Первое поколение ЭВМ

Классификация по виду элементарной базы

История развития технических средств в XX веке

ТеХнические средства информатики

4.1. История развития вычислительных средств до XX века: механические первоистоки

Первое счетное устройство – абак – появилось в 4-ом тысячелетии до н.э. в Азии. За 500 лет до н. э. в Китае появляется более «современный» вариант абака с косточками на соломинках — суан-пан. В средние века в Европе абак претерпел изменения – стали считать на линиях. В XIV веке появляется ещё одно вычислительное устройство – механические часы. В России в XVI-XVII вв. появились русские счеты.

В 1492 году Леонардо да Винчи в одном из своих дневников приводит эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в XX веке, всё же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.

С середины XVII в. начинается развитие вычислительных устройств. В 1642 г. Б. Паскаль изобретает суммирующую машину «Паскалин», а в 1645 г. появляется нормально работающий экземпляр машины. В 1694 г. Г. Лейбниц создает 12-разрядный арифмометр (стоил 24000 талеров[3]). Вычислительные машины ни того, ни другого ученого не нашли широкого применения ввиду дороговизны и малой потребности в автоматизации расчётов.

В 1801 году Жозеф Мари Жаккар строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт.

По мере развития производства и общества потребность в счётных машинах начала расти. Самой серьезной проблемой была проблема составления морских календарей – ориентирование было по звездам, и огромные штаты сотрудников-счетчиков сидели и считали эти календари (при расчетах использовались логарифмические таблицы) и всё же ошибались много и часто. В результате английское правительство поручило Ч. Бэббиджу создать специальную счётную машину для составления морских таблиц. В 1822 г. такая машина была изобретена (разностная). В 1834 г. возникла идея программно-управляемой машины. Бэббидж впервые сделал шаг на пути к гибкому программированию – ввел принцип разделения программ и данных. До своей смерти он трудился над созданием аналитической машины с применением перфокарт. Им первые были использованы условные переходы, что считается началом использования в машине логических операций. Составлением программ для этой машины занималась леди Ада Лавлейс – друг Бэббиджа и родная дочь Байрона. Именно она опубликовала статью с подробным описанием и математическими основаниями машины Бэббиджа – по существу это была первая статья по программированию.

Рис. 4.1. Механические счетные устройства («Паскалин» и разностная машина Ч. Бэббиджа)

В 1855 г. братья Георг и Эдвард Шутц (George & Edvard Scheutz) из Стокгольма построили первую разностную машину на основе работ Ч. Бэббиджа. В 1876 г. русским математиком П.Л. Чебышевым создан суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков. В 1881 г. он же сконструировал к нему приставку для умножения и деления – Арифмометр Чебышева.

В 1888 г. американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счетную машину – «табулятор», которая использовалась в переписях населения 1890 и 1900 г. в США и в 1897 г. в России. Об эффективности вычислительных машин можно судить по следующему факту: в 1890 г. изобретение Холлерита было впервые использовано в 11-й американской переписи населения. Работа, которую пятьсот сотрудников выполняли в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 табуляторах за один месяц.

Он же в 1902 году применил электрическое реле для счетной машины, что открыло путь дальнейшего совершенствования, миниатюризации и развития ЭВМ благодаря использованию электрических сигналов.

В XX в. техническое развитие значительно ускорило темпы, что отразилось на быстром развитии средств вычислительной техники. Ниже представлена хронология изобретений, наиболее значимых с позиций аппаратной части ЭВМ.

1904 г. – изобретен ламповый диод.

1906 г. – ламповый триод.

1918 г. – электронное реле-триггер русским учёным Бонч-Бруевичем.

1927 г. – в Массачусетском Технологическом Институте (MIT) Вэниваром Бушем был разработан механический аналоговый компьютер.

1941 г. – Конрад Цузе создаёт первую вычислительную машину Z 3, обладающую всеми свойствами современного компьютера.

1943 г. – успешные испытания прошла первая американская вычислительная машина MARK I, предназначенная для выполнения сложных баллистических расчётов американского ВМФ.

1946 г. – в США была создана 1-я ЭВМ “ЭНИАК: занимала площадь в 135 кв.м., имела массу 30 тонн и потребляла 150 кВт мощности. Часто выходила из строя – поиск неисправностей отнимал порой несколько дней.

1948 г. – первый точечный транзистор.

1950 г. – в СССР была создана первая электронная вычислительная машина в Киеве группой Лебедева.

1958 г. – Джон Килби изобрел интегральную микросхему.

1961 г. – начинается выпуск первых схем для ЭВМ.

1971 г. – создание фирмой Intel единой интегральной схемы для выполнения арифметических и логических операций – процессор.

1976 г. – Стефан Возняк и Стив Джобс создали первый маленький ПК.

Позднее Джобс основал фирму " Apple Computer ", которая наладила массовое производство персональных компьютеров (ПК). Идея оказалась крайне прибыльной. В результате в 1981 году первый 16 разрядный ПК выпускает фирма IBM – IBM PC (16-разрядный процессор и ПО фирмы Microsoft – операционная система MS - DOS).

а	б
в	г
Рис. 4.2. Вычислительные машины I-IV поколений (а – МЭСМ Лебедева (I), б – БЭСМ-6 (II), в – СМ ЭВМ(III), г – MacBook (IV))

Каждое поколение ЭВМ характеризуется временем возникновения и элементарной базой.

Первые шаги по созданию электронных вычислительных машин были предприняты в конце второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В период с 1945 по 1951 гг. выпускались только штучные компьютеры, на которых проверяли принципы организации и функционирования ЭВМ. При организации ЭВМ используются принципы, предложенные Д. Нейманом (John Von Neumann):

- принцип хранимой информации – машина имеет память, где хранит программу, данные и результаты промежуточных вычислений;

- адресный принцип – в команде указываются не сами числа, над которыми надо выполнять операции, а адреса ячеек, где эти числа находятся;

- автоматизм – после ввода программы и данных машина работает автоматически;

- переадресация – адреса ячеек памяти, указанные в команде, можно вычислять и преобразовывать как числа.

В 1951 г. выполняется переход на серийное производство ЭВМ: первой серийно выпускавшейся ЭВМ 1-го поколения стал компьютер UNIVAC. Одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа в области вычислительной техники, а не регулярное использование компьютеров в качестве инструмента решения каких-либо практических задач из других прикладных областей. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. За пультом мог находиться только один пользователь. Программа загружалась в память машины в лучшем случае с колоды перфокарт, аобычно с помощьюпанелипереключателей. Вычислительная система выполняла одновременно только одну операцию (ввод-вывод, собственно вычисления). Отладка программ велась с пульта управления с помощью изучения состояния памяти и регистров машины. В конце этого периода появляется первое системное программное обеспечение: в 1951-52 гг. возникают прообразы первых компиляторов с символических языков (Fortran и др.), а в 1954 г. Nat Rochester разрабатывает ассемблер для IBM -701. В США разрабатывают «EDVAC», в России – БЭМС (Большая электронная счетная машина), затем в 1953 г. – «Стрела». Для “БЭСМ-2”, быстродействие АЛУ составляло порядка 10⁴ оп/с. В Пензе серийно выпускали ЭВМ «Урал»[4].

Дата добавления: 2014-01-11