І. Теоретичні відомості

1.1. Коротка історія розвитку комп’ютерної техніки

Вже на початку своєї історії людство зустрілося з потребою виконання певних обчислень (наприклад, у торгових і мінових операціях) і зробило перші спроби полегшити цей процес. Спочатку виконувався рахунок “на пальцях”, а потім їм на заміну прийшли патички, камінці, мушлі або кісточки на шнурочку (які називалися “калькулі” – це прототип відомої нам рахівниці). З часом, з метою можливості запам’ятовування та опрацювання чисел, були створені способи рахування на бирках, зарубках, вузлах та ін.

Широке застосування у стародавніх народів отримали спеціальні рахункові пристрої:

• абак, винайдений у Вавілоні біля 3000 тис. років до н. е., широко застосовувався у країнах навколо Середземного моря. Мав вигляд дошки, яку посипали піском і робили у ньому лунки для різних розрядів чисел, а потім камінцями у лунках формували числа. Для виготовлення застосовувалися висушена глина (Месопотамія), дерево (дошка з острова Саламин, що поблизу Афин), мармур (у Римі).

• серобан у Японії,

• суан-пан застосовувався у Китаї приблизно за 500 років до н. е.

У перелічених пристроях камінці, зернятка або кісточки, що розміщені на визначених місцях (колонках або рядках), мають різне числове значення, тобто у них використовувалася позиційна система числення.

Починаючи з XVII сторіччя, коли закладалися наукові основи сучасних наук – фізики і хімії, математики і астрономії, з'являються лічильні пристрої, основою яких є механізм, побудований на зубчастих колесах і ступінчастих валиках. Такі пристрої, що називалися “арифмометр” випускалися серійно з кінця XIX і до середини XX сторіччя.

У 1832 році англійський математик, профессор Кембріджського університету Чарльз Беббідж (Charles Babbage, 1792 – 1871), винахідник спідометра, розробив і сконструював різницеву машину. Ця механічна машина могла тільки додавати і віднімати, оперувала шестирозрядними числами і різницями другого порядку. ЇЇ використовували для обчислення таблиць чисел для морської навігації. У машину був закладений тільки один алгоритм – метод кінцевих різниць з використанням поліномів.

У 1836 році Беббідж розробляє проект „аналітичної машини”. У проекті машини пропонувалися такі пристрої:

- три зчитувача з перфокарт для введення програм і даних (пристрій введення даних);

- пристрій збереження інформації – пам’ять (за Беббіджем – „комора”) на п’ятдесят 40-розрядних чисел;

- два акумулятори для збереження проміжних результатів;

- пристрій для виконання операцій над числами, які беруться із „комори”, що називався „млин” або „фабрика”, цей пристрій тепер прийнято називати „центральним процесором”;

- для керування послідовністю операцій і їх виконанням слугував пристрій керування, який використовував перфокарти;

- пристрій виведення результатів шляхом видавлювання їх стальним штампом на мідній пластині. Звідси починають свій шлях різноманітні друкуючі пристрої.

Перевагою аналітичної машини було те, що вона могла обчислювати різні задачі. У проект закладено також і елементи програмування - зміст інструкцій передбачалося задавати шляхом позиціонування металевих штирів у циліндрі з отворами. У програмуванні машини передбачена концепція умовного переходу. За оцінками автора, сумування повинно було займати 3 сек., а множення і ділення – 2-4 хвилини.

Ідеї проекту вважаються найважливішим моментом „механічної” епохи. Вони випередили епоху Беббіджа майже на сто років. Очевидно, що в умовах XIX сторіччя, неможливо було виготовити тисячі шестерен з необхідною точністю та за відносно короткий проміжок часу відлагодити весь механізм. Але навіть і сьогодні більшість сучасних комп’ютерів за будовою подібні до аналітичної машини. Саме тому відлік історії комп’ютерів починають з проекту Беббіджа.

Наприкінці XIX сторіччя у зв'язку з розвитком науки та техніки потреба у лічильних машинах настільки виросла, що її перестали задовільняти не лише арифмометри, але й інші механічні лічильні пристрої. Оскільки до того часу достатньо добрий розвиток отримала теорія електрики, перспективним напрямком розвитку лічильних (обчислювальних) машин стало використання у них електричних, електромеханічних, а пізнішеше й електронних компонентів.

Розвиток науки і техніки, промисловості і суспільства висунуло проблему створення класу машин, які повинні допомогти людині орієнтуватися у потоці сигналів і відомостей, тобто у потоці інформації. Сьогодні ми розуміємо, що вміння людини накопичувати, зберігати, перетворювати і передавати інформацію є запорукою його успішної еволюції. Машини нового типу, призначені для здійснення процесів обробки, збереження і перетворення інформації – це комп’ютери, які ще називають інформаційними машинами.

В основу роботи комп’ютерів покладені певні закономірності та особливості, які є предметом вивчення курсу “Організація та функціонування комп’ютерів”.