Лекция №3

Международный факультет прикладных информационных технологий

Бакалавриат «Информатика и вычислительная техника»

Технические средства информатики

Краткая историческая справка о развитии вычислительной техники 1

Классификация компьютеров по элементной базе 2

Автоматизация вычислений 4

Автоматический ткацкий станок Жаккара 4

Разностно-аналитическая машина Чарльза Бэббиджа 5

Memex Ванневера Буша 5

Компоненты современного компьютера 6

Центральный процессор 6

Уровни кэш памяти 7

Математический сопроцессор 8

Внутренняя память 8

Внешняя память 9

Запоминающие устройства 10

Носители информации 11

Периферийные устройства 11

Устройства ввода данных 11

Устройства отображения 13

Устройства вывода данных 14

Устройства позиционирования 16

Конструктивное исполнение персонального компьютера 16

Порты 17

Вопросы 19

Краткая историческая справка о развитии вычислительной техники

Компьютеры или электронные вычислительные машины (ЭВМ) появились более шестидесяти лет назад. Первый компьютер ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) был спроектирован Джоном Мокли (John Mauchly) и Преспером Эккертом (Presper Eckert) в 1945 г. в Пенсильванском университете, США. Компьютер ENIAC первоначально предназначался для проведения баллистических расчетов в период второй мировой войны, однако его работы над ним были завершены после войны. Вплоть до начала 50-х годов она активно использовалась для научных расчетов. В Европе первый компьютер был создан в 1947 г. в Великобритании. В Советском Союзе первая ЭВМ МЭСМ (малая электронная счетная машина) была создана в 1946-48 г.г. коллективом ученых, возглавляемых академиком Сергеем Алексеевичем Лебедевым в Киеве в местечке Феофания. «Таким образом, это почти одновременные события. Причем дата условная, на самом деле первые шаги в России были сделаны раньше»¹. Подробности создания советских ЭВМ излагаются в замечательной книге Б. Н. Малиновского «История компьютерной техники в лицах».

Классификация компьютеров по элементной базе

Существует множество классификаций компьютеров, а самой распространенной является классификация по элементной базе. Именно изменения в элементной базе влекут изменение наиболее критической характеристики компьютеров - их быстродействия, т.е. количества операций в секундах, которые выполняет компьютер. Ввиду этого в нижеследующем тексте не оговаривается отдельно, что при переходе от поколения к поколению неуклонно происходит рост на порядки быстродействие компьютеров.

Элементной основой компьютеров первого поколения являлись электронно-вакуумные лампы. Основные недостатки машин первого поколения: большое потребление энергии, чрезмерная громоздкость; незначительный объем оперативной памяти; низкая надежность; слабое развитие программного обеспечения, в частности, операционных систем и систем программирования. Вследствие этого использование компьютерных ресурсов было малоэффективным. Программы писались в машинных кодах и отлаживалась за ее пультом. В таком режиме работы большую часть времени компьютер простаивал в ожидании команд.

Компьютеры второго поколения появились в конце 50-х годов. Их элементной базой являлись транзисторы. Это позволило увеличить плотность монтажа электронной аппаратуры, снизить потребляемую электроэнергию, повысить надежность и увеличить срок службы машин. Программное обеспечение компьютеров второго поколения включает в свой состав ряд трансляторов с алгоритмических языков высокого уровня (Алгол, Фортран и др.), пакеты стандартных программ, различные сервисные программы. Задания для компьютера формируются на внешних носителях, например, перфокартах и собираются в пакеты для более эффективного использования машинных ресурсов. Этот режим работы компьютера называется пакетным. Примерами таких отечественных ЭВМ являются Минск-32, НАИРИ, МИР, БЭСМ-6. Типичным примером зарубежной ЭВМ второго поколения является IBM-7090.

Компьютеры третьего поколения (конец 60-х - начало 70-х годов) выполнялись на больших интегральных полупроводниковых схемах (БИС). Компьютеры третьего поколения имели развитое программное обеспечение, широкий спектр периферийных устройств (алфавитно-цифровые терминалы, графопостроители и т.д.). Радикально меняется принцип использования компьютерных ресурсов, появляется так называемый режим разделения времени или мультипрограммный режим работы. В основе этого принципа лежит идея квантования времени для обслуживания пользователей, одновременно использующих компьютер, что позволяет эффективно использовать имеющиеся ресурсы, создавая иллюзию у каждого конкретного пользователя монопольного владения компьютером. Появляется понятие семейства программно-совместимых компьютеров, что обеспечивает возможность переноса на новые модели компьютеров программного обеспечения созданного для старых членов этого семейства компьютеров. В результате возросшего быстродействия стало возможным стереть разницу между основной и внешней памятью и реализовать концепцию одноуровневой или виртуальной памяти. Данная концепция появилась в начале 60-х годов на компьютере Atlas в университете Манчестера (США). Согласно этой концепции внешняя память может расширять основную память на основе страничного обмена данными между ними. Концепция одноуровневой памяти оказала основополагающее влияние на конструирование компьютеров четвертого поколения. В компьютерах третьего поколения произошло перераспределение функций между программной и аппаратной частями, т.е. многие функции, которые в компьютерах второго поколения могли быть реализованы лишь программным путем, в компьютерах третьего поколения возложены на аппаратуру. Первым компьютером третьего поколения был компьютер IBM/360, явившийся прообразом компьютеров третьего поколения, выпущенных позднее в ряде стран. В СССР была создана Единая Система ЭВМ (ЕС ЭВМ) имеющая архитектура сходную с IBM/360- IBM/370.

Компьютеры четвертого поколения (конец 70-х - начало 80-х г.г.) проектировались на сверх-больших интегральных схемах (СБИС). Наиболее крупным достижением этого этапа стало использование микропроцессоров, и как следствие, ненужность специальных помещений, системы вентиляции, специального оборудования для электропитания для эксплуатации компьютеров. В 1971 году Эдвард Хофф (Edward Hoff) создал первый микропроцессор Intel 4004, разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Микропроцессор дал возможность создать компьютеры четвертого поколения, которые помещались на письменном столе пользователя.

В 1966 году Дуглас Энгельбарт (Douglas Engelbart) из исследовательского института Стэнфорда, представляет систему, состоящую из буквенной клавиатуры, цифрой клавиатуры, мышки и программы, поддерживающей вывод информации на экран в разных «окнах». На демонстрации показывают текстовый редактор, систему, разрешающую строить ссылки на информацию и программу для коллективной работы.

В 1968 году компания Honeywell (CША) выпускает устройство Kitchen Computer H316, являющееся первым домашним компьютером.

В 1972 году фирма Atari (США) выпускает первую в мире промышленную телеприставку, получившую начало эпохи домашних компьютеров, имеющих цветное изображение, возможности расширения.

В СССР персональный компьютер был создан в СССР в 1968 году конструктором из Омска Арсением Анатольевичем Гороховым. В авторском свидетельстве, патент №383005 подробно описан «программирующий прибор», или как его тогда называл изобретатель - «интеллектор». На промышленный образец денег не дали. Изобретателя попросили немного подождать. Он и подождал, пока в очередной раз за рубежом не изобрели отечественный «велосипед».

Прибор в чертежах включал в себя: монитор, отдельный системный блок с жестким диском, материнской платой, памятью, видеокартой и прочей  начинкой. Не было только «мышки». Этот прибор имел устройство для решения автономных задач и персонального общения с ЭВМ. Изобретение в соответствии с Международной патентовой классификацией было названо: «Устройство для задания программы воспроизведения контура детали».

В это же время им был разработан и графопостроитель — плоттер (который тоже официально — вполне чужое изобретение). Сегодня у Арсения Анатольевича более 20 авторских свидетельств. В свое время он на два года раньше Рубика придумал знаменитую ныне на весь мир «Змейку».

Первый персональный компьютер серийного производства Altair был создан в 1975 году на основе микропроцессора Intel 8080. Altair создал Эдвард Робертс (Edward Roberts). С созданием персонального компьютера компьютер перестал быть элитарным орудием труда, требующим высокой квалификации от тех, кто его использует. Компьютер во все большей степени стал обретать черты бытовой техники, что потребовало от каждого человека умения с ним работать. Компьютер стал рассматриваться как инструмент конечного пользователя, а компьютерная грамотность – как вторая грамотность.

С 1999 года начал действовать международный сертификационный стандарт «Спецификация PC99», разработанный совместно Microsoft и Intel. Он регламентирует принципы классификации персональных компьютеров и оговаривает минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. Новый стандарт устанавливает следующие категории персональных компьютеров:

• Consumer PC (массовый ПК);

• Office PC (деловой ПК);

• Mobile PC (портативный ПК);

• Workstation PC (рабочая станция);

• Entertainment PC (развлекательный ПК).

Согласно спецификации PС99 большинство персональных компьютеров, присутствующих сейчас на рынке попадают в категорию массовых ПК. Для деловых ПК минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие средств связи для удаленного доступа. В категории рабочих станций повышены требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК - к средствам воспроизведения графики и звука.

Суперкомпьютеры. Фильм «Наука 2.0. Радиолокация», На радиолокационной станции ДОН-2 работают ЭВМ «Эльбрус-2»