А. И. Китов

Сердечно благодарю дорогого Анатолия Ивановича за добросовестный труд в этой спешной работе! С приветом.
Подпись /А.Берг/ 26.02.1956

Предисловие к брошюре

Предлагаемая вниманию читателей брошюра подготовлена под общим руководством и при непосредственном участии некоторых членов Радиосовета при Президиуме АН СССР.

Глава по распространению радиоволн написана д. т. н. А. Г. Аренбергом; по современным антеннам — чл.-корр. АН СССР А. А. Пистолькорсом; по передающим и приемным устройствам и по применению радиоэлектроники в народном хозяйстве — инж. П. О. Чечиком; по источникам электропитания — инж. П. Н. Большаковым; по радиоизмерительной технике — инж. В. Г. Дубенецким; по радиодеталям и радиоматериалам — к. т. н. Б. П. Лиховецким; по электровакуумным приборам—к. т. н. Н. И. Дозоровым; по полупроводниковым приборам, радиоспектроскопии и индукционному нагреву — к. ф.-м. н. М. Е. Жаботинским; по радиосвязи — инж. К. И. Потаповым и А. М. Шалаевым; по радиовещанию — инж. М. И. Иривошеевым и В. И. Виноградовым; по радиорелейным линиям — инж. А. И. Фейгиной; главы по радиосвязи, радио и телевизионному вещанию и радиорелейным линиям написаны под руководством З. В, Топуриа и инж. Ю. П. Лихушина; по радиолокации и радионавигации— инж. К. Н. Трофимовым; по радиоастрономии — д. ф.-м. н. С. 3. Хайкиным; по электронной вычислительной технике — к. т. н. А. И. Китовым; по радиоэлектронике и проблеме искусственного спутника Земли — инж Г. В. Кожевниковым.

План брошюры, научная редакция ее и подготовка к печати выполнены академиком А. И. Бергом и профессором И. С. Джигитом.

Глава 5

Электронная Вычислительная Техника

Непрерывный рост потребностей всех областей науки и техники в проведении больших и сложных вычислительных работ явился в последние годы причиной быстрого развития средств вычислительной техники и обусловил возникновение принципиально нового направления ее, заключающегося в создании и применении современных быстродействующих электронных вычислительных машин.

Это направление имеет первостепенное значение и необычайно широкие перспективы дальнейшего развития. Современные быстродействующие вычислительные машины способны выполнять десятки тысяч арифметических действий в секунду и в короткие сроки (от нескольких минут до нескольких часов) осуществлять численное решение чрезвычайно сложных математических задач, на которое при ручных вычислениях потребовались бы годы работы. Так, например, для решения вручную достаточно полной системы дифференциальных уравнений, описывающих пространственное движение управляемой ракеты, потребовалось бы около двух лет непрерывной работы одного вычислителя, пользующегося арифмометром. На электронной вычислительной машине эта задача решается в течение двух часов.

Возможность получения с помощью электронных машин в короткие сроки точных численных решений весьма сложных уравнений позволяет во многих случаях заменять экспериментальные исследования и натурные испытания различных объектов математическими расчетами на машинах, что приводит к значительной экономии материальных средств и времени. Особенно остро потребность в проведении больших и сложных математических вычислений ощущается в таких областях, как ядерная физика, реактивная техника, радиоэлектроника.

Другой важной областью применения электронных вычислительных машин, помимо трудоемких математических вычислений, является использование этих машин в качестве управляющих устройств в различных системах автоматического управления.

На основе электронной вычислительной техники строятся сложные автоматы, способные учитывать изменения внешних условий, запоминать ход процесса регулирования, вырабатывать логические решения. Такие автоматы применяются, например, для управления производственными процессами, для автоматического регулирования режимов работы электростанций, для управления воздушной и зенитной стрельбой, для наведения самолетов-перехватчиков и управляемых ракет и т. д.

Кроме указанных двух областей применения, электронные вычислительные машины широко используются при выполнении различных экономико-статистических работ (составление планов, отчетов, расписаний и т. п.), для решения логических, комбинаторных задач, т. е. везде, где необходимо выполнять большой объем однообразной умственной работы по определенным правилам.

Сферы применения электронных вычислительных машин непрерывно расширяются и не ограничиваются областью непосредственно математических вычислений, которая представляет собой, как известно, только одну из узких областей умственного труда человека.

Таким образом, название «математические» или «вычислительные» машины не вполне правильно определяет значение и возможности этой области техники. Более точным было бы название «логические машины», т. е. машины для повышения производительности умственного труда человека. Именно этим обусловлено большое революционизирующее значение электронных математических машин в современной науке и технике.

Если раньше задачи технического прогресса концентрировались в основном вокруг проблем механизации физических функций человека (развитие средств производства, передвижения, связи, наблюдения и измерения и т.д.), то середина ХХ века ознаменовалась бурным развитием средств механизации умственного труда.

Следует заметить, что появление электронных цифровых вычислительных машин имеет большое значение и для развития комплекса биологических наук и, в первую очередь, для изучения процессов высшей нервной деятельности, так как с помощью этих машин представляется возможным создать модели отдельных элементарных процессов работы нервной системы я процессов мышления и тем самым ближе подойти к раскрытию закономерностей в этой области.

Одной из важных особенностей техники электронных вычислительных машин является то, что в ней сочетается большой комплекс различных областей сонременной науки и техники таких, как математический численный анализ, теоретическая логика, электроника, импульсная техника, физика полупроводников; она использует достижения этих областей и стимулирует их дальнейшее развитие.

Значение электронных вычислительных машин для коммунистического строительства в нашей стране трудно переоценить. Широкое применение электронных вычислительных машин должно обеспечить резкий подъем советской науки и техники на новую, более высокую ступень. Применение электронных машин для автоматического управления производственными процессами приводит к значительному повышению производительности труда, улучшению качества продукции и экономии материалов и энергии.

В отличие от капиталистического общества, где внедрение автоматических установок влечет за собой увольнение трудящихся и ухудшение условий их жизни, в социалистическом обществе автоматика, и в том числе электронные вычислительные машины, облегчают условия труда людей, освобождают их от наиболее трудоемкой, утомительной и однообразной работы и способствуют, в конечном счете, повышению материального благосостояния трудящихся.

Существуют два основных класса электронных вычислительных машин: машины непрерывного действия и машины цифровые.

В машинах непрерывного действия математические величины изображаются в виде непрерывных значений каких-либо физических величин, например напряжении электрического тока, и могут быть представлены с ограниченной точностью, зависящей от качества регулировки и стабильности параметров схем. Ограниченная точность работы является принципиальным недостатком машин непрерывного действия по сравнению с машинами цифровыми.

Электронные вычислительные машины непрерывного действия конструктивно состоят из целого ряда отдельных функциональных блоков, каждый из которых служит для выполнения одной какой-либо математической операции (сложение, вычитание, умножение, деление, интегрирование, образование заданной функции и т. д.). Соединение этих блоков между собой производится в последовательности, отвечающей конкретному виду решаемого уравнения. Если машина предназначается для решения только одного вида уравнений, то состав функциональных блоков машины и их соединение между собой являются постоянными.

В большинстве случаев электронные вычислительные машины непрерывного действия строятся достаточно гибкими, т. е. обеспечивающими возможность решения сравнительно широкого круга задач одного и того же типа. С этой целью в машинах предусматривается возможность изменения как состава функциональных блоков, участвующих в решении той или иной конкретной задачи, так и порядка соединения этих блоков.

Наибольшее значение и распространение среди машин непрерывного действия имеют электронные машины для решения обыкновенных дифференциальных уравнений, так называемые электронные модели. Такими уравнениями описываются процессы движения различных механических и электрических систем, и поэтому с помощью электронных моделей можно воспроизводить и исследовать в лабораторных условиях подобные процессы, что позволяет рациональным образом конструировать различные системы автоматического управления.

В электронных цифровых машинах переменные величины изображаются цифрами и представляются в виде ряда принимаемых дискретных числовых значений. Решение задачи на любой цифровой машине сострит из отдельных, последовательно выполняемых арифметических операций. Поэтому цифровые машины называют также машинами дискретного действия, или счета. Используя различные разработанные в математике численные методы, можно при помощи цифровых машин решать самые разнообразные математические задачи, так как численное решение любой задачи может быть сведено, в принципе, к последовательному выполнению четырех арифметических действий.

В отличие от вычислительных устройств непрерывного действия, где точность представления величин ограничена достижимой точностью изготовления и регулировки отдельных устройств и нестабильностью их работы, в цифровых вычислительных устройствах принципиально может быть достигнута любая точность вычислений. для этого необходимо лишь увеличить количество разрядов в изображении чисел, т. е. увеличить количество элементов, служащих для представления чисел в машине. При этом требования к точности изготовления и стабильности работы самих элементов не повышаются, достаточно, чтобы эти элементы, например элементарные схемы на электронных лампах или реле, имели определенное количество резко выраженных фиксированных состояний.

С точки зрения принципа работы любая электронная вычислительная цифровая машина может рассматриваться как бы состоящей из трех основных частей:

1. арифметического устройства, предназначенного для выполнения операций над числами;
2. запоминающего устройства, предназначенного для приема, хранения и выдачи чисел, участвующих в операциях, а также для хранения исходных данных и результатов решения задачи;
3. устройства, предназначенного для управления автоматической работой машины.

Кроме того, в машинах предусматриваются специальные устройства для ввода данных в машину и устройства для выдачи из машины результатов решения. Все части машины соединены между собой линиями связи, по которым передаются числа и управляющие сигналы.

Арифметические устройства машин строятся на электронных лампах или полупроводниковых элементах. Они работают с огромной скоростью, производя счет электрических импульсов в двоичной системе счисления.

В этой системе, в отличие от общепринятой десятичной, основанием системы является не число десять, а число два, и числа изображаются не десятью различными цифрами (0, 1, 2... 9), а всего двумя: 0 и 1. Например,
число 5 в двоичной системе будет иметь вид:
5 = 1*2 2 + 0*2 1 + 1*2 0 = 101.
Число 23 = 1*2 4 + 0*2 3 + 1*2 2 + 1*2 1 + 1*2 0 = 10111.

Таким образом, любое число в двоичной системе изображается последовательностью нулей и единиц, что значительно упрощает представление чисел в машинах и выполнение арифметических действий над ними.

Запоминающие устройства машины обычно состоят из двух отдельных устройств: внутреннего, или оперативного запоминающего устройства и внешнего запоминающего устройства. Часто оперативное запоминающее устройство условно называют памятью машины, а внешнее запоминающее устройство— накопителем. Память имеет сравнительно небольшую емкость; у большинства современных машин она рассчитана на одновременное хранение 1024 или 2048 чисел. Память непосредственно связана с арифметическим устройством и служит для выдачи чисел, участвующих в операции, и приема результатов. Она хранит обычно только те данные, которые необходимы для ближайшего ряда операций.

Память в машинах строится на различных принципах: на электронно-ламповых триггерных ячейках, на ртутных электро-акустических линиях задержки, на электроннолучевых трубках, на магнитных сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, на ферроэлектриках (кристаллах титаната бария, обладающих прямоугольной петлей изменения диэлектрической постоянной) и др.

Внешние накопители обладают практически неограниченной емкостью, но имеют значительно меньшую скорость работы. Они являются резервом для памяти и непосредственно в вычислениях не участвуют. В процессе автоматических вычислений происходит обмен информацией между памятью и накопителем таким образом, что все данные, необходимые для очередных действий, вводятся из накопителя в память, и наоборот — данные, уже использованные в расчетах, и результаты расчетов выводятся из памяти, освобождая ее для новых данных.

Внешние накопители обычно строятся на основе применения магнитной записи на ленты или барабаны. Часто используется запись на перфоленты и перфокарты.

Электронная цифровая вычислительная машина осуществляет, в принципе, тот же порядок решения задач, что и человек-оператор, работающий на арифмометре. Машина поочередно выбирает из запоминающего устройства необходимые числа, производит над ними требующиеся действия и посылает результаты обратно в запоминающее устройство. Разница заключается в том, что эти операции электронная цифровая машина выполняет с огромной скоростью. Для решения любой задачи на электронной цифровой машине должна быть заранее составлена программа работы машины, которая вводится в машину перед решением задачи, после чего весь процесс решения выполняется машиной автоматически, без участия человека.

Составление программы является, вообще говоря, достаточно сложным и трудоемким делом, однако в настоящее время успешно разрабатываются методы использования самих электронных машин для составления программ решения задач.

Приведем некоторые средние технические характеристики современных больших электронных цифровых машин универсального назначения: скорость вычислений составляет 5—8 тысяч арифметических действий в секунду; количество разрядов в числах, с которыми оперирует машина, 8—12 (десятичных); емкость памяти 1024— 2048 чисел; емкость внешних накопителей 100 000— 1 000 000 чисел; количество электронных ламп 3—5 тысяч; занимаемая площадь 100—200 м2 потребляемая мощность 40—50 киловатт.

В Институте точной механики и вычислительной техники Академии наук СССР построена под руководством академика С. А. Лебедева быстродействующая электронная счетная машина (БЭСМ), которая является самой совершенной и быстродействующей машиной в Европе.

Кроме того, в Академии наук СССР и в промышленности создан ряд небольших электронных цифровых вычислительных машин. Однако вычислительных машин у нас явно недостаточно, и в них ощущается острая потребность, непрерывно возрастающая в связи с развитием науки и техники.

Перспективы развития электронных вычислительных машин кратко могут быть охарактеризованы следующим образом.

а) Расширение возможностей применения машин в следующих направлениях:

• выполнение особо сложных и трудоемких математических вычислений, связанных с исследованиями в области ядерной физики, радиоэлектроники, химической и биологической кинетики и в других областях;
• выполнение сложных и разнообразных функций в системах автоматического управления, включая статистическую обработку внешней информации, выработку логических решений, определяющих оптимальный процесс управления н самоконтроль работы системы в условиях внешних и внутренних помех;
• осуществление комплексной механизации экономико-статистических работ: составление планов, отчетов, графиков, ведомостей, расписаний и т. п., вплоть до автоматизации отдельных процессов управления производственными предприятиями, хозяйственными и административными учреждениями;
• применение машин для механизации отдельных видов умственной работы: решение задач формальной логики, перевод с одного языка на другой, информационно-библиографическая работа, составление программ для решения задач на машинах и т. д.

б) Развитие техники электронных цифровых вычислительных машин идет по пути использования ряда новых идей и направлений:

• широкое применение полупроводниковых (германиевых и кремниевых) элементов вместо электронных ламп в электронных вычислительных машинах, что должно обеспечить резкое сокращение размеров машин и потребляемых мощностей, повышение надежности и сроков службы машин;
• разработка и применение новых типов запоминающих устройств (ферромагнитные, ферроэлектрические, диодноемкостные, магнитострикционные и др.), которые должны дать высокую скорость работы, большую емкость запоминания и высокую надежность;
• усовершенствование технологии изготовления машин с целью организации автоматизированного и массового производства машин. Это осуществляется путем применения печатного монтажа, стандартных типовых ячеек, узлов и устройств машин, выпускаемых отдельно и позволяющих осуществлять сборку машин в различных местах страны;
• исследование и разработка принципов и способов построения саморемонтирующихся и самоконтролирующихся машин, обладающих высокой надежностью работы.

в) Следует ожидать создания в ближайшем будущем электронных вычислительных машин, обладающих следующими основными характеристиками:

• устройства ввода должны обеспечивать непосредственную подачу в машину десятизначных чисел и буквенных данных со скоростью до 2000 отдельных знаков в секунду; устройства вывода должны выдавать цифровой и буквенный материал с такой же скоростью;
• выполнение арифметических операций должно производиться со скоростью до 100 000 сложений и вычитаний в секунду и до 20 000 умножений или делений в секунду;
• оперативное запоминающее устройство должно иметь емкость в 10 000—20 000 десятизначных десятичных чисел;
• внешний накопитель должен иметь практически неограниченную емкость;
• потребляемая мощность питания не должна превышать 2—5 Квт;
• габариты машины должны допускать ее размещение в комнате площадью 20—40 кв. м;
• машина должна обеспечивать высокую надежность, допуская в работе не более одного сбоя на миллиард операций.

В ычислительная техника

Информатизация общества.

Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. С развитием цивилизации появлялись новые направления деятельности человека, связанные с обработкой больших объёмов информации.

Первые компьютеры использовались в основном в военно-промышленном комплексе, но со временем область их применения постепенно расширялась и теперь в каждом третьем доме есть компьютер. Современный человек уже не может существовать без вычислительной техники: компьютеры управляют производством и распределением электроэнергии, производят расчёты в банках, обеспечивают безопасное движение железнодорожного и воздушного транспорта, составляют прогнозы погоды.

История развития вычислительной техники.

Ещё 1500 лет назад для облегчения вычислений стали использовать счёты. В 1642 г. Блез Паскаль изобрёл устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1694 г. Готфрид Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически производить четыре арифметических действия.

Первая счетная машина, использующая электрическое реле, была сконструирована в 1888 г. американцем немецкого происхождения Германом Холлеритом и уже в 1890 г. применялась при переписи населения. В качестве носителя информации применялись перфокарты. Они были настолько удачными, что без изменений просуществовала до наших дней.

Первой электронной вычислительной машиной принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и вычислитель), разработанную под руководством Джона Моучли и Джона Экера в Пенсильванском университете в США. ENIAC содержал 17000 электронных ламп, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов и занимал площадь в 300 кв. метром. Он в 1000 раз превосходил по быстродействию релейные вычислительные машины и был построен в 1945 г.

Первой отечественной ЭВМ была МЭСМ (малая электронная счетная машина), выпущенная в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева. Её номинальное быстродействие-50 операций в секунду.

Компьютеры 40-х и 50-х годов были доступны только крупным компаниям и учреждениям, так как они стоили очень дорого и занимали несколько больших залов. Первый шаг к уменьшению размеров и цены компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов. Через 10 лет, в 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создать на одной пластинке и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

В 1971 г. был сделан ещё один важный шаг на пути к персональному компьютеру-фирма Intel выпустила интегральную схему, аналогичную по своим функциям процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004. Уже через год был выпущен процессор Intel-8008, который работал в два раза быстрее своего предшественника.

Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах. Первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Altair был сделан на базе процессора Intel-8080, выпущенного в 1974 г. Разработчик Altair-крохотная компания MIPS из Альбукерка (шт. Нью-Мексико)-продавала машину в виде комплекта деталей за 397 долл., а полностью собранной-за 498 долл. У компьютера была память объёмом 256 байт, клавиатура и дисплей отсутствовали. Можно было только щёлкать переключателями и смотреть, как мигают лампочки. Вскоре у Altair появились и дисплей, и клавиатура, и добавочная оперативная память, и устройство долговременного хранения информации (сначала на бумажной ленте, а затем на гибких дисках).

А в 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple, который представлял собой деревянный ящик с электронными компонентами. Если сравнить его с выпускаемым сейчас iMac, то становится ясным, что со временем изменялась не только производительность, но и улучшался дизайн ПК.

Вскоре к производству ПК присоединилась и фирма IBM. В 1981 г. она выпустила первый компьютер IBM PC. Благодаря принципу открытой архитектуры этот компьютер можно было самостоятельно модернизировать и добавлять в него дополнительные устройства, разработанные независимыми производителями. За каких-то полгода IBM продала 50 тыс. машин, а через два года обогнала Apple по объёму продаж.

Производительность современных ПК больше, чем у суперкомпьютеров, сделанных десять лет назад. Поэтому через несколько лет обыкновенные персоналки будут работать со скоростью, которой обладают современные суперЭВМ. Кстати, в январе 1999 г. самым быстрым был компьютер SGI ASCI Blue Mountain. По результатам тестов Linpack parallel его быстродействие равнялось 1,6 TFLOPS (триллионов операций с плавающей точкой в секунду).

Идеи Бэббиджа.

Из всех изобретателей прошлых столетий, внесших вклад в развитие вычислительной техники, наиболее близко к созданию компьютера в современном представлении подошел англичанин Чарльз Бэббидж.

Желание механизировать вычисления возникло у Бэббиджа в связи с недовольством, которое он испытывал, сталкиваясь с ошибками в математических таблицах, используемых в самых различных областях.

В 1822 г. Бэббидж построил пробную модель вычислительного устройства, назвав ее "Разностной машиной": работа модели основывалась на принципе, известном в математике как "метод конечных разностей". Данный метод позволяет вычислять значения многочленов, употребляя только операцию сложения и не выполнять умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. При этом предусматривалось применение десятичной системы счисления (а не двоичной, как в современных компьютерах).

Однако "Разностная машина" имела довольно ограниченные возможности. Репутация Бэббиджа как первооткрывателя в области автоматических вычислений завоевана в основном благодаря другому, более совершенному устройству-Аналитической машине (к идее создания которой он пришел в 1834 г.), имеющей удивительно много общего с современными компьютерами.

Предполагалось, что это будет вычислительная машина для решения широкого круга задач, способная выполнять основные операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Предусматривалось наличие в машине "склада" и "мельницы" (в современных компьютерах им соответствуют память и процессор). Причем планировалось, что работать она будет по программе, задаваемой с помощью перфокарт, а результаты можно будет выдавать на печать (и даже представлять их в графическом виде) или на перфокарты. Но Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины-она оказалась слишком сложной для техники того времени.

Машины Фон-Неймановского типа.

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.

Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:

• 
  Арифметическо-логическое устройство, выполняющие арифметические и логические операции;
• Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
• Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
• Внешние устройства для ввода-вывода информации.

В основе работы компьютера лежат следующие принципы:

• Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
• Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
• Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
• Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Машины, построенные на этих принципах, называются Фон-Неймановскими.

Список используемой литературы.

1. В. Э. Фигурнов «IBM PC для пользователей» - М.: ИНФРА-М, 1996.

2. М. Д. Аксёнова «Энциклопедия для детей. Математика» - М.: Аванта+, 1998.

3. А. П. Савин «Энциклопедический словарь юного математика» - М.: Педагогика, 1985.

4. Музей Intel: http://www.intel.ru/museum.

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………………………….2

РУЧНОЙ ПЕРИОД КОМПЬЮТЕРНОЙ ЭПОХИ…………………………………………………2

МЕХАНИЧЕСКИЙ ЭТАП…………………………………………………………………………………..3

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭТАП……………………………………………………………………4

ЭТАП СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ…………………………………………………………………………….5

РОЛЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА………………………..8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………………………..11

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………..11

ВВЕДЕНИЕ

Слово (англ.) «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Сегодня трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. Но до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны ограниченному кругу специалистов, а их применение оставалось окутанным завесой секретности. Однако в 1971 году произошло событие, которое превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей: фирма Intel из американского города Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользуются все: от учащихся начальных классов до ученых.

Знание истории развития вычислительной техники, как основы компьютерной информатики, – необходимый элемент компьютерной культуры.

РУЧНОЙ ПЕРИОД КОМПЬЮТЕРНОЙ ЭПОХИ

Ручной период начался на заре человеческой цивилизации. Фиксация результатов счета у разных народов производилась разными способами: пальцевой счет, нанесение засечек, счетные палочки, узелки и т.д. Далее появились приборы, которые предполагали наличие системы счисления, десятичной, пятеричной, троичной и т.д. К таким приборам относятся абак, русские, японские, китайские счеты.

История цифровых устройств начинается со счет. Древнегреческий абак или «саламинская доска» по имени острова Саламин в Эгейском море, это посыпанная песком дощечка. На песке проводили бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камушек в следующем разряде. Абак

Римляне усовершенствовали абак перейдя от деревянных досок к мраморным, с выточенными желобками и мраморными шариками.

Китайские счеты суаньпань состояли из деревянной рамки, разделенной на верхние и нижние секции. Параллельно друг другу протягивались проволоки или верёвки числом от девяти и более. В большом отделении на каждой проволоке по пять косточек, а в меньшем - по две. Проволоки соответствуют десятичным разрядам. Китайцы разработали счет на суаньпань, позволяющий Суаньпань производить над числами все 4 арифметические операции, а также извлекать квадратные и кубические корни. Японцы суаньпань называли соробан.

На Руси изначально считали по косточкам, раскладываемым в кучки. В 15 веке распространился «дощатый счет», завезенный купцами. Он почти не отличался от обычных счет: рамка с горизонтальными веревочками и нанизанными сливовыми или вишневыми косточки.

МЕХАНИЧЕСКИЙ ЭТАП

В 1623 году Вильгельм Шиккард изобрел и построил первую работающую модель 6-ти разрядного механического вычислительного устройства, которое могло выполнять простейшие арифметические действия: сложение и вычитание с семизначными числами. Описание машины Шиккарда, к сожалению, утрачено.

Считающие часы Шиккарда

В 1642 году Блез Паскаль сконструировал 8-разрядную суммирующую машину. Она представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков с цифрами от 0 до 9 и приводов. Когда первое колесико делало полный оборот от 0 до 9, в действие автоматически приводилось второе колесико и т. д. Машина Паскаля могла складывать и вычитать. Умножать и делить - путем многократного сложения и вычитания. Машина Паскаля

В 1674 году великий философ и ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал машину, которая выполняла сложение, вычитание, умножение, деление и извлечение квадратного корня. В отличие от Паскаля Лейбниц использовал в своей машине не колесики и приводы, а цилиндры с нанесенными на них цифрами. В ней Лейбниц впервые применил двоичную систему счисления, использующую вместо обычных для человека десяти цифр две: 0 и 1.

В 1820 году учёный и изобретатель Шарль де Кольмар придумал самый настоящий калькулятор и назвал его арифмометр. Как и многие его предшественники, арифмометр был механическим устройством. Впервые счетное устройство выпускалось серийно и поступило в широкую продажу. С усовершенствованиями в конструкции арифмометры прослужили человеку в общей сложности 90 лет! Арифмометр «Феликс».

Выпускался в СССР в 1929-1978 гг.

Следующая ступень развития вычислительных устройств не имела ничего общего с числами, по крайней мере вначале.

На протяжении всего XVIIIв. во Франции на фабриках шелковых тканей велись эксперименты с ткацким станком, работающим при помощи перфорационной ленты, перфорационных карт или деревянных барабанов. Во всех трех системах нить поднималась или опускалась в соответствии с наличием или отсутствием отверстий-так создавался желаемый рисунок ткани. В 1804 г. инженер Жозеф Мари построил полностью автоматизированный

Программируемый ткацкий станок, способный воспроизводить сложнейшие

Станок Жозефа 1801г. узоры.

Работа станка программировалась при помощи колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока.

Станок вызвал революцию в ткацком производстве, а положенные в его основу принципы используются и сегодня.

Из всех изобретателей прошлых столетий, внесших вклад в развитие вычислительной техники, ближе всего к созданию компьютера в современном его понимании подошел англичанин Чарльз Бэббидж.

В 1822 году английский математик Чарльз Бэббидж описал и сконструировал машину для табулирования. Она рассчитывала и печатала математические таблицы, производила некоторые математические вычисления с точностью до восьмого знака после запятой.

В 1838 году Чарльз Бэббидж перешёл от разработки новой Разностной машины к проектированию более сложной аналитической машины, принципы программирования которой напрямую связаны с перфокартами. Но и эта машина не была закончена: низкий уровень технологий того времени стал главным препятствием на пути ее создания. Машина Бэббиджа

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭТАП

В 1888 Герман Холлерит - американский инженер, изобретатель первой электромеханической счетной машины - табулятора, основатель фирмы - предшественницы IBM, сконструировал электромеханическую машину, которая могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. Перфокарта.

Эта машина состояла из реле, счетчиков, сортировочного ящика. Данные наносились на перфокарты в виде пробивок. При прохождении перфокарты через машину данные снимались путем прощупывания системой игл. Если напротив иглы оказывалось отверстие, то игла, пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной под картой. Возникавший таким образом контакт замыкал электрическую цепь, благодаря чему к результатам расчетов автоматически добавлялась единица, после чего перфокарта попадала в определенное отделение сортировочного ящика.

В 1890 табулятор был использован для 11-й американской переписи населения. Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем десятилетием ранее 500 сотрудников занимались в течение семи лет, Холлерит сумел выполнить с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

Это изобретение стало широко применяться для статистических исследований во всем мире. Холлерит получил звание профессора Колумбийского университета. В 1896 он организовал в Нью-Йорке компанию по производству машин для табуляции (Tabulating Machine Company), которая впоследствии выросла в International Business Machines Corporation - IBM. Модель Z 1

В 1938 Конрад Цузе немецкий инженер, пионер компьютеростроения, в домашних условиях собрал электромеханическую машину Z1. Машина имела клавиатуру для ввода задач и панель с лампочками, на которой высвечивался результат. Затем он заменил печатающее устройство на перфоленту и назвал новую модель Z2. Когда началась война, Цузе получил поддержку германского правительства на разработку компьютера для военных целей - конструирования самолетов и ракет.

В 1941 Цузе создал третью модель - Z3, основанную на электромеханических реле и работавшую в двоичной системе. Z3 состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти. Числа можно было Уцелевшая Z 4 «записать» в память и «считывать» оттуда посредством электрических сигналов, которые проходили через реле. Реле либо пропускали сигнал, либо нет. Машина считывала программу механически шаг за шагом и проводила от15 до 20 вычислительных операций в секунду. Цузе приступил к постройке Z4, в которой все механические части должны были быть заменены на электронные лампы. Во время бомбежек Берлина все машины Цузе, кроме Z4, погибли.

В 1947г. в Америке сотрудники лабаратории Bell Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Берттейн создали первый в мире транзистор. Открытие транзистора – важнейшая веха в истории создания компьютеров, ведь именно транзисторы стали основой всех микропроцессоров. В 1954 году компания Texas Instruments начала серийное производство кремниевых транзисторов на промышленной основе. В 1956 году в Технологическом институте города Массачусетс создан первый компьютер на основе транзисторов. В 1958 -1959 годах Джек Килби и Роберт Нойс создают интегральную микросхему – первый прототип современных микропроцессоров.

Первый транзистор

В 1968г. Нойс и его коллега Гордон Мур основали корпорацию Intel. Спустя два года они создали Intel 1103 - первую запоминающую микросхему DRAM. Компьютерная память на полупроводниковых микросхемах скоро вытеснила память на магнитных сердечниках. Нойс также был руководителем проекта Intel по созданию первого микропроцессора (Intel 4004, в 1971 году). Вскоре корпорация Intel стала лидером по производству микропроцессоров.

ЭТАП СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ

Современный этап развития ЭВМ охватывает период с 1970 года до наших дней.

29 октября 1969 года в 21:00 между двумя первыми узлами сети ARPANET, находящимися на расстоянии в 640 км провели сеанс связи. Чарли Клайн в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса выполнил удалённое подключение к компьютеру в Стэнфордском исследовательском институте. Успешную передачу каждого введённого символа его коллега Билл Дювалль из Стэнфорда подтверждал по телефону. Так зародился Интернет.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС).

В 1971 году в результате исследований команда специалистов «INTEL» создает первый 4-разрядный микропроцессор INTEL -4004. Далее новые модели процессоров от «INTEL» стали появляться регулярно. «INTEL» и по сей день занимает одно из лидирующих мест в производстве процессоров для персональных компьютеров. Основными конкурентами «INTEL» являлись «АMD» и «Cyrix».

К 1971 году была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети. Эта программа сразу стала очень популярна.

В 1971 году американский изобретатель и предприниматель Джеймс Фергасон продемонстрировал прототип LCD-дисплея (ЖК-дисплея). Он не изобрел LCD-технологию, но до него такие дисплеи потребляли много энергии, были недолговечны и не могли похвастать высокой контрастностью. Индустрия подхватила разработку, и дисплеи стали появляться в часах, калькуляторах и других устройствах. Со временем появились и цветные дисплеи.

LCD TFT (англ. Thin film transistor - тонкоплёночный транзистор) - разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель TFT для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Война процессоров продолжается и по сей день. Фирме «INTEL» приходится сдерживать натиск конкурентов, разрабатывая все более качественные и мощные процессоры.

В 1973г. появился Xerox Alto - первый в мире компьютер с графическим интерфейсом, разработанный в Xerox PARC.

Xerox Alto

В 1973 году к сети компьютеров через трансатлантический телефонный кабель были подключены первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии, сеть стала международной.

В 1973 году был выпущен жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. Название «винчестер» (англ. Winchester) накопитель получил благодаря руководителю проекта Кеннету Хотону. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля по 30 МБ каждый. По созвучию название совпало с обозначением популярного охотничьего оружия - винтовки.

В 1974 году фирма «Zilog», один из первых конкурентов «INTEL», выпускает свой первый процессор.

В 1976 году фирма «Texas Instruments» создает конкурентный «INTEL» процессор TMS 9900.

1976 год – официальное начало войны процессоров. Фирма «AMD» получает права и возможность копировать инструкции и микрокоды процессоров «INTEL».

В 1977г. фирма Commodore выпускает ПК Commodore PET. Commodore PET (1977 г .)

ПК IBM PC 5150 (1981 г .)

В 1983 году на рынке появляется процессор от фирмы «IBM». Его название IBM 80286.

В 1985г. корпорация Microsoft выпустила первую версию ОС Windows 1.0.

В начале 1990-х «Cyrix» выпустил математический сопроцессор, ускоряющий математические вычисления. В 1992 «Cyrix» развернула производство процессоров x86.

В 1993 году появляется новое поколение процессоров «INTEL». Появляется INTEL Pentium-60, скорость процессора – 100 миллионов операций в секунду.

В 1995 началось производство шестого поколения микропроцессоров «Cyrix» 6x86.

Моноблочный ПК

iMac корпорации Apple (1998г.)

В августе 1995 года на основе браузера Spyglass, Inc. Mosaic. выпущен Internet Explorer 1. Microsoft лицензировала браузер.

В 1997 «Cyrix» на основе процессора 6х86 выпустил новый процессор с поддержкой MMX-инструкций. Кроме того, «Cyrix» наладил выпуск высокоинтегрированных процессоров MegiaGX. В том же 1997 «Cyrix» вошел в состав американского полупроводникового концерна National Semiconductor.

В 1997году появляется INTEL Pentium II.

В 1997 году в ответ на Pentium II «AMD» выпускает свой новый процессор AMD K5.

В 1999 был выпущен новый микропроцессор «Cyrix» MXi, основанный на новом процессорном ядре. 5 августа 1999 компания была продана корпорации VIA Technologies.

В 1999 году выпущен в продажу INTEL Pentium III.

2004-2005 года разработка и внедрение двуядерных процессоров от «INTEL» и «AMD».

2006 год появление четырёхядерных процессоров от «INTEL».

Портативный ноутбук

фирмы IBM (2004г.)

2007г. выпущен первый компьютер серии IBM Blue Gene, Он разработан фирмой IBM совместно с Ливерморской национальной лабораторией. Его теоретическая пиковая производительность составляет 360 терафлопс, а реальная производительность около 280 терафлопс. После апгрейда в 2007 году реальная производительность увеличилась до 478 терафлопс при пиковой производительности в 596 терафлопс.

2007г. появились системы, способные Распознавать буквы, штрих-коды, автомобильные номера, лица, речь, изображения, локальные участки земной коры, в которых находятся месторождения полезных ископаемых.

2008г. выпускается самый тонкий ноутбук в мире - MacBook Air. Это ультрапортативный 13.3-дюймовый ноутбук серии MacBook Apple. Его максимальная толщина составляет 1,93 см. MacBook Air весит 1,36 кг.

РОЛЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Персональный компьютер быстро вошел в нашу жизнь. Еще несколько лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер – они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. Теперь же в каждом третьем доме есть компьютер.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Область применения ЭВМ огромна и непрерывно расширяется.

Если 30 лет назад существовало около 2000 различных сфер применения микропроцессорной техники, то о сегодняшних и тем более будущих масштабах её распространения говорить уже сложно. Можно привести лишь несколько наиболее ярких примеров применения компьютера в жизнедеятельности человека, тогда как неохваченными областями останутся 99,9%.

Компьютеры на производстве .

Компьютеры находят применение при выполнении широкого круга производственных задач. Так, например, диспетчер на крупном заводе имеет в своём распоряжении автоматизированную систему контроля, обеспечивающую бесперебойную работу различных агрегатов. Компьютеры используются также для контроля за температурой и давлением при осуществлении различных производственных процессов. Также управляются компьютером роботы на заводах, скажем, на линиях сборки автомобилей, включающие многократно повторяющиеся операции, например затягивание болтов или окраску деталей кузова. АСУП BandMaster

Компьютер – помощник конструктора.

Проекты конструирования требуют затрат большого количества времени и усилий. Они представляют собой один из самых трудоёмких видов работ. Сегодня конструкторы имеют возможность работать в специальных графических программах. Это позволяет выдавать не только более качественные чертежи, но и производить специфические расчеты узлов и деталей сложных механизмов, а так же поверхностей. Пример: конструктор автомобилей исследует с помощью компьютера, как форма кузова влияет на рабочие характеристики автомобиля. Конструктор может вносить любые изменения в проект и тут же наблюдать результат на мониторе.

Компьютер в торговле.

Представьте себе 1979 год. Кассир в большом универмаге, когда покупатели выкладывают покупки на прилавок, должен прочесть цену каждой покупки и ввести её в кассовый аппарат. Затраченное кассиром время = Х. А теперь вернёмся в наши дни. Когда теперь покупатели выкладывают покупки на прилавок, кассир пропускает каждую из них через сканирующее устройство считывающее универсальный код, нанесённый на покупку. По коду компьютер определяет, цену изделия, хранящуюся в памяти компьютера. Когда все товары прошли через сканер, компьютер выдаёт общую стоимость купленных товаров. Затраченное время = 1/2Х. Кофемат.

Сегодня сложно удивить кого-то умной машиной, продающей чай, кофе, конфеты.

Компьютер в банковских операциях.

Компьютеры позволяют выполнять большое количество операций, включая обработку чеков, регистрацию изменения каждого вклада, приём и выдачу вкладов, оформление ссуды и перевод вкладов с одного счёта на другой или из банка в банк. Банковские автоматы позволяют клиентам взять деньги со счета, когда банк закрыт. Всё, что требуется, - вставить пластиковую банковскую карточку в банкомат и ввести ответы на поставленные им запросы о проведении тех или иных операций с вашими финансами. Банкомат.

Компьютер в медицине.

Существует множество болезней, каждая из которых имеет только ей присущие симптомы. Но существуют и десятки болезней с одинаковыми симптомами. В таких случаях врачу трудно поставить точный диагноз. И здесь ему на помощь приходит компьютерная диагностика. Для этого больного обследует врач-диагност на специальном оборудовании, связанном с компьютером. Результаты обследования синхронно попадают в компьютер. Через несколько минут врач-диагност сообщает, какой из обследуемых органов имеет аномальные отклонения. При этом он называет предварительный диагноз. Современный аппарат УЗИ

Компьютер + электронный микроскоп = множество открытий в медицине, микробиологии, генной инженерии и т.д.

Компьютер в сфере образования.

Поскольку компьютер стал неотъемлемой частью нашей жизни, многие родители стараются приучить к нему своих детей с раннего возраста. Сегодня многие учебные заведения оснащены компьютерами. Школьники с помощью компьютера расширяют свой кругозор, для студентов интернет – источник знаний. Многие лаборатории вузов оборудованы компьютерами, на которых студенты моделируют различные ситуации, возможные в производственном процессе, и наблюдают результат гипотетического эксперимента. Учебный процесс и усвоение учебного материала поэтапно контролируется педагогом.

Компьютер + электронный телескоп = открытия в области исследования космоса, возможность вовремя увидеть и вычислить степень угрозы для нашей планеты от траектории движения метеоритов, комет, и т.д.

Компьютеры на страже закона.

Способность компьютеров хранить большое количество информации используется правоохранительными органами для создания картотеки преступной деятельности. Электронные банки данных с соответствующей информацией доступны следственным учреждениям всей страны. Компьютеры используются правоохранительными органами не только в информационных сетях ЭВМ, но и в процессе розыскной работы. Например, в лабораториях криминалистов компьютеры помогают проводить анализ веществ, обнаруженных на месте преступления, ведь заключения эксперта часто оказываются решающими в доказательствах по рассматриваемому делу.

Компьютер как средство общения людей.

Как только появилась возможность объединять несколько компьютеров в сеть, пользователи ухватились за эту возможность не только для того, чтобы использовать ресурсы удаленных машин, но и чтобы расширить круг своего общения. Созданы программы, предназначенные для обмена сообщениями пользователей, находящихся в разных точках земного шара. Наиболее универсальное средство компьютерного общения – это электронная почта. Она позволяет пересылать сообщения практически с любой машины подключенной к сети интернета. Электронная почта - самая распространенная услуга сети Internet. Посылка письма по электронной почте обходится значительно дешевле посылки обычного письма. Кроме того сообщение, посланное по электронной почте дойдет до адресата за несколько минут или секунд, в то время как обычное письмо может добираться до адресата несколько дней, а то и недель.

Интернет.

Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Эта сеть ежемесячно растет на 7-10%.

Internet предоставляет уникальные возможности дешевой, надежной и относительно конфиденциальной глобальной связи по всему миру. Это оказывается очень удобным для фирм имеющих свои филиалы по всему миру, транснациональных корпораций и структур управления. Использование интернета для международной связи обходится значительно дешевле прямой компьютерной связи через спутниковый канал или через телефон.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы рассмотрели историю и современное состояние компьютерной техники. Уже сейчас вычислительная техника достигла просто потрясающих высот. Каковы же перспективы совершенствования персональных компьютеров, и что нас ожидает в дальнейшем в этой сфере?

При бурно развивающейся технологии компьютер будущего, возможно, будет иметь размер почтовой марки и, соответственно, цену, не превышающую цены почтовой марки. Учитывая масштабы человеческой фантазии и растущие требования потребителей, можно представить себе, гибкий экран телевизора или монитора, который не разобьется, если швырнуть его на землю. А что можно сказать о пластинке величиной с обычную кредитную карточку, заполненной массой нужнейшей информации, включая ту, которая обычно и хранится в кредитной карточке, но выполненной из такого материала, что она никогда не потребует замены?

В будущем, возможно ученые найдут способ расстаться с электронами как основными действующими лицами на сцене микроэлектроники и обратиться к фотонам. Использование фотонов позволит изготовить процессор компьютера размером с атом. О том, что наступление эпохи таких компьютеров уже не за горами говорит факт, что американским ученым удалось на доли секунды остановить фотонный пучок, а это не что иное, как луч света...

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Шафрин Ю. Информационные технологии, М., 1998.

2) ИНФОРМАТИКА, М., 1994. (энциклопедический словарь для начинающих)

3) Алтухов Е.В., Рыбалко Л.А., Савченко В.С. Основы информатики и вычислительной техники, М., «Высшая школа», 1992.

4) Бордовский Г.А., Исаев Ю.В., Морозов В.В. Информатика в понятиях и терминах, М., 1991.

5) Электронная энциклопедия Кирилла и Мефодия