Загрузка...
Учебная работа. Реферат: История развития вычислительной техники 5
Математика и информатика
Лекция 9
История развития вычислительной техники
План
1. Исходный шаг развития вычислительной техники
2. Начало современной истории электрической вычислительной техники
3. Поколения ЭВМ
4. Индивидуальные компы
5. И не только лишь индивидуальные компы…
6. Что впереди?
1. Исходный шаг развития вычислительной техники
Все началось с идеи обучить машинку считать либо хотя бы ложить многоразрядные целые числа. Еще около 1500 г. величавый деятель эры Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, что явилось первой дошедшей до нас попыткой решить обозначенную задачку. Первую же действующую суммирующую машинку выстроил в 1642 г. Блез Паскаль – именитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машинка сохранилась до наших дней.
Блез Паскаль (1623 – 1662) и его счетная машинка
От восхитительного курьеза, каким восприняли современники машинку Паскаля, до сотворения фактически полезного и обширно применяемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного устройства, способного делать 4 арифметических деяния) – прошло практически 250 лет. Уже сначала XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятель (арифметики, механики, астрономии, инженерных наук, навигации и др.) был настолько высок, что они настоятельнейшим образом добивались выполнения большущего размера вычислений, выходящих за границы способностей человека, не вооруженного соответственной техникой. Над ее созданием и совершенствованием работали как выдающиеся ученые с мировой известностью, так и сотки людей, имена почти всех из которых до нас не дошли, посвятивших свою жизнь конструированию механических вычислительных устройств.
Еще в 70-х годах нашего века на полках магазинов стояли механические арифмометры и их “наиблежайшие родственники”, снабженные электронным приводом – электромеханические клавишные вычислительные машинки. Как это нередко бывает, они достаточно длительно необычным образом соседствовали с техникой совсем другого уровня – автоматическими цифровыми вычислительными машинками (АЦВМ), которые в просторечии почаще именуют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совершенно совпадают). История АЦВМ всходит еще к первой половине прошедшего века и связана с именованием восхитительного британского математика и инженера Чарльза Бэббиджа. Им в 1822 г. была спроектирована и практически 30 лет строилась и совершенствовалась машинка, нареченная сначала “разностной”, а потом, опосля бессчетных усовершенствований проекта, “аналитической”. В “аналитическую” машинку были заложены принципы, ставшие базовыми для вычислительной техники.
1. Автоматическое выполнение операций.
Для выполнения расчетов огромного размера значительно не только лишь то, как-стремительно производится отдельная арифметическая операция, да и то, чтоб меж операциями не было “зазоров”, требующих конкретного людского вмешательства. к примеру, большая часть современных калькуляторов не удовлетворяют этому требованию, хотя каждое доступное им действие делают весьма стремительно. Нужно, чтоб операции следовали одна за иной безостановочно.
2. Работа по вводимой “на ходу” программке.
Для автоматического выполнения операций программка обязана вводиться в исполнительное устройство со скоростью, соизмеримой со скоростью выполнения операций. Бэббидж предложил употреблять для подготовительной записи программ и ввода их в машинку перфокарты, которые к тому времени применялись для управления ткацкими станками.
3. Необходимость специального устройства – памяти – для хранения данных (Бэббидж именовал его “складом”).
Чарльз Бэббидж (1792 – 1871) и его “аналитическая машинка”
Эти революционные идеи наткнулись на невозможность их реализации на базе механической техники, ведь до возникновения первого электромотора оставалось практически полста лет, а первой электрической радиолампы – практически век! Они так обогнали свое время, что были в значимой мере позабыты и переоткрыты в последующем столетии.
В первый раз автоматом действующие вычислительные устройства возникли посреди XX века. Это сделалось вероятным благодаря использованию вместе с механическими конструкциями электромеханических реле. работы над релейными машинками начались в 30-е годы и длилось с переменным фуррором до того времени, пока в 1944 г. под управлением Говарда Айкена – южноамериканского математика и физика – на фирме IBM (International Business Machines) не была запущена машинка “Марк-1”, в первый раз реализовавшая идеи Бэббиджа (хотя создатели, по-видимому, не были с ними знакомы). Для представления чисел в ней были применены механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические. одна из самых массивных релейных машин РВМ-1 была сначала 50-х годов построена в СССР
Но, возникновение релейных машин безвыходно опоздало и они были весьма стремительно вытеснены электрическими, еще наиболее производительными и надежными.
2. Начало современной истории электрической вычислительной техники
Подлинная революция в вычислительной технике произошла в связи с применением электрических устройств. Работа над ними началась в конце 30-х годов сразу в США , Германии, Англии и СССР
Первой работающей ЭВМ стал ENIAC (США
Фактически сразу велись работы над созданием ЭВМ в Англии. С ними соединено до этого всего имя Аллана Тьюринга – математика, внесшего также большенный вклад в теорию алгоритмов и теорию кодировки. В 1944 г. в Англии была запущена машинка “Великан”.
Эти и ряд остальных первых ЭВМ не имели важного исходя из убеждений конструкторов следующих компов свойства – программка не хранилась в памяти машинки, а набиралась довольно сложным образом при помощи наружных коммутирующих устройств.
большой вклад в теорию и практику сотворения электрической вычислительной техники на исходном шаге ее развития занес один из больших американских математиков Джон фон Нейман. В историю науки навечно вошли “принципы фон Неймана”. совокупа этих принципов породила традиционную (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ . один из важных принципов – принцип хранимой программки – просит, чтоб программка закладывалась в память машинки так же, как в нее закладывается начальная информация. 1-ая ЭВМ с хранимой программкой (EDSAC) была построена в Англии в 1949 г.
Джон фон Нейман (1903-1957)
Рис.
4.
Сергей Александрович Лебедев (1902-1974)
В нашей стране прямо до 70-х годов создание ЭВМ велось практически стопроцентно без помощи других и независимо от наружного мира (ну и сам этот “мир” был практически стопроцентно зависим от США (а самые современные и массивные компы ведущие производители – США – МЭСМ (“малая электронно-счетная машинка”) -была сотворена в 1951 г. под управлением Сергея Александровича Лебедева, наикрупнейшго русского конструктора вычислительной техники, потом академика, лауреата муниципальных премий, управляющего созданием почти всех российских ЭВМ . Рекордной посреди их и одной из наилучших в мире для своею времени была БЭСМ-6 (“большая электронно-счетная машинка, 6-я модель”), сделанная посреди 60-х годов и длительное время бывшая базисной машинкой в обороне, галлактических исследовательских работах, научно-технических исследовательских работах в СССР остальных серий – “Минск”, “Урал”, М-20, “Мир” и остальные, сделанные под управлением И.С.Брука и М.А.Карцева, Б.И.Рамеева, В.М.Глушкова, Ю.А.Базилевского и остальных российских конструкторов и теоретиков информатики.
С началом серийного выпуска ЭВМ начали условно разделять по поколениям; соответственная систематизация изложена ниже.
1-ая в мире ЭВМ ENIAC
3. Поколения ЭВМ
В истории вычислительной техники существует типичная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее базу сначало был положен физико-технологический принцип: машинку относят к тому либо иному поколению зависимо от применяемых в ней физических частей либо технологии их производства. Границы поколений во времени размыты, потому что в одно и то же время выпускались машинки совсем различного уровня. Когда приводят даты, относящиеся к поколениям, то быстрее всего имеют в виду период промышленного производства; проектирование велось значительно ранее, а повстречать в эксплуатации очень экзотичные устройства можно и сейчас.
В истинное время физико-технологический принцип не является единственным при определении принадлежности той либо другой ЭВМ к поколению. Следует считаться и с уровнем программного обеспечения, с быстродействием, иными факторами, главные из которых сведены в прилагаемую табл. 1.
Следует осознавать, что разделение ЭВМ по поколениям очень относительно. 1-ые ЭВМ , выпускавшиеся до начала 50-х годов, были “штучными” изделиями, на которых отрабатывались главные принципы; нет особенных оснований относить их к какому-либо поколению. Нет единодушия и при определении признаков 5-ого поколения. Посреди 80-х годов числилось, что главный признак этого (грядущего) поколения – полновесная реализация принципов искусственного ума. Эта задачка оказалась существенно труднее, чем виделось в то время, и ряд профессионалов понижают планку требований к этому шагу (и даже говорят, что он уже состоялся). В истории науки есть аналоги этого явления: так, опосля удачного пуска первых атомных электростанций посреди 50-х годов ученые объявили, что пуск неоднократно наиболее массивных, дающих дешевенькую энергию, экологически неопасных термоядерных станций, вот-вот произойдет; но, они недооценили огромные трудности на этом пути, потому что термоядерных электростанций нет и по сей денек.
В то же время посреди машин 4-ого поколения разница очень велика, и потому в табл. 1 соответственная колонка разбита на две: А и Б. Обозначенные в верхней строке даты соответствуют первым годам выпуска ЭВМ . тут ограничимся коротким комментарием.
Таблица 1. Поколения ЭВМ
Показатель
Поколения ЭВМ
1-ое
1951-1954
2-ое
1958-I960
Третье
1965-1966
4-ое
5-ое?
А
1976-1979
Б
1985-?
Элементная база микропроцессора
Электрические лампы
Транзисторы
Интегральные схемы (ИС)
Огромные ИС (БИС)
Сверхбольшие ИС
(СБИС)
+Оптоэлек-троника
+Криоэлек-троника
Элементная база ОЗУ
Электронно-лучевые трубки
Ферритовые сердечники
Ферритовые сердечники
БИС
СБИС
СБИС
Наибольшая емкость ОЗУ, б
102
101
104
105
107
108
(?)
Наибольшее быстродействие микропроцессора (оп/с)
104
106
107
108
109
+Многопро-цессорность
1012
,
+Многопро-цессорность
Языки программирования
Машинный код
+ Ассемблер
+ Процедурные языки высочайшего уровня (ЯВУ)
+ Новейшие процедурные ЯВУ
+Непроцедурные ЯВУ
+ Новейшие непрцедур-ные ЯВУ
средства связи юзера с ЭВМ
Пульт управления и перфокарты
Перфокарты и перфоленты
Алфавитно- цифровой терминал
Монохромный графический экран, клавиатура
Цветной + графический экран, клавиатура, “мышь” и др.
Устройства голосовой связи с ЭВМ
Чем младше поколение, тем отчетливее классификационные признаки. ЭВМ первого, второго и третьего поколений сейчас, в конце 90-х годов – в наилучшем случае музейные экспонаты. Машинка первого поколения – 10-ки стоек, любая размером с большенный книжный шкаф, заполненных электрическими лампами, лентопротяжными устройствами, массивные печатающие агрегаты, и все это на площади сотки квадратных метров, со особыми системами остывания, источниками питания, повсевременно гудящее и вибрирующее (практически как в цехе машиностроительного завода). Сервис – ежечасное. Нередко выходящие из строя узлы, перегорающие лампы, и вкупе с тем неслыханные, чудесные способности для тех, кто, к примеру, занят математическим моделированием. Быстродействие до 1000 операций/с и память на 1000 чисел делало легкодоступным решение задач, к которым ранее недозволено было и подступиться.
Приход полупроводниковой техники (1-ый транзистор был сотворен в 1948 г., а 1-ая ЭВМ с их внедрением – в 1956 г.) резко изменил вид машинного зала -более обычный температурный режим, наименьший рокот (только от наружных устройств) и, самое основное, возросшие способности для юзера. Вообщем, конкретного юзера к машинкам первых 3-х поколений практически никогда не подпускали – около их колдовали инженеры, системные программеры и операторы, а юзер почаще всего передавал в узенькое окошечко либо клал на стеллаж в примыкающем помещении рулон перфоленты либо колоду перфокарт, на которых была его программка и входные данные задачки. Доминировал для машин первого и второго поколении монопольный режим использования машинкой и/либо режим пакетной обработки; в 3-ем поколении добавился наиболее прибыльный экономически и наиболее удачный для юзеров удаленный доступ – работа через выносные терминалы в режиме разделения времени.
Уже начиная со второго поколения, машинки стали делиться на огромные, средние и малые по признакам размеров, цены, вычислительных способностей. Так, маленькие российские машинки второго поколения (“Наири”, “Раздан”, “Мир” и др.) с производительностью порядка 104
оп/с были в конце 60-х годов полностью доступны любому университету, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела проф характеристики (и стоимость) на 2 – 3 порядка выше.
Сначала 70-х годов, с возникновением интегральных технологий в электронике, были сделаны микроэлектронные устройства, содержащие несколько 10-ов транзисторов и резисторов на одной маленькой (площадью порядка 1 см2
) кремниевой подложке. Без пайки и остальных обычных тогда в радиотехнике действий на их “выращивались” электрические схемы, выполняющие функции главных логических узлов ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и т.д.). Это позволило перейти к третьему поколению ЭВМ . техно база которого – интегральные схемы.
При продвижении от первого к третьему поколению конструктивно поменялись способности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуток наиболее обычное на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большая часть современных программистов знакомятся при обучении в вузе, а позже запамятывают. Возникновение процедурных языков высочайшего уровня и трансляторов с их было первым шагом на пути конструктивного расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программки для решения собственных задач.
Уже в 3-ем поколении возникли большие унифицированные серии ЭВМ . Для огромных и средних машин в США (большие и средние машинки), СМ (система малых) ЭВМ и “Электроника” (серия микро-ЭВМ ). В их базу были положены южноамериканские макеты компаний IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были сделаны и выпущены 10-ки моделей ЭВМ , различающиеся предназначением и производительностью. Их выпуск был фактически прекращен сначала 90-х годов, но почти все из их еще употребляются в самых различных сферах деятель, включая образование (к примеру, компы ДВК, БК, также УКНЦ – аналоги мини-ЭВМ типа PDP-11 конторы DEC).
ЭВМ третьего поколения
4. Индивидуальные компы
Подлинную революцию в вычислительной технике произвело создание процессора. В 1971 г. компанией “Intel” (США . Последствия этого оказались громадны не только лишь для вычислительной техники, да и для научно-технического прогресса в целом. В области разработки ЭВМ первым таковым последствием оказалось создание индивидуальных компов (ПК ) -небольших и относительно дешевых ЭВМ , способных аккумулировать и усиливать ум собственного индивидуального владельца (вообщем, заметим, что как и всякое техническое средство, ПК способен и на оборотный эффект – зря отымать время и подавлять ум).
Маленькие компы, созданные для 1-го юзера, который в любой момент решает не наиболее одной задачки, использовались в проф деятель уже сначала 70-х годов. Восьмиразрядные процессоры i8080 и Z80 в сочетании с операционной системой СР/М дозволили сделать ряд таковых компов, но тем не наименее началом эпохи их массового возникновения стал 1976 г., когда возник именитый “Apple” (“Яблоко”), сделанный юными южноамериканскими инженерами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. За несколько лет было продано около 2 млн. экземпляров только этих ПК (в особенности “Apple-2”), т.е. в первый раз в мировой практике комп стал устройством массового производства. Скоро Лидерство в данной области захватила компания IBM – компьютерный гигант, представивший в 1981 г. собственный индивидуальный комп IBM PC (PC – persona computer). Его модели PC XT (1983 г.). PC AT (1984 г.), ПК с процессором Pentium (начало 90-х годов; содержит наиболее 3 миллионов транзисторов!) стали, любой в свое время, ведущими на мировом рынке ПК . В истинное время создание ПК ведут 10-ки компаний (а комплектующие выпускают сотки компаний) по всему миру.
1-ый индивидуальный комп “Apple”
Наиблежайшим соперником компов IBM PC являются индивидуальные компы конторы “Apple Computer”. Пришедшие на замену “Apple-2” машинки “Macintosh” обширно употребляются в системах образования почти всех государств.
В предстоящем, по мере знакомства с архитектурой ЭВМ , рассказ о ПК будет продолжен. на данный момент же уточним свойства, которые в совокупы разрешают отнести комп к данной группе:
• относительно низкая стоимость (доступная для приобретения в личное использование значимой частью населения):
• наличие “дружеских” операционной и интерфейсной систем, которые очень упрощают юзеру работу с компом;
• наличие довольно развитого и относительно дешевого набора наружных устройств в “настольном” выполнении;
• наличие аппаратных и программных ресурсов общего предназначения, позволяющих решать настоящие задачки по почти всем видам профессчональной деятель.
За четверть века, прошедшие с момента сотворения ПК , уже сменилось несколько их поколении: 8-битные, 16-битные, 32-битные. Неоднократно усовершенствовались наружные устройства, все операциональное свита, включая сети, системы связи, системы программирования, программное обеспечение и т.д. Индивидуальный комп занял нишу “индивидуального усилителя ума” огромного количества людей, стал в ряде всевозможных случаев ядром автоматического рабочего места (в цехе, в банке, в билетной кассе, в школьном классе- все перечислить нереально).
5. И не только лишь индивидуальные компы…
Массовость использования ПК , большие маркетинговые усилия производителей и коммерсантов не должны заслонить тот факт, что не считая ПК есть и остальные, неоднократно наиболее массивные, вычислительные системы Постоянно есть круг задач, для которых недостаточно имеющихся вычислительных мощностей и которые настолько важны, что для их решения не жаль никаких средств. Это, к примеру, быть может соединено с обороноспособностью страны, решением сложнейших научно-технических задач, созданием и поддержкой циклопических банков данных. В истинное время только немногие страны способны создавать, так именуемые, супер-ЭВМ – компы, на фоне которых “персоналки” кажутся игрушками. Вообщем, сейчас ПК нередко становится терминалом – конечным звеном в циклопических телекоммуникационных системах, в каких решением непосильных для ПК задач обработки инфы занимаются наиболее массивные ЭВМ .
Схема систематизации компов, исходящая из их производительности, размеров и многофункционального предназначения, приведена на рис. 9. Необходимо подчеркнуть, что вопросец о отнесении определенного компа к одной из категорий данной схемы может иметь разноплановый ответ, привязанный к определенной исторической обстановке либо доминирующему поколению ЭВМ .
Рис.
9.
систематизация ЭВМ
Пространство супер-ЭВМ в данной иерархии уже дискуссировалось. Найти супер-ЭВМ можно только относительно: это самая мощная вычислительная система, существующая в соответственный исторический период. В истинное время более известны массивные супер-ЭВМ “Cray” и “IBM SP2” (США требуют особенного температурного режима, часто водяного остывания (либо даже остывания водянистым азотом). Их Создание по масштабам несопоставимо с созданием компов остальных классов (так, в 1995 г. компанией “Cray” было выпущено всего около 70 таковых компов).
Огромные ЭВМ наиболее доступны, чем “супер”. Они также требуют специального помещения, время от времени очень большого, поддержания твердого температурного режима, высококвалифицированного обслуживания. Такую ЭВМ в 80-е годы мог для себя дозволить завод, даже большой университет. Традиционным примером служат выпускавшиеся еще не так давно в США машинки серии IBM 370 и их российские аналоги ЕС ЭВМ . Огромные ЭВМ употребляются для производства сложных научно-технических расчетов, математического моделирования, также в качестве центральных машин в больших автоматических системах управления. Вообщем, скорость прогресса в развитии вычислительной техники такая, что способности огромных ЭВМ конца 80-х годов фактически по всем характеристикам перекрыты более массивными “супер-мини” середины 90-х. Невзирая на это, выпуск огромных машин длится, хотя стоимость одной машинки может составлять несколько 10-ов миллионов баксов.
Мини-ЭВМ возникли сначала 70-х годов. Их обычное внедрение -либо для управления технологическими действиями, или в режиме разделения времени в качестве управляющей машинки маленькой локальной сети. Мини-ЭВМ употребляются, а именно, для управления станками с ЧПУ, иным оборудованием. Посреди их выделяются “супер-мини”, имеющие свойства, сравнимые с чертами огромных машин (к примеру, в 80-х годах такими числилось семейство VAX-11 конторы DEC и его российские аналоги – СМ 1700 и др.).
Микро-ЭВМ должны своим возникновением процессорам. Посреди их выделяют многопользовательские, оборудованные почти всеми выносными терминалами и работающие в режиме разделения времени; интегрированные, которые могут управлять станком, какой-нибудь подсистемой кара либо другого устройства (в том числе и военного предназначения), будучи его малой частью. Эти интегрированные устройства (их нередко именуют контроллерами) производятся в виде маленьких плат, не имеющих обычных для юзера компа наружных устройств.
термин “рабочая станция” употребляется в нескольких, иногда несовпадающих, смыслах. Так, рабочей станцией быть может мощная микро-ЭВМ , направленная на спец работы высочайшего проф уровня, которую недозволено отнести к индивидуальным компам хотя бы в силу весьма высочайшей цены. к примеру, это графические рабочие станции для выполнения работ по автоматическому проектированию либо для высокоуровневой издательской деятель. Рабочей станцией могут именовать и комп, выполняющий роль хост-машины в подузле глобальной вычислительной сети. компы компаний “Sun Microsystems”, “Hewlett-Packard”, стоимостью в 10-ки раз большей, чем индивидуальные компы, являются одно- либо многопроцессорными машинками с большим (по меркам ПК ) ОЗУ, мультипроцессорной версией операционной системы, несколькими CD ROM- накопителями и т.д.
Недозволено, в конце концов, не сказать несколько слов о устройствах, приносящих огромную пользу и также являющихся ЭВМ (так как они почаще всего и электрические, и вычислительные),-аналоговых вычислительных машинках (АВМ). Они уже полста лет хотя и находятся на обочине развития современной вычислительной техники, но постоянно выживают. Известны системы, в каких АВМ сопрягаются с цифровыми, существенно увеличивая эффективность решения задач в целом. Основное в АВМ – они не цифровые, обрабатывают информацию, представленную не в дискретной, а в непрерывной форме (почаще всего в форме электронных токов). Их основное достоинство – способность к математическому моделированию действий, описываемых дифференциальными уравнениями (иногда весьма сложных) в настоящем масштабе времени. Недочет – относительно низкая точность получаемых решений и неуниверсальность.
6. Что впереди?
В 90-х годах микроэлектроника подошла к лимиту, разрешенному физическими законами. Фантастически высока плотность упаковки компонент в печатных платах и практически максимально велика вероятная скорость их работы.
В совершенствовании будущих ЭВМ видны два пути. Физически это переход к использованию других физических принципов построения узлов ЭВМ – на базе оптоэлектроники, использующей оптические характеристики материалов, на базе которых создаются машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор и оперативка, и криогенной электроники, использующей сверхпроводящие материалы при весьма низких температурах. На уровне совершенствования умственных возможностей машин, никак не постоянно определяемых физическими принципами их конструкций, повсевременно появляются новейшие результаты, опирающиеся на принципно новейшие подходы к программированию. Уже сейчас ЭВМ выигрывает шахматные партии у чемпиона мира. а ведь совершенно не так давно это чудилось совсем неосуществимым. Создание новейших информационных технологий, систем искусственного ума, баз познаний, экспертных систем продлятся в XXI веке.
В конце концов, уже сейчас гигантскую роль играют сети ЭВМ , дозволяющие поделить решение задачки меж несколькими компами. В недалеком будущем и сетевые технологии обработки инфы станут, по-видимому, доминировать, значительно потеснив индивидуальные компы (поточнее говоря, интегрировав их в себя).
Создатели: HTTP://sdo.uspi.ru/mathem&inform/lek9/lek_9.htm
]]>