2.1 История развития вычислительной техники

Стремительное развитие цифровой вычислительной техники (ВТ) и становление науки о принципах ее построения и проектирования началось в 40-х гг. XX в., когда технической базой ВТ стала электроника и микроэлектроника, а основой для развития архитектуры компьютеров (называемых ранее ЭВМ) – достижения в области искусственного интеллекта.

До этого времени вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных за пять столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.

Первым реально осуществленным механическим цифровым вычислительным устройством стала «Паскалина» великого французского ученого Блеза Паскаля (1642), которая представляла собой 6- или 8-разрядное устройство на зубчатых колесах, рассчитанное на суммирование и вычитание десятичных чисел.

Через 30 лет после «Паскалины» появился «арифметический прибор» Готфрида Вильгельма Лейбница – двенадцатиразрядное десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление.

В конце XVIII в. во Франции произошли два события, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники:

• изобретение Жозефом Жаккаром программного управления ткацким станком с помощью перфокарт;

• разработка Гаспаром де Прони технологии вычислений, разделившей численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой.

Указанные новшества позже были использованы англичанином Чарльзом Беббиджем, осуществившим качественно новый шаг в развитии средств ВТ – переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе. Им был разработан проект аналитической машины – механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830—1846). Машина состояла из пяти устройств: арифметическое (АУ); запоминающее (ЗУ); управления (УУ); ввода (УВВ); вывода (УВ).

Именно из таких устройств и состояли первые ЭВМ, появившиеся спустя 100 лет.

В 1870 г. (за год до смерти Беббиджа) английский математик Джевонс сконструировал первую в мире логическую машину, позволяющую механизировать простейшие логические выводы.

Создателями логических машин в дореволюционной России были Павел Дмитриевич Хрущев (1849-1909) и Александр Николаевич Щукарев (1884-1936).

Гениальную идею Беббиджа осуществил американский ученый ГовардАйкен, создавший в 1944 г. первый релейно-механический компьютер. Основные блоки (арифметики и памяти) были исполнены на зубчатых колесах.в 1934 г. немецкий студент Конрад Цузе решил сделать цифровую вычислительную машину с программным управлением. Им впервые в мире была использована двоичная система счисления. В 1937 г. на машине Z1 были произведены первые вычисления.

В том же 1937 г. Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированного компьютера, впервые в мире применив электронные лампы (300 ламп).

В 1942—43 гг. в Англии с участием Алана Тьюринга была создана вычислительная машина «Колоссус». Эта машина, состоящая из двух тысяч электронных ламп, предназначалась для расшифровки радиограмм германского вермахта.

Почти одновременно в 1949-52 гг. ученые Англии, Советского Союза и США создали ЭВМ с хранимой в памяти программой.

Выделяют пять поколений ЭВМ.

Первое поколение (1945-1954) характеризуется появлением техники на электронных лампах. Это эпоха становления вычислительной техники. Вес и размеры этих компьютеров были такими, что они нередко требовали отдельных зданий.

Во втором поколении (1955-1964) вместо электронных ламп использовались транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и барабаны – прототипы современных жестких дисков. Все это позволило сократить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали производиться на продажу.

Но главные достижения этой эпохи относятся к области программ. Во втором поколении впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой.

В третьем поколении (1965-1974)впервые стали использоваться интегральные схемы – целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (микросхемы). В то же время появлялась полупроводниковая память, которая и до настоящего времени используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.

Между тем количество элементов и соединений, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 1970-е гг. интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов.

В 1971 г. фирма Intel выпустила первый микропроцессор, который предназначался для только появившихся настольных калькуляторов. Это изобретение произвело в следующем десятилетии настоящую революцию. Микропроцессор является главной составляющей частью современного персонального компьютера.

Четвертое поколение (1975-1985) характеризуется небольшим количеством принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс шел в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, прежде всего, за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.

Самая главная новация четвертого поколения — это появление в начале 1980-х гг. персональных

Пятое поколение (1986 г. до настоящего времени) в значительной мере определяется результатами работы японского Комитета научных исследований в области ЭВМ, опубликованными в 1981г. Согласно этому проекту ЭВМ и вычислительные системы пятого поколения кроме высокой производительности и надежности при более низкой стоимости с помощью новейших технологий должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:

• обеспечить простоту применения ЭВМ;

• обеспечить возможность обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов;

• упростить процесс создания программных средств;

• улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества вычислительной техники;

• обеспечить разнообразие вычислительной техники, высокую адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации.