Главная страница
Навигация по странице:

  • 1.2 принципы фон Неймана

  • Устройства компьютера. Прежде всего компьютер должен иметь следующие устройства: арифметическо-логическое устройство

  • Принципы работы компьютера.

  • 1.3 Особенности современных компьютеров

  • Поколения ЭВМ. 1951

  • Механические машины (до 1940 г.) •Компьютеры на вакуумных электронных лампах (1943 – 1959 г.г.) •Транзисторные компьютеры (1959 – 1968 г.г.)

  • Цифровые оптические компьютеры (1990 г. – до наст. времени) •Фотонно-кристаллические компьютеры •Биокомпьютеры 1.4 Развитие программного обеспечения

  • К середине 60-х годов появились компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме

  • Burroughs

  • Intel

  • Microsoft

  • WordStar

  • 1. История ЭВМ и основные определения 1 История создания ЭВМ


    Скачать 3.38 Mb.
    Название1. История ЭВМ и основные определения 1 История создания ЭВМ
    АнкорLektsii_Alaluev_Gotovye.doc
    Дата18.08.2018
    Размер3.38 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаLektsii_Alaluev_Gotovye.doc
    ТипДокументы
    #21856
    страница1 из 23
      1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23

      11


    1. История ЭВМ и основные определения
    1.1 История создания ЭВМ

    Как был изобретен компьютер.

    Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно — сразу же, как только люди стали продавать и покупать товары. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Одно из первых устройств — абак, похожее на русские счеты, было создано около пяти тысяч лет назад в Вавилоне (на территории нынешних Ирана и Ирака). 

    Специальные числа.

    В 1614 г. шотландский математик Джон Непер (1550—1617) изобрел таблицы логарифмов. Принцип их заключается в том, что каждому числу соответствует свое специальное число — логарифм. Логарифмы очень упрощают деление и умножение. Например, для умножения двух чисел достаточно сложить их логарифмы. Результат находят в таблице логарифмов.

    Старинный калькулятор.

    В 1642 г. французский математик Блез Паскаль (1623—1662) скон­струировал счетное устройство, чтобы облегчить труд своего отца — налогового инспектора, которому приходилось делать немало сложных вычислений. Данное устройство представляло собой смонтированную в деревянном корпусе систему зубчатых колес вращающих наборные диски с цифрами. Результат вычислений считывался в специально прорезанных в корпусе окошечках. Веря, что это изобретение принесет удачу, отец с сыном вложили в создание своего устройства большие деньги. Но против счетного устройства Паскаля выступили клерки — они опасались потерять из-за него работу, а также работодатели, считавшие, что лучше нанять дешевых счетоводов, чем покупать дорогую машину.

    В 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия — счетчик — человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно — даже десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и месяцев. Причина проста — при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

    В 1833 г. английский математик Чарльз Бэббидж детально разработал проект аналитической машины ("вычислительного помощника"). Чарльз Бэббидж (1792-1871) был сыном богатого банкира из Девона (Англия) и очень талантливым математиком. Он обнаружил погрешности в таблицах логарифмов



    Рисунок 1.1 - 1834 г. Машина Баббиджа 25 тыс. деталей 17470 ф.с.

    Непера и в 1821 г приступил к разработке своей вычислительной машины. Это было очень сложное, большое устройство Оно предназначалось для автоматического вычисления логарифмов. Особенно трудно, оказалось, добиться точных расчетов. Британское правительство десять лет финансировало работы Бэббиджа, но затем потеряло к нему доверие и прекратило давать деньги. Следующей работой Бэббиджа как раз и стало создание аналитической машины, которая должна была стать первой универсальной вычислительной машиной выполняющей вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в это время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии — память). Бэббиджу помогала математик Ада Ловлас (1815—1852) - первый программист леди. Она создала для машины несколько программ, которые хранились на специальных перфорированных картах. Последние 37 лет жизни Бэббидж посвятил усовершенствованию аналитической машины. Он вкладывал в ее создание большие деньги и тяжело переносил полное отсутствие интереса со стороны общественности к своим работам. Умер Бэббидж в 1871 г, так и не закончив свой труд. Его машина намного опережала технические возможности своего времени, и довести ее создание до конца было практически невозможно, однако он разработал все основные идеи.

    В XIX в. в США перепись населения проводилась каждые 10 лет. С ростом населения это стало весьма сложным процессом. Так, в 1887 г чиновники все еще подводили итоги переписи 1880 г. Многие разрабатывали методы более быстрого подсчета итогов. Победу в этом соревновании одержал инженер Герман Холлерит (1860 — 1929). Он создал электрическую счетную машину, табулятор. Данные о каждом жителе хранились на особой перфокарте. Расположение и число отверстий соответствовало таким сведениям, как возраст, семейное положение и т. д. Карта вставлялась в машину, где на нее нажимали концы проводов. Когда провод попадал на отверстие, он замыкал цепь тока и счетчик передвигался на одно деление. Изобретение Холлерита настолько ускорило методы обработки данных, что итоги переписи 1890 г. были подведены всего через 6 недель

    Электронные счетные машины

    В 1937 г. Алан Тьюринг предложил универсальную схему вычислений. Его результаты были сформулированы в терминах гипотетической "машины" с удивительно простой структурой, которая обладала всеми необходимыми признаками универсальной вычислительной машины.

    В 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX в. - электромеханических реле - смог построить на одном из предприятий фирмы IBM (InternationalBusinessMachinecorp.) вычислительную машину под названием «Марк-1». Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.

    В 1946 г.Джон П. Экерт (род. 1919) и Джон В. Могли (1907-1980) разработали один из первых компьютеров для армии США-ENIAC (электронный числовойинтегратор и калькулятор) на электронных лампах.

    Рисунок 1.2 - ENIAC - первый цифровой ламповый компьютер Electronic Numerical Integrator and Computer 1944 (18000 электронных ламп 70000 резисторов 160 кВт потребляемая мощность)

    По сравнению с современными ЭВМ он был очень громоздок - занимал целый зал и при этом выполнял гораздо меньше операций. ENIAC работал в 1000 раз быстрее чем «Марк-1», однако, для задания программы приходилось в течении нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить этот процесс, Могли и Экерт стали конструировать ЭВМ, которая могла бы хранить программу в своей памяти.

    В 1945 г. к работе Могли и Экерта был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.



    Рисунок 1.3 - Джон Фон Нейман (1903-1957) Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC)

    В 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом был построен первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана.

    Технология ЭВМ постепенно совершенствовалась, габариты компьютеров уменьшались, а их возможности увеличивались. На первых компьютерах применялись электронные лампы. В 1948 г их заменили транзисторы, которые изобрели трое американских ученых - Джон Бардин (род. 1908), Уолтер Браттэйн (1902-1987) и Уильям Шокли (1910-1989). За свое изобретение они получили в 1956 г Нобелевскую премию по физике. В наши дни компактные калькуляторы и компьютеры используют микросхемы, состоящие из многих тысяч транзисторов. Они стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.   

    1.2 принципы фон Неймана

    В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации.
    Устройства компьютера.

    Прежде всего компьютер должен иметь следующие устройства:

    • арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции; 

    • устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;  

    • запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;  

    • внешние устройства для ввода-вывода информации.

     

    • Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек.

    • в каждой ячейке могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ.  

    • Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

    Вот каковы должны быть связи между устройствами компьютера (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные - информационные):



    Рисунок 1.4 - Устройство компьютера.

    Принципы работы компьютера.

    В общих чертах работу компьютера можно описать так:          

    • с помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

    • Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая команда (инструкция) программы, и организует ее выполнение.

    • Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой.

    Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Это позволяет организовать выполнение одной и той же последовательности команд в программе много раз (цикл) и создавать достаточно сложные программы (ветвление).

    • Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода.

    • Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит в режим ожидания сигналов от внешних устройств.    

     

    1.3 Особенности современных компьютеров

    схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше.

    • Арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор.

    • Процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера — прерываний.

    • Параллельная обработка данных на нескольких процессорах.  



    Поколения ЭВМ.

    1951 г. - Начато массовое производство компьютера UNIVAK I. Появилось первое поколение ЭВМ. Элементная база - электронные лампы, ртутные линии задержки, запоминающие ЭЛТ, магнитные барабаны и сердечники.

    1960 г. - Появление второго поколения ЭВМ. Элементная база - транзисторы. Период широкого внедрения ЭВМ общего назначения.

    1970 - 1975 г.г. - Почти одновременно появились третье и четвертое поколения ЭВМ. Элементная база - ИС, БИС, СБИС.  

    Существует и другая классификация поколений ЭВМ

    Механические машины (до 1940 г.)

    Компьютеры на вакуумных электронных лампах (1943 – 1959 г.г.)

    Транзисторные компьютеры (1959 – 1968 г.г.)

    Компьютеры на интегральных схемах (1969 – 1977 г.г.)

    Комьютеры на больших интегральных схемах (1978 – 2008 г.г.)

    Цифровые оптические компьютеры (1990 г. – до наст. времени)

    Фотонно-кристаллические компьютеры?

    Биокомпьютеры?
    1.4 Развитие программного обеспечения

    первые компьютеры - машинный язык, т.е. в кодах, непосредственно воспринимаемых компьютером. Это было очень тяжелой, малопроизводительной и кропотливой работой, в ходе которой можно было весьма легко ошибиться.

    Начало 50-х годов - появление языков низкого уровня -ассемблер. Позволяет писать программы не на машинном языке, а с использованием мнемонических обозначений машинных команд, имен точек программы и т.д. Программы на ассемблере очень просто переводятся в машинные команды, это делается с помощью специальной программы, которая также называется ассемблером. Ассемблер и сейчас часто используется при программировании в тех случаях, когда требуется достичь максимального быстродействия и минимального размера программ либо наиболее полно учесть в программе особенности компьютера. Однако написание программ на языке ассемблера все же весьма трудоемко.

    1955 г. - появление языков програм­мирования высокого уровня. Программы на языках высокого уровня либо преобразуются в программы, состоящие из машинных команд (это делается с помощью специальных программ, называемых трансляторами или компиляторами), либо интерпретируются с помощью программ-интерпретаторов. Языки высокого уровня позволили значительно упростить процесс написания программ, так как они ориентированы на удобство описания решаемых с их помощью задач, а не на особенности какого-то конкретного компьютера. Первый коммерчески используемый язык программирования высокого уровня Фортран был разработан в 1958 г. в фирме ЭBM под руководством Джона Бэкуса. Этот язык был предназначен, прежде всего, для научных вычислений и он (в усовершенствованном варианте) до сих пор широко используется в данной области. Для других применений было разработано множество различных языков высоко­го уровня, но широкое распространение получили лишь немногие из них, в частности Си и Си++, Паскаль, Бейсик, Лого, Форт, Лисп, Пролог и др.

    С 1966 г. - почти все средние и большие ЭВМ работали под управлением ОС.

    70-е годы - появление систем с разделением времени и компьютерных сетей.  

     


    1.5 История ПЭВМ

    Компьютеры 1-го и 2-го поколений были очень большими устройствами - огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием. Все это стоило очень дорого, поэтому компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям. Однако в борьбе за покупателей фирмы, производившие компьютеры и электронное оборудование для них, стремились сделать свою продукцию быстрее, компактнее и дешевле. Благодаря достижениям современной технологии на этом пути были достигнуты поистине впечатляющие результаты. К середине 60-х годов появились компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме DigitalEquipment выпустить в 1965 г. первый миникомпьютер PDP—8 размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол. Но к тому времени был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров.

    В 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов.

    В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами.

    В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах.

    В 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В том же году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру - Маршиан Эдвард Хофф из той же фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ.

    Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в конце 1970 г. Конечно, возможности Intel-4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, - он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита одновременно).

    В 1973 г. фирма Intelвыпустила 8-битовый микропроцессор Intel-8008.

    В 1974 г. - его усовершенствованную версию Intel-8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микро­компьютерной индустрии.

    Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах.

    В 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 компьютера, т.е. устройства, выполняю­щего те же функции, что и большая ЭВМ.

    В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый компьютер Альтаир-8800, построенный на основе микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер, разработанный фирмой MITS, продавался по цене около 500$. Хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом.

    В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовало популярности компьютеров.

    Успех фирмы MITS заставил многие фирмы также заняться производством персональных компьютеров. Появилось и несколько журналов, посвященных персональным компьютерам. Компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых применений. Появились и коммерчески распространяемые программы, например программа для редактирования текстов WordStar и табличный процессор VisiCalc (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти (и многие другие) программы сделали для Делового мира покупку компьютеров весьма выгодным вложением денег: с их помощью стало возможно значительно эффективнее выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т.д. В результате оказалось, что для многих организаций необходимые им расчеты стало возможно выполнять не на больших ЭВМ или мини ЭВМ, а на персональных компьютерах, что значительно дешевле.

     
      1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23
    написать администратору сайта