История развития вычислительной техники.

Историю развития автоматических вычислительных машин можно условно разделить на три этапа:

• создание механических и электромеханических вычислительных машин;

• создание электронных устройств;

• создание микропроцессорной техники.

Этап механических вычислительных устройств начался приблизительной в XVII веке.

В 1642 году французский математик, физик и философ Блез Паскаль (1623 – 1662) разработал компактное суммирующее устройство – «Паскалина» - выполнявшее лишь одно арифметическое действие - сложение.

В 1673 году немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм фон Лейбниц (1646 – 1717) демонстрирует механический калькулятор – «арифметическую машину» - которая в отличие от машины Блеза Паскаля способна выполнять все четыре арифметических действия – сложение, вычитание, умножение и деление.

В дальнейшем Готфрид Вильгельм фон Лейбниц выдвинул идею применения в логике математической символики, сформулировал принципиальные свойства логического сложения и логического умножения, отрицания, тождества, предложил использовать двоичную систему счисления для целей вычислительной математики.

В 1745 году французский механик и изобретатель Жак де Вокансон (1709—1782) публикует статью с предложением использовать перфокарты для автоматического управления ткацким станком и впоследствии изготавливает опытный образец первого в мире полностью автоматизированного станка.

В 1801 году мастер-ткач и изобретатель Жозеф Мари Жаккар (1752—1834 г.) впервые применил перфокарты для автоматизации ткацкого станка, реализовав, таким образом, идею Жака Вокансона. Благодаря этому один станок мог производить самые разнообразные ткани и узоры. Алгоритм, по которому работала машина, можно было легко изменять и на одном станке производить множество разных типов тканей.

В 1833 году профессор математики Кембриджского университета Чарльз Бэбидж (1792 - 1871) начинает разработку «аналитической машины» — усовершенствованной автоматизированной (механической) счётной машины, которая выполняла инструкции, считываемые с перфокарт. Вывод результата осуществлялся на перфоратор и печатающее устройство. По существу это первый в мире компьютер общего назначения.

Из-за сложности конструкции машины и трудоёмкости её изготовления работа Чарльза Бэбиджа так и не была закончена при его жизни. Тем не менее, успешные эксперименты с несколькими готовыми секциями подтвердили правильность и высокий уровень прогрессивного проекта Чарльза Бэбиджа.

Чарльз Бэбидж признан мировым сообществом как «родоначальник современного (программируемого) компьютера».

В 1843 году английский математик Ада Августа Лавлейс (1815 – 1852) предложила и впоследствии разработала программу для «аналитической машины» Чарльза Бэбиджа. Именно она ввела в употребление термины «цикл» и «рабочая ячейка». Ада Августа Лавлейс признана основоположницей науки о программировании, первым в мире программистом.

В 1847 английский математик и логик Джордж Буль (1815 - 1864) опубликовал памфлет «Математический анализ логики», в котором высказал идею, что логика более близка к математике, чем к философии. В 1854 он опубликовал работу «Исследование законов мышления, базирующихся на математической логике и теории вероятностей», в которой окончательно сформулировал основы математической логики. Эти работы дали рождение алгебре логики, или булевой алгебре.

Джордж Буль первым показал, что существует аналогия между алгебраическими и логическими действиями, так как и те, и другие предполагают лишь два варианта ответов — истина или ложь, нуль или единица.

Он придумал систему обозначений и правил, пользуясь которыми можно было закодировать любые высказывания, а затем манипулировать ими как обычными числами.

Булева алгебра располагала тремя основными операциями — И, ИЛИ, НЕ, которые позволяли производить сложение, вычитание, умножение, деление и сравнение символов и чисел. Таким образом, Джорджу Булю удалось подробно описать двоичную систему счисления.

В значительной степени благодаря работам Лейбница и Буля сегодняшние компьютеры выполняют все логические операции.

В 1938 американский инженер и математик Клод Шеннон (1916 – 2001) защитил докторскую диссертацию, в которой разработал принципы логического устройства компьютера, соединив булеву алгебру с работой электрических схем.

Благодаря этому открытию булева алгебра могла быть использована как способ организации внутренних операций компьютера, способ организации логической структуры компьютера. Эта работа стала поворотным пунктом в истории развития современной информатики и вычислительной техники.

В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе (1910 – 1995) создал электромеханическую машину «Z-1» с программой на перфоленте, которая в отличие от своих предшественниц оперировала не десятичными, а двоичными числами, имела блоки механической и адресной памяти.

В 1941 году Конрад Цузе создал машину «Z-3» - первая полнофункциональная программно управляемая и свободно программируемая в двоичном коде с плавающей точкой рабочая вычислительная машина[1], обладающая всеми свойствами современного компьютера. Машина представляла собой двоичный вычислитель с ограниченной программируемостью, выполненный на основе телефонных реле. На таких же реле было реализовано и устройство хранения данных. Их общее количество составляло около 2200. Порядок вычислений можно было выбрать заранее.

Именно эту машину сегодня считают первым, реально работающим программируемым компьютером.

В 1945-46 гг. Конрад Цузе разработал первый алгоритмический язык программирования Планкалкюль (Plankalkuel - от plan calculus).

В 1945 году американский математик и физик Джон фон Нейман (1903 – 1957) в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства» изложил систему принципов построения и функционирования компьютера, впоследствии получивших название «принципов фон Неймана»:

1. Принцип двоичного кодирования - Для представления данных и команд используется двоичная система счисления.

2. Принцип однородности памяти - Как программы (команды), так и относящиеся к программам данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресуемости памяти - Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка; память внутренняя.

4. Принцип последовательного программного управления - Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой, в последовательности, определяемой программой.

5. Принцип жесткости архитектуры - Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Согласно принципам Джона фон Неймана, компьютер должен иметь следующие устройства (аппаратную архитектуру):

арифметическо-логическое устройство — для непосредственного осуществления вычислений и логических операций.

устройство управления — для организации процесса управления программ.

запоминающее устройство (память) — для хранения программ и информации.

Фон-неймановская архитектура компьютера считается классической, на ней построено большинство компьютеров. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

Следующий этап развития вычислительной техники связан с появлением и развитием электронных вычислительных устройств.

В 1946 году в университете города Пенсильвания (США) была создана первая универсальная ламповая ЭВМ – ENIAC (от английского Electronic Number Integrator And Computer – электронный числовой интегратор и компьютер). Это был первый электронный цифровой компьютер, который допускал перепрограммирование и мог использоваться для решения различных задач.

С появлением таких машин историю развития вычислительной техники принято делить на поколения, в соответствии с применяемой в них элементной базой:

I поколение –электронные лампы.

II поколение – транзисторы.

III поколение – интегральные схемы (микросхемы).

IV поколение – микропроцессоры (большие и сверхбольшие интегральные схемы).

Микропроцессоры положили начало третьему этапу развития вычислительной техники – созданию микропроцессорной техники.

Первый микропроцессор был выпущен в 1971 году американской фирмой Intel.

В 1976 году компания «Apple Computer» выпустила первый серийный персональный компьютер (ПК) Apple-1, а в 1977 году – Apple-2.

В 1980 году корпорация IBM выпустила известный ПК получивший название IBM PC (Personal Computer).