Первые вычислительные устройства. Поколения вычислительной техники

27.01.2019

7.1.1. Исторический экскурс

7.1.2. Поколения ЭВМ

7.2. Архитектура ЭВМ

7.3. Классификация ЭВМ

7.1. История развития и поколения ЭВМ

7.1.1. Исторический экскурс

Современный человек просто не представляет свою повседневную жизнь без компьютера, а ведь всего несколько десятилетий назад человечество и не представляло себе тех возможностей, которые появились у нас с появлением компьютера. Сегодня нам не нужно тратить драгоценное время, которого и так всегда не хватает на бесполезные математические расчеты или другие операции, которые за нас выполняет компьютер. Человечество на протяжении многих столетий стремилось к упрощению счета, анализа и т.д. Поэтому, чтобы понять каким богатством мы обладаем сегодня, необходимо проследить этот сложный путь с начала. В истории развития ЭВМ выделяются следующие этапы.

1. Пальцевой счет. Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука.

Имена числительные во многих языках указывают, что у первобытного человека орудием счета были преимущественно пальцы. Не случайно в древнерусской нумерации единицы называются «перстами», десятки - «составами», а все остальные, числа - «сочинениями». Кисть же руки пясть - синоним и фактическая основа числительного «пять» у многих народов. Например, малайское «лима» означает одновременно и «рука» и «пять».

Хорошо был известен пальцевой счет и в Риме. По свидетельству древнеримского историка Плиния-старшего, на главной римской площади Форуме была воздвигнута гигантская фигура двуликого бога Явуса. Пальцами правой руки он изображал число 300, пальцами левой 55. Вместе это составляло число дней в году в римском календаре.

Пальцевой счет сохранился кое-где и поныне. Историк математики Л. Карпинскпй в книге «История арифметики» сообщает, что на крупнейшей мировой хлебной бирже в Чикаго предложения в запросы, как и цены, объявлялись маклерами на пальцах без единого слова.

2. Бирки и веревки с узелками. Издревле употреблялся еще одни вид инструментального счета - с помощью деревянных палочек с зарубками (бирок). Впервые упоминание о способе записи чисел путем нанесения зарубок встречается на барельефе храма фараона Сети I (1350г. до н. э.) в Абидосе. Здесь изображён бог Тот, отмечающий с помощью зарубок на пальмовой ветви длительность срока правления фараона.

В средние века бирками пользовались для учета и сбора налогов. Бирка разрезалась на две продольные части, одна оставалась у крестьянина, другая - у сборщика налогов. По зарубкам на обеих частях и велся счет уплаты налога, который проверяли складыванием частей бирки. В Англии, например, этот способ записи долгов существовал до конца Х V II столетия.

Другие народы - китайцы, персы, индийцы, перуанцы - использовали для представления чисел и счета ремни или веревки с узелками. Американские индейцы называли счетные веревки куиру, и в перуанских городах до вторжения в Южную Америку европейцев городской казначей именовался куиру комоуокуна, то есть чиновник узелков.

3. Абак. Бирки и веревки с узелками не могли удовлетворить возраставшие в связи с развитием торговли потребности в средствах вычисления. Развитию же письменного счета препятствовали два обстоятельства.

Во-первых, не было подходящего материала для выполнения вычислений - глиняные и восковые таблички для этого не годились, пергамент был изобретен лишь в V веке до н. э. (да и был слишком дорог), а бумага появилась значительно позже (в Европе - около ХI столетия). Во-вторых, в тогдашних системах счисления письменно выполнить все необходимые операции было сложно. Попробуйте, например, перемножить С LVI на LXXIV , пользуясь римской системой счисления! Этими обстоятельствами можно объяснить появление специального счетного прибора, известного в древности под именем абака.

Происхождение термина «абак» не установлено. Большинство историков производят его от семитического корня; согласно этому толкованию абак означает дощечку, покрытую слоем пыли. В своей примитивной форме абак действительно представляет собой такую дощечку. На ней острой палочкой проводились линии и какие-нибудь предметы, например камешки или палочки, размещались в получившихся колонках по позиционному принципу. На рисунке, не требующем комментариев, показана последовательность выполнения сложения 258 + 54 на абаке. Вычитание выполнялось изъятием камешков, умножение и деление как повторные сложения и вычитания соответственно.

По свидетельству Геродота, египтяне пользовались абаком, причем в отличии от греков передвигали камешки- не слева направо, а справа налево. Отсюда видно, что в эпоху Геродота абак и в Греции, и в Египте уже получил широкое распространение. Историки полагают, ч

то в Грецию абак был завезен финикийцами и стал там «походным инструментом» греческих купцов. Значения, приписываемые камешкам в различных колонках, обычно сообразовывались с соотношениями различных денежных единиц.

В древнем Риме абак назывался calculi или abaculi и изготовлялся из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. Слово calculus означает «галька», «голыш». От этого слова произошло позднейшее латинское calculatore (вычислять) и наше - «калькуляция». Сохранился бронзовый римский абак, на котором calculi передвигались в вертикально прорезанных желобках. Внизу помещали камешки для счета до пяти, а в верхней части имелось отделение для камешка, соответствующего пятерке (рис. 2).

Китайцы заменили камешки бусинками (или шариками), нанизанными на прутики, проволоки или веревки. Китайская разновидность абака - суаньпань - появилась, вероятно, в V I веке н. э.; современный тип этого счетного прибора был создан позднее, по-видимому в Х II столетии (рис. 3). Суаньпаь представляет собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу протянутыпроволоки или веревки числом от 9 и более; перпендикулярно этому направлению суаньпань перегорожен линейкой на две неравные части. В большом отделении («земля») на каждой проволоке нанизано по 5 шариков, в меньшем (небо») - по два; первые как бы соответствуют пяти пальцам руки, вторые- двум рукам. Проволоки соответствуют десятичным разрядам.

Японский абак-соробан (рис. 3) -происходит от китайского суаньпаня, который был завезен в Японию в Х V -Х VI веках. Соробан проще своего предшественника, у него на «небе» на один шарик меньше, чем у суаньпаня.

Наконец на рубеже Х V I-Х VII веков появляется русский абак-счеты.

4. Изобретение логарифмов. Нам, живущим в эпоху широкого распространения вычислений, нелегко даже вообразить, сколь затруднительны для людей 16-17 столетий были обычные арифметические операции, особенно с большими числами. Понятно какое значение имело изобретение логарифмов, первое упоминание о которых, мы встречаем в письме И.Кеплера тюбингенскому профессору математики В.Шиккарду о выступлении Джона Непера. В 1614г. он опубликовал знаменитый трактат «Описание удивительных таблиц логарифмов».

Вскоре появляются и другие логарифмические таблицы. Они упростили вычисления, но все же эта оставалась достаточно трудоемкой и утомительной для тех, кому приходилось ею заниматься ежедневно. Поэтому вслед за изобретением логарифмов делаются попытки механизировать логарифмические вычисления.

5. Механические вычислительные машины. Несмотря на довольно большое количество изобретений в XVIII в. к началу XIX в. все острее ощущалась необходимость в простой счетной машине, удобной в употреблении, надежной в работе. Механические вычислительные машины характеризуются, прежде всего тем, что как только, в процессе вычислений, в низшем разряде накапливается десять единиц, они автоматически, без внимания вычислителя, заменяются одной единицей высшего разряда. При этом все механические машины можно условно разделить на два класса: простейшие механические машины и арифмометры.

К простейшим механическим машинам можно отнести машины, которые созданы, в основном, для сложения и вычитания, хотя на них можно производить умножение и деление посредством повторения этих действий. К арифмометрам относятся такие механические машины, которые созданы для выполнения четырёх арифметических действий.

М

ашина Шикарда. Первую вычислительную механическую машину, в которой единицы, накопившиеся в процессе выполнения действий, автоматически передавались в высший разряд, построил в 1623 г. В.Шикард.

Машина по мысли автора, предназначалась для выполнения четырех арифметических действий, но её механическая часть была приспособлена только для сложения и вычитания: умножение и деление должно было производиться при помощи подвижных таблиц. Машина Шикарда была, по-видимому, построена в одном или двух экземплярах, которые вскоре погибли. До нас дошли только схемы машины Шикарда. В доме-музее И.Кеплера, на его родине в городе Войле, по этим схемам изготовлена и экспонируется модель этой машины.

Машина Паскаля. Первой дошедшей до нас механической вычислительной машиной является суммирующая машина Блеза Паскаля (рис.7), который построил первый экземпляр машины в 1641г.

Всего им было изготовлено более 50 экземпляров. Это были шести-восьмиразрядные машины по устройству, в общем, не отличавшиеся от суммирующей машины Шикарда, хотя Паскаль, и не был знаком с машиной Шикарда. До наших дней сохранилось несколько экземпляров машины Паскаля в различных музеях Европы. На машине Паскаля можно было производить только сложение и вычитание. Умножение и деление можно было заменить только повторным сложением и вычитанием.

Построив свою машину, Паскаль пришёл к выводу, что ум человека действует автоматически и что некоторые умственные процессы не отличаются от механических. Он доказал, что можно производить вычисления (в первую очередь передавать десятки в высший разряд) механически. Это и была основная цель Паскаля при создании вычислительной машины.

Машина Лейбница. Лейбниц изобрел первую машину для выполнения четырех арифметических действий, на которой можно было механически не только складывать и вычитать, но также умножать и делить.

В

1673 г. Лейбниц представил свою машину в Парижскую академию. И в дальнейшем Лейбниц довольно долго занимался конструированием и совершенствованием своей вычислительной машины.

Основу машины составляют ступенчатые валики – цилиндрики с зубцами разной длины. Именно ступенчатые валики обеспечивают выполнение умножения и деления. Вторым важным изобретением Лейбница было разделение машины на подвижную и неподвижную части, что обеспечило возможность умножения многозначных чисел на многозначные. Это был прототип современной подвижной каретки. Машину Лейбница можно считать первым арифмометром, хотя само это название появилось значительно позже.

Вконце XVII в. над усовершенствованием машины Лейбница работали Р.Х.Вагнер и механик Левин, а после смерти Лейбница – Тойбер. В 1710 г. Буркхардт построил аналогичную машину. Некоторые изменения в конструкцию машины Лейбница внесли М.Кнутцен (профессор Кенингсберского университета) в 1783 г. и И.Мюллер, и многие другие.

6. История развития современной вычислительной техники ведется с 1833 г., когда англичанинЧарльз Бэббидж проникся идеей создания вычислительной машины.

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.

1876 г. Английский инженер Александер Белл изобрёл телефон .

1890 г. Американский инженер Герман Холлерит создал статистический табулятор, в котором информация, нанесённая на перфокарты, расшифровывалась электрическим током. Табулятор использовался для обработки результатов переписи населения в США.

1892 г. Американский инженер У. Барроуз выпустил первый коммерческий сумматор .

1897 г. Английский физик Дж. Томсон сконструировал электронно-лучевую трубку .

В 1901 г. итальянский физик Гульельмо Маркони установил радиосвязь между Европой и Америкой .

Алан Тьюринг в 1904-1906 гг сконструировал электронные диод и триод. А в 1936 г. Алан Тьюринг и независимо от него Э. Пост выдвинули и разработали концепцию абстрактной вычислительной машины . Они доказали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации.

В 1938 г. немецкий инженер Конрад Цузе построил первый чисто механический компьютер .

В 1938 г. Американский математик и инженер Клод Шеннон показал возможность применения аппарата математической логики для синтеза и анализа релейно-контактных переключательных схем .

В том же 1939 г. Американец болгарского происхождения Джон Атанасофф создал прототип вычислительной машины на базе двоичных элементов.

В 1941 г. Конрад Цузе сконструировал первый универсальный компьютер на электромеханических элементах. Он работал с двоичными числами и использовал представление чисел с плавающей запятой.

В 1944 г. под руководством американского математика Говарда Айкена создана автоматическая вычислительная машина "Марк-1" с программным управлением. Она была построена на электро-механических реле, а программа обработки данных вводилась с перфоленты.

В 1945 г. Джон фон Нейман в отчёте "Предварительный доклад о машине Эдвак" сформулировал основные принципы работы и компоненты современных компьютеров .

В 1946 г. американцы Дж. Эккерт и Дж. Моучли сконструировали первый электронный цифровой компьютер "Эниак" (Electronic Numerical Integrator and Computer). Машина имела 20 тысяч электронных ламп и 1,5 тысячи реле. Она работала в тысячу раз быстрее, чем "Марк-1", выполняя за одну секунду 300 умножений или 5000 сложений.

В 1948 г. в американской фирме Bell Laboratories физики Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин создали транзистор . За это достижение им была присуждена Нобелевская премия.

В 1949 г. в Англии под руководством Мориса Уилкса построен первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой EDSAC .

В 1957 г. американской фирмой NCR создан первый компьютер на транзисторах .

В 1951 г. в Киеве построен первый в континентальной Европе компьютер МЭСМ (малая электронная счетная машина), имеющий 600 электронных ламп. Создатель С.А. Лебедев.

В 1951-1955 гг. благодаря деятельности российских ученых С.А. Лебедева, М.В. Келдыша, М.А. Лаврентьева, И.С. Брука, М.А. Карцева, Б.И. Рамеева, В.С. Антонова, А.Н. Невского, Б.И. Буркова и руководимых ими коллективов Советский Союз вырвался в число лидеров вычислительной техники, что позволило в короткие сроки решить важные научно-технические задачи овладения ядерной энергией и исследования Космоса.

В 1952 г. под руководством С.А. Лебедева в Москве построен компьютер БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина) - на то время самая производительная машина в Европе и одна из лучших в мире.

В 1955-1959 гг. российские ученые А.А. Ляпунов, С.С. Камынин, Э.З. Любимский, А.П. Ершов, Л.Н. Королев, В.М. Курочкин, М.Р. Шура-Бура и др. создали "программирующие программы" - прообразы трансляторов. В.В. Мартынюк создал систему символьного кодирования - средство ускорения разработки и отладки программ.

В 1955-1959 гг. заложен фундамент теории программирования (А.А. Ляпунов, Ю.И. Янов, А.А. Марков, Л.А. Калужин) и численных методов (В.М. Глушков, А.А. Самарский, А.Н. Тихонов). Моделируются схемы механизма мышления и процессов генетики, алгоритмы диагностики медицинских заболеваний (А.А. Ляпунов, Б.В. Гнеденко, Н.М. Амосов, А.Г. Ивахненко, В.А. Ковалевский и др.).

В 1958 г. Джек Килби из фирмы Texas Instruments создал первую интегральную схему .

В 1959 г. под руководством С.А. Лебедева создана машина БЭСМ-2 производительностью 10 тыс. опер./с. С ее применением связаны расчеты запусков космических ракет и первых в мире искусственных спутников Земли.

В 1959 г. создана машина М-20 , главный конструктор С.А. Лебедев. Для своего времени одна из самых быстродействующих в мире (20 тыс. опер./с.). На этой машине было решено большинство теоретических и прикладных задач, связанных с развитием самых передовых областей науки и техники того времени. На основе М-20 была создана уникальная многопроцессорная М-40 - самая быстродействующая ЭВМ того времени в мире (40 тыс. опер./с.). На смену М-20 пришли полупроводниковые БЭСМ-4 и М-220 (200 тыс. опер./с.).

В 1959 г. первое сообщение о языке Алгол , который надолго стал стандартом в области языков программирования.

В 1961 г. фирма IBM Deutschland реализовала подключение компьютера к телефонной линии с помощью модема .

В 1964 г. начат выпуск семейства машин третьего поколения - IBM/360.

В 1965 г. Дж. Кемени и Т. Курц в Дортмундском колледже (США) разработали язык программирования Бейсик .

В 1967 г. под руководством С.А. Лебедева организован крупно-серийный выпуск шедевра отечественной вычислительной техники - миллионника БЭСМ-6 , самой быстродействующей машины в мире. За ним последовал "Эльбрус" - ЭВМ нового типа, производительностью 10 млн. опер./с.

В 1968 г. основана фирма Intel, впоследствии ставшая признанным лидером в области производства микропроцессоров и других компьютерных интегральных схем.

В 1970 г. швейцарец Никлаус Вирт разработал язык Паскаль .

В 1971 г. фирма Intel разработала микропроцессор 4004 , состоящий из 2250 транзисторов, размещённых в кристалле размером не больше шляпки гвоздя.

В 1971 г. французский учёный Алан Колмари разработал язык логического программирования Пролог (PROgramming in LOGic).

В 1972 г. Деннис Ритчи из Bell Laboratories разработал язык Си .

В 1973 г. Кен Томпсон и Деннис Ритчи создали операционную систему UNIX .

В 1973 г. фирма IBM (International Business Machines Corporation) сконструировала первый жёсткий диск типа "винчестер" .

В 1974 г. фирма Intel разработала первый универсальный восьмиразрядный микропроцессор 8080 с 4500 транзисторами.

В 1974 г. Эдвард Робертс, молодой офицер ВВС США, инженер-электронщик, построил на базе процессора 8080 микрокомпьютер Альтаир , имевший огромный коммерческий успех, продававшийся по почте и широко использовавшийся для домашнего применения.

В 1975 г. молодой программист Пол Аллен и студент Гарвардского университета Билл Гейтс реализовали для Альтаира язык Бейсик. Впоследствии они основали фирму Майкрософт (Microsoft ), являющуюся сегодня крупнейшим производителем программного обеспечения. Первой музыкальной композицией, воспроизведённой с помощью компьютера, стала мелодия песни The Beatles “Fool on the hill”. Фирма IBM начала продажу лазерных принтеров .

В 1976 г. студенты Стив Возняк и Стив Джобс, устроив мастерскую в гараже, реализовали компьютер Apple-1 , положив начало корпорации Apple.

В 1978 г. фирма Intel выпустила микропроцессор 8086 . Comodore выпустила на рынок первые модели матричных принтеров.

В 1979 г. фирма Intel выпустила микропроцессор 8088 . Фирма SoftWare Arts разработала первый пакет деловых программ VisiCalc (Visible Calculator) для персональных компьютеров.

В 1980 г. японские компании Sharp, Sanyo, Panasonic, Casio и американская фирма Tandy вынесли на рынок первый карманный компьютер , обладающий всеми основными свойствами больших компьютеров.

В 1981 г. фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе микропроцессора 8088. Microsoft заканчивает работу над MC-DOS. В августе народу является IBM-PC- компьютер на основе прцессора Intel-8088, укомплектованый 64 Кб оперативной и 40 Кб постоянной памяти. Компьютер снабжён дисплеем и флоппи-дисководом емкостью 160 Кб. Стоимость компьютера составляла $3000.

В 1982 г. фирма Intel выпустила микропроцессор 80286 .

В 1983 г. корпорация Apple Computers построила персональный компьютер "Lisa" - первый офисный компьютер, управляемый манипулятором "мышь". Hercules представляет первую черно-белую видеокарту. Microsoft представляет текстовый редактор Multi-Tool Word для DOS и мышь серии Microsoft Mouse стоимостью в $ 200. Гибкие диски получили распространение в качестве стандартных носителей информации. Фирмой Borland выпущен в продажу компилятор Turbo Pascal, разработанный Андерсом Хейльсбергом (Anders Hejlsberg).

Comodore выпускает первый портативный компьютер с цветным дисплеем (5 цветов). Вес компьютера- 10кг, цена- $1600. IBM представляет компьютер IBM PC XT. Укомплектованый 10-мегабайтным жестким диском, дисководом на 360 кбайт и 768 кбайт оперативной памяти. Цена компьютера-$5000. На компьютер установлена новая версия MS-DOS 2.0. Появляются первые модули оперативной памяти- SIMM.

В 1984 г. создан первый компьютер типа Laptop (наколенный), в котором системный блок объединен с дисплеем и клавиатурой в единый блок. Фирмы Sony и Phillips разработали стандарт записи компакт-дисков CD-ROM . Корпорация Apple Computer выпустила компьютер Macintosh - первую модель знаменитого впоследствии семейства Macintosh c удобной для пользователя операционной системой, развитыми графическими возможностями, намного превосходящими в то время те, которыми обладали стандартные IBM-совместимые ПК с MS-DOS. Эти компьютеры быстро приобрели миллионы поклонников и стали вычислительной платформой для целых отраслей, таких например, как издательское дело и образование.

В том же 1984 Apple представляет первый модем со скоростью 1200 бод. В продаже появляются первые рабочие станции для изготовления и обработки 3D графики. Philips выпускает первый дисковод CD-ROOM Hewlett-Packard выпускает первый лазерный принтер с разрешением до 300 dpi.

В 1985 г. фирма Intel выпустила микропроцессор 80386 . Выпущенапервая версия Microsoft Windows.

В 1986 Питер Нортон создает первую версию файлового менеджера Norton Commander. На компьютере Amiga демонстрируется первый компьютерный анимационный ролик со звуком и эффектами. Рождение технологии мультимедиа.

В 1987 Microsoft представляет операционную систему MS-DOS 3.3 и графическую оболочку Windows 2.0.

В 1988 Hewlett-packard выпускает первый струйный принтер серии DeskJet.

В 1989 произошдо рождение стандарта SuperVGA.

В 1989 г. американская фирма Poquet Computers Corporation представила новый компьютер класса Subnotebook - Pocket PC.

В 1990 рождение “всемирной паутины” Интернет. IBM представляет новый стандарт видеоплат- XGA- вкачестве замены VGA.

В 1991 Apple представляет первый монохромный ручной сканер. Кроме того, представлена первая стереофоническая музыкальная карта- 8-битный Sound Blaster Pro.

В 1992 Nec выпускает первый привод CD-ROOM с удвоенной скоростью. Intel представляет процессор 486DX2/50 c “удвоенной” тактовой частотой.

В 1993 г. Появляется первая версия новой операционной системы Microsoft- windows NT. Intel представляет новый стандарт шины и слота для подключения дополнительных карт- PCI. Первый процессор нового поколения от Intel- 32-разрядный Pentium. Рабочая частота- от 60 МГц, быстродействие от 100 млн. операций в секунду. Amstrad выпускает первый мини-компьютер размером с записную книжку.

В 1994 г. Начало выпуска фирмой Power Mac серии фирмы Apple Computers - Power PC . Iomega представляет диски и дисководы ZIP и JAZ- альтернативу существующим дискетам 1.44 Мбайта.В конце года анонсируется Miсrosoft windows 95.

В 1995 г. анонсирован стандарт новых носителей на лазерных дисках- DVD. Компания 3dfx выпускает набор микросхем Voodoo, который лег в основу первых ускорителей трехмерной графики для домашних ПК. Первые очки и шлемы “виртуальной реальности” для домашних ПК. “Битва титанов” операционных систем- OS/2 против появившейся в августе Windows 95. Победу одерживает Microsoft и IBM тихо уходит с рынка “домашних” ОС. Microsoft представляет Microsoft Office 95 и браузер Internet Explorer.

В 1996 рождение шины USB. Начало производства массовых жидкокристаллических мониторов для “больших” домашних компьютеров.

В 1997 появился новый процессор от Intel- Intel Pentium 2; первые дисководы DVD; новый графический порт AGP.

В 1998 Intel выпускает процессоры Celeron- Pentium 2 для домашних компьютеров с урезанной кэш-памятью второго уровня. Началась “трехмерная революция”: на рынке появляется десяток новых моделей трехмерных ускорителей, интегрированных в обычные видеокарты. В течение года прекращен выпуск видеокарт без 3D ускорителей. Microsoft выпускает Windows 98- последнюю операционную систему для домашних ПК в этом тысячелетии.

В 1999 Intel выпускает процессоры Pentium 3 c новым набором дополнительных инструкций для обработки мультимедиа. IBM выпускает последнюю версию DOS- PC DOS 2000. Microsoft выпускает Offiсe 2000 и обновленную версию Windows 98 Second Edition.

В 2000 году Microsoft выпускает ОС Windows 2000 и ОС Windows Me. Запущены проекты UDDI и ebXML, направленные на интеграцию электронного бизнеса в мировом масштабе.

В 2001 году Linuxвыпускает версии 2.4 ядра ОСLinux.Microsoftсоздает ОСWindows XP.Appleначинает выпуск ОСMac OS X 10.0Гепард и ОСMac OS X 10.1Пума. Появилисьгибкие дисплеина базе органических светодиодов. Разработана концепция распределенной сети миниатюрных сенсоров: «умная пыль», то есть сети из малых беспроводныхмикроэлектромеханических систем (МЭМС) и дополнительных устройств, которые могут взаимодействовать между собой и получать данные о состоянии внешней среды (например температуре, свете, давлении.

В 2002 году выпущена версия 1 бесплатного офисного пакета OpenOffice.org. Microsoftорганизует выпуск серверной ОС Windows Server 2003.Appleвыпускает операционную систему Mac OS X 10.2 Ягуар. Фирма NEC для японского агентства аэрокосмических исследований разработан Earth Simulator - самый быстрый суперкомпьютер с 2002 по 2004 год. Проекционная клавиатура - разновидность виртуальной клавиатуры, представляющая собой оптическую проекцию клавиатуры на какую-либо поверхность, на которой и производится касание виртуальных клавиш. Клавиатура отслеживает движения пальцев и переводит их в нажатия клавиш. Большинство разработанных систем может функционировать также как виртуальная мышь и даже как виртуальная музыкальная клавиатура пианино. Предлагаемая к продаже система P-ISM, реализующая проекционную клавиатуру в сочетании с небольшим видеопроектором, является портативным компьютером размером с пишущую ручку

В 2003 году у фирмы Appleвыходит ПК Power Mac G5 и ОС Mac OS X 10.3 Пантера. КомпанияLinuxначинает выпуск версии 2.6ядраОСLinux, последней стабильной версии в настоящее время. Разработан стереоскопический 3D-дисплей: компания A.C.T. Kern. Разработан мозговойинтерфейс(без вживления электродов).

В 2004 году выходит версия 1.0 свободно распространяемого браузера Mozilla Firefox . Создан полевой транзистор на углеродной нанотрубке: Infineon .

В 2005 году вышла версия 2 бесплатного офисного пакета OpenOffice.org. Он стал первым офисным пакетом, основанным на формате OpenDocument. КомпанияAppleорганизует выход ОС Mac OS X 10.4 Тигр; объявляет о переходе с архитектурыPowerPCна архитектуру x86. Появились ноутбуки на топливных элементах.

В 2006 году Microsoftвыпускает браузер Microsoft Internet Explorer 7.0, переименованный по этому случаю вWindows Internet Explorer.Mozillaорганизует выход версии 2.0 браузераMozilla Firefox. Открытый формат документов для офисных приложенийOpenDocumentстановится стандартомISO. Разработан терагерцовыйтранзистор. Разработан эмиссионный дисплей на углеродных нанотрубках.

В 2007 году Microsoftначинает выпуск ОСWindows Vista.Appleначинает выпуск ОС Mac OS X 10.5 «Леопард». СуперкомпьютерBlue Gene/Pпроизводительностью 1петафлопс(квадриллион операций в секунду). Появились компьютерные системы распознавания лиц, превосходящие возможности человека

В 2008 году Appleначинает выпуск ультрапортативного ноутбукаMacBook Airи цифрового сетевого мультимедийного проигрывателяApple TV. Билл Гейтс покидает пост председателя совета директоров корпорацииMicrosoft. Выходит версия 3.0 браузераMozilla Firefox. Выход версии 3.0 свободно распространяемого пакета офисных приложенийOpenOffice.org. СуперкомпьютерIBM Roadrunnerпревысил производительность в 1петафлоп(квадриллионопераций в секунду) и стал самым быстрым компьютером в мире.

В 2009 году корпорация Oracle покупает Sun Microsystems.MicrosoftвыпускаетОСWindows 7.Виртуализациясерверов и систем хранения. СуперкомпьютерCray XT5 (Jaguar)стал самой производительной в мире компьютерной системой.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель урока:

познакомить с историей развития вычислительной техники, с устройствами, являющимися предшественниками компьютеров и их изобретателями
дать представление о связи развития ЭВМ с развитием человеческого общества,
познакомить с основными особенностями ЭВМ разных поколений.
Развитие познавательного интереса, умение использовать дополнительную литературу

Тип урока: изучение нового материала

Вид: урок-лекция

Программно-дидактическое обеспечение: ПК, слайды презентации с изображением основных устройств, портретов изобретателей и ученых.

План урока:

Организационный момент
Актуализация новых знаний
Предыстория компьютеров
Поколения ЭВМ (компьютеров)
Будущее компьютеров
Закрепление новых знаний
Подведение итогов урока
Домашнее задание

1. Организационный момент

Задача этапа : Подготовить учащихся к работе на уроке. (Проверить готовность класса к уроку, наличие школьных необходимых принадлежностей, посещаемость)

2. Актуализация новых знаний

Задача этапа : Подготовка учащихся к активному усвоению новых знаний, обеспечить мотивацию и принятие учащимися цели учебно – познавательной деятельности. Постановка целей урока.

Здравствуйте! Как вы думаете, какие технические изобретения особенно изменили способы труда человека?

(Ученики высказывают свои мнения по данному вопросу, по необходимости учитель их корректирует)

- Вы правы, действительно, основным техническим устройством, повлиявшим на труд человека, является изобретение компьютеров - электронно – вычислительных машин. Сегодня на уроке, мы с вами узнаем, какие вычислительные устройства предшествовали появлению компьютеров, как изменялись сами компьютеры, последовательность становления компьютера, когда машина предназначенная просто для счёта стала сложным техническим устройством. Тема нашего урока: «История вычислительной техники. Поколения компьютеров». Цель нашего урока: познакомиться с историей развития вычислительной техники, с устройствами, являющимися предшественниками компьютеров и их изобретателями познакомиться с основными особенностями ЭВМ разных поколений.

На уроке мы будем работать с помощью мультимедийной презентации, состоящей из 4-х разделов «Предыстория компьютеров», «Поколения компьютеров», «Галерея учёных», «Компьютерный словарь». В каждом разделе есть подраздел «Проверь себя» - это тест, в котором вы сразу узнаете результат.

3. Предыстория компьютеров

Обратить внимание учеников, что ЭВМ – это электронно-вычислительная машина, другое название «компьютер» или «computer» произошло от английского глагола «compute» – вычислять, поэтому слово «компьютер» можно перевести как «вычислитель». То есть и в слове ЭВМ и в слове компьютер главный смысл это вычисления. Хотя мы с вами хорошо знаем, что современные ЭВМ позволяют не только вычислять, но и создавать и обрабатывать тексты, рисунки, видео, звук. Заглянем в историю…

(параллельно оформляем в тетради таблицу «Предыстория компьютеров»)

«Предыстория компьютеров»

Древний человек счетом овладел раньше, чем письменностью. В качестве первого помощника в счете человек избрал свои пальцы. Именно наличие десяти пальцев легло в основу десятичной системы счисления. В разных странах говорят и пишут на разных языках, а считают одинаково. В 5-ом веке до н.э. греки и египтяне использовали для счета – АБАК – устройство, похожее на русские счеты.

Абак – греческое слово и переводится как счетная доска. Идея его устройства заключается в наличии специального вычислительного поля, где по определенным правилам перемещают счетные элементы. Действительно первоначально абак представлял собой доску, покрытую пылью или песком. На ней можно было чертить линии и перекладывать камешки. В Древней Греции абак служил преимущественно для выполнения денежных расчетов. В левой части подсчитывались крупные денежные единицы, а в правой – мелочь. Счет велся в двоично-пятеричной системе счислении. На такой доске было легко складывать и вычитать, добавляя или убирая камешки и перенося их из разряда в разряд.

Придя в Древний Рим абак, изменился внешне. Римляне стали изготавливать его из бронзы, слоновой кости или цветного стекла. На доске присутствовали два ряда прорезей, по которым можно было передвигать косточки. Абак превратился в настоящий счетный прибор, позволяющий представлять даже дроби, и был значительно удобнее греческого. Римляне называли это устройство calculare – «камешки». Отсюда произошел латинский глагол calculare – «вычислять», а от него – русское слово «калькулятор».

После падения Римской империи произошел упадок науки и культуры и абак был закрыт на некоторое время. Возродился он и распространился по Европе только в X веке. Абаком пользовались купцы, менялы, ремесленники. Даже спустя шесть столетий абак оставался важнейшим инструментом для выполнения вычислений.

Естественно, что в течение такого большого промежутка времени абак менял свой внешний вид и в XLL-XLLLвв.он приобрел форму так называемого счета на линиях, так и между ними. Такая форма счета в некоторых европейских странах сохранялась до конца XVLLLв. и лишь затем окончательно уступила место вычислениям на бумаге.

В Китае абак был известен с LV века до нашей эры. На специальной доске выкладывались счетные палочки. Постепенно их сменили разноцветные фишки, а в V веке появились китайские счеты – суан-пан. Они представляли собой раму с двумя рядами нанизанных на прутики косточек. На каждом прутике их было по семь. Из Китая суан-пан пришел в Японию. Произошло это в XVL веке и устройство получило название «соробан».

В Росси счеты появились в то же время, что и в Японии. Но русские счеты были изобретены самостоятельно, что доказывают следующие факторы. Во-первых, русские счеты очень сильно отличаются от китайских. Во-вторых, это изобретение имеет свою историю.

В России был распространен «счет костьми». Он был близок европейскому счету на линиях, но писцы использовали вместо жетонов плодовые косточки. В XVL возник дощаной счет, первый вариант русских счетов. Такие счеты хранятся сейчас в Историческом музе в Москве.

Счеты в России использовались почти 300 лет и сменили их только дешевые карманные калькуляторы.

Первое в мире автоматическое устройство, которое могло выполнять сложение, было создано на базе механических часов, и разработал его в 1623 году Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в одном из университетов Германии. Но неоценимый вклад в развитие устройств помогающих выполнять вычисления, безусловно внесли Блез Паскаль, Годфрид Лейбниц и Чарльз Беббидж.

В 1642 году один из крупнейших ученых в истории человечества – французский математик, физик, философ и богослов Блез Паскаль изобрел и изготовил механическое устройство для складывания и вычитания чисел – АРИФМОМЕТР. ? Как вы думаете, из какого материала был сделан первый в истории арифмометр? (дерево).

Главная идея конструкции будущей машины была сформирована – автоматический перенос разряда. «Каждое колесо… некоторого разряда, совершая движение на десять арифметических цифр, заставляет двигаться следующее только на одну цифру» - эта формула изобретения утверждала приоритет Блеза Паскаля в изобретении и закрепила за ним право производить и продавать машины.

Машина Паскаля осуществляла сложение чисел на специальных дисках - колесиках. Десятичные цифры пятизначного числа задавались поворотами дисков, на которые были нанесены цифровые деления. Результат читался в окошечках. Диски имели один удлиненный зуб, чтобы можно было учесть перенос в следующий разряд.

Исходные числа задавались поворотами наборных колес, вращение ручки приводило в движение различные шестерни и валики, в итоге специальные колеса с цифрами показывали результат выполнения сложения или вычитания.

Паскаль был одним из величайших гениев человечества. Он был математиком, физиком, механиком, изобретателем, писателем. Его имя носят теоремы математики и законы физики. В физике есть единица измерения давления Паскаль. В информатике его имя носит один из самых популярных языков программирования.

В 1673 году немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрел и изготовил арифмометр, который мог не только складывать и вычитать числа, но и умножать и делить. Скудость, примитивность первых вычислительных аппаратов не помешала Паскалю и Лейбницу высказать ряд интересных идей о роли вычислительной техники в будущем. Лейбниц писал о машинах, которые будут работать не только с числами, но и сос словами, понятиями, формулами, могли выполнять логические операции. Эта идея большинству современников Лейбница казалась абсурдом. В 18 веке взгляды Лейбница были осмеяны великим английским сатириком Дж.Свифтом, автором известного романа «Путешествия Гулливера».

Лишь в 20-ом веке стала понятна значительность идей Паскаля и Лейбница.

Наряду с устройствами для вычислений развивались и механизмы для АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ЗАДАННОЙ ПРОГРАММЕ (музыкальные автоматы, часы с боем, ткацкие станки Жаккарда).

В начале 19-го века английский математик Чарльз Беббидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал ПРОЕКТ вычислительной «аналитической» машины, в основе которого лежал ПРИНЦИП ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ (ППУ). Новаторская мысль Беббиджа была подхвачена и развита его ученицей Адой Лавлейс, дочерью поэта Джорджа Байрона – которая стала первой программисткой в мире. Однако практическая реализация проекта Беббиджа была невозможной из-за недостаточного развития промышленности и техники.

Основные элементы машины Беббиджа, присущие современному компьютеру:

Склад – устройство, где хранятся исходные числа и промежуточные результаты. В современно компьютере это память.
Фабрика – арифметическое устройство, в котором осуществляются операции над числами, взятые из Склада. В современном компьютере это Процессор.
Блоки ввода исходных данных – устройство ввода.
Печать результатов – устройство вывода.

Архитектура машины практически соответствует архитектуре современных ЭВМ, а команды, которые выполняла аналитическая машина, в основном включают все команды процессора.

Интересным историческим фактом является то, что первую программу для аналитической машины написал Ада Августа Лавлейс – дочь великого английского поэта Джорджа Байрона. Именно Беббидж заразил ее идеей создания вычислительной машины.

Идея программирования механических устройств с помощь перфокарты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке. Впервые применили их конструкторы ткацких станков. Преуспел в этом дел лондонский ткач Жозеф Мари Жаккард. В 1801 году он создал автоматический ткацкий станок, управляемый перфокартами.

Нить поднималась или опускалась при каждом ходе челнока в зависимости от того, есть отверстие или нет. Поперечная нить могла обходить каждую продольную той Ии иной стороны в зависимости от программы на перфокарте, создавая тем самым затейливый узор из переплетенных нитей. Такое плетение получило название «жаккард» и считается одним из самых сложных и запутанных плетений. Такой ткацкий станок, работающий по программе, был первым массовым промышленным устройством и считается одним из самых совершенных машин, когда-либо созданных человеком.

Идея записи программы на перфокарте пришла в голову и первой программистке Аде Августе Лавлейс. Именно она предложила использовать перфорированные карты в аналитической машине Беббиджа. В частности, в одном из писем она писала: «Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цвета и листья».

Герман Холлерит также использовал в своей машине перфокарты для записи и обработки информации. Перфокарты использовались и в компьютерах первого поколения.

До 40-х годов двадцатого века вычислительная техника представлялась арифмометрами, которые из механических стали электрическими, где электромагнитные реле затрачивали на умножение чисел несколько секунд, которые работали точно по тем же принципам, как и арифмометры Паскаля и Лейбница. Кроме того, они были очень ненадежны, часто ломались. Интересно, что однажды причиной поломки электрического арифмометра оказался мотылек, застрявший в реле, по-английски «мотылек, жук» – bug, отсюда появилось понятие «жучок» как неполадка в ЭВМ.

Герман Холлерит родился 29 февраля 1860 года в американском городе Буффало в семье немецких эмигрантов. Герману легко давались математика и естественные науки, и в 15 лет он поступил в Горную школу при Колумбийском университете. На способного юношу обратил внимание профессор того же университета и пригласил его после окончания школы в возглавляемое им национальное бюро по переписи населения. Перепись населения производилась каждые десять лет. Население постоянно росло, и ее численность в США к тому времени составляло около 50 миллионов человек. Заполнить на каждого человека карточку вручную, а затем подсчитать и обработать результаты, было практически невозможно. Этот процесс затянулся на несколько лет, почти до следующей переписи. Необходимо было найти выход из этой ситуации. Герману Холлериту идею механизировать этот процесс подсказал доктор Джон Биллингс, возглавлявший департамент сводных данных. Он предложил использовать для записи информации перфокарты. Свою машину Холлерит назвал табулятором и в 1887 году он был опробован в Балтиморе. Результаты оказались положительными, и эксперимент повторили в Сент-Луисе. Выигрыш во времени был почти десятикратным. Правительство США сразу же заключило с Холлеритом контракт на поставку табуляторов, и уже в 1890 году перепись населения прошла с использованием машин. Обработка результатов заняла менее двух лет и сэкономила 5 миллионов долларов. Система Холлерита не только обеспечивала высокую скорость, но и позволяла сравнить статистические данные по самым разным параметрам. Холлерит разработал удобный клавишный перфоратор, позволяющий пробивать около 100 отверстий в минуту одновременно на нескольких картах, автоматизировал процедур подачи и сортировки перфокарт. Сортировку осуществляло устройство в виде набора ящиков с крышками. Перфокарты продвигались по своеобразному конвейеру. С одной стороны карты находились считывающие штыри на пружинках, с другой – резервуар с ртутью. Когда штырь попадал в отверстие на перфокарте, то благодаря ртути, находящейся на другой стороне, замыкал электрическую цепь. Крышка соответствующего ящика открывалась и туда попадала перфокарта. Табулятор использовали для переписи населении в нескольких странах.

В 1896 году герма Холлерит сновал компанию Tabulating Machine Company (TMC) и его машины применялись повсюду – и на крупных промышленных предприятиях и в обычных фирмах. И в 1900 году табулятор использовался для переписи населения. переименовывает фирму в IBM (International Business Machines).

4. Поколения ЭВМ (компьютеров)

(параллельно оформляем записи в тетради и таблицу «Поколения ЭВМ (компьютеров)»)

ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ
№	период	Элементная база	Быстро-действие (оп/сек.)	Носители информации	программы	применение	Примеры ЭВМ
I
II
III
IV
V

I поколение ЭВМ: В 30-х годах 20-го века в развитии физики произошел прорыв, коренной переворот. В вычислительных машинах стали использоваться уже не колеса, валики и реле, а вакуумные электронные лампы. Переход от электромеханических элементов к электронным сразу увеличил быстродействие машин в сотни раз. Первая действующая ЭВМ была построена в США в 1945 году, в университете штата Пенсильвания учеными Эккертом и Моучли и называлась ЭНИАК. Эта машина была построена по заказу министерства обороны США для средств ПВО, для автоматизации управления. Чтобы правильно рассчитать траекторию и скорость движения снаряда для поражения воздушной цели, надо было решить систему из 6-ти дифференциальных уравнений. Эту задачу и должна была решать первая ЭВМ. Первая ЭВМ занимала два этажа одного здания, весила 30 тонн и состояла из десятков тысяч электронных ламп, которые соединялись проводами, общая протяженность которых составляла 10 тысяч км. Когда ЭВМ ЭНИАК работала, электричество в городке отключалась, так много электричества потреблялось этой машиной, электронные лампы быстро перегревались и выходили из строя. Целая группа студентов занималась только тем, что непрерывно искала и заменяла перегоревшие лампы.

В СССР основоположником вычислительной техники стал Сергей Алексеевич Лебедев, создавший МЭСМ (малая счетная машина) 1951 год (Киев) и БЭСМ (быстродействующая ЭСМ) – 1952 г., Москва.

II поколение: В 1948 году американским ученым Уолтером Брайттеном был изобретен ТРАНЗИСТОР, полупроводниковый прибор, который заменил радиолампы. Транзистор был намного меньше радиолампы, был более надежным и потреблял намного меньше электричества, он один заменял 40 электронных ламп! Вычислительные машины стали меньше в размерах и значительно дешевле, их быстродействие достигло нескольких сот операций в секунду. Теперь ЭВМ были размером с холодильник, их могли приобрести и использовать научные и технические институты. В то время СССР шел в ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня БЭСМ-6.

III поколение: Вторая половина 20-го века характеризуется бурным развитием науки и техники, особенно физики полупроводников и с 1964 года транзисторы стали размещать на микросхемах, выполненных на поверхностях кристаллов. Это позволило преодолеть миллионный барьер в быстродействии.

IV поколение: Начиная с 1980 года ученые научились на одном кристалле размещать несколько интегральных микросхем, развитие микроэлектроники привело к созданию микропроцессоров. Кристалл ИС меньше и тоньше контактной линзы. Быстродействие современных ЭВМ исчисляется сотнями миллионов операций в секунду.

В 1977 году появился первый ПК (персональный компьютер) фирмы Apple Macintosh. С 1981 года лидером в производстве ПК стала фирма IBM (International Business Machine), эта фирма работала на рынке США еще с 19-го века и выпускала различные устройства для офисов – счеты, арифмометры ручки и т.д. и зарекомендовала себя как надежная фирма, которой доверяло большинство деловых людей в США. Но не только поэтому ПК IBM были намного популярнее, чем ПК Apple Macintosh. ПК Apple Macintosh представляли собой “черный ящик” для пользователя – он не разобрать модернизировать ПК, присоединять к ПК новые устройства, а ПК IBM были открыты для пользователя и тем самым позволяли собирать ПК как детский конструктор, поэтому большинство пользователей выбрали ПК IBM. Хотя мы с вами при слове ЭВМ представляем именно ПК, но существуют задачи, которые даже современные ПК решить не могут, с которыми могут справиться только суперЭВМ, быстродействие которых исчисляется миллиардами операций в секунду.

Научная школа Лебедева по своим результатам успешно соперничала с ведущей фирмой США IBM . Среди ученых мира, современников Лебедева, нет человека, который подобно ему обладал бы столь мощным творческим потенциалом, чтобы охватить своей научной деятельностью период от создания первых ламповых ЭВМ до сверхбыстродействующей суперЭВМ. Когда американский ученый Норберт Винер, которого называют «первый киберпророк», в 1960 году приезжал в СССР, он отметил « Они совсем немного отстают от нас в аппаратуре, зато далеко впереди нас в ТЕОРИИ автоматизации». К сожалению, в 60-х годах наука кибернетика подвергалась гонениям, как «буржуазная лженаука», ученых-кибернетиков сажали в тюрьмы, из-за чего советская электроника стала заметно отставать от зарубежной. Хотя создавать новые ЭВМ становилось невозможным, запретить мыслить ученым никто не мог. Поэтому до сих пор наши российские ученые опережают мировую научную мысль в области теории автоматизации.

Для разработки программ для ЭВМ создавались различные языки программирования (алгоритмические языки). Фортран FORTRAN – FORmula TRANslated – первый язык, создан в 1956 году Дж. Бэкусом. В 1961 году появился Бейсик BASIC (Beginners All-purpose Simbolic Instartion Code –многоцелевой язык символических инструкций для начинающих) Т.Куртц, дж. Кемени.В 1971 году профессор Цюрихского университета Николас Вирт создал язык Паскаль Pascal, который назвал в честь ученого Блеза Паскаля. Создавались и другие языки: Ада, Алгол, Кобол, Си, Пролог, Фред, Лого, Лисп и др. Но до сих пор самым популярным языком программирования является Паскаль, многие более поздние языки взяли из Паскаля основные команды и принципы построения программы, например язык Си, Си+ и система программирования Delphi, даже Бейсик, изменившись позаимствовал из Паскаля его структурированность и универсальность. Мы с вами в 11-ом классе будем изучать язык Паскаль и научимся создавать программы для решения задач с формулами, для обработки текста, научимся рисовать и создавать движущиеся рисунки.

Суперкомпьютеры

5. Будущее компьютеров

Преимущества искусственного интеллекта (ИИ):
Молекулярные компьютеры
Биокомпьютеры
Оптические компьютеры
Квантовые компьютеры

6. Закрепление новых знаний

Закрепление нового материала возможно с помощью теста в мультимедийной презентации к уроку: раздел «Проверь себя» в каждой части презентации: «Предыстория компьютеров», «Поколения ЭВМ», «Галерея учёных».

Проверка знаний по данной теме возможно с помощью тестов «История вычислительной техники» (Приложение 1 ) в 4-х вариантах и тест об учёных «Информатика в лицах» (Приложение 2 )

7. Подведение итогов урока

Проверка заполненных таблиц (Приложение 3 )

8. Домашнее задание

лекция в тетради по презентации, таблицы «Предыстория компьютеров», «Поколения ЭВМ»
подготовить сообщение про 5-ое поколение ЭВМ (будущее компьютеров)

Лекция № 3 Поколения и классификация ЭВМ

Выделяют пять поколений ЭВМ.

Первое поколение (1945-1954) характеризуется появлением техники на электронных лампах. Это эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и создавались с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютеров были такими, что они нередко требовали отдельных зданий.

Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман - автор конструкции вычислительных устройств, которая до настоящего времени лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика - наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер.

Во втором поколении (1955-1964) вместо электронных ламп использовались транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и барабаны - прототипы современных жестких дисков. Все это позволило сократить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали производиться на продажу.

Но главные достижения этой эпохи относятся к области программ. Во втором поколении впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Два этих важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров.

При этом расширялась сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике, поскольку компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже начали компьютеризировать свою бухгалтерию, предвосхищая этот процесс на двадцать лет.

В третьем поколении (1965-1974) впервые стали использоваться интегральные схемы - целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (микросхемы). В то же время появилась полупроводниковая память, которая и до настоящего времени используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.

В те годы производство компьютеров приняло промышленный размах. Фирма IBM первой реализовала серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM, на основе которого в СССР была разработана серия ЕС ЭВМ. Еще в начале 1960-х гг. появились первые миникомпьютеры - маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Мини-компьютеры были первым шагом на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 1970-х гг.

Между тем количество элементов и соединений, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 1970-е гг. интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов.

В 1971 г. фирма Intel выпустила первый микропроцессор, который предназначался для только появившихся настольных калькуляторов. Это изобретение произвело в следующем десятилетии настоящую революцию. Микропроцессор является главной составляющей частью современного персонального компьютера.

На рубеже 1960 -70-х гг. (1969) появилась первая глобальная компьютерная сеть ARPA, прототип современной сети Интернет. В том же 1969 г. одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое главенствующее положение.

Четвертое поколение (1975 -1985) характеризуется небольшим количеством принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс шел в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, прежде всего, за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.

Самая главная новация четвертого поколения - это появление в начале 1980-х гг. персональных компьютеров. Благодаря им вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Несмотря на то, что персональные и мини-компьютеры по-прежнему по вычислительной мощности отстают от солидных машин, большая часть новшеств, таких как графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети, связана с появлением и развитием именно этой техники.

Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют в компьютерном мире, как было раньше.

Некоторые характеристики вычислительной техники четырех поколений приведены в таблице:

Характеристика	Положение
первое	второе	третье	Четвёртое
Основной элемент	Электронная лампа	Транзистор	Интегральная схема	Большая интегральная схема
Количество ЭВМ в мире, шт.	Сотни	Тысячи	Десятки тысяч	Миллионы
Размер ЭВМ	Большой	Значительно меньший	Десятки тысяч	Микро ЭВМ
Быстродействие (условное) операций/с	Несколько единиц	Несколько десятков единиц	Несколько тысяч единиц	Несколько десятков тысяч единиц
Носитель информации	Перфокарта, перфолента	Магнитная лента	Диск	Гибкий диск

Пятое поколение (1986 г. до настоящего времени) в значительной мере определяется результатами работы японского Комитета научных исследований в области ЭВМ, опубликованными в 1981г. Согласно этому проекту ЭВМ и вычислительные системы пятого поколения кроме высокой производительности и надежности при более низкой стоимости с помощью новейших технологий должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:

Обеспечить простоту применения ЭВМ путем реализации систем ввода/вывода информации голосом, а также диалоговой обработки информации с использованием естественных языков;

Обеспечить возможность обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов;

Упростить процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований на естественных языках;

Улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества вычислительной техники для удовлетворения различных социальных задач, улучшить соотношения затрат и результатов, быстродействия, легкости, компактности ЭВМ;

Обеспечить разнообразие вычислительной техники, высокую адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации.

В настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию оптоэлектронных ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой, представляющих собой распределенную сеть большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Историю развития современных ЭВМ разделяют на 4 поколения. Но деление компьютерной техники на поколения - весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования. Этот прогресс показан в данной таблице:

П О К О Л Е Н И Я Э В М	ХАРАКТЕРИСТИКИ
П О К О Л Е Н И Я Э В М
Годы применения	1946-1958	1958-1964	1964-1972	1972 - настоящее время
Основной элемент	Эл.лампа	Транзистор	ИС	БИС
Количество ЭВМ в мире (шт.)	Десятки	Тысячи	Десятки тысяч	Миллионы
Быстродействие (операций в сек.)	10 3 -14 4	10 4 -10 6	10 5 -10 7	10 6 -10 8
Носитель информации	Перфокарта, Перфолента	Магнитная Лента	Диск	Гибкий и лазерный диск
Размеры ЭВМ	Большие	Значительно меньше	Мини-ЭВМ	МикроЭВМ

(до 1955 г.)

Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными - лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

Эти неудобства начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

(1958-1964)

В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работал с большей скоростью.

Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты ("БЭСМ-6", "Минск-2","Урал-14") и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

(1964-1972)

В 1960 г. появились первые интегральные системы (ИС), которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. ИС - это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм 2 . 1 ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. 1 кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.

Машины третьего поколения - это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Примеры машин третьего поколения - семейства IBM -360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

(с 1972 г. по настоящее время)

Четвёртое поколение - это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров.

В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см 2 .). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош ”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры- IBM PC .

Сейчас ведутся интенсивные разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.