Полнотекстовый поиск:

Где искать:

везде
только в названии
только в тексте

Выводить:

описание
слова в тексте
только заголовок

Главная > Реферат >Информатика

Введение

1. История появления первых вычислительных машин

2. Четыре поколения развития ЭВМ

2.1 Первое поколение ЭВМ

2.2 Второе поколение ЭВМ

2.3 Третье поколение ЭВМ

2.4 Четвертое поколение ЭВМ

Заключение

Введение

Сегодня уже невозможно представить свою жизнь без персонального компьютера. Обычный системный блок, к которому мы все так давно привыкли стал абсолютно обыденной вещью. Мы уже не обращаем на него внимания как на чудо техники и на гений человеческого прогресса. Сегодня каждый, сколько бы ему ни было лет, может зайти домой и свободно воспользоваться стандартным пакетом услуг, которые установлены на любом компьютере. Но мало кто помнит о том громадном пути, который проделали ЭВМ для того, чтобы стать сегодняшним компьютером. Мы пользуемся сегодняшними плодами прогресса как совершенно обыденными вещами: как водой или электричеством. В памяти многих из нас не сохранились картинки тех лет, когда компьютер представлялся чем-то особенным и таинственным. Когда профессия "программист" вызывала массу непонятных восклицаний и завистливых взглядов. Мало кто помнит про перфокарты, но, что самое удивительное, люди уже начали забывать про обычные дискеты, которые до недавнего времени были незаменимы в использовании персонального компьютера. Цель и задача данной курсовой работы: проанализировать этапы развития электронно-вычислительных машин, сравнить их на каждом из трех этапов, попытаться понять и представить себе, насколько сильно наука скакнула вперед за такой короткий промежуток времени.

1. История появления первых вычислительных машин

Стремительное развитие цифровой вычислительной техники (ВТ) и становление науки о принципах ее построения и проектирования началось в 40-х годах нашего века, когда технической базой ВТ стала электроника, затем микроэлектроника, а основой для развития архитектуры компьютеров (электронных вычислительных машин ЭВМ) - достижения в области искусственного интеллекта. До этого времени в течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных за 5 столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления. 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. О машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы. В цифровых электронных вычислительных машинах, появившихся более двух веков спустя, устройство, выполняющее арифметические операции (те же самые, что и "арифметический прибор" Лейбница), получило название арифметического. Позднее, по мере добавления ряда логических действий, его стали называть арифметико-логическим. Оно стало основным устройством современных компьютеров. Таким образом, два гения XVII века, установили первые вехи в истории развития цифровой вычислительной техники. Заслуги В.Лейбница, однако, не ограничиваются созданием "арифметического прибора". Начиная со студенческих лет и до конца жизни он занимался исследованием свойств двоичной системы счисления, ставшей в дальнейшем, основной при создании компьютеров. Он придавал ей некий мистический смысл и считал, что на ее базе можно создать универсальный язык для обьяснения явлений мира и использования во всех науках, в том числе в философии. Сохранилось изображение медали, нарисованное В.Лейбницем в 1697 г., поясняющее соотношение между двоичной и десятичной системами исчисления. Прошло еще более ста лет и лишь в конце XVIII 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 Жакардом, 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 Адой Августой Лавлейс - 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. "...Летом 2001 года машина Бэббиджа была, наконец, построена стараниями Дорона Суода*, директора лондонского Музея науки. Эта машина не только явилась плодом гениального замысла, но и стала шедевром инженерной работы. Она состоит из восьми с лишним тысяч отдельных деталей, по большей части выточенных вручную - всего пять тонн точнейшей механики! Особенно впечатляет "принтер XIX века". Он оттискивает результаты вычислений на поверхности печатной формы и печатает их на бумаге. Так завтрашний день становится копией прошлого, а механическое мельтешение деталей - ожившей музыкой мысли, зримыми переливами логики. Поворот рукоятки, и все вещество машины приходит в движение. Она размышляет. Валы трещат; шпиндели фырчат; штанги стучат; колеса вращаются. В свое время Бэббидж надеялся, что задуманная им машина станет предсказывать стихийные бедствия и удары судьбы, сводя циферки многочисленных фактов воедино и превращая череду единичных событий в фатальную картину всеобщей связи вещей. Теперь его машине предстоит влачить скромное, призрачное существование. Время от времени Суод будет вручать гостям музея сувенир - листок, на котором распечатано решение любимого уравнения Бэббиджа: Y=X2+X+41..." Интересно отметить, что в 1870 г. (за год до смерти Беббиджа) английский математик Джевонс сконструировал (вероятно, первую в мире) "логическую машину", позволяющую механизировать простейшие логические выводы. В России о работе Джевонса стало известно в 1893 г., когда профессор университета в Одессе И.Слешинский опубликовал статью "Логическая машина Джевонса" ("Вестник опытной физики и элементарной математики", 1983 г., № 7).. "Строителями" логических машин в дореволюционной России стали Павел Дмитриевич Хрущев (1849-1909) и Александр Николаевич Щукарев (1884-1936), работавшие в учебных заведениях Украины. Первым воспроизвел машину Джевонса профессор Хрущев. Экземпляр машины, созданный им в Одессе, получил "в наследство" профессор Харьковского технологического института Щукарев, где он работал начиная с 1911 г. Он сконструировал машину заново, внеся в нее целый ряд усовершенствований, и неоднократно выступал с лекциями о машине и о ее возможных практических применениях. Одна из лекций была прочитана в 1914 г. в Политехническом музее в Москве. Присутствовавший на лекции проф. А.Н.Соков писал:

"Если мы имеем арифмометры, складывающие, вычитающие, умножающие миллионные цифры поворотом рычага, то, очевидно, время требует иметь логическую машину, способную делать безошибочные выводы и умозаключения, одним нажатием соответствующих клавиш. Это сохранит массу времени, оставив человеку область творчества, гипотез, фантазии, вдохновения - душу жизни". Эти пророческие слова были сказаны в 1914 г.! (Журнал "Вокруг света", № 18, статья А.Н.Сокова "Мыслительная машина").

Следует отметить, что сам Джевонс, первосоздатель логической машины, не видел для нее каких-либо практических применений.

К сожалению, машины Хрущева и Щукарева не сохранились. Однако, в статье "Механизация мышления" (логическая машина Джевонса), опубликованной профессором А.Н.Щукаревым в 1925 г.("Вестник знания", № 12), дается фотография машины сконструированной Щукаревым и ее достаточно подробное описание, а также, что очень важно - рекомендации по ее практическому применению.

Гениальную идею Беббиджа осуществил Говард Айкен, американский ученый, создавший в 1944 г. первый в США релейно-механический компьютер. Ее основные блоки - арифметики и памяти были исполнены на зубчатых колесах!

Если Беббидж намного опередил свое время, то Айкен, использовав все те же зубчатые колеса, в техническом плане при реализации идеи Беббиджа использовал устаревшие решения. Еще десятью годами ранее, в 1934 г. немецкий студент Конрад Цузе, работавший над дипломным проектом, решил сделать (у себя дома), цифровую вычислительную машину с программным управлением и с использованием - впервые в мире! - двоичной системы счисления. В 1937 г. машина Z1 (Цузе 1) заработала! Она была двоичной, 22-х разрядной, с плавающей запятой, с памятью на 64 числа и все это на чисто механической (рычажной) основе!.

В том же 1937 г., когда заработала первая в мире двоичная машина Z1, Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированный компьютер, впервые в мире применив электронные лампы (300 ламп). Пионерами электроники оказались и англичане - в 1942-43 годах в Англии была создана (с участием Алана Тьюринга) ВМ "Колоссус". В ней было 2000 электронных ламп! Машина предназначалась для расшифровки радиограмм германского вермахта. Работы Цузе и Тьюринга были секретными. О них в то время знали немногие. Они не вызвали какого-либо резонанса в мире. И только в 1946 г. когда появилась информация об ЭВМ "ЭНИАК" (электронный цифровой интегратор и компьютер), созданной в США Д.Мочли и П.Эккертом, перспективность электронной техники стала очевидной (В машине использовалось 18 тыс.электронных ламп и она выполняла около 3-х тыс. операций в сек). Однако машина оставалась десятичной, а ее память составляла лишь 20 слов. Программы хранились вне оперативной памяти.

Завершающую точку в создании первых ЭВМ поставили, почти одновременно, в 1949-52 гг. ученые Англии, Советского Союза и США (Морис Уилкс, ЭДСАК, 1949 г.; Сергей Лебедев, МЭСМ, 1951 г.; Исаак Брук, М1, 1952 г.; Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман ЭДВАК, 1952 г.), создавшие ЭВМ с хранимой в памяти программой.

В течение механического, релейного и в начале электронного периода развития цифровая вычислительная техника оставалась областью техники, научные основы которой только созревали.

Первыми составляющими будущей науки, использованными, в дальнейшем, для создания основ теории ВМ, явились исследования двоичной системы счисления, проведенные Лейбницом (XYII век), алгебра логики, разработанная Джорджем Булем (XIХ век), абстрактная "машина Тьюринга", предложенная гениальным англичанином в 1936 г. для доказательства возможности механической реализации любого имеющего решение алгоритма, теоретические результаты Клода Шеннона, Шестакова, Гаврилова (30-е годы ХХ в.) соединившие электронику с логикой.

Первую механическую счётную машину сконструировал в 1642 г. французский учёный Блез Паскаль . Она представляла собой систему

взаимодействующих колёсиков, каждое из которых соответствовало одному разряду десятичного числа и содержало цифры от 0 до 9. Когда

колёсико совершало полный оборот, следующее сдвигалось на одну цифру (это похоже на принцип ручных счетов). Машина Паскаля умела

только складывать и вычитать.
Много внимания проблеме механизации вычислений уделял немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц . Созданная им в 1694 г. Cчётная машина обладала гораздо большими возможностями - выполняла все арифметические операции. Однако она была слишком громоздкой, а работала медленно.
Значительный вклад в развитие вычислительной техники внёс в XVIX веке английский математик и изобретательЧарльз Бэббидж . Более 40 лет он работал над проектом программируемой вычислительной машины, которую назвал аналитической. Бэббиджу принадлежала сама идея программирования вычислений, а также способ её реализации: ввод программ в машину с помощью перфокарт. Он впервые ввел память для промежуточных вычислений, он же предложил использовать в машине двоичную систему счисления. Машина Бэббиджа была чисто механической и требовала изготовления большого количества высокоточных деталей. Проект остался незавершённым, из-за недостатка финансовых средств. Уже после смерти Бэббиджа некоторые его идеи были использованы при создании первых электромеханических счётных машин. До середины XX в. на таких машинах делали сложные бухгалтерские расчёты и обрабатывали статистические данные.

Первые электронные вычислительные машины

К концу 30-х гг. столетия потребность в автоматизации сложных вычислений сильно возросла. Они оказались нужны при проектировании самолётов, в атомной физике и во многом другом. В 1944 г. под руководством профессора Гарвардского университета (США) Говарда Айкена была разработана последняя электромеханическая машина "Марк 1". Она была 15 м. длиной и перемножала два 23-разрядных числа за 4 секунды - гораздо быстрее всех своих предшественниц.
Уже в 1945 г. в США коллектив, руководимый Джоном Моучли и Джоном Эккертом, создал первую электронную вычислительную машину "ЭНИАК". По размерам она была вдвое больше "Марка 1" (30 м. в длину) и считала в 1000 раз быстрее: производила 300 умножений в секунду. Вычисления выполняли схемы из электронных ламп. А вот программу в машину приходилось вводить непосредственно перед её исполнением. Делалось это штекерным способом: блоки машины соединяли в нужной последовательности, втыкая штекеры в соответствующие разъемы.
Новую структуру вычислительной машины, которая сохранилась в основных чертах до сих пор, предложил в 1945 г. один из крупнейших математиков XX века Джон фон Нейман . Одной из главных идей его проекта является принцип хранимой программы, т. е. программы, которая хранится в памяти машины наряду с данными и промежуточными результатами. Благодаря этому в машине одновременно содержится сколько угодно программ и любую из них можно немедленно запустить в работу. Первая машина с хранимой программой была построена в Великобритании в 1949 г. под руководством М. Уилкса.
Первая советская ЭВМ - "МЭСМ" (малая электронная счётная машина) была создана в 1951 г. под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева . До сих пор все машины изготавливались в одном экземпляре, а в 50-е гг. началось серийное производство ЭВМ и их триумфальное шествие по миру. За прошедшие полвека вычислительные машины сильно изменились сами и ещё больше изменили общество. С 1945 г. по наши дни вычислительная техника прошла 4 поколения в своём развитии:

I поколение основано на электронно-вакуумных лампах
II поколение основано на транзисторах
III поколение основано на интегральных схемах
IV поколение основано на изобретении микропроцессора.

Микропроцессор - это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера - процессора. Первый микропроцессор был создан в 1971 году американской фирмой Intel . Персональный компьютер - это микро-ЭВМ с "дружественным" к пользователю аппаратным и программным обеспечением. Первый персональный компьютер появился в США в 1976 году, он назывался Apple-1, конструкторами его были Стив Джобс и Стив Возняк. В 1981 году фирма IBM выставила на международный рынок персональный компьютер, который завоевал весь мир. В нём был воплощён принцип "открытой" архитектуры , который означает, что по мере улучшения характеристик отдельных устройств ЭВМ возможно лёгкая замена устаревших устройств на более совершенные.
Возможности современных компьютеров вышли далеко за пределы мечтаний создателей первых ЭВМ. Современные компьютеры не только вычисляют, но и управляют, собирают информацию. Они помогают издавать книги, снимать фильмы и даже развлекают.