Файл: История развития средств вычислительной техники(Первые вычислительные машины).pdf

Введение

История счётных устройств насчитывает много веков. Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. Для облегчения счета люди стали использовать пальцы сначала одной руки, затем обеих, а в некоторых племенах и пальцы ног.

Потребность в приспособлениях, позволяющих ускорить процесс счёта, появилась у человека ещё тысячи лет назад. Тогда для этого использовались простейшие средства, вроде счётных палочек. Позже появился абак, больше известный нам как счёты. Он позволял выполнять только самые простейшие арифметические действия. Позднее, около 500 г. н.э., абак был усовершенствован и на свет появились счёты – устройство, состоящее из набора костяшек, нанизанных на стержни.

На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с XV века получил распространение "дощаный счет", который почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.

С тех пор многое изменилось. Практически у каждого дома стоит компьютер, а в кармане лежит смартфон. Всё это можно объединить под общим названием «Компьютерные технологии» или «Вычислительная техника».

Тема исследования: История развития средств вычислительной техники.

Цель исследования: Изучить историю развития средств вычислительной техники

Предмет исследования: История развития средств вычислительной техники

Задачи исследования:

Изучить историю ЭВМ

Изучить поколения ЭВМ

Глава 1 История развития ЭВМ

1.1 Первые вычислительные машины

1623 год. Вильгельм Шиккард думает: «А почему бы мне не изобрести первый арифмометр?» И он его изобретает. У него получается механический прибор, способный выполнять основные арифметические действия (сложение, умножение, деление и вычитание) и работающий с помощью зубчатых колёс и цилиндров.
Это была первая механическая машина, которая могла только складывать и вычитать. В наше время по его описанию построена ее модель (рис.1).

Рис.1 Модель машины Шиккарда

В 1642 г. французский математик Блез Паскаль (1623-1662) сконструировал счетное устройство, чтобы облегчить труд своего отца – налогового инспектора. Это устройство позволяло суммировать десятичные числа. Внешне оно представляло собой ящик с многочисленными шестеренками. Основой суммирующей машины стал счетчик-регистратор, или счетная шестерня. Она имела десять выступов, на каждом из которых были нанесены цифры.

Для передачи десятков на шестерне располагался один удлиненный зуб, зацеплявший и поворачивающий промежуточную шестерню, которая передавала вращение шестерне десятков. Дополнительная шестерня была необходима для того, чтобы обе счетные шестерни – единиц и десятков – вращались в одном направлении. Счетная шестерня при помощи храпового механизма (передающего прямое движение и не передающего обратного) соединялись с рычагом. Отклонение рычага на тот или иной угол позволяло вводить в счетчик однозначные числа и суммировать их. В машине Паскаля храповой привод был присоединен ко всем счетным шестерням, что позволяло суммировать и многозначные числа.

1703 год. Готфрид Вильгельм Лейбниц описывает двоичную систему счисления в своём трактате «Explication de l’Arithmtique Binaire», что на русский язык переводится как «Объяснение Двоичной Арифметики». Реализация использующих её компьютеров гораздо проще, и сам Лейбниц об этом знал. Ещё в 1679 году он создал чертёж двоичной вычислительной машины. Но на практике первое подобное устройство появилось только в середине XX века.

Это был более совершенный прибор, в котором использовалась движущаяся часть (прообраз каретки) и ручка, с помощью которой оператор вращал колесо. Машина являлась прототипом арифмометра, использующегося с 1820 года до 60-х годов ХХ века.

Рис.2. Вычислительная машина Лейбница

1804 год. Впервые появляются перфорированные карты (перфокарты). Их использование не прекратилось и в 1970-х годах. Они представляют собой листы тонкого картона, в некоторых местах которого имеются отверстия. Информация записывалась различными последовательностями этих отверстий.

В 1804 г. французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар(1752-1834) придумал способ автоматического контроля за нитью при работе на ткацком станке. 

Рис.3.Перфокарта

1820 год. Чарльз Ксавьер Томас (да, почти как профессор Икс) выпускает арифмометр Томаса, вошедший в историю как первое устройство для счёта, выпускаемое серийно. Бурное развитие механических калькуляторов привело к тому, что к 1890 году добавился ряд полезных функций: запоминание промежуточных результатов с использованием их в последующих операциях, печать результата и т.п. Создание недорогих, надежных машин позволило использовать их для коммерческих целей и научных расчетов.

Рис.4 Арифмометр Томаса

1835 год. Чарльз Бэббидж хочет изобрести свою собственную аналитическую машину и описывает её. Изначально задачей прибора должно было стать вычисление логарифмических таблиц с высокой точностью, но позже Бэббидж передумал. Теперь его мечтой стала машина общего назначения. На то время создание подобного аппарата было вполне реально, но работать с Бэббиджем оказалось непросто из-за его характера. В результате разногласий проект был закрыт.
Разностная машина, работала на паровом двигателе. Она высчитывала таблицы логарифмов методом постоянной дифференциации и заносила результаты на металлическую пластину. Работающая модель, которую он создал в 1822 году, была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы.

Рис.5 Машина Бэббиджа

1845 год. Израиль Штаффель создаёт первый в истории прибор, способный извлекать из чисел квадратные корни.

1.2 Начало XX века

1905 год. Перси Лудгерт издаёт проект программируемого механического компьютера.

Рис.5 Механический компьютер

1936 год. Конрад Цузе решает создать свою вычислительную машину. Он называет его Z1.

1941 год. Конрад Цузе выпускает Z3 — первый в мире компьютер, управляемый программой. Впоследствии было выпущено ещё несколько десятков аппаратов серии Z.

Рис. 6. Z3 — первый в мире компьютер, управляемый программой.

В 1946 году Джон фон Нейман предложил ряд новых идей организации ЭВМ, в том числе концепцию хранимой программы, т.е. хранения программы в запоминающем устройстве. В результате реализации идей фон Неймана была создана архитектура ЭВМ, во многих чертах сохранившаяся до настоящего времени.

В 1952г. началась опытная эксплуатация отечественного компьютера БЭСМ-1.

В СССР в 1952-1953 годах А.А.Ляпуновразработал операторный метод программирования (операторное программирование), а в 1953-1954 годах Л.В.Канторович – концепцию крупноблочного программирования [2].

В 1955 году увидел свет первый алгоритмический язык FORTRAN (FORmule TRANslator – переводчик формул). Он использовался для решения научно-технических и инженерных задач и разработан сотрудниками фирмы IBM под руководством Джон Бэкуса.

В 1958г. Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга изобретают интегральную схему.

1961 год. Выпуск ANITA Mark VII — первого в мире полностью электронного калькулятора.

Рис.7 Первый электронный калькулятор

1.3 Вторая половина XX века

29 октября 1969 года принято считать днем рождения Сети. В этот день была предпринята самая первая, правда, не вполне удавшаяся, попытка дистанционного подключения к компьютеру, находившемуся в исследовательском центре Стэнфордского университета (SRI), с другого компьютера, который стоял в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Удаленные друг от друга на расстояние 500 километров, SRI и UCLA стали первыми узлами будущей сети ARPANet.

В 1971г. фирмой Intel (США) создан первый микропроцессор(МП) –программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС. Появился компьютер IBM/370 модель 145 – первый компьютер, в основной памяти которого использовались исключительно интегральные схемы. В свет выходит первый карманный калькуляторPoketronic [8].

Рис. 8 Микропроцессор

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

В 1976г. молодые американцы Стив Джобс и Стив Возняк организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров "Apple" ("Яблоко"), предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей.

Рис.9 Персональный компьютер

В 1980 году появился язык ADA, названный в память об Аде Лавлейс – первой программистки в истории вычислительной техники. Он был создан во Франции по заказу американского министерства обороны как универсальный язык программирования. В него включены такие возможности как системное программирование, параллельность и т.д.

1981 г. Фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе микропроцессора 8088. 1982 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 80286 [4].

В 1982 году было положено начало знаменитой серии х86. 16-разрядный микропроцессор Intel 80286 на базе 134 тыс. транзисторов по производительности втрое опережал модели конкурентов. Отличительной особенностью этой разработки было то, что здесь впервые реализован принцип программной совместимости с процессорами следующих поколений за счет встроенных средств управления памятью [7].

В 1982 году Питер Нортон случайно стер нужный файл с жесткого диска своего персонального компьютера. Восстановление файла оказалось сложным и кропотливым делом. Однако сложившаяся ситуация привела к тому, что Нортон создал программу, являющуюся прообразом сегодняшних утилит

1.4 Последний этап

В 1993г. фирма Intelвыпустила 64-разрядный микропроцессор Pentium, который состоял из 3,1 млн. транзисторов и мог выполнять 112 млн. операций в секунду. Появился формат сжатия видео MPEG.

1993 год: Apple Newton

Рис.9 Apple Newton

Встречайте Apple Newton – предка всем известного iPad. Если быть точнее, Newton – это название целой платформы, а не только изображенного на рисунке устройства. Под Newton OS работали различные устройства от Apple, Sharp, Motorola и других производителей. Это была первая попытка Apple в сегменте PDA. По сути, сам термин PDA был придуман в то время исполнительным директором Apple, Джоном Скалли (John Sculley). Среди различного рода инновационных решений Newton, самым ярким было распознавание рукописного ввода через тачскрин.

Линейка PDA Apple на базе NewtonOS называлась MessagePad. Первый MessagePad использовал процессор ARM 610 с частотой 20 МГц и 640 Кбайт оперативной памяти. Но, несмотря на относительно мощное «железо», линейка Newton оказалась полным провалом. Первые MessagePad очень мало времени работали в автономном режиме, к тому же пользователи сразу заметили некорректную работу распознавания рукописного ввода. В 1998 году Apple признала поражение [6].

Для компании Apple 1990-е оказались сложным временем. Её доля на рынке уменьшалась, потери росли, а операционная система Mac OS устарела по сравнению с Windows 95, которая произвела революцию в мире PC. Но в 1997 году в Apple вернулся Стив Джобс (Steve Jobs) и всё изменил. Первое, что было необходимо, получить существенные инвестиции. Денежные вливания осуществил заклятый враг Apple – компания Microsoft, которая также согласилась создать пакет Office для Mac. В августе 1998 года Стив Джобс представил миру iMac, напоминающий первый Macintosh 1984 года. Конструкция «всё-в-одном» скрывала большую часть кабелей и шнуров, а прозрачный корпус радикально отличался от тогда ещё стандартных корпусов PC. Первый iMac оснащался быстрым процессором G3, сетевым контроллером 100 Мбит/с, большим дисплеем высокого разрешения, быстрым CD-приводом, разъёмами USB, к тому же инженеры отказались от дискет. Смелый дизайн в паре с мощным «железом» обеспечил iMac незамедлительный успех. За первые пять месяцев было продано не менее 800 000 штук. Этот успех восстановил доверие пользователей к Apple. Остальное — история.