Файл: История развития средств вычислительной техники (История развития средств вычислительной техники, разбор свойств и классов электронно-вычислительных машин).pdf
Добавлен: 30.03.2023
Просмотров: 245
Скачиваний: 3
Началом математического машиностроения можно считать изобретение русского инженера В. Орднера в 1874г. арифмометра, в основе конструкции которого лежало «колесо Орднера». На протяжении многих лет арифмометр усовершенствовался (в 1900г. на международной выставке в Париже - золотая медаль) и до наших дней сохранились экземпляры, получившие название Феликс.
Первоначально появление ЭВМ не очень повлияло на выпуск арифмометров прежде всего из-за различия в назначении, а также стоимости и распространенности. Однако, с 60 годов в массовое использование все активнее проникают электронные клавишные вычислительные машины, выпускаемые в начале на лампах, а с 1964 г. на транзисторах. Лидерство в этом направлении сразу же захватила Япония, которая отличалась миниатюризацией электронной техники, включая вычислительной техники. Особое место среди разработок механического этапа развития вычислительной техники занимают работы Ч. Беббиджа, с полным основанием считающегося родоначальником и идеологом современной ВТ. В работах Беббиджа два основных направления: проекты разностной и аналитической вычислительных машин. Проект первой предназначался для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. Данная работа была необходимо в проверке существующих математических таблиц, изобилующих ошибками. Самому Беббиджу не удалось воплотить в жизнь свои проекты, но разностную машину выпустили итальянцы в 1853г, затем ее приобрели США для расчета астрономических таблиц.
Второй проект, аналитическая машина, основан на использовании принципа программного управления, явился предвестником современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30-е годы, а в 1843г. Адой Лавлейс для машины Беббиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли. Оба эти достижения можно считать выдающимися как опередившими свою эпоху более чем на столетие.
Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита (1887) до первой ЭВМ ENIAC (1945). Предпосылками создания проектов этого типа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование и т.д.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле) Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях..
Значение работ Холлерита для развития вычислительной техники определяется двумя факторами. Во-первых, он стал основоположником нового направления в вычислительной техники - счетно-перфорационного с соответствующим им оборудованием для широкого круга экономических и научно-технических расчетов. Это направление привело к созданию машино-счетных станций, послуживших прообразом современных вычислительных центров. Во-вторых, даже в наше время использование большого числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использование перфокарточной технологии. Заключительный период (40-е годы 20в.) электромеханического этапа развития характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейномеханических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом.
Если выделять наиболее масштабные проекты за весь период электромеханического развития, то можно выделить самые главные это те которые были выполнены в Германии такими известными людьми как К. Цузе и в США Д. Анатасов, Г. Айкен и Д. Стиблиц. Эти проекты можно смело брать за основу всех тех ВТ, которые относились к более раннему классу универсальных ЭВМ. Из последних самых масштабных проектов релейной ВТ можно смело считать изобретённую и построенную в 1957г. в СССР релейную вычислительную машину РВМ-1 на ней велись основные продажи товаров и устанавливались цены в связи с тем что была денежная реформа 1961г. Машина была конкурентоспособна с ЭВМ всех предыдущих периодов, быстродействие и безопасность позволяло ей быть уже на том же уровне что и самые первые мелкогабаритные ЭВМ того времени. Однако электронные лампы обладали большим превосходством в быстродействии, что, в конечном итоге, и определило переход от релейной к электронной технологии. К началу 40-х гг. 20 века электроника уже была способна разместить в себе безынерционными составляющими высокого быстродействия так называемыми “Tригеррами”, что позволило создавать и улучшать быстродействующую электронную ВТ, электронные вычислительные машины. Первой ЭВМ (предназначенной для шифровки данных путём “дешифрирования”) можно назвать машину Colossus, которая была изобретена в Англии в 1943 году при участии А. Тьюринга. Машина была в своём роде достаточно узконаправленной, поэтому первой ЭВМ принято называть машину ENIAC, изобретённую в начале 1946г в США, двумя людьми: Эккертом и Моучли по идее Дж. Атанасова. Которая изначально была создана для военных целей, а именно в разработке водородной бомбы, машина оказалась достаточно мощной и ей приписали статус универсала. Ее параметры: высота 6 м, ширина 4м, длина 30м, вес 30т, 18000 электронных ламп 16 основных типов, потребляемая мощность 140кВт. Большое внимание приходилось уделять системе охлаждения, т.к. лампы выделяли много тепла. Первая ЭВМ проработала до сентября 1955 года, выполнив за 10 лет своего существования операций больше, чем все человечество за весь период существования до 1945 года. Так же эти инженеры получили заказ на похожую машину, которая называлась ED VAC. Эта машина в отличие от предыдущей имела улучшенную память что позволяло хранить гораздо больше. Такое решение позволило откорректировать очень весомый недостаток, который был ранее и избежать его, а именно необходимость перекоммутации узлов машины. В следствии чего к данной разработке был нанят очень известный инженер Джон фон Нейман который параллельно вёл дополнительный проект по созданию новой машины.
После долго работы вместе был создан ЭВМ с увеличенной памятью и большим числом программ, которые могли поместить внутри самой машины, но ED VAG не стала первой машиной с архитектурой фон Неймана. Всего лишь на 2 года ранее в 1949г. машина этого класса была сделана в Англии E D S A C (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) Английская машина работала в двоичной системе счисления, и могла создавать программы из других подпрограмм, делая между ними объединение в одну большую программа даже в тот момент когда она подгружалась в память. Этот принцип используется и в данный момент нашего времени и считается основной в любом программировании. Компьютер EDSAC был первый кто начал новый этап в развитии ВТ началу - первому поколению универсальных машин.
С древних времён население нашей планеты использовало различные методы для счёта, самым первым из которых были пальцы человека как самый простеющий способ для счёта, но когда одними пальцами уже было сложно обойтись люди стали придумать другие методы для счёта и придумали такую вещь как “Абак.” Для изготовления Абака нужно лишь было найти любую не большую дощечку, на которой надо было расчертить столбцы или сделать песчаный участок, на котором нужно было сделать разлиновку. Столбцы разделялись на разряды, а сами числа была набор из различных предметов, например камушков, ракушек, палочек и всего того, что могло попасться под руку, все эти предметы раскладывали по разным столбцам, таким образом производился счёт, можно было вычитать и складывать предметы. Если рассмотреть аналогичный прибор, который были изобретён в древней Руси это было простые счёты, у них был очень похожий принцип действия. Если рассматривать первый прибор, который работал по механическому принципу это будет счётная машина “Паскалина” которая была изобретена в 1641г. Учёным из Франции по имени Белиз Паскаль.
“Паскалина” - состояла из комплекта пронумерованных от 0 до 9 колес, установленных в вертикальном положении. Колесо, после совершения полного кругового оборота сцеплялось с колесом, расположенным по соседству, и раскручивало на единицу деления. От количества колес зависело количество разрядов – так, при помощи двух колес можно было считать до 99, при трех - до 999, а пять колес позволяли вести счет до таких величин как 99999.
В 1673г. в Германии человек по имени Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрёл, более сложную машину для счета, которая могла не только складывать и вычитать, но и умножать и делить. Колеса с числами, которые здесь уже были зубчатыми, размещали на себе зубцы 9 разных длин, и арифметические операции реализовывались посредством сцепления этих самых колес. Эти слега измененные колеса вышеописанного устройства стали фундаментом широко использовавшихся счетных устройств - арифмометров, которые использовались не только в ХIХ веке, но в не столь далеком прошлом наши родичи.
Так же было очень много учёных которые разрабатывали машины для вычислительных операций и упрощения жизни для всех людей на планете, например Чарльз Бэббидж, английский математик XIX века, который хотел разделялить на две части: вычисляющую и печатающую форму. Вычисляющая была создана для формирования таблиц и почти успешно зарекомендовала себя в то время, но так и не была завершена, другая часть машины, печатающая бала так же близка к завершению, но когда у Бэббиджа закончились финансы он не смог продолжить свои разработки и на этом всё закончилось. Но в любом случае его разработки дали плоды и были применены во всех современных компьютерах, эти разработки были выключены по той причине что, Бэббидж сделал вывод о том что - ВМ должна где-то хранить числа, необходимые для вычислений, а также отдаче команд машине, об определении дальнейшей судьбы чисел. Именно «программой» работы компьютера и стала называться данная последовательность команд, а то, на чем хранилась информация, стала «памятью» машины. Но недостаточно только хранения чисел, пусть и вместе с программой. Главная цель – машина должна использовать эти числа в заданных программой операциях. Бэббидж осознал, необходим особый блок для вычисления – процессор.
Если рассматривать все изобретения, которые были сделаны в 20 веке, то они уже работали от электричества и были утроены по принципу электронных ламп. В 1919 году советский ученый М. А. Бонч-Бруевич изобрёл ламповые триггеры - это такие электронные приспособления которые могли запоминать сигналы от электронных импульсов. Этот принцип был похож на обычные качели, когда раскачка доходила до самого верха то срабатывала защёлкивание и качение останавливалось, когда защёлка была открытой, то качели возобновляли свою работу и таком образом получался цикл и всё могло повторяться неограниченное количество раз. Когда цикл выполнялся много раз можно было делать вывод для того, чтобы понять была открыта защёлка или нет, по такой же аналогии работал и триггер, который запоминал проходил ли через него сигнал или не проходил. Таким образов электронные машины могли выполнять в разы больше операций не же ли это делать в ручном варианте, но всё то, что имеет свои плюсы имеет и свои минусы. Минусы компьютеров тех времён были в том, что они имели очень большой размер по сравнению, например с простыми ручными счётами. Первые ЭВМ имели размеры от 9 метров в ширину и достигали до 15, а то и 20 метров в длину, весили такие машины более 30 тонн и потребляли электроэнергию в количестве 150кВт/ч, такие машины были построены по принципу электронных ламп и имели в своём составе более 18000 ламп.
Следующее поколение огромных машин дало в развитии колоссальный прорыв так как был изобретён “Транзистор” - это было очень маленькое полупроводниковое устройство которое позволяло сильно уменьшить размеры компьютеров и уменьшить потребляемую этими компьютерами мощность электросети. При появлении транзистора, скорость вычислений увеличилась в миллионы раз и составляла от одного миллиона операций в секунду. Так же очень значимым событием стало изобретение микросхемы которые позволили уменьшить число компонентов внутри компьютера. ЭВМ третьего поколения стали производиться на данных микросхемах и уже в 1971г. появилась универсальная микросхема которая в дальнейшем стала называться микропроцессором что и стало главным изобретение для следующего поколения компьютеров.
ГЛАВА 2. Проблемы и положительные стороны развития электронно-вычислительной техники за всю историю существования
2.1 Развитие ЭВМ в СССР
Тема электронно-вычислительной техники в России имеет большое значение в современном мире, практически каждый человек в России готов сказать что наши компьютеры которые были произведены в СССР были настолько убогие потому что имели огромные размеры электронно-вычислительных комплексов времени СССР, надёжность таких машин была так же оскорблена нашими соотечественниками, Российские ЭВМ на данный момент имеют не достаточное качество, они устарели как морально так и физически и оставляющей желать лучшего производимости, их достаточно трудности использовать по сравнению с зарубежными ЭВМ того времени многие говорили, что Советские компьютеры, делать вообще не умели, но к сожалению вся эта информация является правдивой для эпоху застоя СССР, но так было не всегда. Если рассматривать положительные стороны развития ЭВМ в СССР то к ним можно отнести то, что ассортимент производимой электронно-вычислительной техники в СССР был гораздо больше, чем представляют себе обычные люди, нельзя механистически переносить экономические и политические пороки позднего СССР и качество изделий, выпускавшихся в тот период времени на весь период существования советского государства и качество с производительностью более ранних моделей ЭВМ, не западных копий, а полностью оригинальных проектов. Падение качества и деградация в этой области производственной началось тогда, когда после смерти Сталина дорвавшиеся до руля контрреволюционеры-троцкисты начали тихо, из-под полы, проводить в СССР свою контрреволюционную политику, рыночные реформы, сильно подкосившие работу всего советского народно-хозяйственный комплекса, нарушившие его работу по выполнению плана для удовлетворения растущих потребностей трудящихся. Но об этом ниже.