Файл: История развития средств вычислительной техники. ..pdf

Введение

Главной частью профессиональной компетентности будущего специалиста в области информационных технологий, являются знание истории развития вычислительной техники. Первыми шагами, которые уже на самом раннем этапе цивилизации стал применять человек, это автоматизация умственного труда который, прежде всего, относится к вычислительной активности.

Следует иметь в виду, что в настоящее время для автоматизации различного рода вычислений, используются хорошо показавшие себя средства развития вычислительной техники, используемые человеком.

Обязательной частью любого бизнеса и производства являются автоматизированные системы. Средства вычислительной техники используют практически все управленческие и технологические процессы в какой-либо степени. Для повышения эффективности управления предприятия достаточно только одного компьютера, при этом не создаются дополнительные проблемы. Сегодня никто не сомневается в их необходимости персональных компьютеров, поэтому устанавливают на любом рабочем месте. Значительная роль в функционировании любого предприятия стали объемы средств вычислительной техники, которые поставили перед начальством целый веер новых вопросов и задач.

В предстоящей курсовой работе будет подробно описана история становления и развития средств вычислительной техники, которая даст возможность понять и углубиться в сущность и назначение Электронно-Вычислительных Машин^[1].

Глава 1. Основные этапы развития вычислительной техники

1.1 Ручной этап развития вычислительной техники.

На заре человеческой цивилизации возник ручной период автоматизации вычислений и, в первую очередь, основывался на применении пальцев рук и ног и различных частей тела.

В глубокую древность пальцевой счет встречался у всех народов и в наше время в том или ином виде. Известные средневековые математики рекомендовали в качестве вспомогательного средства именно пальцевый счет, допускающий довольно эффективные системы счета. Результаты фиксирования счета производились различными методами: счетные палочки, узелки, нанесение насечек и другие. Например, в Америке у народов доколумбовой был весьма развит узелковый счет. Более того, имея достаточно сложную структуру, система узелков использовалась в своего рода хроник и летописей. Однако, для ее использования требовалась натренированная хорошая память.

Наиболее развитым счетным методом древности является счета на абаке, сохранившимся до наших дней в виде различного типа счетов. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов считается его предшественником. ^[2]

Счет на абаке заменил устаревший прибор счета на предметах. Абак явился первым развитым счетным прибором в истории человечества, основным отличием которого от предыдущих способов вычислений было выполнение вычислений по разрядам. Таким образом, использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной системы счисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др. Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной классической формы, используемого вплоть до эпохи расцвета клавишных настольных ЭВМ. Да еще и сегодня кое-где его можно встретить, помогающим в расчетных операциях. И только появление карманных электронных калькуляторов в 70-е годы нашего столетия создало реальную угрозу для дальнейшего использования русских, китайских и японских счетов - трех основных классических форм абака, сохранившихся до наших дней. На рубеже XVI–XVII вв. появляется русский абак – счеты.

Многие изобретатели и естествоиспытатели после изобретения абака пытались придумать приспособления, способные облегчить процесс вычислений. Абак удобно использовать для выполнения операций сложения и вычитания. Умножение и деление выполнять с помощью абака гораздо сложнее. Поэтому открытие логарифмов и логарифмических таблиц Джоном Непером в начале XVII века явилось следующим крупным шагом в развитии вычислительных систем ручного этапа. Впоследствии появляется целый ряд модификаций логарифмических таблиц. Однако, в практической работе использование логарифмических таблиц имеет ряд неудобств, поэтому Джон Непер в качестве альтернативного метода предложил специальные счетные палочки (названные впоследствии палочками Непера), позволявшие производить операции умножения и деления непосредственно над исходными числами. В основу данного метода Непер положил способ умножения решеткой.^[3]

Второе изобретение – изобретение Непером логарифмов, о чем сообщалось в работе «Описание удивительной таблицы логарифмов», опубликованной в 1614 г. Логарифм – это показатель степени, в которую нужно возвести число (основание логарифма), чтобы получить другое заданное число. Непер понял, что таким способом можно выразить любое число. Например, 100 – это 102, а 23 – это 101,36173. Более того, он обнаружил, что сумма логарифмов чисел, а и b равна логарифму произведения этих чисел: ln a + ln b = ln (ab). Благодаря этому свойству сложное действие умножения сводилось к простой операции сложения. Чтобы перемножить два больших числа, нужно лишь посмотреть их логарифмы в таблице, сложить найденные значения и отыскать число, соответствующее этой сумме, в обратной таблице, называемой таблицей антилогарифмов.

В скором времени возникают и другие логарифмические таблицы. Они упростили вычисления, но все же эта операция оставалась достаточно трудоемкой и утомительной для тех, кому приходилось ею заниматься ежедневно. Поэтому вслед за изобретением логарифмов делаются попытки механизировать логарифмические вычисления разные ученые и профессора, такие как: Эдмунда Гюнтер, Роберт Биссакер, Амедей Манхейм и др.^[4]

1.2 Механический этап развития вычислительной техники.

В середине века возникала настоящая потребность в автоматическом вычислении, так как резко возросли в этот период торговые операции и океанические судоходства. Торговля требовала больших денежных расчетов, а судоходство – надежных навигационных таблиц. И для этого требовалось создание вычислительных устройств и приборов, использующие механический или автоматический принцип вычисления.

Среди рукописей итальянского ученого Леонардо да Винчи (1452–1519), известных как «Codex Madrid» и посвященных механике, были найдены чертежи и описание арифмометра. Однако чертеж увидел свет только в 1969 году, и по нему американская фирма IBM сделала 13-разрядную суммирующую машину для рекламы своей компании. Но при этом изобретение Леонардо да Винчи можно считать первым цифровым сумматором^[5].

Лишь через 100 лет Следующая известная вычислительная машина была разработана 100 лет в 1623 году Вильгельмом Шиккардом. Она была реализована в двух экземплярах, но, к сожалению, обе машины сгорели во время пожара. Предназначалась вычислительная машина для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами.

Машина Шиккарда состояла из трех частей: суммирующего устройства, множительного устройства и механизма записи чисел. Сложение производилось последовательным вводом слагаемых посредством наборных дисков, а вычитание - последовательным вводом уменьшаемого и вычитаемого. Вводимые числа и результат сложения и вычитания отображались в окошках считывания. Для выполнения операции умножения использовалась идея умножения решеткой. Третья часть машины использовалась для записи числа длиною не более 6 разрядов.

Изобретения В. Шиккарда и Леонардо да Винчи не были известны современникам. Первой механической вычислительной машиной считается арифмометр Блеза Паскаля, также известный как «Паскалина». В 1642 году, когда Паскалю было 19 лет, он для того, чтобы помочь своему отцу сконструировал механический вычислитель, с помощью которого можно было складывать и вычитать числа. Он использовался более сложной схемы переноса старших разрядов, в дальнейшем редко используемая; но с 1654 году Блезу удалось сделать около 50 счетных машин из различных материалов и разной формы. Машина принесла Б. Паскалю популярность и его честь назван один из самых распространенных современных языков программирования. Подход с заменой операции вычитания сложением с дополнительным вычитаемого используется в современных ЭВМ.^[6]

Первый «ступенчатый вычислитель», точнее счетную машину, умеющую вычитать, складывать, умножать и извлекать квадратный корень, был создан Готфридом Лейбницем в 1673 году. Арифмометр Лейбница, позволяющий использовать 8-разрядное множимое и 9-разрядный множитель с получением 16-разрядного произведения. В ЭВМ, появившихся более двух веков спустя, устройство, выполняющее арифметические операции на основе разработок Лейбница, получило название арифметического. Позже, по мере прибавления ряда логических действий, его стали называть арифметико-логическим (АЛУ). Оно стало главным устройством современных компьютеров.

Работы Чарльза Бэббиджа занимают особое место среди разработок механического шага становления вычислительной техники. Они с полным основанием являются идеалами и родоначальниками современной вычислительной техники. Среди работ Бэббиджа явно просматриваются два основных направления: разностная и аналитическая вычислительные машины.

Проект разностной машины был разработан в 20-х годах XIX века и предназначался для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. Основным стимулом в данной работе была настоятельная необходимость в табулировании функций и проверке существующих математических таблиц, изобилующих ошибками.

Второй проект Бэббиджа - аналитическая машина, использующая принцип программного управления и являющаяся предшественницей современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30-е годы XIX века, а в 1843 году Алой Лавлейс для машины Бэббиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли.

В машине Чарльз Бэббидж использовался механизм, который применял специальный управляющие перфокарты, аналогичный механизму ткацкого станка Жаккарда. По идее Бэббиджа управление должно осуществляться парой жакардовских механизмов с набором перфокарт в каждом.

Бэббидж имел удивительно современные представления о вычислительных машинах, впрочем, имевшиеся в его распоряжении технические средства гораздо отставали от его представлений.

Особую роль в разработке проекта аналитической машины ученый, исследовавшие работы Чарльза Бэббиджа, присваивают графини Ады Августы Лавлейс. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций. После того, как итальянский инженер Л. Менабри составил подробный инструктаж по конструкции аналитической машины Ч. Бэббиджа, она приложила немало усилий, чтобы воплотить изобретение в реальном аппарате. Аналитическая машина в XIX в. была технологически невыполнима, и Ада Лавлейс умерла, так и не попробовав запустить свои программы. Лавлейс называют первым программистом. В ее честь назван язык программирования АДА.

Линия арифмометров перешла затем в линию клавишных вычислительных машин. Усовершенствование механического арифмометра продолжалось до 70-х гг. XX в. Были разработаны многочисленные конструкции с ручным и электрическим приводом. С заменой механических счетных устройств электронными линия механических арифмометров перешла в линию электронных калькуляторов, а затем слилась с линией персональных ЭВМ.

1.3 Электромеханический этап развития вычислительной техники.

В истории вычислительной техники этот период явился наименее продолжительным – с 1888 до 1945 г. Этот этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет. Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства.^[7]

Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства. Если вернуться к предыдущим этапам развития ВТ, то можно заметить, что каждый этап характеризуется созданием технических средств нового типа, обладающих более высокой производительностью и более широкой сферой применения, чем предыдущие этапы. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях.

Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Германом Холлеритом в 1887 году и состоял из: ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Основным назначением комплекса являлась статистическая обработка перфокарт, а также механизации бухучета и экономических задач. В 1897 году Холлерит организовал фирму, которая в дальнейшем стала называться IBM.

Развивая работы Г. Холлерита, в ряде стран разрабатывается и производится ряд моделей счетно-аналитических комплексов, из которых наиболее популярными и массовыми были комплексы фирмы IBM, фирмы Ремингтон и фирмы Бюль.