История развития вычислительной техники

Связь информации и ЭВМ.

Количество информации.

С позиции каждого отдельного человека количество информации, со­держащееся в каком-либо сообщении, — субъективная величина.

Объективная количественная мера информации может быть введена на основе вероятностной трактовки информационного обмена.

Этот способ измерения количества информации впервые предложил в 1948 г. К. Шеннон. По К. Шеннону, информация— это сведения, умень­шающие неопределенность (энтропию), существовавшую до их получения.

Количественное описание информации базируется на вероятностном подходе. За единицу информации принимается один бит. Это такое количество информации, получаем в результате реализации одного из двух равновероятных событий, например, при бросании монеты. Термин "бит" произошел от выражения binary digit, что означает "двоичная цифра", то есть принимающая значение 0 или 1.

Один бит информации получает человек, когда он узнает опаздывает с прибытием нужный ему поезд или нет, был ночью мороз или нет, присутствует на лекции студент Иванов или нет и т. д.

Таким образом, применительно к ЭВМ на одном проводе можно реализовать два взаимоисключающих события: есть напряжение и нет напряжения. Следовательно, одним проводом можно передать 1 бит информации.

Более крупная единица информации — байт — равна 8 бит. Проверка присутствия или отсутствия на лекции 24 студентов дает лектору три байта информации. Еще более крупная единица информации — 1 Кбайт — равна 1024 байтам. Далее— 1 Мбайт равен 1024 Кбайтам, 1 Гбайт равен 1024 Мбайтам, а 1 Тбайт равен 1024 Гбайтам.

Для измерения больших объемов информации применяют кратные единицы информации:

1 байт = 8 бит;

1 килобайт (Кб) = 1024 байт;

1 Мегабайт (Мб) = 1024 Кб = 1048576 байт;

1 Гигабайт (Гб) = 1024 Мб = 1048576 Кб.

§2. История развития ЭВМ. Поколения ЭВМ. (Лекция 2)

В самом начале лекции стоит провести настойчивую мысль о том, что ЭВМ — это устройство, которое призвано помочь человеку в выполнении рутинной работы. Это всего-навсего инструмент в руках человека, такой же, как калькулятор, станок и т. д. Но пользоваться этим инструментом необходимо уметь. Для этого мы изучаем его в курсе информатики. С помощью ЭВМ можно эффективно обрабатывать большие объемы информации. В связи с этим появляется необходимость изучить само понятие информации. Поэтому-то изучение ЭВМ и понятия информации объединяют в единые предмет "информатика".

Основные этапы развития вычислительной техники представлены в таблице.

Этап Период развития Ручной не установлен Механический с середины XVII в Электромеханический с 90-х годов XIX в Электронный с 40-х годов XX в

Рассмотрим основные моменты каждого этапа.

Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье было распространено простейшее приспособление для счета: доска, разделенная на полосы, где перемещались камешки или кости. Такая счетная дощечка называлась абак и использовалась для ручного счета. В Древнем Риме абак назывался calculi или abaculi и изготавливался из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. Слово calculus означает «галька», «голыш». От этого слова произош­ло латинское слово calculatore (вычис­лять), а затем слово «калькуляция». Абак позволял лишь запоминать результат, а все арифметические действия должен был выполнять человек.

Первая механическая машина была построена немецким ученым Вильгельмом Шиккардом (предположительно в 1623 г.). Машина была реализована в единственном экземпляре и предназнача­лась для выполнения арифметических операций. Из-за недостаточной извест­ности машины Шиккарда более 300 лет считалось, что первую суммирующую машину сконструировал Блез Паскаль.

Блез Паскаль (французский математик, физик, религиозный философ и писатель) в 1642 г. изобрел механическую счетную машину, выполнявшую сложение, а в 1674 г. Готфрид Лейбниц расширил возможности машины Паскаля, добавив операции умножения, деления и извлечения квадратного корня. Специально для своей машины Лейбниц применил систему счисления, использующую вместо привычных для человека десяти цифр две: 1 и 0. Двоичная система счислений широко используется в современных ЭВМ.

Ни одна из этих машин не была автоматической и требовали непре­рывного вмешательства человека. В 1834 г. Чарлз Бэббидж (CharlesBabbage) первым разработал подробный проект автоматической вычисли­тельной машины. Он так и не построил свою машину, так как в то время не­возможно было достичь требуемой точности изготовления ее узлов.

Ч. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные части:

• «склад» для хранения чисел (по современной терминологии память);

• «мельницу» для производства арифметических действий (арифметическое устройство, процессор);

• устройство, управляющее последовательностью выполнения операций (устройство управления);

• устройства ввода и вывода данных.

В качестве источника энергии для приведения в действие механизмов машины Ч. Бэббидж предполагал использовать паровой двигатель.

Бэббидж предложил управлять своей машиной с помощью перфори­рованных карт, содержащих коды команд, подобно тому как использовались перфокарты в ткацких станках Жаккара. На этих картах было представлено то, что сегодня мы назвали бы программой.

Ч. Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные, как мы сейчас говорим, с программированием. В частности, им была разработана весьма важная для программирования идея «условной передачи управле­ния». Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором со временем были построены ЭВМ.

Первые программы для вычислительной машины Бэббиджа создавала Ада Лав-лейс (AdaLovelace) — дочь известного поэта

Джорджа Байрона, в честь которой впоследствии был назван один из языков программирования. Выражаясь современным языком, Лавлейс составила программу вычисления' чисел Бернулли. Ада Лавлейс разработалаосновные принципы программирования, которые остаются актуальными до настоящего момента времени. Ряд терминов, введенных Адой Лавлейс, используются и сейчас, например, «цикл», «рабочие ячейки».

Теоретические основы современныхцифровых вычислительных машин заложиланглийский математик Джордж Буль (1815—1864). Он разработал алгебрулогики, ввел в обиход логические операторы И, ИЛИ и НЕ. Заметим, что его дочь Э. Войнич — автор известного произведения «Овод».

В 1888 г. Германом Холлеритом (HermanHollerith) была сконструи­рована первая электромеханическая 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 вычислительных 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 ComputingTabulationCompany. Спустя несколько лет это предприятие переименовали в извест­нейшую теперь фирму InternationalBusinessMachineCorporation (IBM).

Немецкий инженер Конрад Цузе (KonradZuse) был первым, кто успешно осуществил идею создания автоматической электромеханической вы­числительной машины на основе двоичной системы счисления. В 1936 г. он начал конструировать вычислительный аппарат, работающий в двоичной системе счисления, который впоследствии был назван ZuseI (Z1).

В 1941 г. Цузе сумел построить действующую модель Zuse 3, которая состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти.

В 1944 г. (по другим источникам, в 1943 г.) в Англии было разработа­но полностью автоматическое вычислительное устройство ColossusII. Ос­новным его назначением была дешифровка перехваченных сообщений воен­ного противника.

Еще одна полностью автоматическая вычислительная машина, изо­бретенная профессором Гарвардского университета Говардом Айкеном (AikenHoward, 1900—1973), при участии группы инженеров фирмы IBM, была построена в 1944 г. Она была названа ASCC (другое название Mark 1) и была электромеханической (построена на реле), состоящей приблизительно из 750 тысяч компонентов. На умножение она тратила около 4 секунд. До знакомства с работами Цузе научная общественность считала машину ASCC первой электромеханической машиной.

В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию электрон­ной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. Совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC (Atanasoff-BerryComputer).

Электронная вычислительная машина, разработанная Эккертом и Маучли (JohnW. MauchlyandJ. PresperEckert, Jr.) в США в 1946 г., была названа ENIAC. При создании этой машины Эккерт и Маучли заимствовали основные идеи у Дж. Атанасова. ENIAC была примерно в 1000 раз быстрее,чем ASCC. Она состояла из 18 тысяч электронных ламп, 1,5 тысячи реле, имела вес более 30 тонн, потребляла мощность более 150 кВт.

Первоначально ENIAC программировалась путем соединения прово­дами соответствующих гнезд на коммутационной панели, что делало состав­ление программы очень медленным и утомитель­ным занятием. Амери­канский математик и фи­зик венгерского проис­хождения Джон фон Нейман (1903—1957) предложил хранить про­грамму — последова­тельность команд управ­ления ЭВМ— в памяти ЭВМ, что позволяло опе­ рировать 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 устрой-

ство (АЛУ);

• устройство управления (УУ);

• запоминающее устройство (ЗУ);

• система ввода информации;

• система вывода информации.
Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.

Дата добавления: 2014-12-07