Файл: История и периоды развития средств вычислительной техники.pdf
Добавлен: 01.04.2023
Просмотров: 243
Скачиваний: 1
Введение
Электронные вычислительные машины (ЭВМ), пройдя продолжительный путь эволюционного развития, используются практически во всех отраслях деятельности нынешнего общества. Многообразие функциональных особенностей и технических характеристик современных электронных вычислительных машин дает возможность решать при их помощи широкий круг задач — от бытового использования до управления оружием и войсками.
На текущий момент, в эпоху развития высоких технологий и наукоемких производств, политическая и экономическая успешность страны невозможна без создания сбалансированного парка электронных вычислительных машин.
Разнообразие видов электронных вычислительных машин направлено на развитие, поддержание и распространение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). Электронные вычислительные машины внедрены в контуры автоматизированного управления ведомствами и министерствами, образованием, предприятиями. Высоконадежные электронные вычислительные машины задействованы в управлении объектами повышенной опасности: космическими аппаратами, атомными станциями и т. п.
Целью работы является изучение истории развития средств вычислительной техники.
Для решения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
- изучить периоды развития вычислительной техники;
- рассмотреть основные характерные различных периодов развития вычислительной техники;
- рассмотреть поколения ЭВМ;
- выявить основные особенности поколений ЭВМ.
Объектом работы является история развития средств вычислительной техники.
Предметом работы являются особенности развития вычислительной техники.
При подготовке работы были использованы такие информационные источники как специализированная профессиональная литература, материалы из СМИ, данные Интернет-ресурсов. Применены такие методы и приемы исследования как анализ, синтез, сравнение.
1. Периоды развития вычислительной техники
В истории развития вычислительной техники выделяется четыре периода: домеханический, механический, электромеханический и электронный.
Домеханический период называют периодом абака. Принято считать, что он начался в древнейшие времена и продолжался до начала XVII в. [9, с. 45].
Абак (от греч. abах — доска) — доска, разделенная на полосы, где арифметические расчеты велись посредством передвижения из одной колонки в другую камешков, костей (как в русских счетах) (рис. 1).
Рисунок 1 - Абак
Механический период вычислительной техники — это время с начала XVII до конца XIX в., когда было создано много разнообразных машин: счетные машины (рис. 2), арифмометры (рис. 3), логарифмическая линейка (рис. 4).
Рисунок 2 – Механическая счетная машина
Рисунок 3 - Арифмометр
Рисунок 4 - Логарифмическая линейка
Наконец, в первой половине XIX в. англичанин Чарльз Беббидж (1792-1871 гг.) разработал конструкцию машины, достойной называться первым компьютером. Но он ее так и не построил [1, с. 117].
Полностью разностная машина Ч. Беббиджа была достроена только в наше время, в 1991 г., двумя инженерами — P. Қриком и Б. Холловеем — к 200-летию со дня рождения ее автора. Сегодня это действующий экспонат Лондонского научного музея (рис. 5). Машина состоит из 4000 деталей — без печатающего механизма, который не был достроен; весит около 3 тонн; имеет размеры 2,1х3,4х0,5 м выполнена из бронзы, стали и железа. При помощи поворота рукоятки она может вычислять разности 7 порядка.
Рисунок 5 – Разностная машина
Разностные вычислительные машины конца XVIII — начала XIX в. не имели и не могли иметь программ, управляющих их работой. В них с помощью хитроумных механизмов реализовывался алгоритм вычислений для составления различных таблиц, широко использовавшихся в астрономии, землемерном, страховом и банковском деле, мореплавании, строительстве, кораблестроении и других сферах деятельности человека [6, с. 129].
Электромеханический период характеризуется появлением счетно-аналитических машин. Первая такая машина была построена Г. Холлеритом (рис. 6). В 1890 г. в США она была применена при обработке материалов переписи населения. В этой машине впервые управление работой осуществлялось с помощью перфокарт.
Рисунок 6 - Табулятор Холлерита
Достижения электроники повлекли за собой переход к электронной вычислительной технике. Электронный период развития вычислительной техники продолжается и в настоящее время, однако сегодня ЭВМ выглядят совсем иначе, чем в его начале, — достаточно сравнить хотя бы элементную базу машин разных поколений [6, с. 131].
Понадобилось более ста лет, прежде чем принцип Ч. Беббиджа был реализован. За время своего существования ЭВМ сделали грандиозный скачок как в своем совершенствовании, так и в расширении области применения.
2. Поколения ЭВМ
2.1. Первое поколение ЭВМ
Появлению ЭВМ предшествовали электрорелейные компьютеры, которые создавались в первой половине 40-х гг. XX в. Наиболее известными из них были машины Г. Эйкена в США и К. Цузе в Германии.
В инженерной практике по-прежнему были необходимы и проводились изнурительные математические расчеты. Ученые-математики, как в свое время Г. Лейбниц, П. Чебышев и др., мечтали о машине, которая взяла бы на себя эту работу.
Молодой гарвардский математик Г. Эйкен (1900–1973), устав от бесконечных вычислений в процессе работы над докторской диссертацией, не захотел довольствоваться имеющимися калькуляторами и сортировальными машинами и решил создать универсальный программируемый компьютер.
Компьютер «Марк-1». С разрешения командования военно-морского флота США, при финансовой и технической поддержке фирмы IBM Г. Эйкен принялся за разработку машины, в основу которой ложились непроверенные идеи XIX в. и технологии XX в. Описания аналитической машины, оставленного Бэббиджем, оказалось достаточно. В качестве переключательных устройств в машине Эйкена использовались простые электромеханические реле; инструкции (программа обработки данных) были записаны на перфоленте. Эйкен не осознавал достоинств двоичной системы счисления, и данные вводились в машину в виде десятичных чисел, закодированных на перфокартах компании IBM.
Первоначальные испытания машины состоялись в начале 1943 года. «Марк-1», длиной почти 17 метров и высотой больше 2,5 метров, содержал примерно 750 тысяч деталей, соединенных проводами совокупной протяжённостью примерно 800 км.
Вскоре машину временно передали в распоряжение военно-морского флота, ее использовали для выполнения сложных баллистических вычислений, которыми руководил Эйкен. «Марк-1» мог перерабатывать числа длиной до 23 разрядов. На вычитание и сложение требовалось 0,3 с, на умножение – 3 с. Данное быстродействие являлось беспрецедентным, хотя лишь немного было больше показателей, запланированных Бэббиджем. За день техника выполняла расчеты, на которые ранее уходило полгода.
«Марк-1» использовали в Гарвардском университете 16 лет. Однако он так и не имел успеха, на который рассчитывали. Другие изобретатели при разработке компьютеров руководствовались более перспективными методами. По существу, «Марк-1» устарел еще до того, как был построен.
Первым серийным компьютером, положившим начало компьютерному буму, считается UNIVAC («Юнивак») – Universal Automatic Computer, разработанный в 1951 г. Дж. Эккертом и Дж. Моучли. Несколько модификаций этой машины применялись в различных сферах деятельности. Однако приоритет в создании первой ЭВМ в 1973 г. решением американского суда был отдан американскому профессору болгарского происхождения Джону Атанасову (1903–1995), машина которого была построена на электромеханических и электронных компонентах [17, с. 33].
Атанасов создал свою машину на основе двоичной, а не десятичной системы счисления. Он предполагал, что пользователи столкнутся со значительными трудностями при переводе чисел из десятичной системы в двоичную и наоборот. Однако простота двоичной системы, выражающаяся в использовании двух символов для представления чисел в электрических схемах компьютера, по мнению Атанасова, имела преимущество по сравнению с десятичной. С осени 1939 г. ученый начал работу и в 1949 г. построил экспериментальную модель электронного компьютера, который представлял собой специализированное устройство ABC («Эй-би-си») [18, с. 53].
В Германии лидерство в разработках компьютеров в тот период принадлежало Конраду Цузе (1910–1995).
В 1936 г. Цузе уволился из технической фирмы и занялся созданием компьютера. Через два года он завершил работу над машиной, которая занимала около 4 м2 и представляла собой хитросплетение реле и проводов. Цузе придумал очень дешевое и остроумное устройство ввода: он стал кодировать инструкции для машины, пробивая отверстия в использованной 35-миллиметровой фотопленке. Машина, которая работала с перфорированной лентой, называлась Z2.
В 1941 г., вскоре после создания пробных моделей Z1 и Z2, Цузе построил действующий компьютер – программно-управляемое устройство, которое основано на двоичной системе счисления. Машина Z3 была значительно дешевле в производстве и намного меньше машины Эйкена.
Машина преобразовывала десятичные коды в двоичные; восемь команд содержали четыре арифметических действия и извлечение квадратного корня; операции выполнялись с плавающей запятой. Время сложения было 0,3 с, умножения – 4 с. Емкость памяти на релейных схемах состояла из 6422-разрядных чисел, при этом семь разрядов отводилось для порядка и один – для знака числа.
Как машина Z3, так и ее «преемник» Z4 использовались для вычислений при конструировании ракет и самолетов. Цузе построил также несколько специальных компьютеров; два из них помогали при оценке аэродинамических характеристик рулей и крыльев управляемого по радио, беспилотного, самолета, поступившего в небольших количествах на вооружение немецкой армии в конце войны. Изобретение Цузе положило начало использованию компьютеров в качестве управляющих вычислительных машин.
В 1942 г. австрийский инженер-электрик Хельмут Шрейер (1912–1984), который сотрудничал с Цузе, предложил создать компьютер принципиально нового типа. Было задумано перевести машину Z3 с электромеханических реле на вакуумные электронные лампы.
Рекламируя свое изобретение, ученые отмечали возможность использовать его для расшифровки закодированных сообщений, передаваемых британским командованием по рациям. Англичане также стали разрабатывать машину для поиска способов расшифровки секретов немецких кодов (проект «Ультра»).
Идея «Ультра» зародилась после успешной операции польской разведки в 1939 г., когда поляки создали точную копию германского шифровального аппарата «Загадка» и переправили его в Англию вместе с описанием принципов работы.
В надежде раскрыть секрет «Загадки» британская разведка собрала группу блестящих ученых и поселила их в Блетчли-Парке, обширном имении викторианской эпохи недалеко от Лондона, изолировав от окружающего мира. Среди них были представители разных специальностей – от профессоров литературы до инженеров. В эту группу входил и математик Алан Тьюринг (1912–1954).
Неиссякаемый источник смелых и оригинальных идей, теоретик из Кембриджского университета, Тьюринг, наверное, был наиболее эксцентричным и, несомненно, самым одаренным членом группы. О его чудачествах ходили легенды. Говорили, что в Кембридже он никогда не ставил часы по сигналам точного времени и ни у кого не спрашивал, который час, а, учитывая положение определенной звезды, вычислял время в уме. В Блетчли-Парке он ездил на работу на велосипеде, часто в противогазе, чтобы избежать аллергии в период цветения трав. ОднаждыТьюринг, обеспокоенный падением курса английского фунта, расплавил некоторое количество серебряных монет и закопал слиток на территории парка, но моментально забыл, где именно [19, с. 49].
Гениальность Тьюринга не вызывала сомнений. В 1936 г., в 24 года, он создал труд, сыгравший важнейшую роль в развитии информатики и вычислительной математики. Работа касалась проблемы математической логики – описания задач, которые не удавалось решить даже теоретически.
Пытаясь найти такое описание, он использовал в качестве вспомогательного средства мощное, хотя и существующее только в его воображении, вычислительное устройство, предвосхитившее главные свойства современных компьютеров.
Он назвал свое механическое абстрактное устройство «универсальная машина», т. к. оно должно было справляться с любой допустимой, то есть теоретически разрешимой, задачей – логической или математической. Данные вводились в машину на бумажной ленте, поделенной на клетки-ячейки. Каждая ячейка или содержала символ, или была пустой. Машина могла не только обрабатывать символы на ленте, но и менять их, стирая старые и записывая новые в соответствии с инструкциями, хранящимися в ее внутренней памяти.