Файл: Особенности функционирования первых эвм.docx

Министерство культуры Кировской области

Кировское областное государственное профессиональное

образовательное автономное учреждение

«Вятский колледж культуры»

Кафедра общих образовательных и профессиональных дисциплин

Реферат по информатике

на тему:

«Особенности функционирования первых ЭВМ»

Выполнил:

студент группы НХТхф-2 очной формы

обучения специальности

51.02.01 «Народное художественное творчество» вид

Фото- видео творчество

Багрецов Денис Александрович / /

Преподаватель

Князева Елена Павловна / /

Киров

2022

Содержание

Введение 3

Основная часть 4

1.1 Историческая справка 4

1.2 Особенности функционирования первых ЭВМ 5

1.3 Недостатки ламповой техники 6

1.4 Архитектура ЭВМ 7

1.5 Дальнейшее развитие ЭВМ 7

Заключение 13

Список использованной литературы 14

Введение

Актуальность

Первый электронный компьютер появился всего около 50 лет назад, и с тех пор было разработано множество поколений компьютеров, причем самые ранние модели теперь считаются музейными экспонатами.

Эволюция компьютерных технологий была захватывающей, подчеркивая взаимодействие между математикой, физикой и технологическими инновациями, а достижения в производстве вычислительных устройств зависели от достигнутого уровня технологической сложности.

Электронно-вычислительные машины прошли несколько этапов развития, каждое поколение которых характеризуется своей элементной базой и ключевыми характеристиками. Тем не менее, классификация компьютеров по поколениям остается несколько субъективной, поскольку некоторые модели могут быть классифицированы по-разному в зависимости от различных критериев. Несмотря на это, каждое новое поколение представляет собой значительный качественный прогресс в области электронных вычислений.

Цель проекта

Выявить особенности функционирования первых ЭВМ

Объект

Первые ЭВМ

Предмет

Анализ особенностей функционирования первых ЭВМ

Задачи

Рассмотреть особенности функционирования первыхЭВМ
Выяснить недостатки ламп в первых ЭВМ
Рассмотреть архитектуру первых ЭВМ
Рассмотреть дальнейшее развитие ЭВМ

Основная часть

1.1 Историческая справка

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 арифметический 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.

После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретательГ. 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 пробоя. 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.

1.2 Особенности функционирования первых ЭВМ

Под электронной вычислительной машиной понимается набор технических модулей, в котором главные рабочие компоненты собраны на элементах электроники и который предназначен для

автоматической работы с данными при решении разных задач по вычислениям и обработке информации.

Электронной лампой является устройство, которое работает на принципе колебаний интенсивности электронного потока, перемещающегося в вакуумном пространстве стеклянной колбы по направлению от катода к аноду. Образование потока электронов осуществляется посредством термоэлектронной эмиссии, то есть выброса электронов с металлических поверхностей при их нагревании. С нагревом металла растёт энергия электронов и многие из них выходят за потенциальный барьер на границе металлической поверхности. Когда на лампу поступает входной сигнал, к примеру, логическая единица в виде напряжения, величиной два вольта, то выходным сигналом лампы будет или логический ноль в виде напряжения менее вольта, или логическая единица. Логическая единица будет в случае, когда напряжение на управляющем электроде лампы, сетке, равно нулю и ток без всяких препятствий проходит от катода к аноду. Когда же на сетку лампы подаётся напряжение с отрицательным потенциалом, то оно препятствует движению электронов от катода к аноду, и, в итоге, не будет тока, то есть на выходе появится уровень логического нуля. На этом принципе действия построена вся логика ламповых компьютеров.

Использование электронных ламп существенно повысило уровень вычислительных возможностей ЭВМ и ознаменовало переход от использования реле в вычислительной технике к лампам, на которых и строилось первое поколение ЭВМ.

1.3 Недостатки ламповой техники

Применение электронных ламп тормозила их не высокая надёжность, значительное потребление энергии и немалые размеры. Конструкция первых ЭВМ обладала просто огромными размерами и могли занимать больше одного помещения в научных учреждениях. Обслуживать такую технику было очень непросто, лампы всё время ломались, вызывая сбои ввода информации, появлялось большое количество разных проблем. Также очень большими и дорогими были блоки питания ламповых ЭВМ, требовалось проложить силовые кабеля, питающие ЭВМ, и выполнять сложную разводку кабелей к каждому элементу. Ещё необходимо было обеспечить хорошее охлаждение ламповых блоков, так как они сильно нагревались и лампы часто не работали из-за перегрева.

Невзирая на эти сложности, электронные вычислительные машины получили широкое развитие, их быстродействие росло и достигало уровня тысяч операций в секунду. Оперативная память вмещала примерно две тысячи машинных команд. ЭВМ первого поколения управляющую программу сохраняла в памяти, при этом применялась обработка машинных слов в параллельном режиме. Проектируемые ЭВМ того времени, как правило, были универсального назначения и применялись для работы в научно-технических целях. Затем выпуск ЭВМ пошёл в серию, и они начали применяться и в сфере бизнеса и коммерции.

1.4 Архитектура ЭВМ

Тогда же появилась и развивалось архитектурное построение ЭВМ Фон-Неймана, причем отдельные положения, положенные в основу ЭВМ первого поколения, действуют и сегодня.

Базовые аспекты проектирования ЭВМ, выработанные Фон-Нейманом в 1946-ом году, следующие:

Работа ЭВМ должна быть основана на бинарной системе счисления.
Операции, подлежащие выполнению на ЭВМ, представляются в форме программы, которая состоит из набора последовательных команд. Все команды должны содержать операционные коды, адреса операндов и комплект необходимых признаков.
Набор команд должен сохраняться в памяти машины в двоичном кодировании.
Организация памяти должна основываться на иерархической структуре, поскольку быстродействие модулей памяти меньше, чем у логических элементов.
Все арифметические действия надо выполнять только через операцию сложения, а формирование отдельных модулей не имеет смысла.
Чтобы повысить быстродействие следует применять параллельные вычислительные процессы, то есть действия над словом должны осуществляться одновременно над всеми его разрядами.

Нужно заметить, что машины первого поколения проектировались не на пустом месте. В те времена уже имелся опыт в сфере проектирования электронных устройств, к примеру, в радиолокации и так далее.

1.5 Дальнейшее развитие ЭВМ

В конце пятидесятых – начале шестидесятых годов прошлого века на смену электронной лампе в вычислительных машинах и системах второго поколения пришел компактный и экономичный прибор – транзистор. В качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны – далекие предки современных жестких дисков. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось, уменьшились габаритные размеры машин.

С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры - централизация. Появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках. Кроме этого, появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня – Фортран, Алгол, Кобол.

Примеры машин второго поколения: БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22 - предназначены для решения научно-технических и планово-экономических задач; Минск-32 (СССР), ЭВМ М-40, - 50 - для систем противоракетной обороны; Урал - 11, - 14, - 16 - ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических задач.

Прошло всего 7-8 лет, и это поколение буквально вытолкнули машины следующего, третьего поколения.

В ЭВМ третьего поколения (1968-1973 гг.) использовались интегральные схемы. Разработка в 60-х годах интегральных схем – целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ.

Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме. Удаленные от ЭВМ пользователи получили возможность, независимо друг от друга, оперативно взаимодействовать с машиной.
Компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции (МИС - 10-100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 10-1000 компонентов на кристалл). Появилась идея, которая и была реализована, проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение. В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор.