аналог абака – суан-пан (в основе счета лежала не десятка, а пятерка), в России – счёты .		Абак
Суан-пан. Положено 1930	Счеты. Положено 401,28

Первой дошедшей до нас попыткой решить задачу по созданию машины умеющей складывать многоразрядные целые числа был эскиз 13-разрядного суммирующего устройства разработанный Леонардо да Винчи около 1500 г.

В 1642 году Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел. Ознакомившись с трудами Паскаля и изучив его арифметическую машину, Готфрид Вильгельм Лейбниц внес в нее значительные усовершенствования, и в 1673 году сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических операции. Начиная с 19 века, арифмометры получили очень широкое распространение и применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала специальная профессия- счетчик.

Несмотря на явный прогресс по сравнению с абаком и подобными ему приспособлениями для ручного счета, данные механические вычислительные устройства требовали постоянного участия человека в процессе вычислений. Человек, производя вычисления на таком устройстве, сам управляет его работой, определяет последовательность выполняемых операций.

Мечтой изобретателей вычислительной техники было создание считающего автомата, который бы без вмешательства человека производил расчеты по заранее составленной программе.

В первой половине 19 века английский математик Чарльз Бэббидж попытался создать универсальное вычислительное устройство – Аналитическую машину , которая должна была выполнять арифметические операции без участия человека. В Аналитическую машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники, и были предусмотрены все основные компоненты, имеющиеся в современном компьютере. Аналитическая машина Бэббиджа должна была состоять из следующих частей:

1. «Фабрика» – устройство, в котором производиться все операции по обработке всех видов данных (АЛУ).

2. «Контора» – устройство, обеспечивающие организацию выполнения программы обработки данных и согласованную работу всех узлов машины в ходе этого процесса (УУ).

3. «Склад» – устройство, предназначенное для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки данных (ЗУ, или просто память).

4. Устройства, способные преобразовывать данные в форму, доступную компьютеру (кодирование). Устройства ввода.

5. Устройства, способные преобразовывать результаты обработки данных в форму, понятную человеку. Устройства вывода.

В окончательном варианте машины у нее было три устройства ввода с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке.

Бэббидж не смог довести работу до конца - это оказалось слишком сложно на основе механической техники того времени. Однако он разработал основные идеи, и в 1943 году американец Говард Эйкен на основе уже техники 20 века – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические.

1.2. НАЧАЛО СОВРЕМЕННОЙ ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Подлинная революция в вычислительной технике произошла в связи с применением электронных устройств. Работа над ними началась в конце 30-х годов одновременно в США, Германии, Великобритании и СССР. К этому времени электронные лампы, ставшие технической основой устройств обработки и хранения цифровой информации, уже широчайшим образом применялись в радиотехнических устройствах.

Огромный вклад в теорию и практику создания электронной вычислительной техники на начальном этапе ее развития внес один из крупнейших американских математиков Джон фон Нейман. В историю науки навсегда вошли «принципы фон Неймана». Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ. Один из важнейших принципов - принцип хранимой программы - требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация. Первая ЭВМ с хранимой программой (EDSAC ) была построена в Великобритании в 1949 г.

В нашей стране вплоть до 70-х годов создание ЭВМ велось почти полностью самостоятельно и независимо от внешнего мира (да и сам этот «мир» был почти полностью зависим от США). Дело в том, что электронная вычислительная техника с самого момента своего первоначального создания рассматривалась как сверхсекретный стратегический продукт, и СССР приходилось разрабатывать и производить ее самостоятельно. Постепенно режим секретности смягчался, но и в конце 80-х годов наша страна могла покупать за рубежом лишь устаревшие модели ЭВМ (а самые современные и мощные компьютеры ведущие производители - США и Япония - и сегодня разрабатывают и производят в режиме секретности).

Первая отечественная ЭВМ - МЭСМ («малая электронно-счетная машина») -была создана в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева, крупнейшего советского конструктора вычислительной техники. Рекордной среди них и одной из лучших в мире для своею времени была БЭСМ-6 («большая электронно-счетная машина, 6-я модель»), созданная в середине 60-х годов и долгое время бывшая базовой машиной в обороне, космических исследованиях, научно-технических исследованиях в СССР. Кроме машин серии БЭСМ выпускались и ЭВМ других серий - «Минск», «Урал», М-20, «Мир» и другие.

С началом серийного выпуска ЭВМ начали условно делить по поколениям; соответствующая классификация изложена ниже.

1.3. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ

В истории вычислительной техники существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально был положен физико-технологический принцип: машину относят к тому или иному поколению в зависимости от используемых в ней физических элементов или технологии их изготовления. Границы поколений во времени размыты, так как в одно и то же время выпускались машины совершенно разного уровня. Когда приводят даты, относящиеся к поколениям, то скорее всего имеют в виду период промышленного производства; проектирование велось существенно раньше, а встретить в эксплуатации весьма экзотические устройства можно и сегодня.

В настоящее время физико-технологический принцип не является единственным при определении принадлежности той или иной ЭВМ к поколению. Следует считаться и с уровнем программного обеспечения, с быстродействием, другими факторами, основные из которых сведены в прилагаемую табл. 4.1.

Следует понимать, что разделение ЭВМ по поколениям весьма относительно. Первые ЭВМ, выпускавшиеся до начала 50-х годов, были «штучными» изделиями, на которых отрабатывались основные принципы; нет особых оснований относить их к какому-либо поколению. Нет единодушия и при определении признаков пятого поколения. В середине 80-х годов считалось, что основной признак этого (будущего) поколения - полновесная реализация принципов искусственного интеллекта . Эта задача оказалась значительно сложнее, чем виделось в то время, и ряд специалистов снижают планку требований к этому этапу (и даже утверждают, что он уже состоялся). В истории науки есть аналоги этого явления: так, после успешного запуска первых атомных электростанций в середине 50-х годов ученые объявили, что запуск многократно более мощных, дающих дешевую энергию, экологически безопасных термоядерных станций, вот-вот произойдет; однако, они недооценили гигантские трудности на этом пути,так как термоядерных электростанций нет и по сей день.

В то же время среди машин четвертого поколения разница чрезвычайно велика, и поэтому в табл. 4.1 соответствующая колонка разделена на на две: А и Б. Указанные в верхней строчке даты соответствуют первым годам выпуска ЭВМ. Многие понятия, отраженные в таблице, будут обсуждаться в последующих разделах учебника; здесь ограничимся кратким комментарием.

Чем младше поколение, тем отчетливее классификационные признаки. ЭВМ первого, второго и третьего поколений сегодня - в лучшем случае музейные экспонаты.

Какие компьютеры относятся в первому поколению?

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы . Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами , которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду.

Но это только техническая сторона. Очень важна и другая - способы использования компьютеров, стиль программирования, особенности математического обеспечения.

Программы для этих машин писались на языке конкретной машины . Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был наиболее длительным по времени.

Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволили выполнить сложнейшие расчёты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.

Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета.

Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.

Какие компьютеры относятся ко второму поколению?

Второе поколение компьютерной техники - машины, сконструированные примерно в 1955-65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп , так и дискретных транзисторных логических элементов . Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски .

Быстродействие - до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти - до нескольких десятков тысяч слов.

Появились так называемые языки высокого уровня , средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде .

Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами , переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы , управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Таким образом, операционная система является программным расширением устройства управления компьютера .

Для некоторых машин второго поколения уже были созданы операционные системы с ограниченными возможностями.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость , которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

В чем особенности компьютеров третьего поколения?

Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов. Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нём участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда "поколение" начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры.

Машины третьего поколения - это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Примеры машин третьего поколения - семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

Что характерно для машин четвёртого поколения?

Четвёртое поколение - это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

Для них характерны:

• применение персональных компьютеров;
• телекоммуникационная обработка данных;
• компьютерные сети;
• широкое применение систем управления базами данных;
• элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

Какими должны быть компьютеры пятого поколения?

Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции , использования оптоэлектронных принципов (лазеры , голография ).

Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный переход от обработки данных к обработке знаний .

Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них - это традиционный компьютер. Но теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином "интеллектуальный интерфейс" . Его задача - понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещённых на одном кристалле полупроводника.

Поколения ЭВМ

Показатель	Поколения ЭВМ
	Первое 1951-1954	Второе 1958-I960	Третье 1965-1966	Четвертое		Пятое
				1976-1979	1985-?
Элементная база процессора	Электронные лампы	Транзисторы	Интграль-ные схемы (ИС)	Большие ИС (БИС)	СвербольшиеИС (СБИС)	Оптоэлек-троника Криоэлек-троника
Элементная база ОЗУ	Электронно-лучевые трубки	Феррито-вые сердечники	Ферритовые сердечники	БИС	СБИС	СБИС
Максмальная емкость ОЗУ, байт	10 2	10 1	10 4	10 5	10 7	10 8 (?)
Максимальное быстродействие процессора (оп/с)	10 4	10 6	10 7	10 8	10 9 Многопро-цессорность	10 12 , Многопро-цессорность
Языки программирования	Машинный код	Ассемблер	Процедурные языки высокого уровня (ЯВУ)	Новые процедурные ЯВУ	Непроце-дурные ЯВУ	Новые непрцедур-ные ЯВУ
Средства связи пользователя с ЭВМ	Пульт управления и перфокарты	Перфокарты и перфоленты	Алфавитно- цифровой терминал	Монохром- ный графиче- ский дисплей, клавиатура	Цветной + графический дисплей, клавиатура, «мышь» и др.

ОСНОВЫ ПК

Люди всегда испытывали потребность в счете. Для этого они использовали пальцы рук, камешки, которые складывали в ку­чки или располагали в ряд. Число предметов фиксировалось с по­мощью черточек, которые проводились по земле, с помощью за­рубок на палках и узелков, которые завязывались на веревке.

С увеличением количества подлежащих подсчету предметов, развитием наук и ремесел появилась необходимость в проведении простейших вычислений. Самым древним инструментом, известным в различных странах, являются счеты (в Древнем Риме они называ­лись calculi). Они позволяют производить простейшие вычисления над большими числами. Счеты оказались настолько удачным инст­рументом, что дожили с древних времен почти до наших дней.

Никто не может назвать точное время и место появления сче­тов. Историки сходятся во мнении, что их возраст составляет не­сколько тысяч лет, а их родиной могут быть и Древний Китай, и Древний Египет, и Древняя Греция.

1.1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ

РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

С развитием точных наук появилась настоятельная необходи­мость в проведении большого количества точных вычислений. В 1642 г. французский математик Блез Паскаль сконструировал первую механическую счетную машину, известную как суммиру­ющая машина Паскаля (рис. 1.1). Эта машина представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков и приводов. На колеси­ках были нанесены цифры от 0 до 9. Когда первое колесико (еди­ницы) делало полный оборот, в действие автоматически приво­дилось второе колесико (десятки); когда и оно достигало цифры 9, начинало вращаться третье колесико и т.д. Машина Паскаля могла только складывать и вычитать.

В 1694 г. немецкий математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц сконструировал более совершенную счетную машину (рис. 1.2). Он был убежден, что его изобретение найдет широкое применение не только в науке, но и в быту. В от­личие от машины Паскаля Лейб­ниц использовал цилиндры, а не колесики и приводы. На цилинд­ры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел девять рядов высту­пов или зубцов. При этом первый ряд содержал 1 выступ, второй - 2 и так вплоть до девятого ряда, который содержал 9 выступов. Ци­линдры были подвижными и при­водились в определенное положе­ние оператором. Конструкция ма­шины Лейбница была более совер­шенной: она была способна выпол­нять не только сложение и вычи­тание, но и умножение, деление и даже извлечение квадратного корня.

Интересно, что потомки этой конструкции дожили до 70-х годов XX в. в форме механических каль­куляторов (арифмометр типа «Фе­ликс») и широко использовались для различных расчетов (рис. 1.3). Однако уже в конце XIX в. с изоб­ретением электромагнитного реле появились первые электромехани­ческие счетные устройства. В 1887 г. Герман Голлерит (США) изобрел электромеханический табулятор с вводом чисел с помощью перфо­карт. На идею использовать перфо­карты его натолкнула пробивка компостером проездных билетов на железнодорожном транспорте. Раз­работанная им 80-колонная перфо­карта не претерпела существенных изменений и в качестве носителя информации использовалась в пер­вых трех поколениях компьютеров. Табуляторы Голлерита использова­лись во время 1-й переписи насе­ления в России в 1897 г. Сам изобретатель тогда специально приезжал в Санкт-Петербург. С этого времени электромеханические табуляторы и другие подобные им устройства стали широко применяться в бухгалтерском учете.

В начале XIX в. Чарльз Бэббидж сформулировал основные по­ложения, которые должны лежать в основе конструкции вычис­лительной машины принципиально нового типа.

В такой машине, по его мнению, должны быть «склад» для хранения цифровой информации, специальное устройство, осу­ществляющее операции над числами, взятыми со «склада». Бэб­бидж называл такое устройство «мельницей». Другое устройство служит для управления последовательностью выполнения опера­ций, передачей чисел со «склада» на «мельницу» и обратно, на­конец, в машине должно быть устройство для ввода исходных дан­ных и вывода результатов вычислений. Эта машина так никогда и не была построена - существовали лишь ее модели (рис. 1.4), но принципы, положенные в ее основу, были позже реализованы в цифровых ЭВМ.

Научные идеи Бэббиджа увлекли дочь известного английско­го поэта лорда Байрона - графиню Аду Августу Лавлейс. Она заложила первые фундаментальные идеи о взаимодействии раз­личных блоков вычислительной машины и последовательности решения на ней задач. Поэтому Аду Лавлейс по праву считают первым в мире программистом. Многими понятиями, введенны­ми Адой Лавлейс в описания первых в мире программ, широко пользуются современные программисты.

Рис. 1.1. Суммирующая машина Паскаля

Рис. 1.2. Счетная машина Лейбница

Рис. 1.3. Арифмометр «Феликс»

Рис. 1.4. Машина Бэббиджа

Началом новой эры развития вычислительной техники на базе электромеханических реле стал 1934 г. Американская фирма IBM (International Buisness Machins) начала выпуск алфавитно-циф­ровых табуляторов, способных выполнять операции умножения. В середине 30-х годов XX в. на основе табуляторов создается про­образ первой локальной вычислительной сети. В Питсбурге (США) в универмаге была установлена система, состоящая из 250 терми­налов, соединенных телефонными линиями с 20 табуляторами и 15 пишущими машинками для расчетов с покупателями. В 1934 - 1936 гг. немецкий инженер Конрад Цузе пришел к идее создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве. Он сконструировал машину «Z-3» - это была первая программно-управляемая вычислительная машина – прообраз современных ЭВМ (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Вычислительная машина Цузе

Это была релейная машина, использующая двоичную систему счисления, имеющая память на 64 числа с плавающей запятой. В арифметическом блоке пользовалась параллельная арифметика. Команда включала операционную и ад­ресную части. Ввод данных осуществлялся с помощью десятичной клавиатуры, был предусмотрен цифровой вывод, а также автоматическое преобразование десятич­ных чисел в двоичные и обратно. Ско­рость выполнения операции сложения - три операции в секунду.

В начале 40-х годов XX в. в лаборато­риях IBM совместно с учеными Гарвар­дского университета была начата разработка одной из самых мощных электромеханических вычислительных машин. Она получила название MARK-1, содержала 760 тыс. компонентов и весила 5 т (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Вычислительная машина MARK -1

Последним наиболее крупным проектом в сфере релейной вычислительной техники (ВТ) следует считать построенную в 1957 г. в СССР РВМ-1, которая по целому ряду задач была вполне конкурентоспособна тогдашним ЭВМ. Тем не менее с появлением электронной лампы дни электромеханических устройств остава­лись сочтены. Электронные компоненты обладали большим пре­восходством в быстродействии и надежности, что и определило дальнейшую судьбу электромеханических вычислительных машин. Наступила эра электронных вычислительных машин.

Переход к следующему этапу развития средств вычислитель­ной техники и технологии программирования был бы невозмо­жен без основополагающих научных исследований в области пе­редачи и обработки информации. Развитие теории информации связано прежде всего с именем Клода Шеннона. Отцом киберне­тики по праву считается Норберт Винер, а создателем теории ав­томатов является Генрих фон Нейман.

Концепция кибернетики родилась из синтеза многих научных направлений: во-первых, как общий подход к описанию и ана­лизу действий живых организмов и вычислительных машин или иных автоматов; во-вторых, из аналогий между поведением со­обществ живых организмов и человеческого общества и возмож­ностью их описания с помощью общей теории управления; и, наконец, из синтеза теории передачи информации и статисти­ческой физики, который привел к важнейшему открытию, связывающему количество информации и отрицательную энтропию в системе. Сам термин «кибернетика» происходит от греческого слова, означающего «кормчий», он впервые был применен Н.Ви­нером в современном смысле в 1947 г. Книга Н.Винера, в кото­рой он сформулировал основные принципы кибернетики, на­зывается «Кибернетика или управление и связь в животном и машине».

Клод Шеннон - американский инженер и математик, чело­век, которого называют отцом современной теорий информации. Он доказал, что работу переключателей и реле в электрических схемах можно представить посредством алгебры, изобретенной в середине XIX в. английским математиком Джорджем Булем. С тех пор булева алгебра стала основой для анализа логической струк­туры систем любого уровня сложности.

Шеннон доказал, что всякий зашумленный канал связи харак­теризуется предельной скоростью передачи информации, назы­ваемой пределом Шеннона. При скоростях передачи выше этого предела неизбежны ошибки в передаваемой информации. Однако с помощью соответствующих методов кодирования информации можно получить сколь угодно малую вероятность ошибки при любой зашумленности канала. Его исследования явились фунда­ментом для разработки систем передачи информации по линиям связи.

В 1946 г. блестящий американский математик венгерского про­исхождения Генрих фон Нейман сформулировал основную кон­цепцию хранения команд компьютера в его собственной внутрен­ней памяти, что послужило огромным толчком к развитию элек­тронно-вычислительной техники.

Во время Второй мировой войны он служил консультантом в атомном центре в Лос-Аламосе, где занимался расчетами взрыв­ной детонации ядерной бомбы и участвовал в разработке водо­родной бомбы.

Нейману принадлежат работы, связанные с логической орга­низацией компьютеров, проблемами функционирования машин­ной памяти, самовоспроизводящихся систем и др. Он принимал участие в создании первой электронной вычислительной машины ENIAC, предложенная им архитектура компьютера была положе­на в основу всех последующих моделей и до сих пор так и называ­ется - «фон-неймановской».

I поколение компьютеров . В 1946 г. в США были закончены работы по созданию ENIAC - первой вычис­лительной машины на электрон­ных компонентах (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Первая ЭВМ ENIAC

Новая машина имела впечатляющие па­раметры: в ней использовалось 18 тыс. электронных ламп, она зани­мала помещение площадью 300 м 2 , имела массу 30 т, энергопотребле­ние - 150 кВт. Машина работала с тактовой частотой 100 кГц и вы­полняла операцию сложения за 0,2 мс, а умножения - за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. Быстро обнаружились и недостатки новой машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычис­лительные машины: использовалась десятичная система; программа набиралась вручную на 40 наборных полях; на перенастройку ком­мутационных полей уходили недели. При пробной эксплуатации выяснилось, что надежность этой машины очень низка: поиск не­исправностей занимал до нескольких суток. Для ввода и вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные лен­ты и печатающие устройства. В компьютерах I поколения была ре­ализована концепция хранимой программы. Компьютеры I поко­ления использовались для прогнозирования погоды, решения энер­гетических задач, задач военного характера и в других важных об­ластях.

II поколение компьютеров. Одним из самых важных достиже­ний, которые привели к революции в конструировании ЭВМ и в конечном счете к созданию персональных компьютеров, было изобретение транзистора в 1948 г. Транзистор, который является твердотельным электронным переключательным элементом (вен­тилем), занимает гораздо меньше места и потребляет значитель­но меньше энергии, выполняя ту же работу, что и лампа. Вычис­лительные системы, построенные на транзисторах, были намно­го компактнее, экономичнее и гораздо эффективней ламповых. Переход на транзисторы положил начало миниатюризации, ко­торая сделала возможным появление современных персональных ЭВМ (как, впрочем, и других радиотехнических устройств - ра­диоприемников, магнитофонов, телевизоров и т.д.). Для машин II поколения встала задача автоматизации программирования, по­скольку увеличивался разрыв между временем на разработку про­грамм и непосредственно временем счета. Второй этап развития вычислительной техники конца 50-х - начала 60-х годов XX в. характеризуется созданием развитых языков программирования (ал­гол, фортран, кобол) и освоением процесса автоматизации уп­равления потоком задач с помощью самой ЭВМ, т.е. разработкой операционных систем.