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

хорошую работу на сайт">

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1.Научный подвиг С.А. Лебедева

2. Вклад в развитие ЭВМ И.С. Брука

3. Вклад в создание ЭВМ В.М. Глушкова

4. Вклад в развитие ЭВМ А.П. Ершова

Введение

Компьютеры и цифровая техника настолько прочно вошли в нашу жизнь, что сейчас воспринимаются как данность. И мало кто задает себе вопросы, кем и каким трудом был проложен путь к современным информационным технологиям. К сожалению, за годы искусственно созданной информационной закрытости государства в сознании многих людей сложился стереотип национального компьютерного нигилизма. Между тем, зная факты развития науки и техники не понаслышке, можно смело говорить о наличии глубоких корней и традиций отечественного компьютеростроения, имевшихся у нас достижений мирового уровня в этой области. Осознанию истинных масштабов участия наших соотечественников в мировой компьютерной истории призван способствовать рассказ о вкладе академика Сергея Алексеевича Лебедева в становление электроники и вычислительной техники, как в нашей стране, так и в мире.

По словам президента Российской академии наук академика Ю.С. Осипова, уникальные разработки С.А. Лебедева «определили столбовую дорогу мирового компьютеростроения на несколько десятилетий вперед». Именно академик Лебедев создал в тяжелые послевоенные годы первую отечественную ЭВМ и последующие все более и более производительные вычислительные машины. Появление электронно-вычислительных машин стало научно-технической революцией, кардинально изменившей развитие общества.

1. Научный подвиг С.А. Лебедева (1902 - 1974 гг.)

Сергей Алексеевич начал заниматься вопросами конструирования вычислительной техники в 45 лет, будучи уже известным ученым-электриком. К этому времени им были получены значительные научные результаты области устойчивости работы электрических систем. В 1939 году ему была присвоена ученая доктора наук (минуя степень кандидата наук) за разработку теории "искусственной устойчивости" электрических систем. В годы войны С. А. Лебедев работал в области автоматизации управления сложными системами. Под его руководством были разработана система стабилизации танкового орудия при прицеливании, система автоматического самонаведения на цель авиационной торпеды.

Для разработки системы стабилизации танковой пушки и автоматического устройства самонаведения на цель авиационной торпеды требовалось провести большие расчеты. Развивая это направление, С. А.Лебедев создал в 1945 году аналоговую вычислительную машину для решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений. По окончании войны С. А. Лебедев вернулся к работам по повышению устойчивости энергосистем. За работы этого цикла он получил в 1950 году Государственная премия СССР. эвм лебедев брук глушков ершов

Как известно, за рубежом принципы компьютеростроения и электронного счета разработал фон Нейман, классическая архитектура компьютера так и называется «фон Неймановская». Научный подвиг Лебедева заключается в том, что в условиях информационной замкнутости тех лет Сергей Алексеевич пришел к тем же выводам, что и фон Нейман, но на полгода раньше. Разработанные теоретические выкладки позволили Сергею Алексеевичу перейти к практической работе. Первым значимым результатом стала Малая электронная счетная машина (МЭСМ). В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построения компьютеров, такие как:

· наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления;

· кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам;

· двоичная система счисления для кодирования чисел и команд;

· автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы;

· наличие как арифметических, так и логических операций;

· иерархический принцип построения памяти;

· использование численных методов для реализации вычислений.

В 1951 году она была принята комиссией в эксплуатацию, а в 1952 году на ней уже решались важные научно-технические задачи из области термоядерных процессов, космических полетов, ракетной техники, дальних линий передач и прочего. В Киеве, в Национальной академии наук Украины, где создавалась МЭСМ, сохранилась конструкторская документация и папки с материалами о первой отечественной ЭВМ, большая часть из которых составлена С. А. Лебедевым.

Параллельно с завершающим этапом работ над МЭСМ в 1950 году была начата разработка первой Большой (впоследствии переименованной в Быстродействующую) Электронно-счетной машины. Разработка БЭСМ велась уже в Москве, в лаборатории ИТМиВТ, которую возглавил С.А. Лебедев. В те годы не было собственной элементной базы, необходимых конструкций под вычислительные блоки, охладительных систем. Приходилось самим изготавливать шасси и стенды, сверлить и клепать, монтировать и отлаживать различные варианты триггеров, счетчиков сумматоров, проверять их на надежность в работе.

В кратчайший срок такая машина была создана. В апреле 1953 года быстродействующая электронная вычислительная машина БЭСМ-1 была принята Государственной комиссией в эксплуатацию. Она имела 5 тыс. электронных ламп, выполняя 8 - 10 тыс. операций в секунду, являлась одной из самых быстродействующих машин в мире. Машина была принята, но в серию не пошла. Это было следствием противодействия со стороны Министерства машиностроения и приборостроения, которое всеми силами пыталось "протолкнуть" свою более слабую и менее надежную машину.

В октябре 1955 года в Дармштадте (ФРГ) на Международной конференции по электронным счетным машинам доклад о наших достижениях произвел сенсацию - БЭСМ была признана самой быстродействующей машиной в Европе. Ее быстродействие оказалось рекордным - 8 000 оп/с. После триумфальной победы БЭСМ, под руководством Лебедева сразу начались работы над следующей версией ЭВМ, с улучшенными характеристиками: повышенным быстродействием, большей памятью, увеличенным временем устойчивой работы. Так появились следующие версии семейства БЭСМ - БЭСМ-2, БЭСМ-3М, БЭСМ-4. Эти машины уже выпускались серийно на Заводе Счетно-аналитических машин ЗСАММ, сначала по несколько десятков экземпляров - затем сотнями. МЭСМ, "Стрела" и первые машины серии БЭСМ - это вычислительная техника первого поколения. Элементная база первых вычислительных машин - электронные лампы - определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным.

Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте. Лучшей в серии БЭСМ по праву стала знаменитая БЭСМ-6 - первый в мире серийный «миллионник» (1 млн. оп/с). Главный конструктор реализовал в ней множество революционных для того времени решений, благодаря чему машина пережила три поколения вычислительной техники и выпускалась 17 лет. Надежность и простота в эксплуатации, экономичность, малый расход энергии, развитое программное обеспечение, хорошее быстродействие, вот что характеризовало ее. Вот что обеспечивало ее популярность и конкурентно способность, даже когда появились громоздкие монстры EС. За это время было произведено около 450 машин, что является абсолютным рекордом для ЭВМ класса «суперкомпьютер». До настоящего времени сохранился последний экземпляр БЭСМ-6, работающий под Санкт-Петербургом в Учебном центре Военно-морского флота. На базе БЭСМ-6 был создан многомашинный вычислительный комплекс АС-6, который в течение 15 лет использовался в центрах управления полетами космических аппаратов для обработки информации в реальном времени. Так в 1975 году при совместном полете космических кораблей «Союз» и «Аполлон» наш АС-6, обрабатывая информацию, обсчитывал данные по траектории полета за 1 минуту, в то время как у американской стороны такой расчет занимал полчаса. Ни один из типов машин С.А. Лебедева не являлся копией какой-либо иностранной ЭВМ, все создавалось на собственной научной базе, с применением оригинальных подходов к решению теоретических и прикладных задач. И в этом проявление высоких интеллектуальных способностей действительно выдающегося русского ученого и его научный подвиг.

Для нашей страны создание собственных вычислительных технологий было большим прорывом. Сергей Алексеевич еще в далекие 60-е годы понимал, что электронная вычислительная техника явится одним из самых мощных средств научно-технического прогресса, окажет огромное воздействие на развитие науки, экономики и обороны страны. Впоследствии в одной из своих статей он напишет: «Внедрение таких машин, реорганизацию умственного труда человека по их результатам можно сравнить только с таким этапом истории человечества, как введение машинного труда взамен ручного». Первая БЭСМ стала основой серии из 6 поколений машин, внесших огромный вклад в развитие отечественной науки и техники: в освоении космоса, в атомной промышленности, в создании противоракетной обороны. Вне всякого сомнения, без Лебедевской вычислительной техники в этих отраслях сложно было бы достичь таких результатов. Этот вклад был настолько существенен, что его высоко ценили сами конструктора, в чьих интересах создавались ЭВМ. С. А. Лебедев внес основополагающий вклад в становление и развитие вычислительных наук в бывшем СССР. Им разработаны главные принципы построения и структура универсальных электронных цифровых вычислительных машин, организована работа коллективов разработчиков высокопроизводительных ЭВМ, промышленное производство этих ЭВМ и их внедрение, подготовка кадров.

С.А.Лебедева называют "отцом вычислительной техники" в СССР.

2. Вклад в развитие ЭВМ И.С. Брука (1902-1974)

В нашей стране в 1948 г. проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей. В этом году развернулась разработка первого в СССР проекта цифровой электронной вычислительной машины. В августе 1948 года совместно со своим сотрудником молодым инженером Б.И. Рамеевым (в дальнейшем известным конструктором вычислительной техники, создателем серии "Урал") он представил проект автоматической вычислительной машины. В октябре того же года ими были представлены детально проработанные предложения по организации в Академии наук лаборатории для разработки и строительства цифровой вычислительной машины.

Чуть позднее Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство выдал И.С. Бруку и Б.И. Рамееву Авторское Свидетельство за №10475 на изобретение цифровой вычислительной машины с приоритетом от 4 декабря 1948 года. Это первый официально зарегистрированный документ, касающийся развития вычислительной техники в нашей стране. Этот день мы с полным правом можем объявить днем рождения российской информатики. Вскоре, однако, Рамеева призвали в армию и темпы создания ЭВМ замедлились. Специалистов в области создания электронной вычислительной техники в стране не было и Брук пригласил на работу выпускников и дипломников Н.Матюхина, Т. Александриди, М.Карцева. Все они в последствии стали крупными учеными, конструкторами вычислительной техники. Таким образом, работы по созданию нового научного направления сочетались с подготовкой специалистов для новой области.

В апреле 1950 года И.С. Брук оформляет постановление президиума Академии наук СССР о разработке цифровой электронной вычислительной машины М-1. Машина под руководством И.С. Брука была сконструирована и собрана выпускниками и студентами вузов. Все они стали впоследствии крупными специалистами в области вычислительной техники. Окрыленный успехом в апреле 1952 Брук начинает новый проект - разработку вычислительной машины М-2, которая положила начало созданию экономичных машин среднего класса. В машине М-2 использовались 1879 ламп, меньше, чем в ""Стреле"", а средняя производительность составляла 2000 операций в секунду. М-2 имела трехадресную систему команд, формат 34 двоичных разряда, представление чисел с плавающей точкой и фиксированной точкой, память на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) емкостью 512 чисел и дополнительную память на магнитном барабане емкостью 512 чисел. Были задействованы 3 типа памяти: электростатическая на 34 трубках Вильямса, на магнитном барабане и на магнитной ленте с использованием обычного для того времени магнитофона МАГ-8И уже через полгода новая машина была смонтирована и поставлена на отладку, а к лету будущего года заработала в полном объеме. На этой машине проводились расчеты по ядерным исследованиям для Института атомной энергии, проводились расчеты по прочности плотин, строящихся тогда Куйбышевской и Волжской гидроэлектростанций, проводились расчеты термодинамических и газодинамических параметров воздуха для задач, связанных с запуском ракет. О высоких характеристиках машины говорит тот факт, что она эксплуатировалась в течение 15 лет. Вероятно, впервые в М-2 М.А.Карцевым была реализована идея укороченных адресов в командах и укороченных кодов операций. Эта идея была предшественником способов формирования исполнительных адресов в ЭВМ второго и третьего поколений. Тем не менее, эта машина не была запущена в серию.

Сказалось противодействие со стороны Министерства машиностроения и приборостроения, который как монополист в области производства электронной аппаратуры не поставлял необходимые для сбора машины компоненты и всеми силами пытался "протолкнуть" свою более слабую и менее надежную машину. Почти одновременно с конструированием М-2 Брук начал разработку машины М-3,которая работала с 30- разрядными двоичными числами с фиксированной точкой, имела двухадресный формат команд, память емкостью 2048 чисел на магнитном барабане и производительность 30 оп/сек. При работе с ферритовой памятью той же емкости производительность М-3 возрастала до 1,5 тыс. оп/сек. Она имела всего 770 электронных ламп и 3тыс. купроксных диодов и занимала площадь 3 кв.м. Основные идеи построения М-3 были сформулированы И.С.Бруком, Н.Я.Матюхиным и В.В.Белынским. Но внедрение и этой машины встретило сильные препятствие. Ввину разработчикам было поставлено, что эта машина появилась "незаконно". Она была разработана в порядке личной инициативы. Тем не менее этой машине повезло больше. Она стала основой для разработок на ее основе машин в Армении, Белоруссии, Венгрии и Китая.

В традициях школы малых ЭВМ И.С. Брука была выполнена разработка машины "Сетунь", выпускавшейся серийно Казанским заводом ЭВМ. Автор машины "Сетунь" Н.П. Брусенцов сотрудничал с И.С. Бруком во время создания М-2 и развил инженерные подходы к конструированию малых ЭВМ, которые были свойственны школе И.С. Брука. Машина "Сетунь" интересна тем, что она была основана на троичной системе счисления. Интересен также опыт программирования задач на машине "Сетунь", который дал представление о подходах к структурному программированию и диалоговому режиму работы. В 1956 году И.С. Брук выступил с докладом на сессии Академии наук, где изложил главные направления промышленного применения вычислительных машин. В 1958 году под его руководством была подготовлена проблемная записка "Разработка теории, принципов построения и применения специализированных вычислительных и управляющих машин". Эти документы явились толчком для организации в СССР ряда научно-исследовательских организаций и конструкторских бюро по управляющим машинам и системам.

В частности был создан Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) Академии наук, первым директором, которого был назначен И.С. Брук. Одновременно он был утвержден Президиумом АН СССР научным руководителем проблемы "Разработка теории, принципов построения и применения управляющих машин". В 1957 г. в ИНЭУМ коллектив, руководимый М.А.Карцевым, начал разработку электронной управляющей машины М-4, одной из первых транзисторных машин, предназначенной для управления в реальном масштабе времени комплексом радиолокационных станций (РЛС), который создавал Радиотехнический институт АН СССР (академик А.Л.Минц).

В 1958 г. были разработаны эскизный и технический проект М-4, а в 1959 г. уже были изготовлены 2 комплекта М-4 на заводе. Испытания заводского образца М-4 на экспериментальном комплексе РЛС были проведены в 1962 г. Это была машина, впервые выполненная по ТЗ конкретного заказчика, что позволило принимать технические решения, соответствующие предполагаемым алгоритмам обработки информации. М-4 работала с 23-разрядными числами с фиксированной точкой (отрицательные числа представлялись в дополнительном коде), имела оперативную память емкостью 1024 24-разрядных числа и постоянную память программ емкостью 1280 30-разрядных чисел (использовалось разделение памяти программ и данных). Кроме того, она содержала узлы приема и выдачи информации с собственной буферной памятью и имела параллельный ввод/вывод информации по 14 каналам со скоростью более 6 тыс.чисел/сек. Реальное быстродействие М-4 составляло 30 тыс.оп/сек. (на операциях сложения).

Решение о запуске М-4 в серийное производство состоялось в 1962 году. Но разработчики настояли на ее модернизации, имея в виду, что, благодаря прогрессу в электронной технике за 1957-62 гг., можно было резко улучшить ее характеристики и выпустить машину, на порядок более мощную, чем выпускавшиеся тогда в СССР. Модернизированная М4 (М4М) включала также новые узлы первичной обработки информации (устройство перекодирования, устройство определения координат), буферную память. В декабре 1964 года завод выпустил 5 машин М-4М, которые имели быстродействие 220 тыс. оп/сек на программах, записанных в постоянной памяти, и 110 тыс. оп/сек на программах, хранящихся в основной оперативной памяти. Емкость оперативной памяти составляла от 4096 до 16384 29-разрядных слов, а постоянной памяти - от 4096 до 8192 в инструкций и констант (также 29-разрядных).

В таком виде М-4М выпускалась серийно 15 лет. Для нее была в 1968 г. разработана система внешних устройств для ввода, хранения, документирования, частичной обработки и выдачи информации внешним абонентам при одновременной асинхронной работе всех абонентских систем и устройств. Другой разработкой ИНЭУМ, выполненной под руководством И.С. Брука, была управляющая машина М-7. Эта машина имела характеристики, относящие ее к другому классу по сравнению с М-4. М-7 предназначалась для систем управления мощными теплоэнергетическими блоками электростанций ("котел-турбина-генератор"). Она выполняла функции поддержания нормальных режимов работы энергоблока путем их оптимизации на минимум расхода топлива, выдачи соответствующих уставок на регуляторы, а также сложные логические программы операций пуска и останова энергоблока, анализа сочетаний параметров работы энергоблока с целью обнаружения предаварийных ситуаций и отображения необходимой информации для оператора энергоблока. Ориентация архитектуры машины на ожидаемые алгоритмы решения задач позволила выбрать технические решения, наилучшим образом отвечающие требованиям по надежности. М-7 была классической цифровой управляющей машиной последовательного действия с памятью на магнитном барабане и развитыми устройствами связи с объектом, обеспечивающими ввод аналоговых сигналов с преобразованием их в цифровую форму, а также дискретной информации от релейных датчиков. Она оперировала с 12-разрядными числами с фиксированной точкой.

Сходные принципы построения были реализованы в машинах фирмы Librascope (США). Разработку М-7 и ее внедрение в 1966-69 годах на энергоблоках 200 Мвт Конаковской ГРЭС и 800 Мвт Славянской ГРЭС проводили группы Н.Н. Ленова и Н.В.Паутина. В 1958 году И.С.Брук начал разработку машины М-5. На начальной стадии работ в выборе архитектуры М-5 участвовал М.А.Карцев, а разработка была проведена коллективом во главе с В.В. Белынским. М-5 представляла собой мультипрограммную и многотерминальную ЭВМ, реализующую режимы как пакетной обработки, так и разделения времени. Ее структура базировалась на общей магистрали, связывающей центральный процессор, блоки оперативной памяти, устройства управления вводом-выводом и внешней памятью (игравшие роль каналов, характерных для машин третьего поколения). Была выделена адресная арифметика, обеспечивавшая выполнение операций над индексными регистрами и преобразование. М-5 оперировала с 37-разрядными числами с фиксированной и плавающей точкой. 37-разрядный формат одноадресных инструкций содержал поля адреса, ключей, индексов и кода операций. Была обеспечена возможность страничной организации памяти. Машина М-5, реализованная на транзисторных элементах и ферритовой памяти (т.е. на технической базе ЭВМ второго поколения), по своей архитектуре во многом была предшественницей ЭВМ третьего поколения. Она была изготовлена Минским заводом им. С.Орджоникидзе в одном экземпляре в 1961 году и, к сожалению, не получила дальнейшего развития по причинам не технического, а организационного характера.

3. Вклад в создание ЭВМ В.М. Глушкова (1923-1982)

Работы В.М. Глушкова составили тот теоретический фундамент, на основе которого в Киеве были разработаны новые принципы построения ЭВМ. Эти новые принципы построения ЭВМ развитой архитектурой и повышенным уровнем "интеллектуальности" были воплощены в известных в свое время машинах КИЕВ, ДНЕПР-2 и серии машин МИР. Машины серии МИР предвосхитили многие черты персональных ЭВМ, появившихся много позже. О большинстве разработок, выполненных по идеям В. М. Глушкова. можно сказать, что они были выполнены впервые. Среди них -- дистанционное компьютерное управление конвертерным цехом металлургического завода и химическим производством, оптимальный раскрой стальных листов на судостроительных верфях, автоматизированное управление целыми промышленными предприятиями. Виктору Михайловичу принадлежит приоритет в выдвижении идеи однократного ввода данных в системы обработки информации и информационные системы. Эта идея лежит в основе метода "безбумажной технологии", когда исключается необходимость в многочисленном потоке документов, подготавливаемых вручную, что приводит ко всякого рода ошибкам, припискам, искажениям. Информация, циркулирующая в сетях передачи данных, хранящаяся в базах данных и знаний, оказывается куда более защищенной от искажений и утайки, чем та, которая циркулирует в обычном документообороте. Глушков верил, что эра "безбумажной технологии" наступит очень быстро. И его прогноз постепенно становится реальностью.

В 1958 г. под руководством В. М. Глушкова в Институте кибернетики АН Украины была создана вычислительная машина ""Киев"", имевшая производительность 6 - 10 тыс. операций в секунду. ЭВМ ""Киев"" впервые в нашей стране использовалась для дистанционного управления технологическими процессами. В 1960 г. создают первую в СССР полупроводниковой управляющей машины широкого назначения Днепр, руководители проекта - В.М.Глушков и Б.Н.Малиновский. ЭВМ включала аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Выпускалась на протяжении 10 лет. В 1961 г. В.М.Глушков разработал теорию цифровых автоматов и высказал идею мозгоподобных структур ЭВМ. Применение впервые в СССР микропрограммного управления в ЭВМ Тетива, использующей только прямые коды операндов, руководитель проекта - Н.Я.Матюхин. ЭВМ Тетива использовалась для систем ПВО. Разработан язык программирования Альфа, являющийся расширением Алгола-60 и содержащий ряд важных новшеств: инициирование переменных, введение многомерных значений и операций над ними, что позднее было повторено в Алголе-68, ПЛ/1, Аде. Руководитель разработки - А.П.Ершов.

4. Вклад в развитие ЭВМ А. П. Ершова (1931-1988)

Андрей Петрович Ершов - один из зачинателей теоретического и системного программирования, создатель Сибирской школы информатики. Его существенный вклад в становление информатики как новой отрасли науки и нового феномена общественной жизни широко признан в нашей стране и за рубежом. Фундаментальные исследования А.П.Ершова в области схем программ и теории компиляции оказали заметное влияние на его многочисленных учеников и последователей. Книга А.П.Ершова "Программирующая программа для электронной вычислительной машины БЭСМ" была одной из первых в мире монографий по автоматизации программирования.

За существенный вклад в теорию смешанных вычислений А.П.Ершов был удостоен премии имени академика А.Н.Крылова. Язык программирования АЛЬФА и оптимизирующий Альфа-транслятор, первая советская система разделения времени АИСТ-0, система учебной информатики Школьница, система подготовки печатных изданий Рубин, многопроцессорная рабочая станция МРАМОР - все эти проекты были инициированы А.П.Ершовым и выполнялись под его руководством. Благодаря уникальным способностям научного предвидения А.П.Ершов одним первых в нашей стране осознал ключевую роль вычислительной техники в прогрессе науки и общества. Его блестящие идеи заложили основу для развития в России таких научных направлений, как параллельное программирование и искусственный интеллект. Более 20 лет тому назад он начал эксперименты по преподаванию программирования в средней школе, которые привели к введению курса информатики и вычислительной техники в средние школы страны и обогатили нас тезисом "программирование - вторая грамотность".

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

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


Средства вычислительной техники появились давно, так как потребность в различного рода расчетах существовала еще на заре развития цивилизации. Бурное развитие вычислительной техники. Создание первых ПК, мини-компьютеров начиная с 80-х годов ХХ века.

реферат , добавлен 25.09.2008


Основные этапы развития вычислительных устройств до начала 50-х годов (появление серийных ЭВМ с хранимой программой). История создания новых полностью электронных цифровых компьютеров. Принципы Неймана как основополагающие концепции построения ЭВМ.

реферат , добавлен 07.12.2012


Первые шаги автоматизации умственного труда. Механические и электромеханические принципы вычислений. Применение компьютеров и баз данных, управляющих программ. Классификация ЭВМ по принципу действия, назначению, размерам и функциональным возможностям.

презентация , добавлен 19.05.2016


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


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


Этапы развития информатики и вычислительной техники. Аппаратная часть персональных компьютеров. Внешние запоминающие устройства персонального компьютера. Прикладное программное обеспечение персональных компьютеров. Текстовые и графические редакторы.

контрольная работа , добавлен 28.09.2012


История развития системы исчисления, первые специальные приборы для реализации простейших вычислительных операций. Первые поколения компьютеров, принцип работы, устройство и функции. Современный этап развития вычислительной техники и ее перспективы.

презентация , добавлен 28.10.2009


Разработка информационно-аналитической системы анализа и оптимизации конфигурации вычислительной техники. Структура автоматизированного управления средствами вычислительной техники. Программное обеспечение, обоснование экономической эффективности проекта.

дипломная работа , добавлен 20.05.2013


История персональной вычислительной техники, классификация ПЭВМ. Принципы фон Неймана. Разработка первых персональных компьютеров фирмы IВМ. Концепция "открытой архитектуры". IBM PS/2 и IBM-совместимые 386-е. Использование нового микропроцессора у ПК.

Реферат

1.Введение.

Еще не так давно, всего три десятка лет назад, ЭВМ представляла собой целый комплекс огромных шкафов, занимавших несколько больших помещений. А всего и делала-то, что довольно быстро считала. Нужна была буйная фантазия журналистов, чтобы увидеть в этих гигантских арифмометрах «думающие агрегаты, и даже пугать людей тем, что ЭВМ вот-вот станут разумнее человека.

Тогдашняя переоценка возможностей человека объяснима. Представьте себе: на железных дорогах ещё пыхтели паровозы, ещё только-только появлялись вертолеты, и на них смотрели как на диковинку; ещё редко кто видел телевизор; ещё об ЭВМ знали только узкие специалисты... и вдруг сенсация - машина переводит с языка на язык! Пусть всего пару коротеньких предложений, но ведь переводит сама! Было от чего прийти в изумление. К тому же ЭВМ стремительно совершенствовалась: резко сокращались её размеры, она работала все быстрее и быстрее, обрастала все новыми приспособлениями, с помощью которых стала печатать текст, чертить чертежи и даже рисовать картинки. Неудивительно, что люди верили всяким вымыслам относительно нового технического чуда. И когда один язвительный кибернетик сам сочинил туманно-загадочные стихи, а потом выдал их за сочинение машины, то ему поверили.

Что же говорить о современных компьютерах, компактных, быстродействующих, оснащённых руками - манипуляторами, экранами дисплеев, печатающими, рисующими и чертящими устройствами, анализаторами образов, звуков, синтезаторами речи и другими «органами»! На всемирной выставке в Осаке компьютеризированные роботы уже ходили по лестнице, перенося вещи с этажа на этаж, играли с листа на фортепьяно, беседовали с посетителями. Так и кажется, что они вот-вот сравняются по своим способностям с человеком, а то и превзойдут его.

Да компьютеры многое могут. Но, конечно, далеко не всё. Прежде всего, «умные» машины способны эффективно помочь школьнику в учебе. Почему-то считается, что компьютеры нужны прежде всего на уроках математики, физики, химии, т.е. при изучении тех наук, которые вроде бы поближе к технике, а на уроках русского языка достаточно, мол, традиционных «технических» средств - доски, мела и тряпки.

Конечно, язык неизмеримо сложнее любой математической, химической или физической системы условных знаков. Язык охватывает все без исключения области человеческих знаний, и сами эти знания без него невозможны. Язык - оформитель и выразитель нашего мышления, а мышление - самое сложное из всего, что только известно нам, во всяком случае до сегодняшнего дня. Однако компьютеры все шире вторгаются в гуманитарные области, и процесс этот будет идти нарастающими темпами.

Семейство компьютеров - электронных технических приспособлений для переработки информации - довольно велико и разнообразно. Есть маленькие счетные устройства - микрокалькуляторы, которые помещаются в наручных часах, шариковых ручках: крохотные кнопки-числа, которые нужно нажимать иголкой или остриём карандаша, и несколько операций - четыре действия арифметики, вычисление процентов, возведение в степень, извлечение корня. Вот и все - для работы с языком возможности маловаты.

Компьютеры побольше - размером с карточку - календарь и такие же плоские. На них и кнопок никаких нет, и вообще нет никаких движущихся деталей. Все просто напечатано, а цифры индикатора - на жидких кристаллах. Дотрагиваешся до печатных цифр - они выстраиваются на индикаторе из кристаллов; энергия - от напечатанной полоски - фотоэлемента. Такую «машинку» ни сломать, ни разбить нельзя, разве что порвать.

Есть калькуляторы величиной с записную книжку, с книгу среднего формата. Увеличиваются их возможности: аппарат выполняет целый набор сложных алгебраических операций, у него появляется оперативная память, так что работу уже можно легко программировать.

Есть даже модели карманных калькуляторов с внешней памятью - целый набор ферромагнитных пластинок, на которых можно записать довольно сложную программу с большим количеством исходных данных. По мере необходимости пластинки вводятся в приемник машинки, она «глотает» их и перерабатывает информацию не хуже, чем первые вычислительные шкафы- мастодонты. А ведь кроха - в кармане помещается!

Так незаметно из простого электронного счетчика вырастает настоящий компьютер с широкими возможностями. И вот уже появляется настольная ЭВМ с солидной внешней памятью, экраном дисплея и алфавитной клавиатурой. Это уже персональный, индивидуальный компьютер, возможностей которого вполне достаточно для работы с языком. А удобства - лучше не придумаешь: программа записана на небольшой пластинке- дискетке, информация вводится прямо с клавиатуры, где есть цифры и алфавит (русский или латинский), все, что вам нужно, высвечивается здесь же на экране дисплея. Никакой мороки ни с перфокартами, ни с перфолентами, никаких забот о машинном времени, никаких ожиданий, когда заработает именно ваша программа и будут получены результаты - всё здесь, всё под рукой, всё на глазах.

Есть индивидуальные компьютеры с памятью на компакт-диске. Это небольшой радужно отсвечивающий диск размером с маленькую пластинку для проигрывателя, только «проигрывается» он не с помощью иглы, а с помощью лазерного луча. На одном таком диске умещается столько информации, что если её напечатать в книге, то понадобятся целые тома. Но если возможностей индивидуального компьютера все же не хватает, приходится обращяться к большим ЭВМ. Об истории развития и возможностях ЭВМ будет сказано ниже.

2.Механические счетные машины

Часто лавры первого конструктора механического калькулятора ошибочно отдают известному математику Блезу Паскалю. На самом деле достоверно известно, что немецкий астроном и математик Вильгельм Шикард, который за двадцать лет до Паскаля в письме своему другу Иоганну Кеплеру в 1623 году писал о машине, которая способна вычитать, складывать, делить и умножать. Но и версия, что именно Шикард является пионером в этой области, не верна: в 1967 году были обнаружены неизвестные записные книжки Леонардо да Винчи, построившего то же самое, что и Шикард, но более чем за 120 лет до него.

Первым механическим счетным устройством,которое существовало не на бумаге,а работало,была счетная машина, построенная в 1642 году выдающимся французским ученым Блезом Паскалем. Механический «компьютер» Паскаля мог складывать и вычитать. «Паскалина» – так называли машину – состояла из набора вертикально установленных колес с нанесенными на них цифрами от 0 до 9. При полном обороте колеса оно сцеплялось с соседним колесом и поворачивало его на одно деление. Число колес определяло число разрядов – так, два колеса позволяли считать до 99, три – уже до 999, а пять колес делали машину «знающей» даже такие большие числа как 99999. Считать на «Паскалине» было очень просто.

В 1673 году немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механическое счетное устройство, которое не только складывало и вычитало, но и умножало и делило. Машина Лейбница была сложнее «Паскалины». Числовые колеса, теперь уже зубчатые, имели зубцы девяти различных длин, и вычисления производились за счет сцепления колес. Именно несколько видоизмененные колеса Лейбница стали основой массовых счетных приборов – арифмометров, которыми широко пользовались не только в ХIХ веке, но и сравнительно недавно наши дедушки и бабушки.

Арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для ар­тиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия - счетчик - человек, работающий с арифмометром, быстро и точно со­блюдающий определенную последовательность инструкций (такую по­следовательность инструкций впоследствии стали называть програм­мой). Но многие расчеты производились очень медленно - даже десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и меся­цев. Причина проста - при таких расчетах выбор выполняемых дей­ствий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

3.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.

4.Предыстория возникновения.

Первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи. Он был сделан в одном из его дневников (ученый начал вести дневник еще до открытия Америки в 1492 г.).
В 1623 г. через 100 с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи немецкий ученый Вильгельм Шиккард предложил свое решение той же задачи на базе шестиразрядного десятичного вычислителя, состоявшего также из зубчатых колес, рассчитанного на выполнение сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления. Оба изобретения были обнаружены только в наше время и оба остались только на бумаге.
Первым реально осуществленным и ставшим известным механическим цифровым вычислительным устройством стала "паскалина" великого французского ученого Блеза Паскаля - 6-ти (или 8-ми) разрядное устройство, на зубчатых колесах, рассчитанное на суммирование и вычитание десятичных чисел (1642 г.).
Через 30 лет после "паскалины" в 1673 г. появился "арифметический прибор" Готфрида Вильгельма Лейбница - двенадцатиразрядное десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление, для чего, в дополнение к зубчатым колесам использовался ступенчатый валик. "Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно" - с гордостью писал Лейбниц своему другу.
Прошло еще более ста лет и лишь в конце XYIII века во Франции были осуществлены следующие шаги, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники - "программное" с помощью перфокарт управление ткацким станком, созданным Жозефом Жакаром, и технология вычислений, при ручном счете, предложенная Гаспаром де Прони, разделившего численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой. Эти два новшества были использованы англичанином Чарльзом Беббиджем, осуществившим, качественно новый шаг в развитии средств цифровой вычислительной техники - переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе. Им был разработан проект Аналитической машины - механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830-1846 гг.). Машина включала пять устройств - арифметическое АУ, запоминающее ЗУ, управления, ввода, вывода (как и первые ЭВМ появившиеся 100 лет спустя). АУ строилось на основе зубчатых колес, на них же предлагалось реализовать ЗУ (на 1000 50-разрядных чисел!). Для ввода данных и программы использовались перфокарты. Предполагаемая скорость вычислений - сложение и вычитание за 1 сек, умножение и деление - за 1 мин. Помимо арифметических операций имелась команда условного перехода.
Программы для решения задач на машине Беббиджа, а также описание принципов ее работы, были составлены - дочерью Байрона.
Были созданы отдельные узлы машины. Всю машину из-за ее громоздкости создать не удалось. Только зубчатых колес для нее понадобилось бы более 50.000. Заставить такую махину работать можно было только с помощью паровой машины, что и намечал Беббидж, но она оказалась слишком сложной для техники того времени.

После этих попыток развитие ЭВМ, с конструкторской точки зрения, вплоть до конца 30 – х годов прошлого столетия.

3.Электромеханические счетные машины

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.

А 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.

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.

5.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.

6.Развитие ЭВМ в СССР

Развитие ЭВМ в СССР связано с именем Сергея Александровича Лебедева.В первые послевоенные годы Сергей Александрович Лебедев был директором Института электротехники АН Украины и по совместительству руководил лабораторией Института точной механики и вычислительной техники АН СССР. В этих научных организациях и была начата разработка первых действующих ЭВМ. Нашим ученым было известно о создании в США машины ENIAC – первой в мире ЭВМ с электронными лампами в качестве элементной базы и автоматическим программным управлением. В 1948-49 годов в Англии появились вычислительные машины с хранимыми в памяти программами. Сведения о разработках на Западе поступали отрывочные, и, естественно, документация по первым ЭВМ была недоступна нашим специалистам.

Лебедев начал работу над своей машиной в конце 1948 года. Разработка велась под Киевом, в секретной лаборатории в местечке Феофания. Независимо от Джона фон Неймана Лебедев выдвинул, обосновал и реализовал в первой советской машине принципы построения ЭВМ с хранимой в памяти программой. Малая электронная счетная машина (МЭСМ) – так называлось детище Лебедева и сотрудников его лаборатории – занимала целое крыло двухэтажного здания и состояла из 6 тысяч электронных ламп. Ее проектирование, монтаж и отладка были выполнены в рекордно быстрый срок – за 2 года, силами всего лишь 12 научных сотрудников и 15 техников. Те, кто создавал первые вычислительные машины, были одержимы своей работой, и это вполне объяснимо. Несмотря на то, что МЭСМ по существу была лишь макетом действующей машины, она сразу нашла своих пользователей: к первой ЭВМ выстраивалась очередь киевских и московских математиков, задачи которых требовали использования быстродействующего вычислителя.

В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построения компьютеров, такие как:

· наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления;

· кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам;

· двоичная система счисления для кодирования чисел и команд;

· автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы;

· наличие как арифметических, так и логических операций;

· иерархический принцип построения памяти;

· использование численных методов для реализации вычислений.

После Малой электронной машины была создана и первая Большая – БЭСМ-1, над которой С.И. Лебедев работал уже в Москве, в ИТМ и ВТ АН СССР. В 1953 году, после сдачи новой ЭВМ в эксплуатацию, ее создатель стал действительным членом АН СССР и директором института, который был в то время средоточием научной мысли в области вычислительной техники.

Одновременно с ИТМ и ВТ и конкурируя с ним, разработкой ЭВМ занималось недавно сформированное СКБ-245 со своей ЭВМ "Стрела". Между этими двумя организациями шла борьба за ресурсы, причем промышленное СКБ-245, находившееся в ведомстве Министерства машиностроения и приборостроения, часто получало приоритет по отношению к академическому ИТМиВТ. Только на "Стрелу", в частности, были выделены потенциалоскопы для построения запоминающего устройства, а разработчикам БЭСМ пришлось довольствоваться памятью на ртутных трубках, что серьезно повлияло на первоначальную производительность машины.

БЭСМ и "Стрела" составили парк созданного в 1955 году Вычислительного центра АН СССР, на который сразу легла очень большая нагрузка. Потребность в сверхбыстрых (по тем временам) расчетах испытывали математики, ученые-термоядерщики, первые разработчики ракетной техники и многие другие. Когда в 1954 году оперативная память БЭСМ была укомплектована усовершенствованной элементной базой, быстродействие машины (до 8 тысяч операций в секунду) оказалось на уровне лучших американских ЭВМ и самым высоким в Европе. Доклад Лебедева о БЭСМ в 1956 году на конференции в западногерманском городе Дармштадте произвел настоящий фурор, поскольку малоизвестная советская машина оказалась лучшей европейской ЭВМ. В 1958 году БЭСМ, теперь уже БЭСМ-2, в которой память на потенциалоскопах была заменена ЗУ на ферритовых сердечниках и расширен набор команд, была подготовлена к серийному производству на одном из заводов в Казани. Так начиналась история промышленного выпуска ЭВМ в Советском Союзе.

МЭСМ, "Стрела" и первые машины серии БЭСМ – это вычислительная техника первого поколения. Элементная база первых вычислительных машин – электронные лампы – определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте.

Более производительной была следующая разработка Лебедева – ЭВМ М-20, серийный выпуск которой начался в 1959 году. Число 20 в названии означает быстродействие – 20 тысяч операций в секунду, объем оперативной памяти в два раза превышал ОП БЭСМ, предусматривалось также некоторое совмещение выполняемых команд. В то время это была одна из самых мощных машин в мире, и на ней решалось большинство важнейших теоретических и прикладных задач науки и техники.

Очень трудоемким и малоэффективным был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи. Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ.

Надо отметить, что первые шаги к созданию основ системного программного обеспечения Лебедев сделал в машине М20,где были реализованы возможности написания программ в мнемокодах. И это значительно расширило круг специалистов, которые смогли воспользоваться преимуществами вычислительной техники.

1. Компьютеры с хранимой в памяти программой.

В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, т.е. универсальных вычислительных устройств. И до сих пор подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. Мы рассмотрим о принципы фон Неймана ниже.

8. Развитие элементной базы компьютеров.

В 40-х и 50-х годах компьютеры создавались на основе электронных ламп. Поэтому компьютеры были очень большими (они занимали огромные залы), дорогими и ненадежными - ведь электронные лампы, как и обычные лампочки, часто перегорают. Но в 1948 г. были изобретены транзисторы - миниатюрные и недорогие электронные приборы, которые смогли заменить электронные лампы. Это привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и повышению их надежности. Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов был созданы и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. дол. (компьютеры 40-х и 50-х годов обычно стоили миллионы дол.).

После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров было соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Но в 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния 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 дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год, что и обеспечивает постоянное уменьшение стоимости компьютеров и повышение быстродействия.

9.Компьютеры с хранимой в памяти программой.

Чтобы упростить и убыстрить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, т.е. универсальных вычислительных устройств. И до сих пор подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. Мы рассмотрим о принципы фон Неймана ниже.

10. Появление персональных компьютеров.

Вначале микропроцессоры использовались в различных специализированных устройствах, например, в калькуляторах. Но в 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя. В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Альтаир-8800 на основе микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер продавался по цене около 500 дол. И хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом: в первые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели снабжали этот компьютер дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаиро интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовало популярности персональных компьютеров.

Успех Альтаир-8800 заставил многие фирмы также заняться производством персональных компьютеров. Персональные компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год. Появилось несколько журналов, посвященных персональным компьютерам. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых применений. Появились и коммерчески распространяемые программы, например, программа для редактирования текстов WordStar и табличный процессор VisiCalc (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти (и многие другие) программы сделали покупку персональных компьютеров весьма выгодным для бизнеса: с их помощью стало возможно выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т.д. Использование же больших компьютеров для этих целей было слишком дорого.

11. Появление IBM PC.

В конце 70-х годов распространение персональных компьютеров даже привело к некоторому снижению спроса на большие компьютеры и мини-компьютеры (мини-ЭВМ). Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших компьютеров, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Однако руководство фирмы недооценило будущую важность этого рынка и рассматривало создание персонального компьютера всего лишь как мелкий эксперимент - что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования. Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер «с нуля», а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.

Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компьютере были использованы и поддержание структуры громадной фирмы, они смогли продавать свои компьютеры значительно дешевле (иногда в 2-3 раза) аналогичных компьютеров фирмы IBM. Совместимые с IBM PC компьютеры вначале стали презрительно называли «клонами», но эта кличка не прижилась, так как многие фирмы-производители IBM PC-совместимых компьютеров стали реализовывать технические достижения быстрее, чем сама IBM. 3. Пользователи получили возможность самостоятельно модернизировать свои компьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен различных производителей.

Все это привело к удешевлению IBM PC-совместимых компьютеров и стремительному улучшению их характеристик, а значит, к росту их популярности. Другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC (читается - Ай-Би-Эм Пи-Си) был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один - два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров.

12. Открытая архитектура и появление клонов.

Если бы IBM PC был сделан так же, как другие существовавшие во время его появления компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже о нем забыли. Действительно, кто сейчас помнит о самых замечательных моделях телевизоров, телефонов или даже автомобилей пятнадцатилетней давности!

Однако с компьютерами IBM PC получилось по-другому. Фирма IBM не сделала свой компьютер единым неразъемным устройством и не стала защищать его конструкцию патентами. Наоборот, она собрала компьютер из независимо изготовленных частей и не стала держать спецификации этих частей и способы их соединения в секрете. Напротив, принципы конструкции IBM PC были доступны всем желающим. Этот подход, называемый принципом открытой архитектуры, обеспечил потрясающий успех компьютеру IBM PC, хотя и лишил фирму IBM возможности единолично пользоваться плодами этого успеха. Вот как открытость архитектуры IBM PC повлияла на развитие персональных компьютеров:

1. Перспективность и популярность IBM PC сделала весьма привлекательным производство различных комплектующих и дополнительных устройств для IBM PC. Конкуренция между производителями привела к удешевлению комплектующих и устройств.

2. Очень скоро многие фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать компьютеры, совместимые с IBM PC. Поскольку этим фирмам не требовалось нести огромные издержки фирмы IBM на исследования и поддержание структуры громадной фирмы, они смогли продавать свои компьютеры значительно дешевле (иногда в 2-3 раза) аналогичных компьютеров фирмы IBM. Совместимые с IBM PC компьютеры вначале стали презрительно называли «клонами», но эта кличка не прижилась, так как многие фирмы-производители IBM PC-совместимых компьютеров стали реализовывать технические достижения быстрее, чем сама IBM. 3. Пользователи получили возможность самостоятельно модернизировать свои компьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен различных производителей.

Все это привело к удешевлению IBM PC-совместимых компьютеров и стремительному улучшению их характеристик, а значит, к росту их популярности.

Заключение.

Вместо заключения, я приведу здесь цитату одного из известных советских ученых, объяснившего необходимость развития компьютеров.

"Вряд ли можно сомневаться, что в будущем все более и более значительная часть закономерностей окружающего нас мира будет познаваться, и использоваться автоматическими помощниками человека. Но столь же, несомненно, и то, что все наиболее важное в процессах мышления и познания всегда будет уделом человека. Справедливость этого вывода обусловлена исторически.
...Человечество не представляет собой простую сумму людей. Интеллектуальная и физическая мощь человечества определяется не только суммой человеческих мускулов и мозга, но и всеми созданными им материальными и духовными ценностями. В этом смысле никакая машина и никакая совокупность машин, являясь, в конечном счете продуктом коллективной деятельности людей, не могут быть "умнее" человечества в целом, ибо при таком сравнении на одну чашу весов кладется машина, а на другую - все человечество вместе с созданной им техникой, включающей, разумеется, и рассматриваемую машину.
Следует отметить также, что человеку исторически всегда будет принадлежать окончательная оценка интеллектуальных, равно как и материальных ценностей, в том числе и тех ценностей, которые создаются машинами, так что и в этом смысле машина никогда не сможет превзойти человека.
Таким образом, можно сделать вывод, что в чисто информационном плане кибернетические машины не только могут, но и обязательно должны превзойти человека, а в ряде пока еще относительно узких областей они делают это уже сегодня. Но в плане социально-историческом эти машины есть и всегда останутся не более чем помощниками и орудиями человека". (В.М. Глушков. Мышление и кибернетика//Вопр. философии. -"- 1963. № 1).
Что касается микроэлектроники, то следует сказать, что размеры электронных компонентов в настоящее время приближаются к пределу - 0,05 микрона.
Тем не менее, существенно новых и эффективных элементов еще не появилось, а значит, для термина "инетеллектроника" возможна долгая жизнь.
Как говорилось выше, развитие цифровой ВТ последние десятилетие идет, в первую очередь, по пути наращивания в ЭВМ встраиваемого искусственного интеллекта. Компьютеры, получившие свое название от первоначального назначения - автоматизации вычислений, получили второе, очень важное назначение стали незаменимыми помощниками человека в его интеллектуальной деятельности.
Интеллектуализация средств аналоговой техники не состоялась, и это наряду с невысокой точностью вычислений, привело к ее поражению в соревновании с цифровой те хникой. Будет оно временным или окончательным - покажет время.

Когда говорят о техническом прогрессе в области электронных вычислительных машин, то обычно выделяют пять этапов, которые рассматривают во взаимосвязи с применяемом на каждом из них элементной базой: электронные лампы, полупроводниковые (дискретные) диоды и транзисторы, интегральные микросхемы различной степени интеграции.

Первые ЭВМ, изготовленные с использованием электронных ламп 1-е поколение ЭВМ, были созданы исключительно для выполнения объемных научно-технических расчетов. Эти установки имели гигантские по сегодняшним масштабам размеры, отличались большим энергопотреблением, требовали высоких капитальных и эксплуатационных расходов. Например, первая в мире ЭВМ «ЭНИАК» созданная в 1945 г. учеными Пенсильванского университета (США), весила 30 т, содержала 18000 электронных ламп и стоила почти 2,8 миллиона долларов по ценам того времени. При этом она выполняла около 5000 операций сложения или примерно 360 операций умножения в секунду.

Освоение и промышленный выпуск полупроводниковых приборов обеспечили замену «громоздких и горячих» электронных ламп «миниатюрными и теплыми» транзисторами. Это привело к созданию вычислительных устройств, характеризующихся более высокими быстродействием, надежностью и функциональными возможностями при меньших габаритах, стоимости и эксплуатационных расходах 2-е поколение.

Принцип программной совместимости и технология интегральных схем положили начало третьему этапу развития ЭВМ. Для машин 3-го поколения характерно не только улучшение габаритно-стоимостных показателей, но и модульный принцип организации технических и программных средств, обеспечивший возможность составлять приспособленную для соответствующего конкретного назначения конфигурацию ЭВМ. Машины 3-го поколения обрабатывают не только числа, но и слова, тексты, т. е. оперируют буквенно-цифровой информацией. Изменилась и форма общения человека с машиной. Пользователи получили доступ к ЭВМ. Машина через выносной терминал «сама пришла» к человеку в его служебное помещение. Спираль развития вычислительной техники и ее использования человеком завершила очередной виток.

Четвертое поколение ЭВМ служит еще одним примером перехода количества в качество. При их создании как будто не произошло ничего особенного. Просто интеграция электронных схем повысилась настолько, что стало технически возможным сосредоточить значительное число функциональных устройств в одной большой интегральной схеме (БИС) и, таким образом, изготовить по этой технологии большие (по функциональным возможностям) блоки или всю ЭВМ в целом.

Но появление БИС - это не только создание более совершенной элементной базы ЭВМ. Оно создало предпосылки для качественного изменения вычислительной техники. Применение БИС привело к новым представлениям о функциональных возможностях элементов и узлов ЭВМ. Разработка (1969 г., Intel, США) и промышленное освоение микропроцессоров (МП) обеспечили широкие возможности для децентрализации вычислительной мощности и встраивания вычислительных средств в оборудование и приборы.

В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу над созданием, так называемой «разностной» машины, которая, по его замыслам, должна была не просто выполнять арифметические действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию. В качестве основного элемента своей машины Бэббидж взял зубчатое колесо для запоминания одного разряда числа (всего таких колёс было 18). К 1822 году учёный построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов.

В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины. Его проект содержал более 2000 чертежей различных узлов. Машина Бэббиджа предполагалась как чисто механическое устройство с паровым приводом. Она состояла из хранилища для чисел («склад»), устройства для производства арифметических действий над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой») и устройства, управляющего операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни (он умер в 1871 году), успев сделать лишь некоторые узлы своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня развития техники. . При содействии Бэббиджа Ада Лавлейс составляла первые программы для решения систем двух линейных уравнений и для вычисления чисел Бернулли. Леди Лавлейс стала первой в мире женщиной-программистом.

После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина - табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую сейчас передовым разработчиком компьютеров.

Новый инструмент - ЭВМ - служит человеку пока лишь чуть больше полвека. ЭВМ - одно из величайших изобретений середины XX века, изменивших человеческую жизнь во многих ее проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один из рычагов обеспечивающих развитие и достижения научно-технического прогресса. Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный К. Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а в 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. Независимо от Цузе построением релейных автоматических вычислительных машин занимались в США Д. Штибитц и Г. Айкен.

Д. Штибитц, тогда работавший в фирме Bell, собрал на телефонных реле первые суммирующие схемы. В 1940 году вместе с С. Уильямсом Штибитц построил «вычислитель комплексных чисел», или релейный интерпретатор, который последствии стал известен как специализированный релейный компьютер «Bell-модель 1». Последняя из них разработана Штибитцем в 1946 году (модель V) - это был компьютер общего назначения, содержащий 9000 реле и занимающий площадь почти 90 м2, вес устройства составлял 10 т.

В 1942 году профессор электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Д. Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений», положивший начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC. Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США. В 1943 году под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, демонстрация состоялась 15 февраля 1946 года. Новая машина имела «впечатляющие» параметры: 18000 электронных ламп, площадь 90 × 15 м2, весила 30 т и потребляла 150 кВт. ENIAC работала с тактовой частотой 100 кГц и выполняла сложение за 0,2 мс, а умножение - за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычислительные машины.

Долгое время считалось, что ENIAC единственный электронный компьютер, но в 1975 году Великобритания сообщила о том, что уже с декабря 1945 года в государственном институте Блетчли-Парк работал первый программируемый ЭВМ «Колосс», но для правильной оценки компьютера Англия не предоставила много данных.

По сути, вся история ЭВМ определяется серией замечательных физических открытий в области электроники. Строго говоря, вычислительные машины существовали и до XX века: это абак, счеты, логарифмические линейки, арифмометры, счетные машины Паскаля и Бэббиджа и некоторые другие. Всё это — механические устройства с очень ограниченными возможностями. История же собственно электронных вычислительных машин (рис. 1 ) начинается в двадцатом веке и связана с изобретением в 1906 году американским инженером Ли де Форестом вакуумного триода . На основе триодов были созданы ЭВМ так называемого первого поколения , начинающего свою историю в 40-е годы. Это поколение компьютеров-монстров, занимавших по своим размерам целые комнаты и потреблявших мощности, достаточные для работы небольшого завода. Однако, несмотря на такую громоздкость, производительность этих машин была весьма скромной.

Качественное изменение ЭВМ произошло после еще одного эпохального открытия физики — изобретения в 1947 году Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли полевого транзистора . Применение полупроводниковых транзисторов вместо вакуумных ламп (триодов) позволило существенно уменьшить размеры и энергопотребление машин второго поколения и повысить их быстродействие и надежность.

Дальнейшее развитие компьютеров связано с использованием интегральных схем , впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом. Интегральная схема — это множество, от десятков до миллионов, транзисторов, размещенных на одном кристалле полупроводника. Использование интегральных схем (компьютеры третьего поколения ), больших и сверхбольших интегральных схем (четвертое поколение ) привело к значительному упрощению процесса изготовления ЭВМ и увеличению их быстродействия. В 80-е годы началось изготовление персональных компьютеров, которые постепенно приобрели современный вид. Примерно тогда же появились первые мобильные компьютеры, или ноутбуки. Огромной производительности достигли многопроцессорные вычислительные комплексы — так называемые суперкомпьютеры.

Почему же именно изобретение триода и транзистора определило весь путь развития компьютеров? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить об основных принципах работы компьютера.

Сердце современного компьютера — это его центральный процессор, поэтому остановимся на нем. Основная функция процессора — обработка информации, т. е. выполнение различных операций над данными. А так как данные в современных ЭВМ представляются в двоичном виде, то и операции с ними производятся на основе двоичной логики, или так называемой булевой алгебры .