Краткий исторический очерк развития вычислительной техники

Лекция №3

Тема: Краткий исторический очерк развития вычислительной техники. Классификация ЭВМ.

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет тому назад (около 500 г. н.э) для облегчения вычислений стали использовать счеты (абак). В XVII веке в связи с бурным развитием мореплавания и астрономии появилась потребность в быстром и точном составлении различных математических таблиц, таблиц sin, log, квадратных корней и др.

В 1642г. французский ученый Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия («Колесо Лейбница»). Начиная с XIXв. Арифмометры получили очень широкое применение. На них выполнялись даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала специальная профессия – счетчик – человек, работающий с арифмометром. Но скорость расчетов была в целом невысока.

В 1-ой половине XIXв. англ. математик Чарльз Беббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. В ней была предусмотрена память для хранения 1000 чисел по 50 десятичных знаков; арифметические операции выполнялись в соответствии с программой, записанной на перфокартах. В программе можно было задать автоматическое повторение группы арифметических операций только при определенном условии. С машиной Беббиджа связано появление профессии программиста. Первым программистом тала дочь поэта Дж. Байрона Ада Лавлейс. Программы, написанные ею предназначались для вычисления значений некоторых числовых функций. Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако он разработал основные идеи, которые в полной мере воплотились в первой половине XX века.

1943г. – американец Говард Эйкен на основе электромеханических реле смог построить машину «Марк - 1» (на предприятии IBM). Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941г. Построил аналогичную машину.

Начиная с 1943г. группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта в США начали конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле (т.е. были исключены все механические узлы). Их машина, названная ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), работала в 1000 раз быстрее, чем Марк-1. Для задания программы приходилось в течение нескольких часов или дней подсоединять нужным образом провода. Машина была закончена в 1946г. и имела 20 тысяч электронных ламп и 1,5 тысячи реле.

Компьютер "Эниак", 1946 г.

В 1945 г. знаменитый математик Джон фон Нейман подготовил отчет "Предварительный доклад о машине EDVAC(Эдвак)", в котором ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949г. английским исследователем Морисом Уилксом. Подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с принципами, которые изложил Джон фон Нейман в своем отчете в июне 1945г.

Первая советская электронная вычислительная машина, получившая название МЭСМ – малая электронная счетная машина была создана в период с 1949 по 1951гг. в Институте электротехники АН УССР (г.Киев) в лаборатории моделирования и вычислительной техники (Киев) под руководством Сергея Алексеевича Лебедева.

В 1952г в Москве вошла в строй машина БЭСМ-1 – быстродействующая электронная счетная машина, в которой получили дальнейшее развитие идеи Лебедева по структурной реализации методов обработки информации. Лебедев С.А. – считается основоположником советской электронной вычислительной техники.

Классификация ЭВМ.

Существуют различные классификации компьютерной техники:

· по этапам развития (по поколениям);

· по архитектуре;

· по производительности;

· по условиям эксплуатации;

· по количеству процессоров;

· по потребительским свойствам и т.д.

Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров и границы существующих классов существенно изменяются.

Классификация по поколениям - одна из часто используемых классификаций. В основе этой классификации лежит деление по этапам создания ЭВМ и используемой элементной базе компьютера.

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. Основными компонентами (элементной базой) первых ЭВМ были вакуумныеэлектронные лампы. Десятки тысяч ламп потребляли много электроэнергии, выделяли большое количество тепла и занимали много места. Надежность работы ламповых устройств была низкой. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Программы писались на языке машинных кодов, программист сам распределял ячейки памяти под программу, входные данные и полученные результаты. Процесс отладки был наиболее емким по времени.

Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные примерно в 60-е гг. Характеризуются использованием в них дискретных транзисторных логических элементов. Появились первые магнитные диски. Быстродействие увеличилось до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов. Появились так называемые языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде. Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык. Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость.

Машины третьего поколения созданы примерно в 70-x годах. В качестве элементной базы в них используются полупроводниковые интегральные схемы с малой и средней степенью интеграции (сотни –тысячи транзисторов в едином корпусе).

Четвёртое поколение — это компьютеры, разработанные в 80-е годы. Это ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах –микропроцессорах (десятки тысяч – миллионы транзисторов в одном кристалле).

Пятое поколение - 90-е годы. ЭВМ со многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно – векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программ.

Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующими существенно лучшее характеристики.

Классификация ЭВМ по назначению

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных.

Проблемно-ориентированные служат для решения более узкого круга задач, связанных с управлением технологическими объектами; регистрацией и обработкой небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными аппаратными и программными ресурсами.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, снизить сложность и стоимость при высокой производительности и надежности работы.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям.

По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые и сверхмалые.

Дата добавления: 2014-10-31