Файл: Щапова 2016.pdf

16 

Теоретические  основы  современных  цифровых  вычисли-

тельных  машин  заложил  английский  математик  Джордж  Буль 
(1815–1864). Он разработал алгебру логики, ввел в обиход логи-
ческие операторы И, ИЛИ и НЕ. 

В 1888 г. американским инженером немецкого происхожде-

ния  Германом  Холлеритом  была  сконструирована  первая  элек-
тромеханическая  машина  для  сортировки  и  подсчета  перфокарт. 
Эта  машина,  названная  табулятором,  содержала  реле,  счетчики, 
сортировочный ящик. Изобретение Холлерита было использовано 
при  подведении  итогов  переписи  населения  в  США.  Успех  вы-
числительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем 
за десять лет до этого занимались 500 сотрудников в течение семи 
лет,  Холлерит  сделал  с 43 помощниками  на 43 вычислительных 
машинах за 4 недели. В 1896 г. Герман Холлерит основал фирму 
Computing Tabulation Company. Спустя  несколько  лет  это  пред-
приятие  переименовали  в  известнейшую  сейчас  фирму Interna-
tional Business Machine Corporation (IBM). 

Первая  электронная  вычислительная  машина ENIAC была 

разработана в США в 1943–1946 гг. Она состояла из 18 тысяч элек-
тронных ламп, 1,5 тысячи реле, имела вес более 30 тонн, потребля-
ла мощность более 150 кВт. 

Первоначально ENIAC программировалась  путем  соедине-

ния  проводами  соответствующих  гнезд  на  коммутационной  па-
нели,  что  делало  составление  программы  очень  медленным 
и утомительным занятием. 

Американский  математик  и  физик  венгерского  проис-

хождения  Джон  фон  Нейман (1903–1957) предложил  хранить 
программу – последовательность  команд  управления  ЭВМ – 
в памяти ЭВМ, что 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 ба-
зовых элементов компьютера: 

17 

– арифметико-логическое устройство (АЛУ); 
– устройство управления (УУ); 
– запоминающее устройство (ЗУ); 
– система ввода информации; 
– система вывода информации. 
Описанную  структуру  ЭВМ  принято  называть  архитекту-

рой фон Неймана (рис. 1). 

Рис. 1. Архитектура фон Неймана 

Поколения ЭВМ 
ЭВМ  первого  поколения  в  качестве  элементной  базы  ис-

пользовали электронные лампы и реле, оперативная память – на 
электронно-лучевых  трубках  и  ферритовых  сердечниках,  быст-
родействие до 20000 оп/с, однопрограммность. 

Изобретение  в 1948 г.  транзисторов  и  запоминающих  уст-

ройств на магнитных сердечниках оказало глубокое воздействие 
на  вычислительную  технику.  Ненадежные  вакуумные  лампы, 
которые  требовали  большой  мощности  для  нагревания  катода, 
заменялись небольшими германиевыми (впоследствии кремние-
выми) транзисторами.  

ЭВМ второго поколения (50-е гг. и начало 60-х гг.) в каче-

стве элементной базы использовали полупроводниковые транзи-
сторы,  быстродействие 10

4

–10

5

  оп/с.  Благодаря  транзисторам 

18 

и печатным  платам  было  достигнуто  значительное  уменьшение 
размеров и  объемов потребляемой энергии, а также повышение 
надежности.  Программирование  велось  на  алгоритмических 
языках Фортран, Алгол, Кобол. 

В 1958 г. американский инженер Д. Килби разработал пер-

вую интегральную микросхему. 

ЭВМ третьего поколения (с середины 60-х гг.) – основу их 

элементной  базы  составляли  микросхемы  малой  и  средней  сте-
пени  интеграции – интегральные  схемы  (ИС),  быстродействие 
10

6

–10

7

  оп/с.  Были  снижены  габариты  и  энергопотребление 

ЭВМ. Оперативная память строилась на ИС и достигала объема 
10

5

–10

6

 байт. Появился широкий выбор языков программирова-

ния.  Стали  использоваться  операционные  системы,  позволяю-
щие резко повысить производительность и организовать много-
программный и терминальный режимы 

В 1971 г.  американский  инженер  Маршиан  Эдвард  Хофф 

объединил  основные  элементы  компьютера  в  один  небольшой 
кремниевый чип (кристалл), который он назвал микропроцессо-
ром. Первый микропроцессор получил маркировку Intel 4004. 

ЭВМ четвертого поколения строятся на интегральных мик-

росхемах с большой степенью интеграции. На одном кристалле 
размещается  целая  микроЭВМ.  Переход  от  третьего  поколения 
ЭВМ к четвертому не был революционным. Отличия коснулись 
не столько принципов построения ЭВМ, сколько плотности упа-
ковки элементов в микросхемах. 

Элементная  база  ЭВМ  четвертого  поколения – большие  и 

сверхбольшие ИС (БИС и СБИС). Быстродействие 10

7

–10

8

 оп/с. 

Формируются  два  направления – многопроцессорные  и  персо-
нальные ЭВМ. Появляются компьютерные сети. Разрабатывает-
ся специализированное программное обеспечение, позволяющее 
оперативно  программировать  решение  задач  определенного 
класса (например, в таких областях, как статистика, инженерная 
графика, научно-технические расчеты и т.д.). 

Развитие ЭВМ идет по пути непрерывного повышения бы-

стродействия,  надежности,  расширения  функциональных  воз-
можностей,  уменьшения  габаритов  и  потребляемой  мощности, 

19 

упрощения  правил  работы  на  компьютере.  Среди  ЭВМ  четвер-
того  поколения  появились  персональные  компьютеры  (ПК  или 
ПЭВМ),  которые  позволяют  индивидуально  работать  каждому 
пользователю. 

Первой  ПЭВМ  можно  считать  компьютер Altair-8800, соз-

данный в 1974 г. Э. Робертсом. Для этого компьютера П. Аллен 
и  Б.  Гейтс  в 1975 г.  создали  транслятор  с  популярного  языка 
Basic.  Впоследствии  П.  Аллен  и  Б.  Гейтс  создали  известную 
компанию Microsoft. 

После изобретения интегральной схемы развитие компью-

терной  техники  резко  ускорилось.  Эмпирический  факт,  заме-
ченный  в 1965 г.  соучредителем  компании Intel Гордоном 
Е. Муром, назвали Законом Мура, согласно которому (в совре-
менной формулировке) количество транзисторов, размещаемых 
на  кристалле  интегральной  схемы,  удваивается  каждые 24 ме-
сяца.  В 2007 г.  Мур  заявил,  что  закон,  очевидно,  скоро  пере-
станет  действовать  из-за  атомарной  природы  вещества  и  огра-
ничения скорости света. 

2.2. Классификация компьютеров 

Существуют различные классификации компьютеров: 
  по этапам развития (по поколениям); 
  по классу выполняемых задач: 

o  универсальные; 
o  специализированные; 
o  микроконтроллеры; 

  по виду вычислительного процесса: 

o  аналоговые вычислительные машины (АВМ); 
o  гибридные  вычислительные  системы  (машины) 

(ГВС, ГВМ); 

o  цифровые вычислительные машины: 



  двоичные; 



  троичные; 



  десятичные; 

20 

  по виду рабочей среды: 

o  квантовый компьютер; 
o  механический компьютер; 



  пневматический компьютер; 



  гидравлический компьютер; 

o  оптический компьютер; 
o  электронный компьютер; 
o  биологический компьютер; 

  по назначению: 

o  сервер; 
o  рабочая станция; 
o  персональный компьютер; 

  в зависимости от размера: 

o  мейнфрейм; 
o  мини-компьютер; 
o  карманный персональный компьютер (КПК); 
o  ноутбук; 
o  нанокомпьютер; 

  по другим признакам: 

o  встраиваемая система; 
o  параллельные вычислительные системы; 
o  компьютер для операций с функциями; 
o  суперкомпьютер; 
o  нейрокомпьютер; 
o  биокомпьютер; 
o  молекулярный компьютер; 
o  ДНК-компьютер. 

2.3. Состав вычислительной системы 

Принцип  действия  компьютера.  В  основе  любого  совре-

менного  компьютера  лежит  тактовый  генератор,  вырабаты-
вающий через равные интервалы времени электрические сигна-
лы, которые используются для приведения в действие всех уст-
ройств  компьютерной  системы.  В  персональном  компьютере