4. История возникновения и развития эвм. Основные типы компьютеров

Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники.

Компьютер – «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Принципиальное отличие компьютеров от арифмометров и других счетных устройств состоит в том, что арифмометры могут выполнять лишь отдельные операции (сложение, вычитание и т.д.), а компьютеры позволяют производить без участия человека сложные последовательности вычислительных операций по заранее заданной инструкции – программе. Кроме того для хранения данных компьютеры содержат память.

История компьютера тесным образом связана с попытками человека облегчить автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счётное устройство-абак. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчёты. В 1642 году Блез Паскаль сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шаль де Кальмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял своё место на бухгалтерских столах.

Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены ещё в 1833 английским математиком Чарльзом Бэббиджем. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчётов, где предугадал устройства современного компьютера, а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты-листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты использовались в текстильной промышленности. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путём.

Идеи Бэббиджа стали реально выполняться в жизнь в конце 19 века. В 1888 американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счётную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 изобретение Холлерита было использовано в 11-ой американской переписи населения. Работу, которую 500 сотрудников выполняли в течении семи лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах выполнил за один месяц.

В 1896 Герман Холлерит создал фирму COMPUTING TOBULATING RECORDING COMPANY, которая стала основой для будущей компании IBM (International Business Machines Corporation), внёсшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.

В 40-х годах XX в. сразу несколько групп исследователей повторили попытку Беббиджа. Так, в США в 1943 г. на одном из предприятий фирмы IBM Говарт Эйкен создал компьютер под названием “Марк – 1”, который работал на базе электромеханических реле. Это был монстр весом в 35 тонн.

«Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длинной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.

Но электромеханические реле работали недостаточно быстро, поэтому в это же время группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать компьютер ENIAK на основе электронных ламп, который работал в тысячу раз быстрее, чем “Марк – 1”. Её вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду.

В 1945 году к работе был привлечен математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. В своем докладе фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров.

И до сих пор подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман:

1. Принцип программного управления. Обработка данных производится в соответствии с заранее составленной программой.

2. Принцип дискретности представления и преобразования информации. Информация в ЗУ представляется в виде двоичных слов, а работа машины состоит из последовательности отдельных действий.

3. Принцип адресности. Для обозначения слов, хранящихся в памяти используются адреса – тоже двоичные слова, обозначающие номера соответствующих ячеек памяти.

4. Принцип единства команд и данных (операндов). Одно и то же машинное слово может являться и командой и операндом. Выполняемая словом функция зависит от того, где оно размещается управляющей программой.

5. Принцип обратной связи. При получении определенных сигналов порядок выполнения команд может быть изменен.

Машины на электронных лампах работали существенно быстрее, но сами электронные лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли предложили использовать изобретённые ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы-транзисторы. Использование транзисторов в качестве элементной базы компьютеров позволило во много раз уменьшить размеры ЭВМ. Так, если компьютеры, созданные на основе электронных ламп занимали огромные залы, то первый мини-компьютер, выпущенный фирмой Digital Equpment в 1965 г. был размером с холодильник.

Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC стал первым серийно выпускавшимся компьютером, а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США.

С активным внедрением транзисторов в 1950-х годах связано рождение второго поколения компьютеров. Один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп. В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров. В компьютерах стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, способные хранить большой объём информации.

В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (чипы),в которых все электронные компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки. Применение чипов в компьютерах позволяет сократить пути прохождения тока при переключениях, и скорость вычислений повышается в десятки раз. Существенно уменьшаются габариты машин. Появление чипа знаменовало собой рождение третьего поколения компьютеров.

К началу 1960-х годов компьютеры нашли широкое применение для обработки большого количества статистических данных, производства научных расчётов, решения оборонных задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена, сложность и дороговизна обслуживания больших вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 американской фирме DIGITAL EQUIPMENT выпустить миникомпьютер PDP-8 ценой в 20 тысяч долларов, что сделало компьютер доступным для средних и мелких коммерческих компаний.

В 1970 году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру. Сотрудник компании INTEL Эдвард Хофф создал первый микропроцессор, разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Интегральная схема была аналогична по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, размер которого не превышал 3 см.

В 1974 г. сразу несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя.

Важный вклад в развитие компьютеров был сделан фирмой IBM. В 1981 г. IBM выпустила компьютер IBM PC, в основу конструкции которого был заложен принцип открытой архитектуры. Фирма IBM не сделала свой компьютер единым неразъемным устройством и не стала защищать его конструкцию патентами. Наоборот, она собрала компьютер из независимо изготовленных частей и не стала держать спецификации этих частей и способы их соединения в секрете. Это привело к тому, что многие фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать компьютеры совместимые с IBM PC. Пользователи получили возможность самостоятельно модернизировать свои компьютеры и оснащать их дополнительными устройствами. Конкуренция производителей IBM PC-совместимых компьютеров привела к удешевлению и стремительному улучшению их характеристик, росту популярности IBM PC-совместимых компьютеров.

Несмотря на то, что IBM PC-совместимые персональные компьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их возможности по обработке информации все же ограничены и не во всех ситуациях их применение оправдано. Помимо IBM PC-совместимых персональных компьютеров существуют:

1. Супер-ЭВМ – это компьютеры, предназначенные для решения задач, требующих громадных объемов вычислений. Основные потребители супер-ЭВМ – военные, метеорологи, геологи и многие прочие ученые.

2. Мэйнфреймы или большие ЭВМ, созданные для обработки больших объемов информации. Отличаются исключительной надежностью, высоким быстродействием и очень большой пропускной способностью каналов ввода-вывода. К ним могут подключаться тысячи терминалов.

3. Мини-ЭВМ – это компьютеры, занимающие промежуточное положение между персональными компьютерами и мэйнфреймами.

4. Компьютеры типа Macintosh – это единственный сколько-либо распространенный вид персональных компьютеров, не совместимый с IBM PC.

5. Карманные компьютеры или личные электронные помощники – это небольшие компьютеры весом около 300-500 грамм.

6. Бытовые компьютеры, которые встроены в различные бытовые приборы и устройства, например, стиральную машину и т.д.