Эволюция вычислительной техники. Вычислительная техника история развития вычислительной техники

28.11.2018

Полнотекстовый поиск:

Главная > Реферат >Экономика

Абак явился первым развитым счетным прибором в истории человечества, основным отличием которого от предыдущих способов вычислений было выполнение вычислений по разрядам. Таким образом, использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной системы счисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др. Даже развитие самой математики на определенных этапах ее становления было связано с абаком, когда истинность некоторых вычислительных алгоритмов подтверждалась возможность их реализации на абаке. Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной классической формы, используемого вплоть до эпохи расцвета клавишных настольных ЭВМ. Да еще и сегодня кое-где его можно встретить, помогающим в расчетных операциях. И только появление карманных электронных калькуляторов в 70-е годы нашего столетия создало реальную угрозу для дальнейшего использования русских, китайских и японских счетов - трех основных классических форм абака, сохранившихся до наших дней. При этом, последняя известная попытка усовершенствования русских счетов путем объединения их с таблицей умножения относится к 1921 г.

Хорошо приспособленный к выполнению операций сложения и вычитания, абак оказался недостаточно эффективным прибором для выполнения операций умножения и деления. Поэтому открытие логарифмов и логарифмических таблиц Дж. Непером в начале 17 в., позволивших заменять умножение и деление соответственно сложением и вычитанием, явилось следующим крупным шагом в развитии вычислительных систем ручного этапа. Впоследствии появляется целый ряд модицикаций логарифмических таблиц. Однако, в практической работе использование логарифмических таблиц имеет ряд неудобств, поэтому Дж. Непер в качестве альтернативного метода предложил специальные счетные палочки (названные впоследствии палочками Непера), позволявшие производить операции умножения и деления непосредственно над исходными числами. В основу данного метода Непер положил способ умножения решеткой.

Наряду с палочками Непер предложил счетную доску для выполнения операций умножения, деления, возведения в квадрат и извлечения квадратного корня в двоичной с.с., предвосхитив тем самым преимущества такой системы счисления для автоматизации вычислений.

Введенные Дж. Непером логарифмы оказали революционизирующее влияние на все последующее развитие счета,чему в значительной степени способствовало появление целого ряда логарифмических таблиц, вычисленных как самим Непером,так и рядом других известных в то время вычислителей (Х. Бриггс, И. Кепплер, Э. Вингэйт, А. Влах). Сама идея логарифмов в алгебраической интерпретации базируется на сопоставлении двух типов последовательностей: арифметической и геометрической .

Механический этап развития вычислительной техники

Первая механическая машина была описана в 1623 г. В. Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами.

Машина Шиккарда состояла из трех независимых устройств: суммирующего,множительного и записи чисел. Сложение производилось последовательным вводом слагаемых посредством наборных дисков, а вычитание - последовательным вводом уменьшаемого и вычитаемого. Вводимые числа и результат сложения/вычитания отображались в окошках считывания. Для выполнения операции умножения использовалась идея умножения решеткой. Третья часть машины использовалась для записи числа длиною не более 6 разрядов. Использованная принципиальная схема машины Шиккарда явилась классической - она (или ее модификации) использовалась в большинстве последующих механических счетных машин вплоть до замены механических деталей электромагнитными. Однако, из-за недостаточной известности машина Шиккарда и принципы ее работы не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие ВТ , но она по праву открывает эру механической вычислительной техники.

В 17-18 веках предлагался целый ряд различного типа и конструкции суммирующих устройств и арифмометров, пока в 19 в. растущий объем вычислительных работ не определил устойчивого спроса на механические счетные устройства и не способствовал их серийному производству на коммерческой основе.

Первый арифмометр, позволяющий производить все четыре арифметических операции, был создан Г. Лейбницем в результате многолетнего труда. Венцом этой работы стал арифмометр Лейбница, позволяющий использовать 8-разрядное множимое и 9-разрядный множитель с получением 16-разрядного произведения. По сравнению с машиной Паскаля было создано принципиально новое вычислительное устройство,существенно ускоряющее выполнение операций умножения и деления. Однако арифмометр Лейбница не получил распространения по двум основным причинам: отсутствие на него устойчивого спроса и конструкционной неточности, сказывающейся при перемножении предельных для него чисел.

В 17-18 в.в. был предложен целый ряд вычислительных инструментов по образцу Паскаля и Лейбница (с той или иной степенью модерни-зации), на основе палочек Непера либо оригинальные разработки. Предложенные конструкции являлись отдельными множительными устройствами или комбинациями суммирующей и множительной частей.

Начало 19 в. характеризуется развитием вычислительных средств в трех основных направлениях: суммирующие, множительные устройства, а также (3) арифмометры; при этом, преобладающим становится раз-витие арифмометров.

В 1881 г. Л. Томас организовывает в Париже серийное производ-ство арифмометров. Конструкция его арифмометра основана на использовании ступенчатого валика Лейбница и явилась дальнейшим развитием арифмометра Лейбница, отличаясь рядом полезных конструкторских решений: удобной формой ввода числа, нали-ием противоинерционного устройства, механизма гашения числа и др. Такой арифмометр получил название томас-машины и его серийность была невелика - за весь 19 в. было выпущено около 2000 томас-машин. Однако важным достоинством томас-машин была их долговечность - арифмометр использовался даже при расчетах, связанных с подготовкой плана ГОЭЛРО в 1920 г.

Важной вехой в развитии арифмометров следует считать создание в 1888 г. машины Болле, которая операцию умножения выполняла втрое быстрее существующих на то время арифмометров (именно поэтому машину называли множительной).

Увеличение во второй половине 19 в. вычислительных работ в целом ряде областей человеческой деятельности выдвинуло настоятельную потребность в ВТ и повышенные требования к ней. Существующие на тот момент различного типа вычислительные устройства решить эту задачу не могли. И только создание в 1874 г. В. Орднером (Рос-сия) своей модели арифмометра, в основе которой лежало специальной конструкции зубчатое колесо Орднера, можно считать началом математического машиностроения. На всем протяжении своего существования арифмометр Орднера совершенствовался и выпускался в нескольких вариантах, получив целый ряд высоких наград. Рост производства арифмометров Орднера продолжался как в СССР, так и за рубежом; с 1931 г. он полу-чает название Феликс, под которым хорошо известен и ныне существующим поколениям отечественных вычислителей.

Первоначально появление ЭВМ не очень существенно повлияло на выпуск и применение арифмометров прежде всего из-за их различных назначения, распространенности и стоимости. Однако, уже с 60-х годов в массовое использование все активнее проникают ЭКВМ (электронные клавишные вычислительные машины).

Особое место среди разработок механического этапа развития ВТ занимают работы Ч.Бэбиджа, с полным основанием считающегося родоначальником и идеологом современной ВТ . Среди работ Бэбиджа явно просматриваются два основных направления: разностная и аналитическая вычислительные машины.

Проект разностной машины был разработан в 20-х годах 19 в. и предназначался для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. Основным стимулом в данной работе была настоятельная необходимость в табулировании функций и проверке существующих математических таблиц, изобилующих ошибками. Однако, данный проект не был завершен, но последователями Бэббиджа были созданы работающие разностные машины, которые нашли широкое применение в науке и технике.

Второй проект Бэбиджа - аналитическая машина, использующая принцип программного управления и явившуюся предшественницей современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30-е годы 19 в., а в 1843 г. Алой Лавлейс для машины Бэбиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли. Оба эти достижения можно считать выдающимися, как опередившими свою эпоху более, чем на столетие. Проект аналитической машины не был реализован, но получил весьма широкую известность и заслужил высокую оценку целого ряда ученых, в первую очередь, математиков. Ч. Бэбидж разработал множество чертежей самой машины, изготовил ряд ее блоков; его сын Генри пытался реализовать проект, но полностью он остался лишь на уровне эскизного проекта. Идея аналитической машины возникла у Бэбиджа в процессе работы над разностной маши-ной. Аналитическая машина предназначалась для вычисления любого алгоритма (в нашей терминологии) и была задумана чисто механической.

В начале 1836 г. Бэбидж уже четко представлял себе основную конструкцию машины, а в 1837 г. в статье "О математической производительности счетной машины" он достаточно подробно описывает свой проект.

Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей:

блок хранения исходных, промежуточных данных и результатов вычислений. Он состоял из набора зубчатых колес, идентифицирующих цифры подобно арифмометру;

блок обработки чисел из склада, названный мельницей (в современной терминологии - это арифметическое устройство). Организация блока была аналогична первому блоку;

блок управления последовательностью вычислений (в современной терминологии - это устройство управления УУ);

блок ввода исходных данных и печати результатов (в современной терминологии - это устройство ввода/вывода).

Ч. Бэбидж в своей машине использовал механизм, аналогичный механизму ткацкого станка Жаккарда, использующему специальные управляющие перфокарты. По идее Бэбиджа управление должно осуществляться парой жакардовских механизмов с набором перфо-карт в каждом.

Бэбидж имел удивительно современные представления о вычислительных машинах, однако имевшиеся в его распоряжении технические средства намного отставали от его представлений.

Основная заслуга А. Лавлейс состоит не только в создании первой программы для машины Бэбиджа, но и в полном и доступном описании машины, а также анализе ее возможностей для решения различных вычислительных задач. Наряду с этим, Лавлейс проводила широкую популяризацию идей Ч. Бэбиджа, сама проектировала некоторые узлы машины и исследовала вопросы применения двоичной с.с.,а также высказывает ряд идей, получивших широкое применение только в наше время.

Электромеханический этап развития вычислительной техники

Электро-механический этап развития ВТ явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита (1887 г.) до первой ЭВМ ENIAC (1945 г.). Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика,статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислите-льные устройства.

Классическим типом средств электро-механического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях.

Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Г. Холлеритом в 1887 г. и состоял из: ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Используя идеи Жаккарда и Бэбиджа (или переоткрыв их заново),Г. Холлерит в качестве ин-формационного носителя использовал перфокарты (хотя им рассматривался и перфо-ленточный вариант); все остальные компоненты комплекса носили оригинальный харак-тер. Основным назначением комплекса являлась статистическая обработка перфокарт. В первых моделях комплекса использовалась ручная сортировка перфокарт (в 1890 г. замененная электрической), а табулятор был создан на основе простейших электроме-ханических реле. Первое испытание комплекса было произведено в 1887 г. в Балтиморе (США) при составлении таблиц смертности населения, основные же испытания уже модифицированного комплекса производились в 1889 г. на примере обработки итогов переписи населения в четырех районах Сент-Луиса (США). Основные испытания прошли весьма успешно и табулятор Холлерита очень быстро получил международное признание, используясь для переписей населения в России (1897 г.), США и Австро-Венгрии (1890), и Канаде (1891 г.).

В 1897 г. Холлерит организовал фирму, которая в дальнейшем стала называться IBM.

Значение работ Г. Холлерита для развития ВТ определяется двумя основными факторами. Во-первых, он стал основоположником нового направления в ВТ - счетно-перфорационного (счетно-аналитического), состоящего в применении табуляторов и сопутствующего им оборудования для выполнения широкого круга экономических и научно-технических расчетов. На основе данной ВТ создаются машинно-счетные станции для механизированной обработки информации, послужившие прообразом современных вычислительных центров (ВЦ ). В 20-30-е годы 20 в. применение счетно-перфорационной техники становится ведущим фактором развития ВТ; только появление ЭВМ ограничило ее применение.

Во-вторых, даже после прекращения использования табуляторов основным носителем информации (ввод/вывод) для ЭВМ остается перфокарта, а в качестве периферийных используются перфокарточные устройства, предложенные Холлеритом. Даже в наше время использование большо-го числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использования перфокарточной технологии.

Развивая работы Г. Холлерита, в ряде стран разрабатывается и производится ряд моделей счетно-аналитических комплексов,из которых наиболее популярными и массовыми были комплексы фирмы IBM, фирмы Ремингтон и фирмы Бюль.

Используемая на первых порах для статистической обработки, перфорационная техника в последующем начинает широко использоваться для механизации бухучета и экономических задач,а также в ряде случаев и для расчетов научно-технического характера; в первую очередь для астрономических расчетов. В СССР первое применение перфорационной техники для астрономических расчетов относится к началу 30-х годов, а с 1938 - для математических исследований в АН СССР создается самостоятельная машино-счетная станция.

Заключительный период (40-е годы 20 в.) электро-механического этапа развития ВТ характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом. Наиболее крупные проекты данного периода были выполнены в Германии (К. Цузе) и США (Д. Атанасов, Г. Айкен и Д. Стиблиц). Данные проекты мож-о рассматривать в качестве прямых предшественников универсальных ЭВМ.

Конрад Цузе (K. Zuse) явился пионером создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве (ЗУ). Однако его первая модель Z-1 (положившая начало серии Z-машин) идейно уступала конструкции Бэбиджа - в ней не предусматривалась условная передача управления.

Следующая модель Z-2 не была за-вершена из-за призыва Цузе в армию, из которой он был демобилизован в связи с заинтересованностью его работами военного ведомства Германии. При финансовой поддержке военного ведомства Цузе в 1939-1941 г.г. создает модель Z-3, явившуюся первой программно-управляемой универсальной вычислительной машиной.

После завершения в 1941 г. машины Z-3 К. Цузе до конца войны интенсивно занимался вопросами ВТ .

Пос войны направление работ К. Цузе было ы основном связано с теоретическими исследованиями по вопросам программирования и архитектуры ВТ. Здесь им был высказан целый ряд весьма прогрессивных для своего времени идей, включая кле-точные вычислительные структуры, структуру команд ЭВМ, параллельное программирование и др.

В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию ЭВМ, предназначенной для решения ряда задач математической физики. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы узлов ЭВМ, а совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC, которая оказала влияние на Д. Моучли из Муровской технической школы и ряд его идей существенно ускорил создание первой ЭВМ ENIAC в 1945 г.

В отличие от машины Z-3, судьба была намного более благосклонной к автоматической управляемой вычислительной машине Г. Айкена MARK-1, созданной в США в 1944 г. И до знакомства с работами Цузе научная общественность считала ее первой электромеханической машиной для решения сложных математических задач.

Последним крупным проектом релейной ВТ следует считать построенную в 1957 г. в СССР релейную вычислительную машину РВМ-1 и эксплуатировавшуюся до ко-нца 1964 г. в основном для решения экономических задач.

Электронный этап развития вычислительной техники

В силу физико-технической природы релейная ВТ не позволяла существенно повысить скорость вычислений;для этого потребовался переход на электронные безинерционные элементы высокого быстродействия.

К началу 40-х г.г. 20 в. электроника уже располагала необходимым набором таких элементов. С изобретением М. Бонч-Бруеви-чем в 1913 г. триггера (электронное реле-двухламповый симметричный усилитель с положительной обратной связью в качестве базовой компоненты использует электронную вакуумную лампу триод, изобретенную в 1906 г.) появилась реальная возможность создания быстродействующей электронной ВТ .

Электронные вычислительные машины (ЭВМ) ознаменовали собой новое направление в ВТ, интенсивно развиваемое и в настоящее время в различных направлениях.

Первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), созданную в США в конце 1945 г. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики,машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи. Главным консультантом проекта являлся Д. Моучли, а главным конструктором - Д. Эккерт. Позднее их авторство электронной технологии для проектирования ЭВМ было оспорено - в 1973 г. федеральный Суд США постановил, что Моучли и Эккерт не создали ЭВМ, а заимствовали ее идею у Дж. Атанасова, хотя последний и не построил действующей модели своего компьютера.

Проект создания ENIAC , начатый в апреле 1943 г., был полностью завершен в декабре 1945 г. В качестве официальной апробации ЭВМ была выбрана задача оценки принципиальной возможности создания водородной бомбы. Машина успешно выдержала испытания,обработав около 1 млн. перфокарт фирмы IBM с исходными данными.

Еще до начала эксплуатации ENIAC Моучли и Эккерт по заказу военного ведомс-тва США приступили к проекту над новым компьютером EDVAC (Electronic Discrete Automatic Variable Computer), который был совершеннее первого. В этой машине была предусмотрена большая память (на 1024 44-битных слов; к моменту завершения была добавлена вспомогательная память на 4000 слов для данных), предназначенная как для данных, так и для программы. Такой подход (хранимые в памяти программы) устранял основной недостаток ENIAC - необходимость перекоммутации многих узлов машины, что при сложных программах требовало до двух дней. Данное обстоятельство не позволяло считать ENIAC полностью автоматической ЭВМ.

В EDVAC программа электронным методом записывалась в специальную память на ртутных трубках (линиях задержки), а вычисления производились уже в двоичной с.с., что позволило существенно уменьшить количество ламп и других элементов электронных цепей машины.

Полностью заверше-нная в 1952 г., ЭВМ содержала более 3500 ламп 19-ти различных типов и около 27000 других электронных элементов.

В конце 1944 г. к проекту в качестве научного консультанта был подключен 41-летний Джон фон Нейман,к тому времени уже имевший большой авторитет в научном мире как математик, внесший значительный вклад в квантовую механику и создавший математическую теорию игр. Интерес фон Неймана к компьютерам частично связан с его непосредственным участием в Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы, где он математически обосновал осуществимость взрывного способа детонации атомного заряда критической массы, а также работами по созданию водородной бомбы, требующими весьма сложных расчетов. Творчески переработав и обобщив материалы по разработке проекта, фон Нейман в июне 1945 г. готовит итоговый 101-страничный научный отчет, который содержал превосходное описание как самой машины, так и ее логических возможностей. Более того, фон Нейман в докладе на основе анализа проектных решений,а также идей А. Тьюринга по формальному универсальному вычислителю (впоследствии названному машиной Тьюринга) впервые представил логическую организацию компьютера безотносительно от его элементной базы, что позволило заложить основы проектирования ЭВМ.

В докладе выделено и детально описано пять базовых компонент универсального компьютера и принцип его функционирования архитектура фон Неймана:

центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ);

центральное устройство управления (УУ),ответственное за функционирование всех основных компонент компьютера;

запоминающее устройство (ЗУ);

система ввода и вывода информации.

Была обоснована необходимость использования двоичной с.с., электронной техно-логии и последовательного порядка выполнения операций.

Принципы организации ЭВМ,предложенные фон Нейманом, стали общепринятыми.

Находясь в творческой командировке в группе разработчиков EDVAC и ознакомившись с идеями Дж. фон Неймана, М. Уилкс, вернувшись в Кэмбриджский университет (Англия), смог на два года раньше (в мае 1949 г.) завершить разработку первой в мире ЭВМ с хранимыми в памяти программами. Его компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) работал в двоичной с.с.,выполнял одноадресные команды в количестве 18 и оперировал как с короткими (17 бит), так и с длинными (35 бит) словами.

Механического этапа развития вычислительной техники занимают работы Чарльза Бэббиджа, ...

История развития вычислительной техники . Краткая историческая справка. Поколения ЭВМ. Перспектив

Реферат >> Информатика

3 Начальный этап развития вычислительной техники .............. стр. 4 Начало современной истории электронной вычислительной техники ………………………………...……. стр. ... используемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного

История развития вычислительной техники (7)

Лекция >> Информатика

... развития вычислительной техники План 1. Начальный этап развития вычислительной техники 2. Начало современной истории электронной вычислительной техники ... используемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного устройства, способного выполнять 4 ...

История развития вычислительной техники (6)

Контрольная работа >> Информатика

Период электромеханического этапа развития вычислительной техники характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем...

Механический этап развития вычислительной техники

Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей:

блок хранения исходных, промежуточных данных и результатов вычислений. Он состоял из набора зубчатых колес, идентифицирующих цифры подобно арифмометру;
блок обработки чисел из склада, названный мельницей (в современной терминологии - это арифметическое устройство). Организация блока была аналогична первому блоку;
блок управления последовательностью вычислений (в современной терминологии - это устройство управления УУ);
блок ввода исходных данных и печати результатов (в современной терминологии - это устройство ввода/вывода).

Электромеханический этап развития вычислительной техники

В 1897 г. Холлерит организовал фирму, которая в дальнейшем стала называться IBM.

После завершения в 1941 г. машины Z-3 К. Цузе до конца войны интенсивно занимался вопросами ВТ .

В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию ЭВМ, предназначенной для решения ряда задач математической физики. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы узлов ЭВМ, а совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC, которая оказала влияние на Д. Моучли из Муровской технической школы и ряд его идей существенно ускорил создание первой ЭВМ ENIAC в 1945 г.

Электронный этап развития вычислительной техники

центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ);
центральное устройство управления (УУ),ответственное за функционирование всех основных компонент компьютера;
запоминающее устройство (ЗУ);
система ввода и вывода информации.

Принципы организации ЭВМ,предложенные фон Нейманом, стали общепринятыми.

Компьютер EDSAC положил начало новому этапу развития ВТ - первому поколению универсальных ЭВМ.

Развитие механики в 17 веке стало предпосылкой создания вычис¬лительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Первая механическая машина («часы для счета») была описана в письмах И. Кеплеру в 1623 г. Вильгельмом Шиккардом, (а в наше время реализо¬вана в единственном экземпляре (pict056)) и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами. Машина Шиккарда состояла из трех независимых устройств: суммирующего, множительного и записи чисел. Сложение производилось последова¬тельным вводом слагаемых посредством наборных дисков, а вычита¬ние - последовательным вводом уменьшаемого и вычитаемого. Вво¬димые числа и результат сложения/вычитания отображались в окошках считывания. Для выполнения операции умножения использовалась идея умножения решеткой. Третья часть, машины использовалась для записи числа длиною не более 6 разрядов. Использованная принципиальная схема машины Шиккарда явилась класси¬ческой - она (или ее модификации) использовалась в большинстве последующих механических счетных машин вплоть до замены механических деталей электромагнитными. Однако из-за недостаточной известности машина Шиккарда и принципы ее работы не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие ВТ, но она по праву открывает эру механической вычислительной техники. В машине Блеза Паскаля (pict002) использовалась более сложная схема переноса старших разрядов, в дальнейшем редко используемая; но построенная в 1642 г. первая действующая модель машины (pict003), а затем серия из 50 машин способствовали достаточно широкой известности изобретения и фор¬мированию общественного мнения о возможности автоматизации умственного труда. До нашего времени дошло только 8 машин Паскаля, из которых одна является 10-разрадной. Именно машина Паскаля положила начало механического этапа развития ВТ. Первый арифмометр, позволяющий производить все четыре арифметических операции, был создан Готфридом Вильгельмом Лейбницем (pict004) в результате много¬летнего труда. Венцом этой работы стал арифмометр (pict005) Лейбница, позволяющий использовать 8-разрядное множимое и 9-разрядный мно¬житель с получением 16-разрядного произведения. По сравнению с машиной Паскаля было создано принципиально новое вычислительное устройство, существенно ускоряющее выполнение операций умножения и деления. Однако арифмометр Лейбница не получил распространения по двум основным причинам: отсутствию на него устойчивого спроса и конструкционной неточности, сказывающейся при перемножении предельных для него чисел. Начало 19 в. (подобно предыдущему столетию) характеризуется раз¬витием вычислительных средств в трех основных направлениях: (1) суммирующие (pict006) и (2) множительные устройства, а также (3) арифмометры, при этом преобладающим становится развитие арифмометров. В 1881 г. Л. Томас организовывает в Париже серийное производство арифмометров. Конструкция его арифмометра основана на использовании ступен¬чатого валика Лейбница и явилась дальнейшим развитием арифмометра Лейбница, отличаясь рядом полезных конструкторских решений: удоб¬ной формой ввода числа, наличием противоинерционного устройства, механизма гашения числа и др. Такой арифмометр получил название томас-машины (pict053.gif). Арифмометр Томаса имел ряд существенных недостатков, ограничи¬вающих масштабы его серийного производства; на протяжении 19 в. и начала 20 в. он претерпел целый ряд усовершенствований по многим направлениям, что позволило ему даже конкурировать с появившимися арифмометрами Орднера с рычажным вводом чисел И только создание в 1874 г. В. Орднером (Россия) своей модели арифмометра, в основе которой лежало специальной конструкции зубчатое колесо Орднера (pict057.jpg), можно считать началом математи¬ческого машиностроения. На всем протяжении своего существования арифмометр Орднера совершенствовался и выпускался в нескольких вариантах (pict051.gif), получив целый ряд высоких наград, включая золотую медаль на международной выставке в Париже в 1900. Рост производства арифмометров Орднера продолжался как в СССР, так и за рубежом; с 1931 г. он получает название Феликс (pict054.jpg), под которым хорошо известен и ныне существующим поколениям отечественных вычислителей. После 1945 г. в СССР были созданы модели арифмометра с клавишным вводом (ВК-1, pict055.jpg) и электроприводом (ВК-2), в 1969 г. выпуск арифмометров в СССР достиг максимума (300 тыс. шт.). Из других типов арифмометров, использующих ряд при¬нципиальных новшеств, следует отметить арифмометры Пафнутия Львовича Чебышева (1882 г., Россия) и Г. Гамана (1905 г., Германия). В первом была реализована непрерывная передача десятков и автоматический пере¬вод каретки с разряда на разряд в операциях умножения. Данное нов¬шество широко применялось в 30-х годах 20 в. в связи с использованием электропривода и в полуавтоматических и автоматических клавиш¬ных вычислительных машинах. В арифмометрах Гамана была реализована весьма простая идея пропорционального механизма, широко используемая в дальнейшем. Первоначально появление ЭВМ не очень существенно повлияло на выпуск и применение арифмометров прежде всего из-за их раз¬личных назначения, распространенности и стоимости. Особое место среди разработок механического этапа развития ВТ за¬нимают работы Чарльза Бэббиджа (pict007), с полным основанием считающегося родо¬начальником и идеологом современной ВТ. Поэтому на них следует оста¬новиться несколько детальнее. Вполне естественно, что именно в Англии 20-30-х годов 19 века, находившейся на острие промышленной революции, имелись все предпосылки для появления подобных проектов, оказавших большое вли¬яние на последующее развитие точного машиностроения. Среди работ Бэбиджа явно просматриваются два, основных направления: (1) разностная и (2) аналитическая вычислительные машины. Проект разностной машины (pict008a-c) был разработан в 20-х годах 19 века и предназначался для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. Основным стимулом в данной работе была настоятельная необходимость в табулировании функций и проверке существующих математических таблиц, изо¬билующих ошибками. Однако данный проект не был завершен и только публикация о нем в 1834 г. явилась для шведских изобретателей Шейцев (отца и сына) импульсом к реализации такой машины, которая была завершена в 1853 г. и подобно машине Ч. Бэбиджа состояла из двух частей: вычислительной и печатающей; она позволяла табулировать функции с постоянными разностями 4-го порядка (т.е. полиномы 4-й степени) с точностью до 15 десятичных знаков, выводя на печать только первые 8 знаков. Впоследствии машина была продана в США и использовалась для вычисления астрономических таблиц. Из последующих машин разностного типа можно отметить разработки Виберга (Швеция, 1863 г.), Дж. Гранта (США, 1876 г.) и Л. Комри (Англия, 1933 г.). Однако после появления ЭВМ необходимость в специализированных разностных ма¬шинах полностью отпала. Совершенно иная судьба ожидала второй проект Бэбиджа - его аналитическую машину, использующую принцип программного управления и явившуюся предшественницей современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30-е годы 19 в., а в 1843 г. Адой Лавлейс (pict009) для машины Бэбиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычис¬ления чисел Бернулли. Оба эти достижения можно считать выдающимися как опередившими свою эпоху более чем на столетие. Проект аналити¬ческой машины не был реализован, но получил весьма широкую известность и заслужил высокую оценку целого ряда ученых, в первую очередь математиков. Ч. Бэбидж разработал множество чертежей самой машины, изготовил ряд ее блоков; его сын Генри пытался реализовать проект, но полностью он остался лишь на уровне эскизного проекта. Идея аналитической машины возникла у Бэбиджа в процессе работы над разностной машиной и первый эскизный чертеж такой машины появился уже в 1834 г. Аналитическая машина предназначалась для вычисления любого алгоритма (в нашей терминологии) и была задумана чисто механической. К тому времени (1831 г.) появившиеся электромеханические реле были недостаточно надежными и Бэбидж их забраковал. Однако им рассматривался вопрос использования парового двигателя в качестве ис¬точника энергии для приведения в действие механизмов машины. В начале 1836 г. Бэбидж уже четко представлял себе основную конструкцию машины, а в 1837 г. в статье "О математической производительности счетной машины" он достаточно подробно описывает свой проект. Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей: (1) - блок хранения исходных, промежуточных данных и резуль¬татов вычислений. Он состоял из набора зубчатых колес, идентифи¬цирующих цифры подобно арифмометру. Колеса объединялись в регистры для хранения многоразрядных десятичных чисел. Этот блок Бэбидж называл складом [в современной терминологии - это опера¬тивная память (ОП) ЭВМ] и определял его емкость в 1000 50-разряд¬ных десятичных чисел (это примерно 20Кбайт!!!); (2) - блок обработки чисел из склада, названный мельницей (в со¬временной терминологии - это арифметическое устройство (АУ)). Быстродействие данного блока Бэбидж оценивал так: сложение/вычитание - 1 с; умножение (двух 50-разрядных чисел) и деление (100-разрядное число на 50-разрядное) - 1 мин; организация блока была аналогична первому блоку; (3) - блок управления последовательностью вычислений [в современной терминологии - это устройство управления (УУ)]; проектиро¬валось на основе двух жаккардовых механизмов, описанных ниже; (4) - блок ввода исходных данных и печати результатов [в современной терминологии - это устройство ввода/вывода (УВВ)]. Для устройства управления Ч. Бэбидж предложил механизм, ана¬логичный механизму ткацкого станка Жаккарда, использующему спе¬циальные управляющие перфокарты (pict010). По идее Бэбиджа управление должно осуществляться парой жакардовских механизмов с набором пер¬фокарт в каждом. Один механизм с картами операций должен быть соединен с АУ и настраивать его на выполнение арифметических операций согласно кодам перфокарт. Второй должен был управлять переносом чисел из ОП в АУ и обратно. Более того, устройство управления было снабжено устройствами, обеспечивающими обратный ход механизмов, необходимый для организации условной передачи управления (условного перехода в вычислениях). Следовательно, с помощью карт Жаккарда - прообраза современных перфокарт - предполагалось реализовать автоматическое управление процессом механических вычислений в машине Бэбиджа. В качестве основного способа вывода данных из аналитической машины планировалось использование пер¬фокарт. Наряду с этим машина должна была обеспечивать вывод промежуточных и конечных результатов на бумажный носитель в одном или двух экземплярах (по требованию). В качестве еще одного устройства планировалось использование графопостроителя, обеспечивающего вывод графиков кривых по результатам вычислений. Бэбидж планировал создание устройств для вывода результатов на металлические пластинки, а для хранения информации - специальных металлических дисков, вращающиехся на оси; оба типа носителей можно рассматри¬вать как первые прототипы современных магнитных карт и дисков. Машина Бэбиджа использовала десятиричную систему счисления, однако он рассматривал и другие системы с основаниями 2-5 и 100. Но возрастание габаритов машины заставило отказаться от двоичной системы. Базовой операцией АУ машины Ч. Бэбиджа являлась операция сложения, общий принцип реализации которой явился модифи¬кацией принципа, использованного в разностной машине, но со сквозным переносом десятков. Остальные арифметические операции проектировались на основе сложения. Завершая краткий обзор работ Бэбиджа по аналитической машине, можно привести мнение Н. Винера (pict058.jpg): "Бэбидж имел удивительно современные представления о вычисли¬тельных машинах, однако имевшиеся в его распоряжении технические средства намного отставали от его представлений". Анализ работ Ч. Бэбиджа приводит к выводу о том, что на основе точной механики возможна реализация проекта аналитической машины, но в то время серьезных предпосылок для этого не было. Для функционирования аналитической машины была необходима программа, первый пример которой был написан Адой Лавлейс (1843 г.) под руководством самого Бэбиджа, у которого с первой были весьма тесные творческие отношения. В 1842 г. на итальянском языке была опубликована статья Л.Ф. Менебреа по аналитической машине Бэбиджа, переводом которой на английский язык и занялась А. Лавлейс. В ав¬густе 1843 г. вышел перевод статьи Менебреа, но с примечаниями пе¬реводчика, которые не только в 2,5 раза превзошли по объему оригинал, но и, по сути дела, заложили основы программирования на ЭВМ за столетие до начала действительного развития этого базового раздела компьютерной информатики. Основная заслуга А. Лавлейс состоит не только в создании первой программы для машины Бэбиджа, но и в полном и доступном описании машины, а также анализе ее возможностей для решения различных вычислительных задач. Наряду с этим Лавлейс проводит широкую по¬пуляризацию идей Ч. Бэбиджа, сама проектирует некоторые узлы ма¬шины и исследует вопросы применения двоичной системы счисления, а также высказывает ряд идей, получивших широкое применение только в наше время. Главным результатом работы Ады Лавлейс можно счи¬тать создание основ программирования для универсальных цифровых ЭВМ, который был отмечен современными программистами присвое¬нием ее имени ADA одному из наиболее мощных универсальных языков программирования. Несомненно, на последующее развитие ВТ было определенное влияние работ и идей Ч. Бэбиджа и А. Лавлейс, были и попытки осуществить аналогичные проекты аналитической машины, однако ни один из них так и не был осуществлен на практике. Однако влияние этих разработок нельзя преувеличивать, что, на наш взгляд, можно объяснить не только отсутствием необходимых предпосылок (общественная потребность, уровень технологий и др.), но и самим фактом отсутствия реально работающих машин. Ведь именно конкретная реализация того или иного проекта в области техники позволяет наиболее адекватно оценить его потребность и активизировать дальнейшее его развитие. В противном случае, даже нужное в данное время устройство, не реализованное хотя бы в опытных образцах, может долго ждать своего практического воплощения, а то и вовсе не быть реализованным как морально устаревшее. История науки и техники знает немало подобных примеров и пример проекта аналитической машины Бэбиджа - один из таких примеров. 1.3. Электромеханический этап развития вычислительной техники Электромеханический этап развития ВТ явился наименее продол¬жительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Германа Холлерита (pict048.gif, 1887 г.) до первой ЭВМ ЕNIАС (1945 г.). Предпосылка¬ми создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование и др.), так и развитие прикладной электротехники (элек¬тропривод и электромеханические реле), позволившие создавать элек¬тромеханические вычислительные устройства. Если вернуться к пред¬ыдущим этапам развития ВТ, то можно заметить, что каждый этап характеризуется созданием технических средств нового типа, обладаю¬щих более высокой производительностью и более широкой сферой при¬менения, чем предыдущие этапы. Классическим типом средств электро¬механического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназна¬ченный для обработки информации на перфокарточных носителях. Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Г. Холлеритом в 1887 г. и состоял из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора (pict011). Используя идеи Жаккарда и Бэбиджа (или открыв их заново), Г. Холлерит в качестве информационного носителя использовал перфокарты (pict010) (хотя им рассматривался и перфоленточный вариант); все остальные компоненты комплекса носили оригинальный характер. Основным назначением комплекса являлась статистическая обработка перфокарт. В первых моделях комплекса (pict059.gif) использовалась руч¬ная сортировка перфокарт (в 1890 г. замененная электрической), а табу¬лятор был создан на основе простейших электромеханических реле. Первое испытание комплекса было произведено в 1887 г. в Балтиморе (США) при составлении таблиц смертности населения, основные же испытания уже модифицированного комплекса производились в 1889 г. на примере обработки итогов переписи населения в четырех районах Сент-Луиса (США). Основные испытания прошли весьма успешно, и табулятор Холлерита очень быстро получил международное призна¬ние, используясь для переписей населения в России (1897 г.), США и Австро-Венгрии (1890) и Канаде (1891 г.). В 1897 г. Холлерит организовал фирму Таbи1аtiпg Масhinе Сотрапу по производству табуляторов и сопутствующего им оборудования. Фирме сопутствовал успех, однако в 1911 г. Холлерит отходит от предпринимательской деятельности, продает свою фирму (оставаясь в ней консультантом до 1921 г.), которая в 1924 г., объединившись с тремя другими фирмами, получает название IВМ (1пtеrnаtiопа1 Business Machines Corporation), ныне широко известная как одна из лидеров среди компьютерных корпораций мира. В начале 20 в. комплексы Холлерита получают достаточно широкое применение на железных дорогах США (обработка отчетности по перевозкам), в крупных торговых фирмах (ведение статистики торговли), в промышленности (отчетность, элементы бухгалтерского учета и др.), в страховых компаниях и др. Благодаря эффективности широкого при¬менения табуляторов конгресс США в 1905-1906 годах выделяет фи¬нансирование на их дальнейшее развитие и производство. Постоянно занимаясь усовершенствованием табуляторов и связанных с ними устройств, Г. Холлерит в 1923 г. начал разработку модели, основные черты которой были близки табуляторам, массово применявшимся в середине 20 века. Однако эта работа из-за его смерти в 1929 г. осталась незавершенной. Значение работ Г. Холлерита для развития ВТ определяется двумя основными факторами. Во-первых, он стал основоположником нового направления в ВТ - счетно-перфорационного (счетно-аналитического), состоящего в применении табуляторов и сопутствующего им оборудо¬вания для выполнения широкого круга экономических и научно-технических расчетов. На основе этой ВТ создаются машинно-счетные станции для механизированной обработки информации, послужившие прообразом современных вычислительных центров (ВЦ). В 20-30-е годы 20 века применение счетно-перфорационной техники становится ведущим фактором развития ВТ; только появление ЭВМ ограничило ее применение. Во-вторых, даже после прекращения использования табуляторов основным носителем информации (ввод/вывод) для ЭВМ остается перфокарта, а в качестве периферийных используются перфокарточные устройства (например перфораторы), предложенные Холлеритом. Даже в наше время использование большого числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использования перфокарточной технологии. Прежде всего, это отно¬сится к большим и супер-ЭВМ. Таким образом, перфокарточная тех¬нология обработки информации с использованием ВТ, впервые пред¬ложенная Бэбиджем и реализованная Холлеритом, до сих пор не сдана в музей истории вычислительной техники. В рамках электромеханического этапа развития ВТ целесообразно упомянуть и работы по созданию механических аналоговых вычислительных устройств. История аналоговых механических устройств восходит к глубокой древности, когда в 3800 г. до н.э. в Вавилоне использовали несложный механизм для составления географических карт. Другим механическим устройством аналогового типа можно назвать астролябию - прибор для проведения различных астрономических наблюдений и вычислений, используемый еще до н.э. Заключительный период (40-е годы 20 в.) электромеханического этапа развития ВТ характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейномеханических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом. Наиболее крупные проекты данного периода были выполнены в Германии (К. Цузе) и США (Д. Атанасов, Г. Айкен и Д. Стиблиц). Данные проекты можно рассматривать в ка¬честве прямых предшественников универсальных ЭВМ. Конрад Цузе (K. Zuse) явился пионером создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве (ЗУ). Однако его первая модель Z-1 (pict012a, pict012b), положившая начало серии Z-машин, идейно уступала конструкции Бэбиджа - в ней не предусматривалась условная передача управления. Машина Z-1 была механической, имела память на механическом ЗУ емкостью на 16 чисел (по 24 бита) и управлялась программой на перфо¬ленте (из отслужившей кинопленки); работа производилась в двоичной системе счисления. Работа над Z-1 была заверше¬на в 1938 г., но машина оказалась ненадежной, и К. Цузе решает отка¬заться от механических элементов, заменив их электромеханическими реле с сохранением механического ЗУ, разработке которого он уделял большое внимание. Следующая модель Z-2 не была завершена из-за призыва Цузе в армию, из которой он был демобилизован в связи с заинтересованностью его работами военного ведомства Германии. При финансовой поддержке военного ведомства Цузе в 1939-1941 гг. созда¬ет модель Z-3 (pict013), явившуюся первой программно-управляемой универсальной вычислительной машиной. Кратко остановимся на ее основных характе¬ристиках. Машина Z-3 выполняла 9 арифметических одноадресных команд: сложение, вычитание, деление, извлечение квадратного корня, умножение на 1/2, 2, 10, 1/10 и 1 (схемная реализация), программа размещалась на 8-канальной перфоленте (кинолента). Сама машина была чисто релейной, включая ЗУ ем¬костью на 64 числа (по 22 бита), и содержала 2600 реле. Однако и эта модель не имела команд условного перехода, что не позволяло ей ре¬шать сложные задачи с ветвящимися алгоритмами. После завершения в 1941 г. машины Z-3 К. Цузе до конца войны интенсивно занимался вопросами ВТ в следующих основных направлениях. Первое направление связано с созданием модели Z-4 (pict014a, pict014b), отличающейся от Z-3 большей разрядностью (32 бита), механическим ЗУ и определенным улучшением конструкции (но ряд интересных решений так и не был реализован), и к моменту завершения войны создание Z-4 было близко к завершению. После войны Цузе завершает работу над моделью Z-4, которая успешно эксплуатировалась до 1955 г. Второе направление работ К. Цузе связано с созданием специальной ВТ для решения технологических задач, связанных с производством оружия возмездия Фау-1. Третье направление работ К. Цузе связано с теоретическими исследованиями по вопросам программирования и архитектуры ВТ. Наконец, четвертое направление было связано с применением электроники в ВТ, но по ряду причин не получило существенного развития. Таким образом, основные работы Цузе развивались в тех же направлениях, что и в США, но в более скромных масштабах. Последним же крупным проектом релейной ВТ следует считать пос¬троенную в 1957 г. в СССР релейную вычислительную машину (РВМ-1) и эксплуатирующуюся до конца 1964 г. в основном для решения экономических задач. Например, на ней производился перерасчет цен на товары в связи с денежной реформой 1961 г. Создание модели РВМ-1 хоть и было весьма запоздалым, но проект ее был чрезвычайно удач¬ным и представляется нам венцом развития релейной ВТ; РВМ-1 на целом ряде задач была вполне конкурентоспособна с ЭВМ того вре¬мени, весьма надежна и ее быстродействие было на уровне первых малых ЭВМ.

История развития вычислительной техники 3

Ручной этап развития вычислительной техники 3

Механический этап развития вычислительной техники 4

Электромеханический этап развития вычислительной техники 6

Электронный этап развития вычислительной техники 7

Классификация ЭВМ 9

Классификация ЭВМ по принципу действия 9

Классификация ЭВМ по этапам создания 10

Классификация ЭВМ по назначению 10

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям 10

Архитектура ЭВМ 13

Основные схемы и принципы построения ЭВМ 14

Состав системного блока 16

Состав и характеристики центрального процессора 18

Устройства памяти ЭВМ 19

Устройства ввода-вывода 22

Компьютерные сети 28

Основные характеристики и классификация компьютерных сетей 29

Топологии сетей 31

Модель взаимосвязи открытых систем 33

Сетевое оборудование 35

Виды программного обеспечения ЭВМ 38

Основные понятия алгебры логики 41

Основные понятия и определения информатики 42

Информация, сообщения, сигналы, данные. Свойства информации 42

Информационные процессы и технологии 45

Понятие количества информации 47

Технология обработки информации 49

Технология обработки текстовой информации 49

Технология обработки графической информации 51

Технология обработки числовой информации 53

Технология хранения, поиска и сортировки информации. Базы данных 56

Табличные базы данных 56

Иерархические базы данных 57

Реляционные базы данных 58

Система управления базами данных (СУБД) 61

Алгоритмизация и программирование 63

Алгоритм и его свойства 63

Языки программирования 65

Краткая история и классификация языков программирования 66

Основные элементы алгоритмического языка 69

Инструментальные системы программирования 72

Моделирование и формализация 72

Операционные системы и файловая структура диска 77

Понятие операционной системы. Виды операционных систем 77

Файловая структура диска 80

Организация компьютерной безопасности и защиты информации 82

История развития вычислительной техники

Первые шаги автоматизации умственного труда относятся именно к вычислительной активности человека, который уже на самых ранних этапах своей цивилизации начал использовать средства инструментального счета. Интересной является следующая классификация, согласно которой основные этапы развития ВТ можно привязать к следующей хронологической шкале:

Ручной - с древних, древних времен до н.э.

Механический - с середины XVII-го века н.э.

Электромеханический - с 90-х годов XIX-го века

Электронный - с 40-х годов XX-го века

При этом, следует иметь в виду, что хорошо зарекомендовавшие себя средства всех четырех этапов развития ВТ используются человеком и в настоящее время для автоматизации различного рода вычислений.

Ручной этап развития вычислительной техники

Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации и базировался на использовании различных частей тела, в первую очередь, пальцев рук и ног.

Счет с помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке - наиболее развитом счетном приборе древности, сохранившимся до наших дней в виде различного типа счетов.

Абак явился первым развитым счетным прибором в истории человечества, основным отличием которого от предыдущих способов вычислений было выполнение вычислений по разрядам.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОГОУПРАВЛЕНИЯ, ПРАВА И ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕНЕДЖМЕНТЕ

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Введение

1.Ручной этап развития вычислительной техники

2.Механический этап развития вычислительной техники

3.Электромеханический этап развития вычислительной техники

4.Электронный этап развития вычислительной техники

Введение

Особую актуальность вопросы компьютерной информатики получают в последние годы в связи с широким использованием глобальных информационно-вычислительных сетей, в качестве наиболее известной из которых является Internet. Сетевая инфотехнология обеспечивает доступ к весьма обширным, в первую очередь, информационным ресурсам, находящимся в ЭВМ различных классов и типов во всем мире, которые подключены к сети Влияние такого информационного «взрыва» можно только недооценить, ибо он не только резко изменяет информационную среду общества в целом, но и его мировоззрение, вплоть до отдельного индивидуума.

В среднем человечество даже не совсем готово к такому развитию событий и последствия этого становятся все более заметными. В этом направлении должна проводиться интенсивная исследовательская работа, включающая специалистов самых различных специальностей, включая биологов, медиков, психологов, философов, юристов и др. Человечество пока не до конца осознает всю важность и, вместе с тем, опасность информации в полном смысле ее понимания. Непродуманное использование информации может иметь гораздо более опасные последствия, чем ядерная и термоядерная энергии, а также генная инженерия.

Здесь как нигде уместен важный принцип - знание предполагает умение разумно им распорядиться.

Именно поэтому и необходимо знать историю развития вычислительной техники и информационных технологий.

технология информационный вычислительный

1. Ручной этап развития вычислительной техники

Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации и базировался нa использовании частей тела, в первую очередь пальцев рук и ног. Даже ряд известных средневековых математиков рекомендовали в качестве вспомогательного средства именно пальцевый счет, допускающий довольно эффективные системы счета Фиксация результатов счета производилась различными способами: нанесение насечек счетные палочки, узелки и др. Например, у народов доколумбовой Америки был весьма развит узелковый счет. Более того, система узелков выполняла также роль своего рода хроник и летописей, имея достаточно сложную структуру. Однако, использование ее требовало хорошей тренировки памяти. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке - наиболее развитом счетном приборе древности, сохранившимся до наших дней в виде различного типа счетов.

Абак явился первым развитым счетным прибором в истории человечества, основным отличием которого от предыдущих способов вычислений было выполнение вычислений по разрядам. Таким образом, использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной системы счисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др.

Хорошо приспособленный к выполнению операций сложения и вычитания, абак оказался недостаточно эффективным прибором для выполнения, операций умножения и деления. Поэтому открытие логарифмов и логарифмических таблиц Дж. Непером, в начале 17 в., позволивших заменять умножение и деление соответственно сложением и вычитанием, явилось следующим крупным шагом в развитии вычислительных систем ручного этапа. Впоследствии появляется целый ряд модификаций логарифмических таблиц.

Однако, в практической работе использование логарифмических таблиц имеет ряд неудобств, поэтому Дж.Непер в качестве альтернативного метода

предложил специальные счетные палочки (названные впоследствии палочками Непера), позволявшие производить операции умножения и деления непосредственно над исходными числами. В основу данного метода Непер положил способ умножения решеткой .

Введенные Дж. Непером логарифмы оказали революционизирующее влияние на все последующее развитие счета, чему в значительной степени способствовало появление целого ряда логарифмических таблиц вычисленных как самим Непером, так и рядом (других известных в то время вычислителей (X. Бриггс, И. Кепплер, Э. Вингайт, А. Влах). Сама идея логарифмов в алгебраической интерпретации базируется на сопоставлении двух типов последовательностей: арифметической и геометрической. Известно, что любое число в арифметической последовательности является логарифмом соответствующего числа в геометрической последовательности по некоторому основанию.

Логарифмы послужили основой создания замечательного вычислительного инструмента - логарифмической линейки, более 360 лет служащего инженерно-техническим работникам всего мира. Прообразом современной логарифмической линейки считается логарифмическая шкала Э. Гюнтера, использованная У. Отредом и Р. Деламейном при создании первых логарифмических линеек. Усилиями целого ряда исследователей логарифмическая линейка постоянно совершенствовалась и видом, наиболее близким к современному, она обязана 19-летнему французскому офицеру А. Манхейму. Позволяя производить вычисления с 2-4 точными десятичными цифрами, логарифмическая линейка и счеты еще исправно служат человеку в различного рода расчетах, являясь венцом вычислительных инструментов ручного этапа развития вычислительной техники.

2. Механический этап развития вычислительной техники

Развитие механики в 17 в. стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Первая механическая машина была описана в 1623 г. В. Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами Машина Шиккарда состояла из трех независимых устройств: суммирующего, множительного и записи чисел Сложение производилось последовательным вводом слагаемых посредством наборных дисков, а вычитание - последовательным вводом уменьшаемого и вычитаемого. Вводимые числа и результат сложения / вычитания отображались в окошках считывания. Для выполнения операции умножения использовалась идея умножения решеткой, рассмотренная выше. Третья часть машины использовалась для записи числа длиною более 6 разрядов .

В машине Б. Паскаля использовалась более сложная схема переноса старших разрядов, в дальнейшем редко используемая; но построенная в 1642 г. первая действующая модель машины, а затем серия из 50 машин способствовали достаточно широкой известности изобретения и формированию общественного мнения о возможности автоматизации умственного труда. До нашего времени дошло только 8 машин Паскаля, из которых одна является 10-разрядной. Именно машина Паскаля положила начало механического этапа развития вычислительной техники. В 17-18 веках предлагался целый ряд различного типа и конструкции суммирующих устройств и арифмометров, пока в 19 в; растущий объем вычислительных работ не определил устойчивого спроса на механические счетные устройства и не способствовал их серийному производству на коммерческой основе.

В начале 1836 г. Бэбидж уже четко представлял себе основную конструкцию машины, а в 1837 г. он достаточно подробно описывает свой проект. Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей: (1) блок хранения исходных, промежуточных данных и результатов вычислений. Он состоял из набора зубчатых колес, идентифицирующих цифры подобно арифмометру. Колеса объединялись в регистры для хранения многоразрядных десятичных чисел. Этот блок Бэбидж называл складом [в современной терминологии - это оперативная память ЭВМ] и определял его емкость в 1000 50-разрядных десятичных чисел; (2) блок обработки чисел из склада, названный мельницей [в современной терминологии - это арифметическое устройство (АУ)]. Быстродействие данного блока Бэбидж оценивал как; сложение/вычитание - 1 с.; умножение (двух 50-разрядных чисел) и деление (100-разредное число на 50-разрядное) - 1 мин.; организация блока была аналогична первому блоку; (3) блок управления последовательностью вычислений [в современной терминологии - это устройство управления (УУ)];

проектировалось на основе двух: жаккардовых механизмов» описанных ниже; (4) блок ввода исходных данных и печати результатов (в современной терминологии - это устройство ввода/вывода (УВВ)].

Для функционирования аналитической машины была необходима программа, первый пример которой был написан Адой Лавлейс (1843 г.). В 1842 г. на итальянском языке была опубликована статья Л.Ф. Менабреа по аналитической машине Бэбиджа, переводом которой на английский язык и занялась А. Лавлейс. В августе 1843 г. вышел перевод статьи Менебреа, но с примечаниями переводчика, которые не только в 2.5 раза превзошли по объему оригинал, но и, по сути дела, заложили основы программирования на ЭВМ за столетие до начала действительного развития этого базового раздела информатики.

3. Электромеханический этап развития вычислительной техники

Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита (1887 г) до первой ЭВМ ENIAC (1945 г.) Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле),позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства. Если вернуться к предыдущим этапам развития вычислительной техники, то можно заметить, что каждый этап характеризуется созданием технических средств нового типа обладающих более высокой производительностью и более широкой сферой применения, чем предыдущие этапы. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях .

Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Г. Холлеритом в 1887 г и состоял из ручного перфоратора сортировочной машины и табулятора Используя идеи Жаккарда и Бэбиджа (или переоткрыв их заново), Г. Холлерит в качестве информационного носителя использовал перфокарты (хотя им рассматривался и перфо-ленточный вариант), все остальные компоненты комплекса носили оригинальный характер. Основным назначением комплекса являлась статистическая обработка перфокарт В первых моделях комплекса использовалась ручная сортировка перфокарт (в 1890 г. замененная электрической), а табулятор был создан на основе простейших электромеханических реле.

Первое испытание комплекса было произведено в 1887 г. в Балтиморе (США) при составлении таблиц смертности населения, основные же испытания уже модифицированного комплекса производились в 1889 г. на примере

обработки итогов переписи населения в четырех районах Сент-Луиса (США) Основные испытание прошли весьма успешно, и табулятор Холлерита очень быстро получил международное признанна, используясь для переписей населения в России (1897 г.), США и Австро-Венгрии (1890), и Канаде (1891 г.)

В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию ЭВМ, предназначенной для решения ряда задач математической физики. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы узлов ЭВМ, а совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC (Atanasoff-Berry Computer), состоящая из АУ на 300 вакуумных лампах и выполняющая только операции сложения и вычитания. Еще 300 ламп использовались для реализации различных цепей управления и восстановления памяти. Сама память машины состояла из большого числа конденсаторов, смонтированных на двух вращающихся барабанах с общей емкостью на 60 50-битных чисел.

Модель ДВС-вычислителя реализовала ряд черт, оказавших большое влияние на инженерные решения последующих средств ВТ. Она и ее прототип 1939 г, были первыми специальными машинами.

4. Электронный этап развития вычислительной техники

В силу физико-технической природы релейная ВТ не позволяла существенно повысить скорость вычислений, для этого потребовался переход на электронные безинерционные элементы высокого быстродействия. К началу 40-х гг. 20 в электроника уже располагала необходимым набором элементов. С изобретением М. Бонч-Бруевичем в 1913 г триггера {электронное реле - двухламповый симметричный усилитель с положительной обратной связью, в качестве базовой компоненты использует электронную вакуумную лампу триод, изобретенную в 1906 г.) появилась реальная возможность создания быстродействующей электронной ВТ; электронные вычислительные машины .

ЭВМ ознаменовали собой новое направление в ВТ, интенсивно развиваемое и в настоящее время в различных направлениях.

Первой ЭВМ (правда, специализированной, предназначенной для дешифровки) можно считать английскую машину Colossus, созданную в 1943 г. при участии А. Тьюринга. Машина содержала около 2000 электронных ламп и обладала достаточно высоким быстродействием однако была узкоспециализированной. Поэтому первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), созданную в США в конце 1945 г. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи. Главным консультантом проекта являлся Д Моучли, а главным конструктором - Д Эккерт. Позднее их авторство, электронной технологии для проектирования ЭВМ было оспорено - в 1973 г. федеральный Суд США, постановил, что Моучли и Эккерт не создали ЭВМ, а заимствовали ее идею у Дж. Атанасова, хотя последний и не построил действующей модели своего компьютера.

Проект создания ENIAC, начатый в апреле 1943 г., был полностью завершен в декабре 1945 г. в качестве официальной апробации ЭВМ была выбрана задача оценки принципиальной возможности создания водородной бомбы. Машина успешно выдержала испытания, обработав около 1 млн. перфокарт фирмы IBM с исходными данными. По сравнению с уже существующей автоматической машиной MARK-1 Айкена ENIAC была по размерам более, чем в 2 раза больше (высота -6м, ширина -4м., длина - 30 м; вес - 30 т.), однако превосходила первую по быстродействию почти в 1000 раз. Машина содержала 18000 электронных ламп, 500 реле, 70000 сопротивлений, 10000 конденсаторов, потребляя мощность в 140 кв .

В EDVAC программа электронным методом записывалась в специальную память на ртутных трубках [линиях задержки], вычисления производились уже в двоичной системе счисления, что позволила существенно уменьшить количество ламп и других элементов электронных цепей машины. ЭВМ оперировала достаточно ограниченным набором 4-х адресных команд, каждая длиной в слово (44 бита); под код операции отводилось только 4 бита, что допускало максимум 16 команд, из которых реально задействовано было только 12. Адреса использовались для указания соответственно 1-го и 2-го операндов, результата операции и адреса следующей выполняемой команды программы. Полностью завершенная в 1952 г., ЭВМ содержала более 3500 ламп 19-ти различных типов.

Список использованной литературы

Информатика для юристов и экономистов. / Под ред. С.В. Симоновича. СПб., 2002.

Оладьев В.З. Основы компьютерной информатики. - Таллинн, 1999.

Основы информатики / Под ред. А.Н. Морозевича. - Мн., 2001.

Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. - М., 2002.

Шафрин Ю. Информационные технологии. - М., 2000.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Появление и развитие компьютеров. Разработка технологий управления и обработки потока информации с применением вычислительной техники. Свойства информационных технологий, их значение для современного этапа технологического развития общества и государства.

презентация , добавлен 13.01.2015

История развития вычислительной техники и информационных технологий. Ручной период автоматизации подсчетов и создание логарифмической линейки. Устройства, использующие механический принцип вычислений. Электромеханический и электронный этап развития.

реферат , добавлен 30.08.2011

Изучение зарубежной, отечественной практики развития вычислительной техники, а также перспективы развития ЭВМ в ближайшее будущее. Технологии использования компьютеров. Этапы развития вычислительной индустрии в нашей стране. Слияние ПК и средств связи.

курсовая работа , добавлен 27.04.2013

Этапы развития информационного общества. Поколения ЭВМ, классификация современных компьютеров по функциональным возможностям. Краткая история докомпьютерной эпохи. Открытия, предшествующие созданию компьютеров. Информационные технологии: цель, свойства.

курсовая работа , добавлен 30.03.2011

Общая технико-экономическая характеристика образовательного учреждения СПО Московской области Колледж "Угреша". Описание парка вычислительной техники и структуры локальной сети Колледжа "Угреша". Исследование информационных технологий и систем колледжа.

отчет по практике , добавлен 07.08.2012

Понятие, цель информационных технологий. История развития вычислительной техники. Ручные, механические и электрические методы обработки информации. Разностная машина Ч. Беббиджа. Разработка персональных компьютеров с применением электронных схем.

презентация , добавлен 26.11.2015

Понятия, определения и терминология информационных технологий. Роль и значение ИТ для современного этапа развития общества и их значение для экономики стран. Методы обработки информации в управленческих решениях. Классификация информационных технологий.

реферат , добавлен 28.02.2012

Ручной этап развития вычислительной техники. Позиционная система счисления. Развитие механики в XVII веке. Электромеханический этап развития вычислительной техники. Компьютеры пятого поколения. Параметры и отличительные особенности суперкомпьютера.

курсовая работа , добавлен 18.04.2012

Анализ истории развития вычислительной техники. Сравнительные характеристики компьютеров разных поколений. Особенности развития современных компьютерных систем. Характеристика компиляторов с общей семантической базой. Этапы развития компьютерной техники.

презентация , добавлен 15.11.2012

Выдающиеся люди в истории информатики. Ада Лавлейс. Деяния Грэйс Хоппер. Сэнди Лернер. Ющенко Екатерина Логвиновна. История научной школы теоретического программирования в Украине. Эти женщины - яркие лица в истории развития вычислительной техники.