Поколения ЭВМ
1
РОЖДЕНИЕ ЭВМ
Природа научных знаний такова, что малопонятные и совершенно бесполезные приобретения сегодняшнего дня становятся популярной пищей для будущих поколений
Чарльз Бэббидж
Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены еще в 1833 году английским математиком Чарльзом Бэббиджем. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчетов, где предугадал основные устройства современного компьютера, а также его задачи. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путем. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты - листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий.
2
Бэббидж предложил совершенно новую структурную организацию машины. В ее состав должны были входить:
•"склад" (store) для хранения чисел (по современной терминологии – запоминающее устройство, память);
•"мельница" (mill) для выполнения арифметических операций – арифметическое устройство;
•устройство, управляющее в определенной последовательности действиями машины (автор не дал ему названия, но сейчас оно называется устройством управления);
•устройства ввода и вывода данных.
3
Чтобы обеспечить большой диапазон представимых в машине чисел и достичь высокой точности вычислений, Бэббидж планировал создать "склад", способный хранить от 100 до 1000 чисел по 40–50 десятичных знаков в каждом, и "мельницу", соответствующую этой разрядности. Для сравнения: емкость запоминающего устройства одной из первых английских ЭВМ EDSAC составляла 250 десятиразрядных чисел.
Оценивая возможности будущей машины, Бэббидж предположил, что она может быть использована для выполнения операций не только над числами, но и над алгебраическими выражениями.
Кроме того, Бэббидж предложил :
•идеи цикла,
•библиотеки подпрограмм,
• операции условной передачи управления.
4
Идеи Бэббиджа стали реально воплощаться в жизнь в конце 19 века. В 1888 году американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счетную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 году изобретение Холлерита было впервые использовано в американской переписи населения.
Работа, которую 500 сотрудников выполняли в течение 7 лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 табуляторах за 1 месяц.
В 1896 году Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company, которая стала основой для будущей корпорации
International Business Machines Corporation, IBM .
5
Реальный отсчет развития вычислительной техники ведется с перехода от реле к триггерам. Триггер был изобретен в 1918 году в России выдающимся ученым, пионером радиоэлектроники Бонч-Бруевичем.
27 апреля 1918 г., Михаил Александрович Бонч-Бруевич доложил на заседании Российского общества радиоинженеров о созданном им первом в мире электронном триггере.
В 1914 г. его — 26-летнего выпускника Петербургской Офицерской электротехнической школы назначили помощником начальника Тверской радиостанции. В начале первой мировой войны немцы перерезали английские подводные кабели и Россия осталась без прямой телеграфной связи с союзниками — Францией и Англией. Нужно было срочно строить две мощные искровые радиостанции в Москве (на Ходынском поле) и в Царском Селе, а приемную станцию в Твери (в Москве и Петрограде её работе мешали передающие радиостанции).
Первоочередной задачей было улучшение качества радиосвязи на участке Москва — Тверь. Бонч-Бруевич успешно решил её, введя в схему комбинацию из двух “катодных реле”.
В середине 1917 г. М.А. Бонч-Бруевич успешно использовал своё переключающее устройство (в усилителе приёмника), имевшее два устойчивых рабочих состояния, о чём и доложил в 1918 г. Впоследствии оно получило название триггер (или “flip-flop”).
Считавшиеся пионерами-изобретателями триггера Уильям Эклесс и Френкс Джордан, подали заявку на патент только в 1918 г. (По другим данным они впервые изготовили его в 1919 г.).
После революции М.А. Бонч-Бруевич руководил созданием мощных радиоламп. В 1922 г. он поразил Европу, спроектировав и построив в Москве первую в мире мощную
радиовещательную станцию “им. Коминтерна” (Шуховская башня), передававшую музыку |
|
и голос, а не привычную азбуку Морзе. |
6 |
|
|
Дальнейшие развития науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины.
Создателем первого действующего компьютера Z1 с программным управлением считают немецкого инженера Конрада Цузе. Работу по созданию машины он, будучи ещё студентом, начал в 1934 г., за год до получения инженерного диплома. Конрад ничего не знал ни о машине Беббиджа, ни о алгебре Буля. Тем не менее в 1937 г. машина Z1 ("Цузе 1") была готова и заработала!
Она была, подобно машине Беббиджа, чисто механической. Использование двоичной системы позволило разместить её на площади всего 2 м2 на столе в квартире изобретателя! Длина слов составляла 22 двоичных разряда. Выполнение операций производилось с использованием плавающей запятой. Для мантиссы и ее знака отводилось 15 разрядов, для порядка – 7. Память (тоже на механических элементах) содержала 64 слова. Числа и программа
вводилась вручную. |
7 |
Еще через год в машине Цузе появилось устройство ввода данных и программы, использовавшее киноленту, на которую перфорировалась информация, а механическое арифметическое устройство заменило АУ последовательного действия на телефонных реле. Усовершенствованная машина получила название Z2.
В 1941 г. Цузе машину Z3, содержащую 2000 реле. Она стала первой в мире полностью релейной цифровой вычислительной машиной с программным управлением и успешно эксплуатировалась.
Итак, К. Цузе первым в мире :
•использовал при построении вычислительной машины двоичную систему счисления (1937 г.),
•создал релейную вычислительную машину с программным управлением (1941 г.);
•создал цифровую специализированную управляющую вычислительную
машину (1943 г.). |
8 |
|
Высказывание, приписываемое Томасу Уотсону
— одному из создателей IBM. В 1943 году он заявил, что на весь мир потребуется не более 5 компьютеров.
9
В феврале 1944 года на одном из предприятий IBM в сотрудничестве с учеными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина "Mark 1". Она весила около 35 тонн. В "Mark 1" использовались механические элементы для представления чисел и электромеханические - для управления работой машины.
Числа хранились в регистрах, состоящих из десятизубных счетных колес. Каждый регистр содержал 24 колеса, причем 23 из них использовались для представления числа, а одно - для представления его знака.
Регистр имел механизм передачи десятков и поэтому использовался не только для хранения чисел; находящееся в одном регистре, число могло быть передано в другой регистр и добавлено к находящемуся там числу (или вычтено из него).
Всего в "Mark 1" было 72 регистра и, кроме того, дополнительная память из 60 регистров, образованных механическими переключателями. В эту дополнительную память вручную вводились константы.
Умножение и деление производилось в отдельном устройстве.
Машина также имела встроенные блоки, для вычисления sin x, 10x и lg x. Быстродействие:
•сложение и вычитание - 30 оп/сек, |
|
•умножение - 20 оп/сек, |
|
•деление – 5-10 оп/сек. |
10 |
|
ПО К О Л Е Н И Я 
ЭВ М
Годы применения
Основной элемент 
Количество ЭВМ в мире (шт.)
Быстродействие (операций в секунду)
Носитель
информации
Размеры ЭВМ
Первое
1946-1958
Эл.лампа
Десятки
103-104
Перфокарта,
перфолента
Большие
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Второе Третье
1958-1964
Транзистор
Тысячи
104-106
Магнитная
лента
Значительно
меньше
1964-1972
ИС
Десятки тысяч
105-107
Диск
Мини-ЭВМ
Четвёртое
1972 - настоящее время
БИС
Миллионы
106-108
Гибкий и лазерный диск
МикроЭВМ
11