Файл: История развития средств вычислительной техники (История развития информатики).pdf
Добавлен: 04.04.2023
Просмотров: 77
Скачиваний: 1
СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКТЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
1.1. Появление и развитие информатики
1.2. История развития информатики
1.3. История развития средств вычислительной техники
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
2.1 История вычислительной техники в СССР
2.2 Вклад Германа Холлерита в развитие вычислительной техники
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.