Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика 2015

1.3. Этапы развития вычислительной техники

Лучший способ спрогнозировать будущее -

изобрести его. АХэй

Основные этапы развития вычислительной техники представлены в таблице.

Этап

Период разви тии

Ручной

не установлен

Механический

с середины XVII века

Электромеханический

с 90-х годов XIX века

Электронный

с 40-х годов XX века

Рассмотрим особенности каждого этапа.

Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье было распространено простейшее приспособление для счёта: доска, разделённая на полосы, где перемещались камешки. Такая счетная дощечка называлась абак и использовалась для ручного счёта. В Древнем Риме абак назывался calculi или abaculi и изготавливался из бронзы, камня, слоновой кости или цветного стекла. Слово calculus означает «галька», «голыш». Ог этого слова произошло латинское слово calculatore (вычислять), а затем слово «калькуляция».

Первое механическое счетное устройство было построено немецким математиком и астрономом Вильгельмом Шиккардом (1592 - 1635 г.г.). Устройство было реализовано в единственном экземпляре (предположительно в 1623 г.) и предназначалась для выполнения арифметических операций. Из-за недостаточной известности машины Шиккарда более 300 лет считалось, что первую суммирующую машину сконструировал Блез Паскаль.

Блез Паскаль (французский математик, физик, религиозный философ и писатель) в 1642 г. построил механическую счетную машину, выполнявшую сложение. В 1674 г. Готфрид Лейбниц расширил возможности машины Паскаля, добавив операции умножения, деления и извлечения квадратного корня. Для своей машины Лейбниц применил систему счисления, использующую вместо привычных для человека десяти цифр две: 1 и 0. Двоичная система счислений широко используется в современных ЭВМ.

Ни одна из перечисленных машин не была автоматической и работала под управлением человека. В 1834 г. Чарлз Бэббидж (Charles Babbage) первым разработал подробный проект автоматической вычислительной машины. Однако построить эту машину не удалось, так как в то время невозможно было достичь требуемой точности изготовления ее механических деталей.

Ч. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные части:

  • • «склад» для хранения чисел (но современной терминологии — память);
  • • «мельницу» для производства арифметических действий (арифметическое устройство, процессор);
  • • устройство, управляющее последовательностью выполнения операций (устройство управления);
  • • устройства ввода и вывода данных.

В качестве источника энергии для приведения в действие механизмов машины Ч. Бэббидж предполагал использовать паровой двигатель.

Ч.Бэббидж предложил управлять работой своей машины с помощью перфорированных карт, содержащих коды команд, подобно тому, как использовались перфокарты в ткацких станках Жаккара. На перфокартах с помощью отверстий, пробитых в определенных местах, размещалась управляющая программа.

Ч. Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные, как мы сейчас говорим, с программированием. В частности, им была разработана важная для программирования идея «условной передачи управления». Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором со временем были построены ЭВМ.

Первые программы для вычислительной машины Ч.Бэббиджа создавала Ада Лавлейс (Ada Lovelace) — дочь известного поэта Джорджа Байрона, в честь которой впоследствии был назван один из языков программирования. Выражаясь современным языком,

Лавлейс составила программу вычисления чисел Бернулли. Ада Лавлейс разработала основные принципы программирования, которые остаются актуальными до настоящего момента времени. Ряд терминов, введенных Адой Лавлейс, используются и сейчас, например, «цикл», «рабочие ячейки».

Теоретические основы современных цифровых вычислительных машин заложил английский математик Джордж Буль (1815— 1864). Он разработал алгебру логики, ввел в обиход логические операторы И, ИЛИ и НЕ.

В 1888 г. Германом Холлеритом (Herman Hollerith) была сконструирована первая электромеханическая машина для сортировки и подсчета перфокарт. Эта машина, названная табулятором, содержала реле, счетчики, сортировочный ящик. Изобретение Холлерита было использовано при подведении итогов переписи населения в США. Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем за десять лег до этого занимались 500 сотрудников в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

В 1896 г. Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulation Company. Спустя несколько лет, это предприятие переименовали в известнейшую теперь фирму International Business Machine Corporation (IBM).

Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse) был первым, кто успешно осуществил идею создания автоматической электромеханической вычислительной машины на основе двоичной системы счисления. В 1936 г. он начал конструировать вычислительный аппарат, работающий в двоичной системе счисления, который впоследствии был назван Zuse 1 (Z1). В 1941 г. Была построена действующая модель Zuse 3, которая состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти.

В 1943 г. в Англии было разработано полностью автоматическое вычислительное устройство Colossus. Основным назначением этого устройства было дешифрование перехваченных сообщений про тивника.

Еще одна полностью автоматическая вычислительная машина, изобретенная профессором Гарвардского университета Говардом Айкеном (Aiken Howard, 1900—1973) при участии группы инженеров фирмы IBM, была построена в 1944 г. Она была названа ASCC (тругое название Mark 1), и была электромеханической (построена на реле), состоящей приблизительно из 750 тысяч компонентов. На умножение она тратила около 4 секунд. До знакомства с работами Цузе научная общественность считала машину ASCC первой электромеханической машиной.

В 1937 г. в США Джон Атанасов начал работы по созданию электронной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. Совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина АВС (Atanasoff-Вепу Computer).

Электронная вычислительная машина, разработанная Эккертом и Маучли (John W. Mauchly and J. Presper Eckert, Jr.) в США в 1946 г., была названа ENIAC. При создании этой машины Эккерт и Маучли заимствовали основные идеи у Дж. Атанасова. Машина ENIAC была примерно в 1000 раз быстрее, чем ASCC. Она состояла из 18 тысяч электронных ламп, 1500 реле, имела вес более 30 тонн, пот ребляла мощность более 150 кВт.

Фотография позволяет наглядно оценить прогресс вычислительной

техники. Несколько человек находятся внутри ENIAC. Современные ЭВМ уже можно разместить внутри человека.

Первоначально ENIAC программировалась путем соединения проводами соответствующих гнезд на коммутационной панели, что делало составление программы очень медленным и утомительным занятием. Американский математик и физик венгерского происхождения Джон фон Нейман (1903—1957) предложил хранить программу — последовательность команд управления ЭВМ — в памяти ЭВМ, что позволяло оперировать с программой так же, как с данными. Последующие ЭВМ строились с большим объемом памяти, с учетом того, что там будет храниться программа.

Фон Неймана выделил пять базовых элементов компьютера:

  • • арифметико-логическое устройство (АЛУ);
  • • устройство управления (УУ);
  • • запоминающее устройство (ЗУ);
  • • система ввода информации;
  • • система вывода информации.

Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.

ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовали электронные лампы и реле.

Изобретение в 1948 г. транзисторов и запоминающих устройств на магнитных сердечниках оказало глубокое воздействие на вычислительную технику. Ненадежные вакуумные лампы, которые потребляли большую мощность для нагревания катода, заменялись небольшими германиевыми (впоследствии кремниевыми) транзисторами. Компьютеры, построенные в середине 50-х годов XX в., стали называть машинами второю поколения.

Революционный прорыв в миниатюризации и повышении надежности компьютеров произошел в 1958 г., когда американский инженер Д. Килби (Jack Kilby) разработал первую интегральную микросхему. В середине 60-х годов прошлого столетия появилось третье поколение ЭВМ, основу элементной базы которых составляли микросхемы малой и средней степени интеграции.

Другая революция в технологии изготовления ЭВМ произошла в 1971 г., когда американский инженер Маршиан Эдвард Хофф (Marcian Е. Hoff) объединил основные элементы компьютера в один небольшой кремниевый чип (кристалл), который он назвал микропроцессором. Первый микропроцессор получил маркировку Intel 4004.

ЭВМ четвертого поколения строятся на интегральных микросхемах с большой степенью интеграции. На одном кристалле размещается целая мик- роЭВМ. Заметим, что переход от третьего поколения ЭВМ к четвертому не был революционным. Отличия коснулись не столько принципов построения ЭВМ, сколько плотности упаковки элементов в микросхемах.

Развитие ЭВМ идет по цуги непрерывною повышения быстродействия, надежности, расширения функциональных возможностей, уменьшения габаритов и потребляемой мощности, упрощения правил работы на компьютере. Среди ЭВМ четвертого поколения появились персональные компьютеры (ПК или ПЭВМ), которые позволяют индивидуально работать каждому пользователю.

Первой ПЭВМ можно считать компьютер Altair-8800, созданный в 1974 г. Э. Робертсом. Для этого компьютера П. Аллен и Б. Гейтс в 1975 г. создали транслятор с популярного языка Basic. Впоследствии (1976 г.) П. Аллен и Б. Гейтс создали известную компанию Microsoft.

В заслугу Б.Гейтса (и компании Microsoft) можно поставить разработку следующих программных продуктов: операционных систем MS-DOS (1981 г.), ОС семейства MS Windows (от Windows 1.0, 1985 г. до Windows 8.1, 2013 г.), языка программирования Visual Basic (1991 г.), приложений MS

Office (MS Word, MS Excel, MS Access и др.), браузера Internet Explorer (1995

г.) и др. Филиалы фирмы Microsoft производят аппаратные средства: планшетные ЭВМ, мобильные телефоны, клавиатуру, ручные манипуляторы и др.

Бесконечные усовершенствования операционных систем MS Windows, жёсткая борьба с конкурентами, агрессивная рекламная политика, потрясающая работоспособность позволили Б.Гейтсу стать самым богатым человеком на нашей планете.

В 1976 г. Стивен П. Джобс и Стефан Г. Возниак основали в гараже Пало-Альто (Калифорния) предприятие Apple Computer. После шести месяцев работы С.Возниак собрал действующий макет компьютера под названием Apple 1. В настоящее время компания с таким названием хорошо известна многим пользователям ЭВМ.

В дальнейшем С.Джобс стал выдающимся менеджером, под руководством которого разработаны и промышленно реализованы: музыкальный проигрыватель iPod (октябрь 2001 г.), компьютер iMac (2002 г.), мобильный телефон iPhone (январь 2007 г.), вобравший в себя функции многих цифровых устройств, планшет iPad (январь 2010 г.), операционная система iOS. Поражает гениальная интуиция С.Джобса, сумевшего увидеть перспективность ряда технических решений в области информационных технологий.

Сейчас ведётся разработка ЭВМ пятого поколения, характерными особенностями которых будут способность к самообучению и наличие речевого ввода и вывода информации.

Таким образом, вычислительная техника постоянно впитывала в себя самые последние достижения науки, техники и технологии (электронные лампы, транзисторы, микроэлектроника, лазеры, средства связи), благодаря чему ее развитие идет необычайно высокими темпами.

В текущем столетии, когда на смену электронным приборам придут квантовые, оптические или биоэлекгронные приборы, тогда современные нам ЭВМ будут казаться будущим пользователям такими же монстрами, какими нам кажутся вычислительные машины 40-х годов XX века.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы