Файл: История развития средств вычислительной техники (История развития информатики).pdf

Электронная вычислительная машина ENIAC была разработана Эккертом и Маучли (John W.Mauchlyand J. PresperEckert, Jr.) в США в 1946 г.

Первоначально ENIAC программировалась путем соединения проводами соответствующих гнезд на коммутационной панели. Это делало составление программы очень утомительным и медленным занятием. Джонфон Нейман (1903—1957) американский математик и физик венгерского происхождения предложил хранить программу  (последовательность команд управления ЭВМ) в памяти ЭВМ. Это позволяло оперировать с программой так же, как с данными. Последующие ЭВМ строились с большим объемом памяти, с учетом того, что там будет храниться программа.

В докладе фон Неймана, посвященном описанию ЭВМ, выделено пять базовых элементов компьютера:

• арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• устройство управления (УУ);
• запоминающее устройство (ЗУ);
• система ввода информации;
• система вывода информации.

Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.

ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовали электронные лампы и реле [5, с. 8-14].

Большое воздействие на вычислительную технику оказало изобретение в 1948 г. транзисторов и запоминающих устройств на магнитных сердечниках. Ненадежные вакуумные лампы, которые требовали большой мощности для нагревания катода, заменялись небольшими германиевыми, а впоследствии кремниевыми транзисторами. Компьютеры, построенные в середине 50-х годов ХХ в., стали называть машинами второго поколения.

Революционный прорыв в повышении надежности и миниатюризации компьютеров произошел в 1958 г., когда была разработана первая интегральная микросхема американским инженером Джеком Килби (JackKilby). В середине 60-х годов появилось третье поколение ЭВМ. Основу их элементной базы составляли микросхемы малой и средней степени интеграции.

Следующая революция в технологии создания вычислительных машин произошла в 1971 г. Американский инженер Маршиан Эдвард Хофф (Marcian E. Hoff) поместил основные элементы компьютера в один небольшой кремниевый чип (кристалл), который он назвал микропроцессором. Первому микропроцессору присвоили маркировку Intel 4004.

ЭВМ четвертого поколения создаются на интегральных микросхемах с высокой степенью интеграции. На одном кристалле размещается целая микро ЭВМ. Нужно отметить, что переход от третьего поколения вычислительных машин к четвертому не был революционным. Отличия затронули не столько принципы построения ЭВМ, сколько плотность размещения элементов в микросхемах.

Эволюция вычислительных машин идет по пути постоянного повышения быстродействия, надежности, расширения функциональных возможностей, упрощения правил работы на компьютере, уменьшения габаритов и потребляемой мощности. Среди ЭВМ четвертого поколения появились персональные компьютеры (ПК или ПЭВМ), которые ориентированы на индивидуальную работу каждого пользователя.

В настоящее время ведется разработка компьютеров пятого поколения, характерными особенностями которых будут наличие речевого ввода-вывода информации и способность к самообучению.

Таким образом, вычислительная техника постоянно вбирает в себя самые передовые достижения науки, техники и технологии (электронные лампы, транзисторы, микроэлектроника, лазеры, средства связи), благодаря чему ее развитие идет чрезвычайно высокими темпами.

Приоритетными направлениями в развитии вычислительной техники является создание квантовых, оптических или биоэлектронных приборов.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

2.1 История вычислительной техники в СССР

С окончанием Второй Мировой Войны и началом Холодной, руково­дство Советского Союза осознавало ценность вычислительных машин, способных помочь ученым в проектировании различных процессов естест­венных наук. В связи с этим, в 1948 году начались работы по созданию первой ЭВМ СССР, Малой Электронной Счетной Машины (МЭСМ). Ру­ководителем этих работ стал академик, директор Института электротехни­ки АН Украины и руководитель лаборатории Института точной механики и вычислительной техники АН СССР, Сергей Александрович Лебедев.

Стоит отметить, что Сергей Лебедев, независимо от Джона фон Нейма­на, основоположника принципов построения вычислительных систем, яв­ляющихся базисом этой отрасли до сих пор, выдвинул основные принципы ЭВМ с хранимой в памяти программой, обосновал и реализовал их.

Первым поколением ЭВМ стали ламповые вычислительные машины. Первым представителем этого класса отечественных ЭВМ стала МЭСМ, запуск которой был осуществлен 6 ноября 1950 года. Она содержала 6000 электронных ламп и занимала целое крыло двухэтажного здания. Опера­тивная память насчитывала 94 16-разрядных слова, быстродействие со­ставляло около 50 FLOPS (FLoat-pointoperationspersecond/Число опера­ций с плавающей точкой в секунду). Для сравнения, первая ЭВМ США ENIACбыла создана лишь в конце 1945 года. Осознавая, какой ущерб по­нес Советский Союз во время Второй Мировой Войны, колоссальными темпами развивая и восстанавливая промышленность, научную сферу и так далее после нее, можно сказать, что разрыв между сферами Вычисли­тельной техники США и СССР на данном этапе был сравнительно мал [1, с. 22].

Помимо Лебедева существовала так же группа ученых из лаборатории Энергетического института АН СССР, под руководством И.С. Брука, кото­рый, вместе со своим коллегой Б.И. Рамеевым представили проект вычис­лительной машины с программным управлением (для лучшей автоматиза­ции и взаимодействия уровня программист - ЭВМ). Хотя проект не был реализован, он оказал огромное влияние на все последующие разработки их авторов. В 1950 году Брук все-таки приступил к практической реализа­ции проекта создания ЭВМ. За два года усилиями 9 человек была построе­на ЭВМ М-1, насчитывающая всего 750 ламп со скоростью 15-20 операций в секунду. Ее малые размеры и энергопотребление имели свои преимуще­ства над огромными ЭВМ того времени. Модернизировав М-1, доведя ее производительность до 2000 FLOPSи оставив размеры и энергопотребле­ние на низком уровне, данная ЭВМ была наилучшим компьютером Союза, выиграв так же первый международный шахматный турнир между компь­ютерами.

Не останавливаясь на достигнутом, в 1953 году группа Лебедева первую в СССР большую ЭВМ - БЭСМ-1. Быстродействие этой системы было равно 10 000 FLOPS- равный уровень со своими современниками из США. Модернизировав БЭСМ-1, отечественная промышленность вычис­лительной техники получила БЭСМ-2, с улучшенными характеристиками.

Приказом И.В. Сталина, в 1948 году было создано Специальное конст­рукторское бюро № 245 под руководством М.А. Лесечко. В 1950-1953 гг., уже под руководством Ю.Я. Базилевского, коллектив этого бюро разрабо­тал цифровую вычислительную машину общего назначения «Стрела»; бы­стродействие - 2000 FLOPS. «Стрела» являлась первой ЭВМ, производи­мой в промышленных масштабах.

Период Зарождения (1948 - 1952) и Расцвета (1953 - 1960) отечествен­ной вычислительной техники характеризовался существованием трёх ос­новных научных школ:

Московская школа: руководитель Лебедев С.А., была специализирована на создании высокопроизводительных ЭВМ. Известным ее детищем стала ламповая ЭВМ М-20 (1958) с быстродействием 20 000 FLOPSи объемом памяти в 4096 45-разрядных слов, несмотря на то, что эта архитектура ЭВМ начинала устаревать и на замену ей пришли транзисторные ЭВМ.

В 1966 группа Лебедева создала полупроводниковую БЭСМ-6 с произ­водительностью 1 000 000 FLOPS. Такой ошеломительной производитель­ности удалось добиться не столько за счёт скоростных полупроводниковых элементов, сколько за счёт совершенной архитектуры процессора.

Помимо группы Лебедева, московская школа так же была представлена в виде группы И.С. Брука, сконцентрированная на разработке компактных и управляемых ЭВМ.

Пензенская школа: была организована на базе НИИ математических машин (ранее - СКБ-245). Достижениями этой школы является ЭВМ «Стрела», «Урал-1» (1954), являвшийся первой серийной малой ЭВМ. Од­нако эти компьютеры создавались на базе ламп, оперативная память была выполнена на магнитном барабане, так что о баснословной производи­тельности речи и не шло.

Киевская школа: возглавлял киевлян академик В.М. Глушков. В 1962 году на базе лаборатории вычислительной техники АН УССР был органи­зован первый в СССР Институт Кибернетики. Киевляне так же разработа­ли вычислительную машину для инженерных расчётов «МИР». Характер­но то, что в этой машине впервые в мире был использован интерпретатор высокоуровневого языка, что является неоспоримым доказательством ог­ромных научных достижений, «искусства» отечественных конструкторов творить научные шедевры.

Тем не менее, отечественная компьютерная отрасль существенно отста­вала от западной как минимум на десяток лет по ряду очевидных причин. После Второй Мировой Войны СССР был вынужден остаться на «военных рельсах» и вступить в Гонку Вооружений с США [2, с. 60], с целью защи­ты своего суверенитета, политического веса и недопущения «бряцанья» атомной бомбой американцами. Порой, безграмотная политика в сфере легкой промышленности, а так же акцентирование внимания исключи­тельно на ВПК и промышленных отраслях оставили свой отпечаток во всех сферах Советского Государства [3, с. 56].

В связи с этим, в начале 70-х начинается эпоха подражания западным образцам вычислительной техники. С целью совершить «большой скачок», догнать и перегнать американцев, правительством была дана установка копировать перспективные и новейшие образцы вычислительной техники.

Данная инициатива предполагала создание двух семейств ЭВМ, факти­чески - скопированных западных образцов. Первое семейство - Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ), воспроизводившее IBMS/360. Второе семейство призвано было удовлетворить потребности народного хозяйства в мини­компьютерах и обозначалось СМ ЭВМ (Система малых ЭВМ). Марки СМ- 1 и СМ-2 были копиями миникомпьютеров фирмы Hewlett-Packard (HP), а СМ-3, СМ-4 - PDP-11 от фирмы DEC.

К счастью, разработка супер-ЭВМ была оставлена за отечественными разработчиками, в виду передовой БЭСМ-6. Развитием этой ЭВМ стали многопроцессорные ЭВМ серии «Эльбрус». Из положительных аспектов решения правительства СССР можно выделить действительное сокраще­ние отставания, но не равенство и уж тем более не обгон. Напротив, данная инициатива зарубила на корню энтузиазм многих архитекторов ЭВМ, за­нимающихся простым копированием, а не созиданием чего-то нового.

С началом микропроцессорной революции, в начале 90-х годов отечест­венную отрасль ЭВМ-строения ждал неминуемый крах. Огромный поток современных персональных компьютеров не оставил шансов отечествен­ным экземплярам конкурировать на рынке. Благодаря распаду СССР и дальнейшим политико-экономическим потрясениям, отечественная от­расль ЭВМ стала лишь эхом былого величия, почти всегда спонсируемого государством и нуждами оборонной промышленности.

2.2 Вклад Германа Холлерита в развитие вычислительной техники

Появление и начало производства вычислительных машин Г. Холлерит в 80-е годы прошлого ве­ка занимает особое место в истории вычислительной техники и вызвано необходимостью решать но­вые социально-экономические проблемы, связанные с обработкой большого количества информации Герман Холлерит успешный бизнесмен, изобретатель о которого много пишут о его карьере, личной жизни, но мало информации о техническом характере его изобретений. Называют его вычислительные машины то перфораторами, табуляционными машинами, машинами для переписи и так далее. Однако сам их называл «Электрическая система расчета».

Актуальность этой темы заключается в том, чтобы понять, что дало начало нынешнему развитию науки и техники. В работе рассматривается, как с простого счетчика, что приводит к постепенному раз­витию узкого приложения машин, постепенно выстраивая машину широкого применения и с большей возможностью.

Цель: провести анализ развития электромеханических калькуляторов с 1884 до появления пер­вой электронно-вычислительной машины на основе основ компьютерных технологий Германа Холле­рита.

Работа выполнена на основе технического содержания патентов. Холеры, а также время на внедрение технических новинок на рынке, которые в других работах уделяется мало внимания.

В некоторых работах ГовардаАйкена говорится, что после смерти Бэббиджа в 1871 году только Айкен в 1937 году [1, с. 116] продолжил развитие автоматизации и универсализации вычислительной машины.

До изобретения Холерита были только универсальные ручные калькуляторы, добавив машины,которые выполняют одну и ту же операцию в течение нескольких кликов, однако универсальная, а так­же вычислительная машина Бабеджа с лучшей производительностью рассчитывалась только по одной задаче.