Файл: История развития средств вычислительной техники (ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧЕСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ).pdf

ВВЕДЕНИЕ

В процессе развития вычислительная техника становилась все более совершенной. Этот процесс продолжается и в наше время. Развитию современной вычислительной техники способствовало, с одной стороны, развитие приспособлений для счета, развитие систем счисления, методов вычислений, математической логики, что определило логическую схему компьютера, с другой стороны, развитие науки и техники в области электричества, электронной теории, что определило элементную базу современных компьютеров.

Невозможно точно ответить на вопрос, кто именно изобрел компьютер. Дело в том, что компьютер не является изобретением одного человека. Он вобрал в себя идеи и технические решения многих ученых и инженеров. Развитие вычислительной техники стимулировался потребностью в быстрых и точных вычисления и продолжался сотни лет.

В настоящее время компьютеры представлены практически во всех областях жизни человека. Для того чтобы полно оценить влияние компьютеров на жизнь человека и его будущее, необходимо понять, как проходила их эволюция.

Таким образом, цель курсовой работы – изучить теоретические и практические вопросы исторического развития вычислительной техники.

В качестве объекта исследования в работы выступает непосредственно вычислительная техника, предмет работы – особенности процесса ее развития.

Для достижения цели в курсовой работе были решены следующие задачи:

1. Определить предпосылки возникновения вычислительной техники.
2. Рассмотреть историю развития ЭВМ.
3. Рассмотреть поколения вычислительной техники и определить их особенности.
4. Проанализировать развитие вычислительной техники времен СССР.
5. Проанализировать развитие персональных компьютеров РФ на современном этапе.

Методы исследования: структурно-логический анализ – для построения логики и структуры исследования; анализ и синтез – для детализации объекта исследования; теоретическое обобщение – для определения сущности процесса развития вычислительной техники; графический – для наглядности основных теоретических и практических положений работы.

1. ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧЕСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

1.1 Предпосылки возникновения вычислительной техники

Как уже отмечалось, развитию современной вычислительной техники способствовали, с одной стороны, развитие приспособлений для счета, развитие систем счисления, методов вычислений, математической логики, что определило логическую схему компьютера, с другой стороны, развитие науки и техники в области электричества, электронной теории, что определило элементную базу современных компьютеров.

Первобытные люди не знали цифр и использовали для запоминания определенного количества предметов наглядное представление – разные подручные средства: ракушки, камешки и т. д.

Развитие счета пошло значительно быстрее, когда человек догадался обратиться к самому природному счетному аппарату – своим пальцам. От пальцевого счета берет начало пятеричная система счисления (одна рука), десятичная (две руки), двадцатичная (пальцы рук и ног)^[1].

Некоторые народы для запоминания количества предметов использовали зарубки. Например, на дощечке засечками отмечался долг, потом дощечка разламывалась пополам поперек всех засечек. Одна половина отдавалась должнику, вторая – хозяину. Такие дощечки назывались «бирки». В Англии такой способ записи налогов существовал до конца XVII в. На Руси зарубки делались на палке, которая называлась носом^[2].

Также существовали счетные веревки. Перуанские счетные веревки назывались «кипу». Считали на них с помощью узелков. А чтобы не забыть, что где считалось, «кипу» красили в разные цвета. Подобный способ счета применяли также древние индийцы и китайцы^[3].

Самым распространенным приспособлением для счета был абак – счетная доска, которая широко применялась в Древней Греции (рис. 1). Греческий абак представлял собой доску, на которой параллельные линии обозначали разряды единиц, десятков, сотен и т.д. На линиях помещали соответствующее число жетонов (камней, косточек)^[4].

Рисунок 1 – «Абак»

В Древнем Риме на доске для удобства делали для камешков желобки. Это приспособление называлось «кальку ли» («калкулюс» - галька).

В Китае камешки заменили бусины, нанизанные на прутики, которые закреплялись на деревянной раме. Каждый прутик был разделен на две неравные части. В одной части было 5 бусин ( количество пальцев на руке), а в другой – только 2 (количество рук). Это приспособление использовалось в Китае уже в VI веке и называлось «суан-барин», в Японии – «соробан»^[5].

В Западной Европе знакомство с абаком произошло в Х веке, когда после знакомства с индо-арабской системой счисления Герберт (940-1003) (с 999 г.. - Римский папа Сильвестр II) построил счетную доску, на которой заменил определенное число жетонов одним жетоном с аписом — отметкой о числе замененных жетонов^[6].

В XVI веке абак распространился и в России. В российском абаке на один прутик помещали сразу 10 косточек, по числу пальцев на двух руках. Этот вид абака назывался «русские счеты» и пользовались ими вплоть до XVIII в.

1.2 История развития ЭВМ

1.2.1 Первые вычислительные машины

Современным компьютерам предшествовали механические и электромеханические устройства.

Считается, что первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на базе колесиков с десятью зубцами был выполнен Леонардо да Винчи в одном из его дневников (ученый начал вести этот дневник еще до открытия Америки в 1492 г.).

В 1623 году (более чем через 100 лет после смерти Леонардо да Винчи) немецкий ученый Вильгельм Шиккард предложил свою модель шестиразрядного десятичного вычислителя, который должен был состоять также из зубчатых колес, рассчитанного на выполнение сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления. Изобретения да Винчи и Шиккарда были найдены только в наше время и остались только на бумаге^[7].

В 1642 году 19-летний французский математик Блез Паскаль сконструировал первую в мире работающую механическую вычислительную машину, известную как суммирующая машина Паскаля («Паскалина»). Эта машина представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков и приводов. На колесиках были изображены цифры от 0 до 9. Если первое колесико делает полный оборот от 0 до 9, автоматически начинает двигаться второе колесико. Если и второй колесико доходит до цифры 9, начинает вращаться третье и так далее. Машина Паскаля могла только прибавлять и отнимать^[8].

В 1673 году немецкий математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц сконструировал свою вычислительную машину. В отличие от Паскаля, Лейбниц использовал в своей машине цилиндры, а не колесики и приводы. На цилиндры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел девять строк выступлений и зубцов. При этом первый ряд имел одно выступление, второй ряд – два выступления и так до девятого ряда, который имел соответственно девять выступлений. Цилиндры с выступлениями были передвижными, оператор предоставлял им определенного положения. Машина Лейбница, в отличие от суммирующей машины Паскаля, была значительно сложнее по конструкции. Она была способна выполнять не только сложение и вычитание, но и умножение, деление и вычисления квадратного корня^[9].

В истории не указано точно кто первый изобрел компьютер. Но все же считается, что первым разработал и выполнил компьютер Леонардо да Винчи. Затем усовершенствовал его Шикард, Блез Паскаль, Готфрид Вильгельм фон Лейбниц и другие.

1.2.2 Вычислительные машины XIX века

Изобретение первой программируемой вычислительной машины принадлежит выдающемуся английскому математику Чарльзу Беббиджу (1830 г.). Он посвятил почти всю свою жизнь этой работе, но так и не создал действующую модель. Бэббидж назвал свое изобретение «Аналитическая машина». По плану машина должна была действовать благодаря силе пара. При этом она была бы способна воспринимать команды, выполнять вычисления и выдавать необходимые результаты в напечатанном виде. Программы в свою очередь должны были кодироваться и переноситься на перфокарты.

Идея использования перфокарт была заимствована Бэббиджем у французского изобретателя Жозефа Жаккара (конец XVIII в.). Для контроля ткацких операций Жаккар использовал отверстия, пробитые в карточках. Карточки с разным расположением отверстий давали разные узоры на плетении ткани. По сути, Бэббидж был первым, кто использовал перфокарты в отношении вычислительных машин В своей машине Бэббидж использовал также технологию вычислений, предложенную в конце XVIII столетия французским ученым Гаспаром де Прони. Он разделил вычисления на три этапа: разработка численного метода, создание программы последовательности арифметических действий, проведение вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с созданной программой^[10].

Среди ученых, внесших значительный вклад в развитие вычислительной техники, была математик леди Августа Лавлейс – дочь выдающегося английского поэта лорда Байрона. Именно она убедила Бэббиджа в необходимости использования в его изобретении двоичной системы счисления вместо десятичной. Она также разработала принципы программирования, которые предусматривали повторение последовательности команд и выполнения этих команд при определенных условиях. Эти принципы используются и в современной вычислительной технике.

Чарлз Бэббидж впервые высказал идею использования перфокарт в вычислительной технике, но реализована эта идея была только в 1887 году Германом Холерит (рисунок 2).

Рисунок 2 – Перфокарта Германа Холерита, прослужившая в вычислительных машинах сто лет - с 1886 по 1986.

Его машина была предназначена для обработки результатов переписи населения США. Также Холерит впервые применил для организации процесса вычисления электрическую силу. Карточки использовались для кодирования данных переписи, при этом на каждого человека была заведена отдельная карточка. Кодирования велось с помощью определенного расположения отверстий, которые пробивались в карточке по строкам и колонкам. Например, отверстие, пробитое в третьей колонке и четвертой строчке, могло означать, что человек женат. Когда карточка, которая имела размер банкноты в один доллар, пропускалась сквозь машину, она прощупывалась системой игл. Если напротив иглы появлялось отверстие, то игла проходила сквозь него и прикасалась к металлической поверхности, которая была расположена под картой. Контакт, который происходил при этом, замыкал электрическую цепь, благодаря чему к результату вычисления добавлялась единица^[11].

Итак, можем сделать вывод, что первая программно-ориентировочная машина принадлежит английскому математику Чарльзу Бэббиджу, на основании разработок которого она усовершенствовалась.

1.2.3 Первые электронно-вычислительные машины

Многие из нас слышали такое слово, как «ЭВМ». Но, не все задумывались, что на самом деле оно означает, и с чего началось развитие ЭВМ как техники. ЭВМ – это электронно-вычислительная машина, выполненная из электронных элементов, которые в свою очередь важны для исполнения автоматизированных процессов и решения вычислительных задач^[12]. С древности люди нуждались в вычислениях, один из первых, вероятно, приспособлений были счетные палочки, которые и в наши дни не утратили своей важности, их используют для обучения маленьких детей счету. Также немало известно про счеты, впервые появившиеся в Вавилоне, которые и зародили потребность к вычислениям. Развитие всего мира в целом привело к потребности более сложных вычислений, поэтому, ученые и инженеры потратили многие годы на разработки электронных механизмов, которые помогали бы нам во многих сложных вычислениях.

Одним из главных потребителей в периоды зарождения вычислительной техники становились военные, так как для военных нужны были точные и быстрые расчеты. В период Великой Отечественной Войны была большая потребность в вычислительной технике, которая могла бы быстро и безошибочно дешифровать коды, которые использовались для передачи засекреченных сообщений. В связи с этим, многие страны стали разрабатывать свои дешифровальные устройства^[13]. Поэтому, уже в послевоенное время, потребителями ЭВМ стали не только военные, но и научные институты, которые в свое время разрабатывали секретные технологии для военных.