Раздел 2. Технические средства реализации информаЦионных процессов Тема 2.1. История развития вычислительной техники. Типы современных компьютеров

2.1.1. История вычислительной техники

Человек научился пользоваться простейшими счётными приспособлениями тысячи лет назад. Необходимость счета предметов определялась бытовыми причинами, проблемой обмена товарами и т.п. При обмене товарами, видимо, пользовались сравнением весовых характеристик, но так или иначе проблема измерения количества возникала неизбежно.

Т ак появились счеты, древним прообразом которых было устройство под названием “абак”. Счеты являются самым древним вычислительным устройством и они применялись практически до конца XX века. С изобретением зубчатых колёс появились и гораздо более сложные устройства, которые позволяли не только считать, но и выполнять простые расчёты. Они использовались для расчета движения планет, составления календаря, предсказания солнечных и лунных затмений, определения времени посева и сбора урожая и т.п. В 1623 Вильгельм Шикард придумал считающие часы— первый механический калькулятор, умевший выполнять четыре арифметических действия.

Вильге́льм Шиккард (22.04.1592 – 23.10.1635) — немецкий учёный, астроном, математик и востоковед, профессор кафедры восточных языков в университете Тюбингена.

За этим последовали машины Блеза Паскаля (1645 г.) и Готфрида Вильгельма Лейбница (1874 г.). Машина Паскаля умела суммировать пятиразрядные числа и сделала его создателя основателем концепции вычислительных машин. Вычислитель Лейбница умел не только суммировать числа, но и умножать. Идеи Лейбница легли в основу целого ряда вычислителей, некоторые из которых даже выпускались серийно вплоть до середины XX столетия.

Блез Паскаль (1623 1662 г.г.)

французский философ, писатель, математик и физик

Джон Непер (1550 1617 г.г.) – шотландский математик_ придумал логарифмы логарифмическую линейку, которая использовались многими поколениями специалистов, вплоть до появления калькуляторов.

В 1801 году француз Жозеф Мари Жаккар (1752 – 1834 г.г.) изобрел ткацкий станок, в котором вышиваемый узор определялся перфокартами. Перфокарта, или перфорированная карта, выполняется из тонкого картона, в котором информация записывается в форме определенной комбинации отверстий. Изобретение перфокарты стало важной вехой в истории программирования. Перфокарты применялись в технике программирования до середины 70 х годов XX столетия.

В период с 1823 по 1834 Чарльз Бэббидж сформулировал основные положения, которые должны лежать в основе конструкции вычислительной машины принципиально нового типа.

Чарльз Беббидж(1791 1871)

английский математик

Проект машины содержал все основные устройства вычислительных машин: память, арифметическое устройство, устройство управления, устройства ввода вывода.

Реализовать проект этой машины не удалось из за низкого уровня развития машиностроения.

Программы для этой машины были созданы дочерью Джорджа Байрона Адой Лавлейс (1815 1852 г.г.), которая по праву считается первой программисткой.

Первое общественно значимое применение вычислительных машин с использованием перфокарт относится к концу XIX века. Это событие произошло в Америке при подсчете результатов всеамериканской переписи населения, которые обрабатывались с помощью вычислительных машин перфокартных табуляторов Германа Холлерита (1860 1929 г.г.). Это стало прецедентом широкого использования перфокарт. Еще одной особенностью вычислителя Холлерита было то, что перфокарты впервые стали читаться при помощи электрических машин.

XX век стал веком интенсивного развития вычислительной техники. К 30 м годам повсеместно использовались кассовые аппараты и счётные машины различного назначения. Появились настольные механические калькуляторы, которые могли складывать, вычитать, умножать и делить. В ходу было и слово «компьютер», но оно обозначало должность специалистов, которые использовали калькуляторы для выполнения математических вычислений.

Все вычислители, о которых шла речь, для вычислений использовали десятичную систему счисления. Первые электромеханические цифровые вычислители, использующие двоичную логику, в 1936 г. сконструировал немецкий инженер Конрада Цузе (1910 1995 г.г.).

В 1941 году К.Цузе построил вычислительную машину на электромеханических реле. Эта машина стала первым работающим компьютером, управляемым программой. В ней впервые использовалась обработка чисел с плавающей запятой, Программы хранились на перфорированной плёнке. Конрад Цузе в своих работах высказал предположение о том, что машинные команды могут храниться в той же памяти что и данные.

Вычислительные устройства на электромеханических реле в годы Второй мировой войны создали и ученые Великобритании. Это были специальные машины, которые использовались для дешифрирования перехваченных немецких сообщений. Вычислители постоянно совершенствовались и уже использовали электровакуумные лампы.

Первым электронным компьютером общего назначения считается американская вычислительная машина ENIAC, построенная в 1945 г. Применение электронных ламп позволило достичь огромного прироста в скорости вычислений эта машина была в тысячу раз быстрее, чем все другие машины того времени и выполняла несколько тысяч операций в секунду. Машина решала одну задачу, в силу того, что алгоритм решения был реализован соответствующей коммутацией переключателей.

В это же время американский математик Джон фон Нейман разработал основные принципы построения ЭВМ, в соответствии с которыми и программа и данные хранятся в одной универсальной памяти.

В последующие годы была построена целая серия вычислительных машин с архитектурой фон Неймана. В некоторых из них стали использоваться в качестве внешней памяти магнитные барабаны.

Первый универсальный программируемый компьютер в Европе был создан командой советских учёных под руководством Сергея Алексеевича Лебедева из Киевского института электротехники. Малая электронная счётная машина (МЭСМ) заработала в 1950 году. Она содержала около 6000 электровакуумных ламп и потребляла 15 кВт электроэнергии. Машина могла выполнять около 3000 операций в секунду.

Сергей Алексеевич Лебедев(1902 1974 г.г.) — основоположник вычислительной техники в СССР, директор ИТМиВТ, академик АН СССР, Герой Социалистического Труда.

Первым, массово производимым компьютером был выпущенный в США в 1951 году UNIVAC 1. Компьютер состоял из 5200 электровакуумных ламп, и потреблял 125 кВт энергии. Всего было выпущено 46 таких машин.

Первой советской серийной ЭВМ стала «Стрела», выпускаемая с 1953 на Московском заводе счётно аналитических машин. "Стрела" относится к классу больших универсальных ЭВМ. Машина имела быстродействие 2000 3000 операций в секунду. В качестве внешней памяти использовались два накопителя на магнитной ленте емкостью 200 000 слов, объем оперативной памяти 2048 ячеек по 43 разряда. Компьютер состоял из 6200 ламп, 60 000 полупроводниковых диодов и потреблял 150 кВт энергии.

В 1955 году британский ученый Морис Уилкс изобрел микропрограммирование, принцип, который позднее широко используется в микропроцессорах самых различных компьютеров. До этого все ЭВМ для решения задач использовали схемное решение, т.е для каждой задачи создавался свой вычислитель. Такой подход резко тормозил развитие вычислительной техники. Идея универсального процессора, работа которого управляется набором микропрограмм, оказалась очень плодотворной.

В 1956 году фирма IBM создает накопитель информации на магнитных дисках. Устройство обеспечивало хранение до 5 Мб данных

В это же десятилетие появляются языки программирования высокого уровня.

В течение следующих десяти лет в нашей стране создаются и широко применяются машины серии ЕС ЭВМ, на их базе появляются автоматизированные системы управления (АСУ) и системы автоматизированного проектирования (САПР).

В конце 70 х годов прошлого столетия появляются персональные вычислительные машины, которые, по сути, стали символом компьютеризации всего мира.