Схемотехника / Опорні конспекти / Модуль 2 / 2.1-к Історія_покоління та класиф-я обч_техніки

1804 р. – Марі Жаккар (Франція). Використання перфокарт для керування роботою ткацьких верстатів. Перфокарта - аркуш картону з пробитими в ньому отворами, через які протягувались нитки в різних комбінаціях відповідно заданого візерунку.

1822 р. - Чарльз Беббідж (Англія). Пробна модель різницевої машини, яка здатна обчислю-

вати та друкувати великі математичпі таблиці (рис. 2.1.4).

1834 р. - Чарльз Беббідж. Проект аналітичної машини. Це прообраз сучасного комп’ютера. Аналітичиа машина Беббіджа повинна була вести обчислення відповідно інструкцій, заданих оператором. Вона повинна була мати такі механічні компоненти, як «млин» і «склад» (прообраз процесора та пам'яті). Інструкції в аналітичну машину повинні були вводитися за допомогою перфокарт.

Велику допомогу Беббіджу надала його учениця Ада Августа Лавлейс - дочка відомого англійського поета Байрона. Леді Лавлейс вважається першою програмісткою в історії людства. Вона заклала основи теоретичного програмування, написавши перший підручник з цього предмету.

На честь Ади Лавлейс названо одну із сучасних мов програмування Ada.

4. Електромеханічна та електрична епохи.

Аналітичну машину Беббіджа так і не вдалося побудувати в зв’язку з низьким розвитком техніки на той час.

На основі механічних технологій неможливо було побудувати складні обчислювальні пристрої. Тому до кінця ХІХ ст. пристрої для обчислень були в основному ручними або механічними.

1854 р. - Джордж Буль (Англія). Створення спеціальної алгебри, яка могла працювати з різними об’єктами в двійковій системі числення (булева алгебра).

1890 р. - Герман Холлеріт (США). Статистичний табулятор (рис. 2.1.5). В ньому інфор-

мація, нанесена на перфокарти, розшифровувалась електричним струмом. Табулятор був призначений для опрацювання даних перепису населення та мав величезний успіх.

1896 р. - заснування Холлерітом фірми з випуску табуляторів.

1924 р. – реорганізація фірми Холлеріта в IBM Corporation (IBM - International Business Machines Corporation).

Рис. 2.1.5 Табулятор Холлеріта (1890 р.)

1936 p. - Клод Шеннон (США). Розробка електричної схеми для теоретичних основ побудови комп’ютера на основі булевої алгебри.

1937 р. - Джордж Стібіц (США). Перша електромеханічна схема для двійкового додавання (двійковий суматор).

Початок Другої світової війни в середині ХХ ст. був тим фактором, який істотно вплинув на розвиток обчислювальної техніки. Уряди багатьох країн виділяли значні кошти на розвиток

обчислювальної техніки. У науковців і військових значно зросли вимоги до швидкості та якості обчислень. У цей час учені та конструктори різних країн створили якісно нові обчислювальні машини, в яких використовувалися електричні пристрої.

1938 р. - Конрад Цузе (Німеччина). Перша обчислювальна машина Z1 на електромеханічних реле. В ній використовувалося двійкове кодування.

1939 р. - Джон Атанасов та Кліфорд Беррі (США). Перший комп’ютер на електронних лампах з використанням двійкового кодування – ABC (англ. Atanasoff Berry Computer, рис. 2.1.6).

Рис. 2.1.6 Комп’ютер ABC (1939 р.)

1939–1944 рр. - Говард Ейкен (США). Створення в співробітництві з IBM обчислювальної машини Mark-1 на електромагнітних реле. Дана машина виконувала автоматичне керування послідовністю операцій. Mark-1 використовували для виконання складних балістичних розрахунків, причому протягом одного дня вона виконувала такий обсяг обчислень, який раніше виконувався майже півроку.

1943 р. - Англія. Створення в умовах секретності обчислювальної машини Колос-1, призначеної для дешифрування радіограм фашистської Німеччини. Вона вирізнялась тим, що її робоча програма зберігалася в пам’яті. Одним із розробників цієї машини був видатний англійський математик Алан Тюринг, засновник теорії алгоритмів.

1943–1946 рр. - Джон Моучлі та Преспер Еккерт (США). ENIAC (англ. Electronic Numerical Integrator and Calculator – електронний цифровий інтегратор і обчислювач) – електронна обчислювальна машина (ЕОМ). Вона містила 18 000 електронних ламп, важила 30 тонн і виконувала 5 000 операцій за секунду (рис. 2.1.7).

Рис. 2.1.7 Машина ENIAC

Після завершення цього проекту Моучлі та Еккерт відразу розпочали роботу над новим комп’ютером на замовлення військового відомства США – EDVAC (англ. Electronic Discrete Variable Automatic Computer – електронний дискретно змінний автоматичний обчислювач). До розробки був залучений відомий американський математик Джон фон Нейман.

Нейман сформулював основні принципи побудови універсальної обчислювальної машини, які стали відомі всьому світові як «принципи фон Неймана».

1949 р. - Моріс Вілкс (Англія, Кембриджський університет). Перший комп’ютер, побудова-

ний за принципами фон Неймана. Він отримав назву EDSAC (англ. Electronic Delay Storage Automatic Calculator – автоматичний обчислювач на електронних лініях затримки.

5. Історія розвитку комп’ютерної техніки в Україні.

У 1951 р. в Києві під керівництвом Сергія Олексійовича Лебедєва було введено в дію універсальну ЕОМ з програмою, яка зберігалась в пам’яті, – малу електронно-обчислювальну машину – МЭСМ (рос. Малая Электронная Счётная Машина). Це була перша ЕОМ у континен-

тальній Європі. Вона мала швидкодію близько 180 000 операцій за секунду.

Перші програми для цієї ЕОМ були написані Катериною Логвинівною Ющенко.

Ще через два роки вже в Москві Лебедєв розробляє БЭСМ – велику електронно-обчислю- вальну машину (рос. Большая Электронная Счётная Машина), найпотужнішу на той час у континентальній Європі.

У Києві розробку обчислювальних машин було продовжено в Інституті кібернетики, який очолив видатний учений В.М. Глушков.

Під його керівництвом були здійснені такі розробки:

1959 р. - ЕОМ «Киев»;

1961 р. – серія універсальних ЕОМ «Днепр»; 1963 р. - ЕОМ для інженерних розрахунків «Промінь», серії ЕОМ для інженерних

розрахунків «МИР» та цілий ряд ЕОМ для військових цілей.

За визначні досягнення в розвитку інформатики в 1996 р. Міжнародна комп’ютерна громада (IEEE Computer Society) нагородила В.М. Глушкова медаллю «Піонер комп’ютерної техніки».

6. Покоління ЕОМ.

Розвиток ЕОМ можна поділити на два значних етапи:

1)1945 – 1980 рр. – період розвитку лише великих ЕОМ;

2)1980 р. – наш час – великі ЕОМ, середні та персональні комп’ютери.

EDVAC і EDSAC завершили перехід обчислювальних машин від пристроїв на основі електричних реле до пристроїв на основі електронних ламп. У подальшому електронні обчислювальні машини у своєму розвитку пройшли кілька етапів, які дістали назву покоління ЕОМ.

Перехід від одного покоління до іншого характеризується якісною зміною значень основ-

них властивостей ЕОМ, до яких відносять елементну базу, програмне забезпечення, швидкодію та інші параметри.

Розрізнюють чотири поколінь ЕОМ, кожне з яких свідчить про стан розвитку цієї галузі.

ЕОМ першого покоління (1945–1955 рр.) використовувалися для виконання громіздких обчислень. Можна сказати, що це були швидкодіючі потужні автоматичні арифмометри.

Як елементна база в них використовувалися електронні лампи (рис. 2.1.8), десятки тисяч яких споживали дуже багато електроенергії, виділяли багато теплоти та займали багато місця. Крім того, надійність цієї елементної бази була низькою: кожні кілька хвилин виходила з ладу принаймні одна лампа.

Рис. 2.1.8 Електронна лампа

Швидкодія цих машин була близько 20 тисяч операцій за секунду, а ємність внутрішньої пам’яті – до 50 Кбайт. Але навіть ці ЕОМ працювали у 600 тисяч разів швидше, ніж електричні арифмометри на базі різних реле. Обмін даними із зовнішніми пристроями (накопичувачами на перфокартах, перфострічках, а пізніше – на магнітних стрічках) відбувався вкрай повільно.

Програми для цих ЕОМ писалися «мовою нулів і одиниць» (мовою машинних кодів). Це було неймовірно складною та копіткою роботою, причому для кожного типу ЕОМ існувала своя мова програмування.

Приклади ЕОМ першого покоління:

9в СРСР: МЭСМ, БЭСМ-1, Стрела, Минск-1, БЭСМ-2;

9в інших країнах: EDVAC, EDSAC, IBM 701.

ЕОМ другого покоління з’явилися в 1955 році. Це було зумовлено появою напівпровідників та створенням на їх основі транзисторів (рис. 2.1.9), які замінили електронні лампи.

ЕОМ на транзисторній елементній базі докорінно змінили більшість уявлень про можливості та роботу ЕОМ. Значно зросла їх надійність, вони могли вже працювати впродовж кількох діб без перерви. Скоротилися витрати електроенергії, зменшилися розміри окремих пристроїв і всієї машини в цілому.

Рис. 2.1.9 Транзистори

Швидкодія ЕОМ другого покоління досягла 100 тисяч операцій за секунду, ємність внутрішньої пам’яті зросла до 300 Кбайт. Складнішою стала архітектура ЕОМ, з’явилися дисплеї та

накопичувачі на магнітних дисках.

У написанні програм стався перехід від машинних кодів до мов програмування низького рівня, які були більш універсальними. Це зробило програмування простішим і доступнішим. З’явилися перші операційні системи, які дали змогу автоматизувати процеси обміну даними між пристроями ЕОМ, спростили обмін даними між самою ЕОМ і користувачем.

Стрімко розширилося коло задач (математичних, статистичних, логічних та інших), для розв’язування яких почали використовувати ЕОМ.

Приклади EOM другого покоління:

9в СРСР: М-40, Урал-11, Минск-2, БЭСМ-6, Наири, Рута-110;

9в інших країнах: NEAC 2201, Atlas, IBM 1401, IBM 7090, PDP-1.

Період 1960-х років характеризується появою промислової технології створення інтегральних схем (ІС) (рис. 2.1.10) та їх широким застосуванням в електронній техніці.

Рис. 2.1.10 Інтегральні схеми (ІС)

Інтегральні схеми були покладені в основу ЕОМ третього покоління, які з’явилися в 1965 році. Швидкодія цих машин підвищилася до 10 мільйонів операцій за секунду, а ємність внутрішньої пам’яті розширилася до декількох Мбайт.

Для машин третього покоління характерна поява мов програмування високого рівня. За своєю структурою вони наблизилися до звичайної людської мови. Це спростило процес створення програм і спричинило появу великої кількості різноманітних прикладних програм.

Машини третього покоління почали активно використовувати для опрацювання графічних

і звукових даних. З’явилися перші персональні комп’ютери.

Завдяки використанню флеш-технологій вміст оперативної пам’яті не зникатиме при вимкненні комп’ютера, не потрібно буде витрачати час на підготовку його до роботи, ввімкнувши ком- п’ютер, відразу можна буде продовжити незавершену роботу.

Реальним стане голосове введення текстових даних, спілкування з комп’ютером стане природнішим і простішим.

7. Класифікація сучасної комп’ютерної техніки.

Для уявлення про різноманітність сучасних комп’ютерних систем наведемо їх класифіка-

цію за призначенням і швидкодією.

Суперкомп’ютери (рис. 2.1.11) – багатопроцесорні комп’ютерні системи, які призначені для розв’язування задач, що потребують великих обсягів обчислень.

Суперкомп’ютери використовуються для проведення складних обчислень в аеродинаміці, метеорології, фізиці високих енергій, під час проведення фундаментальних експериментів тощо.

Швидкодія подібних комп’ютерів – сотні трильйонів операцій за секунду, оперативна пам’ять досягає кількох десятків Тбайт.

Прикладом суперкомп’ютера є суперкомп’ютер Міністерства енергетики США, названий BlueGene/L, в якому використано 212 992 ядра та який виконує 478,2 трильйонів операцій за 1 с.

Виготовляються подібні комп’ютери за індивідуальними замовленнями або малими партіями. За останні роки в Україні також створено кілька суперкомп’ютерів для фундаментальних наукових досліджень. Найпотужнішими серед них є суперкомп’ютери Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України та Національного технічного університету України «Київський полі-

технічний інститут».

Рис. 2.1.11 Cуперкомп’ютер

Мейнфрейми (англ. Mainframe – великий комп’ютер, рис. 2.1.12).

Це універсальні, великі комп'ютери загального призначення.

Вони займали пануючі позиції на комп'ютерному ринку до 1980-х років.

Спочатку мейнфрейми були призначені для обробки величезних об'ємів інформації.

Мейнфрейми призначені для вирішення широкого класу науково-технічних завдань і є складними та дорогими машинами. Їх доцільно застосовувати у великих системах за наявності не менше 200 - 300 робочих місць.

Рис. 2.1.12 Мейнфрейм

Найбільшим виробником мейнфреймів була фірма IBM.

Мейнфрейми вирізняються винятковою надійністю, високою швидкодією, дуже великою пропускною здатністю пристроїв введення та виведення інформації. До них можуть під'єднуватися тисячі терміналів або комп'ютерів користувачів.

Мейнфрейми використовуються найбільшими корпораціями, урядовими установами, банками.

Середні комп’ютери – різноплановий за значеннями властивостей клас комп’ютерів, які містять від двох до кількох сотень процесорів і використовуються як головні комп’ютери (сервери) підприємств, банків, установ, організацій і т. д.

Швидкодія – до кількох сотень мільярдів операцій за секунду, оперативна пам’ять – до кількох десятків Гбайт.

Персональні комп’ютери – як правило, однопроцесорні комп’ютери, призначені для забезпечення потреб окремого користувача.

Виділяють декілька видів персональних комп’ютерів:

1)настільні (стаціонарні) комп’ютери (англ. desktop — робочий стіл, рис. 2.1.13). Вони призначені для роботи користувача на одному місці. Зазвичай вони більші та потужніші за інші типи персональних комп’ютерів. Настільні комп’ютери складаються з окремих компонентів. Основний компонент називається системним блоком – зазвичай це прямокутний корпус, який знаходиться на столі або під ним. Інші компоненти, такі як монітор, миша та клавіатура, підключаються до системного блока;

2)неттопи (англ. nettop, рис. 2.1.14). Слово «Nettop» утворене від «InterNET» та «desk-

TOP». Це маленькі, недорогі настільні комп'ютери, що використовуються для роботи, яка не потребує великих функціональних можливостей.

Порівняно зі стаціонарними комп'ютерами, неттопи мають ряд переваг:

-практично повна відсутність шуму та нагрівання під час роботи;

-низьке споживання електроенергії;

-малі габаритні розміри;

-наявність кріплення, яке дозволяє встановити неттоп де завгодно та підключити до нього будь-який монітор.

Порівняно зі стаціонарними комп'ютерами, неттопи мають такі недоліки:

-менші функціональні можливості;

-майже повна відсутність можливості модернізації;

3)моноблоки (рис. 2.1.15) - це комп'ютери, зібрані в одному єдиному блоці, всі елементи якого розміщені в корпусі монітора. Уявіть собі монітор, всередині якого знаходиться системний блок стаціонарного комп’ютера. Окремо розташовуються тільки елементи введення інформації та керування - клавіатура та миша. Зовні моноблок нагадує великий монітор завтовшки близько 4 см. Інша назва моноблоків All-in-one РС - персональний комп'ютер все в одному.

Порівняно зі стаціонарними комп'ютерами, моноблоки мають ряд переваг:

-малі габаритні розміри, відсутність з’єднувальних проводів;

-якісний екран (інколи - сенсорний);

-добра акустика;

-можливість роботи з аудіо/відеоінформацією;

-можливість роботи в якості як побутового пристрою, так і комп'ютера;

-зручність керування: пульт дистанційного керування, безпровідна клавіатура та миша.

Порівняно зі стаціонарними комп'ютерами, недоліки моноблоків аналогічні недолікам неттопів.

4)портативні комп’ютери (ноутбуки, рис. 2.1.16) забезпечують мобільність користувача, тобто можливість працювати з комп’ютером у різних місцях при відсутності постійного джерела живлення. Ноутбуки можуть працювати від батарей, тому їх можна взяти з собою куди завгодно. Сучасні ноутбуки за функціональністю не поступаються стаціонарним комп’ютерам. На відміну від настільних ПК, ноутбуки поєднують всі пристрої в одному корпусі. Коли екран не використовується, він опускається на клавіатуру. Ноутбуки мають пристрої для обміну даними, включаючи бездротові системи. Спрощений вид ноутбуків отримав назву нетбук;

5)кишенькові комп’ютери (КПК, рис. 2.1.17) достатньо малі, їх можна носити майже повсюди. Хоча кишенькові комп’ютери не такі потужні, як настільні комп’ютери або ноутбуки, вони можуть бути корисні для призначення зустрічей, збереження адрес і телефонних номерів, а також для комп’ютерних ігор. Деякі КПК мають розширені можливості, наприклад, здійснення телефонних дзвінків або доступ до Інтернету. Замість клавіатур кишенькові комп’ютери мають сенсорні екрани, які розпізнають дотик пальця або пера – стилуса (вказівник у формі олівця). Останнім часом намітилась тенденція

інтеграції кишенькових комп’ютерів і мобільних телефонів.

6)планшетні комп’ютери (рис. 2.1.18) - це мобільні комп’ютери, які поєднують особливості ноутбуків та кишенькових комп’ютерів. Як і ноутбуки, вони достатньо потужні. Як і кишенькові, планшетні комп’ютери обладнані сенсорними екранами, з якими можна працювати за допомогою стилуса або пальців, як з використанням, так і без клавіаури та миші. Також планшетні комп’ютери можуть перетворювати рукописний текст на друкований. Деякі планшетні комп’ютери мають універсальне рішення – екран, який обертається та відкриває приховану під ним клавіатуру.

Вбудовані комп’ютери (мікроконтроллери) – забезпечують автоматизацію певних функ-

цій сучасних пристроїв побутового та промислового призначення.

Вони є складовими частинами верстатів з числовим програмним керуванням, літаків, промислових роботів, автомобілів, пральних машин, холодильників, телевізійних та охоронних систем тощо.

Контрольні запитання.

1.Назвіть етапи розвитку інформаційних технологій.

2.Вкажіть часові рамки домеханічної епохи.

3.Вкажіть часові рамки механічної епохи.

4.Вкажіть часові рамки електромеханічної епохи.

5.Вкажіть часові рамки електричної епохи.

6.Які засоби опрацювання даних використовували в домеханічну епоху?

7.Які засоби опрацювання даних використовували в механічну епоху?

8.Які засоби опрацювання даних використовували в електромеханічну епоху?

9.Які засоби опрацювання даних використовували в електричну епоху?

10.Який найдавніший обчислювальний пристрій було створено в Стародавній Греції?

11.Як називали нащадки абаків в Україні та Росії?

12.Хто вперше ввів у практику логарифми?

13.Хто був винахідником логарифмічної лінійки?

14.Яка машина була першим механічним обчислювальним пристроєм?

15.Хто створив перший механічний калькулятор (арифмометр)?

16.Хто вперше використав перфокарти для керування роботою ткацьких верстатів?

17.Хто створив пробну модель різницевої машини?

18.Ким був створений проект аналітичної машини?

19.Які компоненти повинна була мати аналітична машина Беббіджа?

20.Кого вважають першим у світі програмістом?

21.Назвіть винахідника спеціальної двійкової алгебри.

22.Назвіть винахідника статистичного табулятора.

23.Назвіть рік заснування IBM Corporation.

24.Назвіть розробника електричної схеми на основі булевої алгебри.

25.Назвіть розробника двійкового суматора.

26.Який історичний фактор в середині ХХ ст. істотно вплинув на розвиток комп’ютерної техніки?

27.Хто був винахідником першої обчислювальної машини на електромеханічних реле?

28.Назвіть винахідників першого комп’ютера на електронних лампах.

29.Назвіть головного розробника обчислювальної машини Mark-1.

30.Для яких цілей призначалась обчислювальна машина Колос-1?

31.Скільки операцій за секунду виконувала електронна обчислювальна машина ENIAC?

32.Який вчений сформулював основні принципи побудови універсальної обчислювальної машини?

33.Як називався комп’ютер, побудований за принципами фон Неймана?

34.Під чиїм керівництвом була створена перша українська ЕОМ?

35.В якому році була створена перша українська ЕОМ?

36.Назвіть програміста, який розробляв програми для першої української ЕОМ.