Лекция 5 Технические средства реализации информационных процессов Краткая история вычислительной техники

В начале 20 века сложилась ситуация, что, сколько бы людей не привлекалось дополнительно в сферу информации, они все равно не могли справиться с все растущими потребностями по подготовке и обработке информации, генерируемой человеческим обществом – возникла потребность в создании электронных машин. То есть был преодолен информационный барьер, началась эра компьютеризации.

Вообще же слово компьютер означает «вычислитель», то есть устройство для вычислений. Как уже было сказано, потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Много тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет ( а может и больше) назад для облегчения вычислений стали использовать счеты.

В 1642 году Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических операции. Начиная с 19 века арифмометры получили очень широкое распространение и применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала даже специальная профессия- счетчик. Но все-таки расчеты проводились очень медленно - ведь выбор необходимых действий и запись результатов выполнялись человеком, а его возможности, как известно весьма ограничены.

И вот в первой половине 19 века английский математик Чарльз Беббидж попытался создать универсальное вычислительное устройство - Аналитическую машину, которая должна была выполнять арифметические операции без участия человека. Для этого она должна была уметь выполнять программы, вводимые с помощью перфокарт и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (зачатки памяти). Беббдж не смог довести работу до конца - это оказалось слишком сложно для техники того времени. Однако он разработал основные идеи, и в 1943 году американец Говард Эйкен на основе уже техники 20 века - электромеханических реле- смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк- 1». Еще раньше идеи Бэббижа были независимо переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 году построил аналогичную машину.

Раз уже речь идет об истории, интересно упомянуть здесь тот факт, что первым программистом мира стала графиня Ада Лавлейс, дочь поэта Дж. Байрона, в честь которой назван знаменитый язык программирования Ада.

Итак в 30 -40 годы 20 столетия потребность в автоматизации вычислений настолько возросла ( в том числе и для военных нужд), что над созданием машин типа построенных Эйкеном и Цузе одновременно работало несколько групп исследователей.

Начиная с 1943 года, группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта в США начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Это первая машина первого поколения ЭВМ. Их машина, названная ENIAC , работала в тысячу раз быстрее, чем Марк- 1, однако для задания ее программы приходилось в течении нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить процесс создания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 году к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. В нем Нейман ясно и четко сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 году Джон фон Нейман.

Что касается развития электронной техники в бывшем СССР, то оно тесно связано именем академика С.А.Лебедева, под руководством которого были созданы первые отечественные ЭВМ: в 1951 году в Киеве – МЭСМ (малая электронная счетная машина) и в 1952 году в Москве – БЭСМ (большая электронная счетная машина). Лебедев руководил и созданием БЭСМ- 6- лучшей в мире ЭВМ второго поколения (это ЭВМ, работавшие на полупроводниковых схемах), уровень которой, по мнению экспертов, на несколько лет опередил уровень зарубежных аналогов. По своей архитектуре она была ближе в ЭВМ третьего поколения и серийно выпускалась вплоть до 1981 года. В машинах второго поколения появилось замечательное изобретение- алфавитно-цифровое печатающее устройство. Громоздкое, шумное , но надежное устройство- правда печать только прописными буквами и строками одинаковой длины (по 128 символов) – однако уже некий прообраз современных печатающихся устройств.

ЭВМ третьего поколения (это машины, работавшие на малых интегральных схемах) появились в конце 60- х годов. В этих машинах в качестве средства общения с ЭВМ стали использовать видео терминальные устройства- дисплею (IBM-360 , IBM-370 , EC ЭВМ (машины единой системы)- ЕС – 1022 и т.п.).

Но прогресс не стоит на месте - новые технологии создания интегральных схем (большие интегральные схемы) позволили разработать в конце 70-х начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения, к которым относятся различного рода микро и мини ЭВМ. И, конечно, венцом развития вычислительной техники (на данный момент времени!!!) стало создание персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения. Именно с этого момента в нашем языке вместо ЭВМ утвердился термин ПК. И вычислительная техника устремилась «в массы».

Показатели	Поколения
	I 1951-1954	II 1958-1960	III 1965-1966	IVа 1976-1979	IVб С 1985	V
1.Элементная база	Электронные лампы	Транзисторы (полупроводниковые схемы)	Интегральные схемы	БИС	Сверх БИС	Оптоэлект-роника, криоэлектроника
2.Максимальное быстродействие (количество операций в секунду)	041	106	107	108	109 + Многопро-цессорность	1012 + Многопро-цессор-ность
3.Средства связи пользователя с ЭВМ	Пульт управле-ния перфо-карты	Перфокарты, перфоленты + АЦПУ	Видео – терминальные устройства	Монохромный графический дисплей + клавиатура	Цветной графический дисплей + клавиатура + мышь	Устройство голосовой связи

Вернемся к истории.

Беббидж попытался создать аналитическую машину (более 1.5 столетий назад). По его идеи аналитическая машина должна была состоять из следующих частей.

1.     Устройство, в котором производиться все операции по обработке всех видов информации. По современной терминологии – АЛУ.

2.     Устройство, обеспечивающие организацию выполнения программы обработки информации и согласованную работу всех узлов машины в ходе этого процесса (УУ).

Сейчас АЛУ + УУ = единая интегральная схема микропроцессор.

3 .     Устройство, предназначенное для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки информации. Это ЗУ, или просто память. Точнее считать памятью совокупность всех ЗУ машины (ОЗУ, ПЗУ, внешняя и др.)

4.     Устройства, способные преобразовывать информацию в форму, доступную компьютеру (кодирование). Устройства ввода.

5.     Устройства, способные преобразовывать результаты обработки информации в форму, понятную человеку. Устройства вывода.

Таким образом, сейчас большинство компьютеров построено по древним идеям. Резко меняются технологии производства => уменьшение размеров и повышение быстродействия.