История развития вычислительной техники докомпьютерной эпохи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Нижегородской области

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «САРОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ ИМЕНИ ДВАЖДЫ ГЕРОЯ СОЦИАЛИСТИЧЕСКОГО ТРУДА БОРИСА ГЛЕБОВИЧА МУЗРУКОВА»

ПРОЕКТ

по дисциплине Информатика

Тема проекта: «История развития вычислительной техники докомпьютерной эпохи»

Разработал студент

Бармин Игорь Викторович

Курс 1 Группа ПО1-01

Специальность СПО 40.02.01

Право и организация социального обеспечения

Руководитель проекта

Зубова Н.В.

преподаватель информатики

Саров

2021 г.



Содержание

Введение

1. Периоды истории вычислительной техники

2. Первые вычислительные приборы

3. Механический период

4. Автоматическая обработки информации

5. Первая программистка

6. Электромеханический период

7. Счетно-перфорационная техника

8. Идеи Клода Шеннона

9. Машины К. Цузе

10. Машины Дж.Стибица

11. Машины Г.Эйкена

12. Электронный период

13. Первые разработки электронного периода

14. Архитектура фон Неймана

15. Характерные черты первых ЭВМ

Заключение

Список используемых источников



Введение

Современная история вычислительной техники связана с постоянным развитием электроники в результате чего персональный компьютер имеется у каждого дома. Более интересен вопрос о том, что предшествовало появлению этого устройства, какие предпосылки способствовали дальнейшему развитию и совершенствованию первых машин, прародителей компьютеров.

Известный философ И. В. Гете говорил, что история техники и есть сама техника. Появление компьютеров (от англ. cлова Compute - вычислять) - одна из существенных особенностей современного мира. Первоначальный смысл английского слова «компьютер» - это человек, производящий расчеты. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стали изучать основы вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось из рабочего инструмента специалиста в элемент культуры. При этом история развития средств инструментального счета известна в значительно меньшей степени.

Цель данной работы - охарактеризовать специфику периода развития вычислительной техники докомпьютерной эпохи, определить место и роль вычислительной техники в истории развития цивилизации, сформировать представление об основных этапах развития вычислительной техники.

Задачи работы:

- выявить периоды истории вычислительной техники;

- охарактеризовать каждый из периодов развития вычислительной техники;

- рассмотреть примеры выдающихся разработок отечественных ученых и инженеров.

Структура работы состоит из введения, основной части, заключения, списка используемой литературы.



1. Периоды истории вычислительной техники

В истории вычислительной техники выделяют четыре периода:

1. Домеханический (с древних времен до середины XVII в.).

2. Механический (с середины XVII в. до конца XIX в.).

3. Электромеханический (с конца XIX в. до 40-х гг. XX в.).

4. Электронный (с 40-х гг. XX в. по настоящее время).

Понятие числа возникло задолго до появления письменности. Люди учились считать в течение многих веков, передавая и обогащая из поколения в поколение свой опыт. С древних времен перед человечеством стояли задачи, требовавшие все возрастающих объемов вычислений. Например, постепенное развитие торговли ставило все новые задачи. Помимо учета товаров и денежных сумм, появились и более сложные проблемы. Купцам приходилось предпринимать все более дальние путешествия, а для этого требовались средства навигации. Астрономы древности решали и эти задачи. Все в конечном итоге сводилось к расчетам, и чем точнее они были, тем успешнее решались насущные задачи. Также было необходимо осуществлять торговые сделки, проводить землемерные работы, управлять запасами урожая.

До появления специальных приспособления для счета человек использовал собственные ресурсы: пальцы, камни, насечки на дереве или кости, узелковое письмо.

Следующий шаг в развитии вычислительных устройств был связан со становлением государств Средиземноморья. Усиление торговых отношений между ними привело к созданию нового инструмента, известного практически у всех народов - абака.

Происхождение термина «абак» не установлено. Большинство историков считают, что слово это греческое и означает буквально «пыль». Первоначально на специальной доске в определенном порядке раскладывали однородные предметы (камешки, ракушки, орехи, бобы и т.п.) и пересчитывали их. Для того, чтобы они не скатывались, доска покрывалась слоем песка или пыли. Поэтому абак означает дощечку, покрытую слоем пыли. В своей примитивной форме абак действительно представлял собой такую дощечку.

Со временем доски для подсчета стали расчерчивать на несколько полос или колонок. Это позволило вести счет с помощью однородных предметов значительно быстрее. При этом количество однородных предметов в первой колонке соответствовало единицам, во второй - десяткам, в третьей - сотням и т.д. Если в одной из бороздок набиралось десять однородных предметов, то их снимали и добавляли один предмет в следующую бороздку. Например, чтобы сложить числа 231 и 156, не надо было брать такое же количество предметов. Достаточно было положить в первую колонку 1 предмет, во вторую - 3, в третью - 2. Затем в таком же порядке под этими предметами раскладывали число 156. Подсчитав число предметов в каждой отдельной колонке, можно было определить сумму 387. Так люди пришли к изобретению абака - счетной доски, которая многие сотни лет в разных странах помогала экономить время в действиях с большими числами. Абак считается первым и основным счетным прибором древних народов.

В каждой древней цивилизации существовали свои разновидности абака:

- Вавилонский абак. Соответствует шестидесятеричной системе счисления.

- Греческий абак. Десятеричная система.

- Римский абак. Развитие греческого, пятеричная система.

- Египетский абак.

- Китайский абак. Появился в VI в. н.э. Десятеричная система.

- Японский абак. Заимствован из Китая.

- Абак ацтеков.

- В средневековой Европе - абак Герберта (Х век). Можно производить все четыре арифметических действия.

Заслуги Гербера:

-замена камешков нумерованными жетонами - предтечей арабско- индийских цифр;

- формулировка правил вычисления на абаке, то есть алгоритмизация задач, актуальная и тоже решаемая в современных машина.

- Английский абак. Появился в XV столетии в Англии, десятичная система.

Кроме абака в XV - XVI столетиях получили распространение счетные таблицы. Таблицы отличались большим разнообразием форм, и как правило, были ориентированы на определенный вид вычислений. Таблицы использовались до 60-х годов прошлого века - таблицы Брадиса.

На рубеже XVI-XVII вв. появляется русский абак - счеты. В счетах использовалась десятичная система. Вид счет и методы расчетов близки к тем, которыми пользовались еще не так давно повсеместно.

2. Первые вычислительные приборы

Счетные палочки Дж. Непера позволяли умножать и делить большие числа, извлекать квадратные и кубические корни, причем эти операции сводились к простому сложению.

Второе изобретение Дж. Непера - логарифмы. Благодаря их свойству (сумма логарифмов a и b равна логарифму произведения этих чисел) сложные действия умножения и деления сводились к операции сложения. На основе свойств логарифмов появились логарифмические таблицы, а немного позже, в XVII появилась логарифмическая линейка. Она на многие годы стала основным инструментом расчетчиков. На линейке можно было выполнять умножение, деление, возведение в степень, извлечение корней, нахождение логарифмов. Логарифмическая линейка в некоторой степени являлась первым аналоговым «компьютером».

3. Механический период

Настоящая потребность в автоматическом вычислении возникла в эпоху Возрождения в связи с возросшими в этот период торговыми операциями и океаническим судоходством. Торговля требовала больших денежных расчетов, а судоходство - надежных навигационных таблиц. Для облегчения и ускорения работы стали разрабатывать вычислительные устройства.

Так появились различные механизмы - первые суммирующие машины и арифмометры. В течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных за 5 столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.

Основные вычислительные механизмы следующие:

- машина Леонардо да Винчи. 13-разрядное суммирующее десятичное устройство на зубчатых колесах с передаточным отношением 1:10. В каждом разряде меньшее колесо могло приводить в движение колеса старших разрядов и путем вращения ручек производилось сложение. Почти как с арфмометрах XIX-XX в.в.

- машина В. Шиккарда. 6-разрядное десятичное вычислительное устройство так же использующее шестерни. Могло выполнять суммирование, вычитание, умножение, деление. Имелся даже механизм для записи промежуточных результатов.

Эти машины не были построены во время их изобретения, но их работоспособность подтвердили уже в XX в. изготовленные по описаниям модели.

- суммирующая машина Б. Паскаля. 8-разрадная машина, разряды которой соответствовали системе счета французской валюты: 12-20-10 …10. Принцип действия - на вращающихся зубчатых барабанах. Основная операция - сложение.

- счетная машина Лейбница. 12-разрадная машина, прототип современного арифмометра. Позволяла делать сложение, вычитание, напрямую, без последовательного сложения, умножать, делить, извлекать квадратные корни.

- арифмометр К. Томаса. Построен на принципе машины Лебница. Выпускался с начала XIXв. по начало XXв.

- арифмометр В. Однера. В конструкции применено «колесо Однера» - колесо с переменным числом зубцов. Можно было проводить операции с плавающей запятой, значительно увеличилась и упростилась техника счета. Арифмометры такой конструкции выпускались в России до 70 годов XX в. На московском заводе им. Дзержинского и пензенском САМ.

4. Автоматическая обработка информации

Гибкое программное управление - перфокарты Ж.Жаккарда применялась в ткацких станках для создания тканей с различными сложными рисунками. Замена перфокарты приводила к смене рисунка. Это была предпосылка для программного управления вычислительными операциями.

Разработка технологии вычислений. Г. Прони выделил три составляющие:

- определение методов вычислений;

- определение исходных данных и задание последовательности действий

- выполнение последовательности действий.

Это дало импульс к созданию цифровых вычислительных машин с программным управлением последовательностью операций.

Машины Ч. Беббиджа

Два новшества - программное (с помощью перфокарт) управление и технология вычислений при ручном счете - явились базой для работ профессора Кембриджского университета Ч. Бэббиджа.

Из всех изобретателей прошлых столетий, внесших тот или иной вклад в развитие вычислительной техники, он ближе всего подошел к созданию компьютера в современном его понимании. Именно Бэббиджу принадлежат такие идеи, как:

· установка в поездах «черных ящиков» для регистрации обстоятельств аварии;

· переход к использованию энергии морских приливов после исчерпания угольных ресурсов страны;

· изучение погодных условий прошлых лет по виду годичных колец на срезе дерева;

· разработка конструкции подводных судов и маяков;

· изобретение коронографа для изучения солнечной короны;

· изобретение игрового автомата, с которым можно было сыграть в «крестики-нолики».

В начале 1820-х гг. Чарльз Бэббидж написал специальную работу, в которой показал, что полная автоматизация процесса создания математических таблиц гарантированно обеспечит точность данных, поскольку исключит все три источника порождения ошибок. Фактически вся остальная жизнь ученого была связана с воплощением этой идеи в жизнь.

Наивысшим достижением Чарльза Бэббиджа была разработка принципов, положенных в основу современного компьютера, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Им были созданы две машины - разностная (1822) и аналитическая (1830).

Разностная машина (Difference Engine)

Первое вычислительное устройство, разработанное Бэббиджем, получило название «разностная машина», поскольку работа модели была основана на хорошо разработанном методе конечных разностей. Благодаря этому методу все сложно реализуемые в механике операции умножения и деления сводились к цепочкам простых сложений известных разностей чисел.

Разностная машина предназначалась для решения дифференциальных уравнений и табулирования многочленов. С современной точки зрения она являлась специализированной вычислительной машиной с фиксированной (жесткой) программой.

Составные части разностной машины:

1. «Память» - несколько регистров для хранения чисел.

2. Сетчик числа операций со звонком - при выполнении заданного числа шагов вычислений раздавался звонок.

3. Печатающее устройство - результаты выводились на печать, причем по времени эта операция совмещалась с вычислениями на следующем шаге.

Движение механических частей машины должен был осуществлять паровой двигатель. Но вычисления были полностью автоматизированы (вплоть до автоматической печати результатов).

Работоспособный прототип, подтверждающий концепцию, благодаря правительственному финансированию был построен весьма быстро. Однако сооружение полноценной машины оказалось делом весьма непростым, поскольку требовалось огромное количество идентичных деталей, а индустрия в те времена только начинала переходить от ремесленного производства к массовому. Так что попутно Бэббиджу пришлось самому изобретать и машины для штамповки деталей.

Аналитическая машина

К 1834 г., когда «разностная машина № 1» еще не была достроена, Ч. Бэббидж уже задумал принципиально новое устройство - «аналитическую машину», явившуюся, по сути дела, прообразом современных компьютеров

Это была механическая универсальная цифровая вычислительная машина с программным управлением. К 1840 г. Бэббидж практически полностью завершил разработку «аналитической машины» и тогда же понял, что воплотить ее на практике сразу не удастся из-за технологических проблем.

По архитектуре аналитическая машина была механическим прототипом современного компьютера. Она содержала следующие устройства:

1) «склад» (или мельница) - устройство для хранения цифровой информации (теперь это запоминающее устройство или память);

2) «мельница» или «фабрика» - устройство, выполняющее операции над числами, взятыми на «складе» (ныне это - арифметическое устройство);

3) устройство, для которого Бэббидж не придумал названия и которое управляло последовательностью действий машины. Сейчас это устройство называется устройством управления. Следуя терминологии Ч. Бэббиджа, это устройство можно было бы назвать «конторой»;

4) устройство ввода информации; 5) устройство вывода информации.

Особенностью аналитической машины стало то, что в ней впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные.

Разработав чрезвычайно развитую конструкцию принтера, Бэббидж стал пионером идеи компьютерного ввода-вывода, поскольку его принтер и пачки перфокарт обеспечивали полностью автоматический ввод и вывод информации при работе вычислительного устройства.

По оценке Бэббиджа, его машина могла выполнять 60 сложений в минуту или одно умножение двух 50-значных чисел или деление 100-значного числа на 50-значное.

В 1840 г. Бэббидж предложил окончательный вариант машины. У нее было три устройства ввода с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке. Объем памяти составлял 50 машинных слов по 40 цифр (разрядов) каждое. Компьютер имел два регистра-аккумулятора - «быструю» память, в которой накапливался результат арифметических действий.

5. Первая программистка

Исследователи работ Чарльза Бэббиджа непременно отмечают особую роль в разработке проекта аналитической машины графини Ады Августы Лавлейс. Именно ей принадлежала идеи использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций, использование двоичных чисел в памяти, изобретение циклов и подпрограмм - Ада поняла, что при использовании условных переходов можно будет использовать один и тот же набор перфокарт для повторяющихся последовательностей команд.

Аналитическая машина в XIX в. была технологически невыполнима, и Ада Лавлейс умерла, так и не попробовав запустить свои программы. Аду Лавлейс называют первым программистом. В ее честь назван язык программирования АДА.

6. Электромеханический период

В истории вычислительной техники это самый короткий период с 1988 по 1945 г.г. До этого в механических предшественниках числа представлялись в виде линейных или угловых перемещений. Это сказывалось на габаритах, надежности, скорости и точности устройств. Переход от регистрации перемещений к регистрации сигналов изменил эту ситуацию. Основой явились применение двоичной системы счисления и математической логики Дж. Буля (Булевой алгебры).

Предпосылки создания электромеханической вычислительной техники:

1) необходимость проведения массовых расчетов (в экономике, статистике, управлении и планировании);

2) развитие электротехники (электропривод и электромеханическое реле).

Табулятор Г.Холлерита - Первый электромеханический счетно-аналитический комплекс был создан в США в 1888 г.

Г. Холлерит собрал табулятор для использовании в переписи населения, основными устройствами которого были:

- вычислительный механизм, в котором использовались реле;

- перфоратор;

- сортировальная машина.

Основанная им компания по выпуску счетных машин в 1924г. Была реорганизована в известную IBM. Г. Холлерит стал «отцом-основателем» целого направления вычислительной техники - счетно-перфорационного. На базе созданных им устройств создавались целые машиносчетные станции для механизированной обработки информации, послужившие прообразом грядущих вычислительных центров.

7. Счетно-перфорационная техника

Начиная с двадцатых годов ХХ в., применение счетно-перфорационной техники становится доминирующим направлением развития вычислительной техники.

Распространение счетно-аналитической техники было связано с тем, что перфорационные машины по сравнению с арифмометрами имеют большую скорость и меньшую вероятность ошибок при вычислениях. После того как исходные данные пробиты в виде отверстий в перфокартах, остальная работа выполняется машинами, входящими в состав счетно-аналитического комплекса. Конкретный комплекс счетно-аналитической техники может состоять из различного числа устройств, но в него обязательно входят следующие четыре устройства:

1) входной перфоратор;

2) контрольник;

3) сортировальная машина;

4) табулятор.

Перфоратор служит для пробивки отверстий в перфокартах, а контрольник - для проверки правильности этой пробивки, т.е. правильности перенесения информации с исходного документа на перфокарту. Основной функцией сортировальной машины является группировка перфокарт по признакам для дальнейшей обработки на табуляторе. Основная машина счетноаналитического комплекса (САК) - табулятор. Независимо от конструкции его обязательными частями являются механизмы, обеспечивающие:

- подачу перфокарт;

- восприятие пробивок и счет пробивок;

- печать результатов;

- управление комплексом.

Наряду с обработкой экономической и статистической информации САК постепенно начинают применять для выполнения расчетов научного и научно-технического характера. В Советском Союзе первое применение САК для научно-технических вычислений в области астрономии относится к началу 30-х гг., а с 1938 г. табуляторы используются в математических исследованиях.

8. Идеи Клода Шеннона

О соединении математической логики с двоичной системой и электрическими сетями легли в основу дальнейшего развития всей вычислительной техники. Ввел понятие bit и предложил метод, позволяющий определять и измерять информацию в математическом смысле,

путем сведения ее к выбору между двумя значениями: «да» и «нет», или двоичными разрядами.

9. Машины К. Цузе

В 1934 г. К. Цузе придумал модель автоматического калькулятора, которая состояла из устройства управления, вычислительного устройства и памяти и полностью совпадала с архитектурой сегодняшних компьютеров.

В те годы К. Цузе пришел к выводу, что будущие компьютеры будут основаны на следующих шести принципах:

1) двоичная система счисления;

2) использование устройств, работающих по принципу «да/нет» (логические единица и нуль);

3) полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;

4) программное управление процессом вычислений;

5) поддержка арифметики с плавающей запятой;

6) использование памяти большой емкости.

Он первым в мире:

- показал, что обработка данных начинается с бита (бит он называл да/нет-статусом, а формулы двоичной алгебры - условными суждениями);

- ввел термин «машинное слово» (word);

- объединил в вычислителе арифметические и логические операции, отметив, что «элементарная операция компьютера - проверка двух двоичных чисел на равенство. Результатом будет тоже двоичное число с двумя значениями (равно, не равно)».

Z-1. В 1937 г. К. Цузе создал работающую память для хранения 12 двоичных чисел по 24 бита и занялся созданием первой версии своего вычислителя.

Z-2. В Z-2 механическое арифметическое устройство было заменено арифметическим устройством на электромагнитных телефонных реле.

Z-3. В 1941 г. К. Цузе приступил к проектированию более мощной модели - Z-3. Память Z-3 позволяла хранить 64 слова (14 бит на мантиссу, 7 бит на экспоненту и 1 бит на знак) и состояла из 1400 реле. Для арифметического устройства потребовалось 600 реле, и еще 400 реле применялось в устройстве управления.

Z-3 выполнял не только четыре арифметические операции, но и вычисление квадратного корня, умножение на -1, 0,1, 0,5, 2 и 10. Z-3 выполнял 3-4 операции сложения в секунду и умножал два числа за 4-5 с.

Z-4. Из-за небольшого объема памяти на Z-3 нельзя было решать, например, системы линейных уравнений. К. Цузе понимал все минусы своей машины и хотел создать полноценный компьютер, которому, по оценкам самого К. Цузе, требовалась емкость памяти как минимум 8 тыс. слов.

В 1942 г. он и Г. Шрайер предложили создать компьютер принципиально нового типа. Они решили перевести машину Z-3 с электромеханических переключателей на вакуумные электронные лампы. В отличие от электромеханических переключателей электронные лампы не имеют движущихся частей. Но в условиях военного времени работы не удалось завершить.

В начале 1950-х годов К. Цузе построил машину Z-22, которая:

- поддерживала общие алгоритмы вычислений;

- могла работать с произвольными структурами данных;

- имела достаточный объем памяти и была популярна у многих немецких инженеров и ученых.

Одним из своих наиболее выдающихся достижений К. Цузе считал создание языка Plankalkul («исчисление планов») в 1945 г. Язык не был привязан к архитектуре и наборам команд конкретной вычислительной машины в отличие от первых языков ассемблера. Это был первый в мире алгоритмический язык.



10. Машины Дж. Стибица

В 1937 г. Джордж Стибиц - математик из фирмы «Bell Telephone Labs» - пришел к выводу, что булева логика - это естественный язык, на котором должна основываться работа систем электромеханических реле.

На этих принципах им были построены машины Bell-1, Bell-2, Bell-3, Bell-4, Bell-5. Каждая новая разработка Дж. Стибица была шагом к созданию универсальной цифровой вычислительной машины.

11. Машины Г. Эйкена

В 1937 г. гарвардский математик Говард Эйкен предложил проект создания большой счетной машины. Проектирование «Mark-1» началось в 1939 г., строило этот компьютер нью-йоркское предприятие IBM. В качестве переключательных устройств в машине Г. Эйкена использовались электромеханические реле. Программы обработки данных были записаны на перфоленты. В отличие от Дж. Стибица, Г. Эйкен еще не осознал преимуществ двоичной системы счисления, поэтому данные вводились в машину в виде десятичных чисел, закодированных на перфокартах фирмы IBM. Машина «Mark-1» управлялась специальной программой. Программа задавалась на 24-дорожечной управляющей перфоленте, движущейся со скоростью 200 тактов в минуту. «Mark-1» мог обрабатывать числа длиной до 23 разрядов. По существу, «Mark-1» устарел еще до того, как был построен.

12. Электронный период

Предпосылки возникновения электронной вычислительной техники

1. Математические предпосылки:

- двоичная система счисления, которую Г. В. Лейбниц предложил использовать для организации вычислительных машин,

- алгебра логики, разработанная Дж. Булем.

2. Алгоритмические предпосылки - абстрактная машина Тьюринга, использованная для доказательства возможности машинной реализации любого алгоритма, имеющего решение.

3. Технические предпосылки - развитие электроники.

4. Теоретические предпосылки - результаты работ К. Шеннона, соединившего электронику и логику.

Электронно-вычислительные машины появились, когда возникла острая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях, как атомная физика, теория динамик полета и управления летательными аппаратами. Построенные на электронных триггерных схемах, использующих вакуумные триоды, они открыли новое нанправление в вычислительной технике.

Известный американский математик Норберт Винер сформировал ряд требований к вычислительным машинам:

1) они должны состоять из электронных ламп (чтобы обеспечить достаточное быстродействие);

2) должна использоваться более экономичная двоичная, а не десятичная система счисления;

3) машина сама должна корректировать свои действия, в ней необходимо выработать способность к самообучению.

13. Первые разработки электронного периода

Машина Дж. Атанасова. Он сформулировал следующую концепцию своей машины:

1) в своей работе вычислительная машина будет использовать электричество и достижения электроники;

2) ее работа будет основана на двоичной, а не на десятичной системе счисления;

3) основой запоминающего устройства послужат конденсаторы,

4) расчет будет проводиться с помощью логических, а не математических действий.

В 1939 г. Дж. Атанасов вместе со своим ассистентом Клиффордом Э. Берри построил и испытал первую вычислительную машину, предназначенную для решения систем линейных уравнений с тридцатью неизвестными. В машине использовалась двоичная система счисления. Исходные данные вводились в машину с помощью перфокарт в десятичной форме. Затем в машине осуществлялось преобразование десятичного кода в двоичный, в котором и проводились все вычисления. Внешняя память была выполнена на типовом оборудовании для ввода и вывода перфокарт.

Проект «Ультра»

Цель проекта - поиск способов расшифровки секретных немецких кодов. Математический метод дешифровки был разработан группой математиков, в число которых входил Алан Тьюринг. Тьюринг ввел математическое понятие абстрактного эквивалента вычислительного алгоритма, получившего название машины Тьюринга. Машина Тьюринга - это прообраз программируемого компьютера. Каждый шаг машины Тьюринга связан с тремя операциями - запись, вычисление и сдвиг. А. Тьюринг назвал свое абстрактное механическое устройство «универсальная машина», поскольку она должна была справляться с любой допустимой, т.е. теоретически разрешимой, задачей - математической или логической. Тьюринг показал принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии, если возможна ее алгоритмизация.

В результате реализации проекта «Ультра» построили программируемую электронную машину «Колосс» (Collossus). Вместо электромеханических реле в ней содержалось около двух тысяч электронных вакуумных ламп. Хотя использование вакуумных ламп ознаменовало крупный шаг вперед, «Колосс» не оказал большого влияния на развитие вычислительной техники. Для этого были следующие причины:

1) «Колосс» был не универсальной, а специализированной машиной, применение которой ограничивалось расшифровкой секретных кодов;

2) разработка и состав команды держались в секрете до 1970 г., а алгоритмы дешифрования - еще более длительный срок.

Первая электронно-вычислительная машина «Эниак»

Проект первой в мире ЭВМ был предложен в 1942 г. американцами Дж. Моучли и Дж. Эккертом. В 1945г. «Эниак» был собран. Для проверки машины были выбрана задача выполнения расчетов для определения принципиальной возможности создания водородной бомбы. «Эниак» выполнял 5000 операций сложения и 360 операций умножения в секунду. Конструкция машины выглядела очень сложной - она содержала 17 468 ламп. Такое обилие ламп объяснялось тем, что «Эниак» должен был работать с десятичными числами.

Недостатки ЭВМ «Эниак»:

1. Малый объем внутренней памяти машины, которого едва хватало для хранения числовых данных, используемых в расчетах. Это означало, что программы приходилось буквально «впаивать» в сложные электронные схемы машины.

2. Трудности, возникавшие при изменении вводимых в него инструкций, т.е. программы. Программа задавалась схемой коммутации триггеров на 40 наборных полях, на каждую требовалось несколько коммутационных шнуров. На перенастройку уходили недели.

3. Использование десятичной системы счисления.

4. Структура машины напоминала механические вычислительные машины.

Машина «Эдсак»

Английский исследователь Морис Уилкс в 1949 г. завершил создание электронно-цифрового компьютера с программами, хранимыми в памяти. Компьютер полностью соответствовал архитектуре фон Неймана. Работы проводились при участии А. Тьюринга. Все операции в машине выполнялись в двоичной системе счисления. Числа записывались в формате с плавающей точкой. Система команд включала 19 операций. Всего в машине было использовано 24 500 электронных ламп.

Машина «Эдвак»

В этой машине программы будут размещаться в оперативной памяти. Эта модель была уже более гибкой. Ее более вместительная внутренняя память содержала не только данные, но и программу. Существенно и то, что «Эдвак» кодировал данные уже не в десятичной системе счисления, а в двоичной. Это позволило существенно сократить количество электронных ламп. Машина имела скорость порядка 1-2 тысячи операций в секунду.

ЭВМ «ЮНИВАК»

Машина «Юнивак» (1951г.) представляла собой электронное устройство с хранимыми в памяти программами. «Юнивак» содержала около 5 тыс. электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство имело емкость тысячу 12-разрядных десятичных чисел. Устройства ввода-вывода работали с носителями на магнитных лентах и перфокартах. Операции сложения выполнялись за 120 мкс, умножения за 1800 мкс, деления за 3600 мкс.

14. «Архитектура фон Неймана»

Джон фон Нейман оказал огромное влияние на развитие вычислительной техники в послевоенные годы. Чтобы компьютер был и эффективным, и универсальным инструментом, он должен включать следующие структуры:

1) арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

2) устройство управления, организующее процесс выполнения программ;

3) запоминающее устройство или память для хранения программ и данных;

4) устройство ввода-вывода информации.

Принципы фон Неймана:

1. Принцип двоичного кодирования.

2. Принцип программного управления работой электронно-вычислительной машины. Программы состоят из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

3. Принцип однородности памяти или принцип хранимой программы. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - числа, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это позволяет создавать программы, способные в процессе вычислений изменять самих себя.

4. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

5. Принцип иерархичности запоминающих устройств. Наиболее часто используемые данные хранятся в самом быстром запоминающем устройстве сравнительно малой емкости, а более редко используемые - в самом медленном, но гораздо большей емкости.

6. Принцип параллельный организации вычислительного процесса: операции над словами производятся одновременно во всех разрядах слова.

Принципы, сформулированные фон Нейманом, стали общепринятыми и были положены в основу как больших ЭВМ первых поколений, так и более поздних мини- и микроЭВМ. Они получили название фон-неймановских принципов.

история вычислительная техника



15. Характерные черты первых ЭВМ:

1. Элементная база: электронно-вакуумные лампы.

2. Быстродействие: 10-20 тыс. операций в секунду.

3. Емкость оперативной памяти: 2 Кбайта или 2048 машинных слов длиной 48 двоичных знаков.

4. Программирование: трудоемкий процесс в машинных кодах.

5. Устройства ввода-вывода: печатающие устройства, устройства вывода информации на магнитные ленты, перфокарты, перфоленты.

6. Низкая надежность.

7. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.

8. Большие габариты.

9. Режим эксплуатации: круглосуточно.

10. Высокая общая численность персонала на одну ЭВМ

11. Высокие затраты на эксплуатацию ЭВМ



Заключение

Такой длинный путь проделала техника вычислений с древних времен. Движущей силой в совершенствовании вычислений являлись потребности общества. И только с появлением действительно быстродействующих машин с большой памятью, они - машины смогли трансформировать потребности и стать почти равноправным объектом производительных сил.



Список используемых источников

1. Антопольский, А.Б. Информационные ресурсы России: науч.-мет. пособие /А.Б. Антопольский. -М.: Либерея, 2004. - 423 с.

2. Громов, Г. Г. Национальные информационные ресурсы: проблемы промышленной эксплуатации. -- М.: Наука, 1984. -- 240 с.

3. Гусева,Т.И. Персональные компьютеры в сфере информационных ресурсов /Т.И. Гусева.- М.: Недра, 1990.-154 с.

4. Концепция развития информационных ресурсов. / Н.В.Каплунова, В.В.Шарыхин, С.В.Хмельницкий / Под ред. С.В.Хмельницкого. - СПб. : Европейский университет в Санкт-Петербурге, 1997. - 168 с.

5. Урсул, А. Д. Информатизация общества. Введение в социальную информатику/А.Д.Урсул. -- М.: Наука, 2000.- 192 с.

6. Шафрин Ю.А. Основы компьютерной технологии. Учебное пособие для 7 - 11 классов по курсу «Информатика и вычислительная техника»/А.Ю.Шафрин.-М.: ABF, 1996.- 202 с.

Размещено на Allbest.ru

...