Історія розвитку обчислювальної техніки. Типова архітектура персонального комп’ютера
План
Історія розвитку обчислювальної техніки
Загальні принципи побудови цифрової обчислювальної машини Джона фон Неймана.
Ознаки, що відрізняють покоління комп’ютерів.
Архітектура комп’ютера.
Особливості розвитку обчислювальної техніки в Україні
Історія розвитку обчислювальної техніки
У дослівному перекладі з англійської «computer» означає «обчислювач». Сучасне трактування цього терміна є ширшим. Комп’ютер сьогодні виконує не тільки обчислювальні операції. А які ще?
Комп’ютер — це програмований електронний пристрій, який приймає дані, опрацьовує їх, відображає результати опрацювання як нові дані і за потреби зберігає їх для подальшого опрацювання.
Історія розвитку обчислювальної техніки
Час |
Пристрій |
Автор |
Призначення та функції пристрою (машини) |
||
Механічний етап |
|
||||
1642 р. |
Механічна обчислювальна машина |
Французький математик Блез Паскаль |
Машина механічно виконувала арифметичні операції над 10-розрядними числами |
||
1673 р. |
Арифмометр |
Німецький вчений Готфрід Лейбніц |
Виконувала чотири арифметичні дії |
||
1830 р. |
Перша програмована обчислювальна машина «Аналітична машина» |
Англійський математик Чарльз Беббідж |
Повинна була сприймати команди, виконувати обчислення та видавати необхідні результати у надрукованому вигляді. Програми, у свою чергу, мали кодуватися та переноситись на перфокарти |
||
1890 р. |
Машина для оброблення результатів перепису населення США |
Американський інженер і винахідник Герман Холеріт |
Вперше застосована для організації процесу обчислення електричної сили |
||
Електромеханічний етап |
|
||||
1937 р. |
Z1 |
Німецький інженер, піонер комп’ютеробуду-вання Конрад Цузе |
22-розрядна, з пам’яттю на 64 числа, працювала на суто механічній (важільній) базі |
||
1944 р. |
Mark-1 |
Професор Гарвардського університету Говард Айкен |
Машина була здатна сприймати вхідні дані з перфокарт або перфострічок, була електромеханічною. Для зберігання даних використовувались механічні прилади (коліщатка та перемикачі). Виконувалось близько однієї операції за секунду |
||
1957 р. |
РВМ-1 |
СРСР |
Останній найбільший проект релейної обчислювальної техніки |
||
Електричний етап |
|
||||
1942–1943 рр. |
Машина «Colossus-1» |
Англійський математик Алан Тьюринг |
Машина призначалася для розшифрування радіограм німецького вермахту. «Колосc» вперше у світі зберігав та обробляв дані за допомогою електроніки, а не механічно |
||
1946 р. |
ENIAC |
Група інженерів під керівництвом Джона Моучлі та Дж. Преспера Еккерта |
Машина, яка була здатна виконувати близько 3 тис. операцій за секунду |
||
1949 р. |
EDSAC |
Британський вчений Моріс Вітсент Уілкс |
Перша ЕОМ, яка зберігала програми у пам’яті |
||
1951 р. |
МЭСМ |
Група вчених під керівництвом С. Лебедєва |
Оперувала 20-розрядними двійковими кодами, швидкодія — 50 операцій на секунду, оперативна пам’ять — 100 осередків на електронних лампах |
||
1953 р. |
БЭСМ |
Група вчених під керівництвом С. Лебедєва |
Могла виконувати близько 8 тис. операцій на секунду |
||
1951 р. |
UNIVAC |
Компанія Джона Моучлі та Дж. Преспера Еккерта |
Перший серійний комп’ютер із програмою, що зберігається; вперше використано магнітну стрічку для запису і зберігання інформації |
||
Суттєвий внесок у створення ЕОМ зробив американський математик і фізик Джон фон Нейман, який брав участь у створенні ENIAC. Джон фон Нейман запропонував ідею зберігання програми у пам’яті ЕОМ. Це було значним кроком уперед на шляху створення більш досконалих машин.
Загальні принципи побудови цифрової обчислювальної машини Джона фон Неймана (1945 р.):
1) принцип двійкового кодування;
2) принцип програмного керування;
3) принцип однорідності пам’яті;
4) принцип адресності.
Принцип двійкового кодування. Як дані (числові, текстові, графічні, звукові), так і програми їх оброблення подаються двійковими кодами. Принцип двійкового кодування зумовлює універсальність комп’ютера: він може обробити будь-яку інформацію, подану у двійкових кодах.
Принцип програмного керування передбачає, що всі дії комп’ютера виконуються за програмою, яка зберігається в його пам’яті. Програмне керування принципово відрізняє комп’ютер від інших обчислювальних пристроїв: розв’язання задачі комп’ютер здійснює автоматично за програмою.
Принцип однорідності пам’яті. Пам’ять зберігає як саму програму, так і дані, які вона обробляє,— вхідні, проміжні й вихідні. Пам’ять комп’ютера є єдиною для програм і даних. Вона складається з певної кількості однакових комірок, доступних для інших пристроїв комп’ютера в довільний момент часу. Така організація пам’яті називається лінійною.
Принцип адресності. Комірки пам’яті послідовно пронумеровано. Щоб мати доступ до вмісту комірки, достатньо вказати її номер, який називається адресою комірки.
Перший комп’ютер, у якому на практиці було реалізовано принципи Джона фон Неймана, створено у 1949 р. у Великій Британії Морісом Уілксом. Він мав назву EDSAC. Таким чином, відбувся перехід у конструкціях обчислювальних машин від пристроїв на основі електричних реле до пристроїв на основі електронних ламп. Далі ЕОМ у своєму розвитку пройшли декілька етапів, які мають назву покоління ЕОМ.
Ознаки, що відрізняють покоління комп’ютерів
Покоління |
Елементна база |
Швидкодія |
Обсяг оперативної пам’яті |
Пристрої введення та виведення інформації |
Приклади |
Перше (1940-і — середина 1950-х рр.) |
Електронні лампи |
20 тисяч операцій на секунду |
50 Кбайт |
Перфокарти, перфоленти, магнітні стрічки |
ENIAC, EDSAC, UNIVAC МЭСМ, БЭСМ-1 |
Друге (кінець 1950-х рр.) |
Транзистори |
100 тисяч операцій на секунду |
300 Кбайт |
Дисплеї, магнітні стрічки |
М-220, «Мир», IBM |
Третє (1960-ті рр.) |
Інтегральні схеми |
10 мільйонів операцій на секунду |
Декілька Мбайт |
Накопичувачі на магнітних дисках, графобудівники |
«Минск-32», IBM/360 |
Четверте (кінець 1970-х — початок 1980-х рр.) |
Великі інтегральні схеми |
Сотні мільйонів операцій на секунду |
Сотні Мбайт |
Кольоровий дисплей, маніпулятори, клавіатура тощо |
Перші ПК IBM PС, Macintosh, «Ельбрус» |
Незважаючи на розмір чи особливості різних комп’ютерів, відповідно до принципів Джона фон Неймана всі вони мають подібну будову, яку ще називають архітектурою комп’ютера:
Архітектурою ПК називають його характеристику на деякому загальному рівні, який включає опис системи команд, системи адресації, організації пам’яті тощо.
Архітектура визначає принцип дії, інформаційні зв’язки та взаємодію головних пристроїв ПК: процесора, внутрішньої, зовнішньої пам’яті та периферійних пристроїв. Уніфікація архітектури ПК забезпечує їх сумісність із точки зору користувача.
Основні вузли комп’ютера:
процесор;
оперативна пам’ять;
зовнішня пам’ять;
пристрої введення та виведення інформації.