История развития ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Введение

2. Счётно-решающие средства до появления ЭВМ

3. Создание первых компьютеров

4. Ламповые ЭВМ

5. Транзисторные ЭВМ

6. Эпоха интегральных схем

7. Четвёртое поколение

8. Текущее состояние

9. Список используемой литературы

1. Введение

Компьютер, ЭВМ -- машина для проведения вычислений, а также приёма, переработки, хранения и выдачи информации по заранее определённому алгоритму. На заре эры компьютеров считалось, что основная функция компьютера -- вычисление. Однако в настоящее время полагают, что основная их функция -- управление. История создания средств цифровой вычислительной техники уходит в глубь веков. Она увлекательна и поучительна, с нею связаны имена выдающихся ученых мира.

В дневниках гениального итальянца Леонардо да Винчи уже в наше время был обнаружен ряд рисунков, которые оказались эскизным наброском суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа. Специалисты известной американской фирмы IBM, 1969 году, воспроизвели машину в металле и убедились в полной состоятельности идеи ученого.

2. Счётно-решающие средства до появления ЭВМ

История вычислений уходит глубокими корнями в даль веков так же, как и развитие человечества. Накопление запасов, делёж добычи, обмен -- все подобные действия связаны со счётом. Для подсчёта люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки и узелки. Потребность в поиске решений всё более и более сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений, поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые могли бы ему в этом помочь. Исторически сложилось, что в разных странах возникли собственные денежные единицы, меры веса, длины, объёмов и расстояний. Для перевода из одной системы измерения в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить специально обученные люди, которых иногда приглашали из других стран. Это естественно привело к созданию изобретений, помогающих счёту.

Одним из первых устройств (VI--V вв. до н. э.), облегчающих вычисления, можно считать специальную доску для вычислений, названную «абак». Вычисления на ней производились перемещением камешков или костей в углубления досок из бронзы, камня или слоновой кости. Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э., у японцев он назывался «серобян», у китайцев -- «суанпан».В Древней Руси при счёте применялось устройство, похожее на абак, называемое «русский шот». В XVII веке этот прибор уже обрёл вид привычных русских счёт.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, всё острее ощущалась необходимость в изобретении счётной машины. И в середине века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал «суммирующую» машину, названной «Паскалиной», которая кроме сложения выполняла и вычитание.

В 1670--1680 гг. немецкий математик Готфрид Лейбниц конструировал счётную машину, которая выполняла все арифметические действия. В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено ещё несколько подобных счётных устройств, которые, однако, из-за своих недостатков, в том числе из-за медлительности в работе, не получили широкого распространения.

Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышёв предложил счётную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Наибольшую популярность получил тогда арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия.

В 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр -- «Феликс». Эти счётные устройства использовались несколько десятилетий, став основным техническим средством облегчения человеческого труда.

3. Создание первых компьютеров

В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу над созданием, так называемой «разностной» машины, которая, по его замыслам, должна была не просто выполнять арифметические действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию. В качестве основного элемента своей машины Бэббидж взял зубчатое колесо для запоминания одного разряда числа. К 1822 году учёный построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов. В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины. Его проект содержал более 2000 чертежей различных узлов. Машина Бэббиджа предполагалась как чисто механическое устройство с паровым приводом. Она состояла из хранилища для чисел, устройства для производства арифметических действий над числами и устройства, управляющего операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни, успев сделать лишь некоторые узлы своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня развития техники.

В 1842 году в Женеве была опубликована небольшая рукопись итальянского военного инженера Л.Ф. Менабреа «Очерк об аналитической машине, изобретённой Чарльзом Бэббиджем», переведённая в последствии ученицей и помощницей Бэббиджа дочерью Дж. Г. Байрона -- леди Адой Лавлейс. При содействии Бэббиджа Ада Лавлейс составляла первые программы для решения систем двух линейных уравнений и для вычисления чисел Бернулли. Леди Лавлейс стала первой в мире женщиной-программистом.

После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина -- табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их.

ЭВМ -- одно из величайших изобретений середины XX века, изменивших человеческую жизнь во многих ее проявлениях. Она служит человеку пока лишь чуть больше полвека. Вычислительная техника превратилась в один из рычагов обеспечивающих развитие и достижения научно-технического прогресса. Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный К. Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а в 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. В качестве элементной базы Цузе выбрал реле, которые к тому времени давно применялись в различных областях техники. В 1945 году он создал язык Plankalkul, который относится к ранним формам алгоритмических языков. Этот язык был в большей степени машинно-ориентированным.

Электронные лампы при создании вычислительной машины были впервые применены американским профессором физики и математики Д. Атанасовым. Атанасов работал над проблемой автоматизации решения больших систем линейных уравнений. В декабре 1939 году Атанасов окончательно сформулировал и осуществил на практике свои основные идеи, создав вместе с К. Берри работающую настольную модель машины. После этого он приступил к созданию машины, способной решить систему с 29 неизвестными. Память машины была энергоёмкая. Всего использовалось 300 электронных ламп. К весне 1942 г. когда монтаж машины был почти завершен, США уже находилось в состоянии войны с Германией, и проект был свёрнут.

В 1942 году профессор электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Д. Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений», положивший начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC. Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США. В 1943 году под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, демонстрация состоялась 15 февраля 1946 года

С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой революционными были идеи американского математика Джона фон Неймана.

Вот как представлял фон Нейман свою ЭВМ:

· Машина должна состоять из основных органов: орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором, чтобы машина не зависела от оператора.

· Она должна запоминать не только цифровую информацию, но и команды, управляющие программой, которая должна проводить операции над числами.

· ЭВМ должна различать числовой код команды от числового кода числа.

· У машины должен быть управляющий орган для выполнения команд, хранящихся в памяти.

· В ней также должен быть арифметический орган для выполнения арифметических действий.

· И, наконец, в её состав должен входить орган ввода-вывода.

В 1945 г. Англия приступила к созданию первой машины с неймовским типом памяти. И уже 21 июня 1948 года просчитала первую программу на ЭВМ «Марк-1». А 6 мая 1949 года произвела первые расчёты машине того же типа -- EDSAC. Вскоре были построены ещё машины EDVAC, BINAC и SEAC.

4. Ламповые ЭВМ

Разработка первой серии электронной машины UNIAC начата примерно в 1947 году. Д. П. Эккертом и Д. Мочли. Первый образец был построен в 1951 г. UNIAC был создан на базе ЭВМ ENIAC и EDVIAC.

Следующим шагом было увеличение быстродействие памяти, для чего учёные стали исследовать свойства ферритовых колец. Впервые память на магнитных сердечниках была применена в машине «Whirlwind-1».

В 1951 году фирма Ferranti стала выпускать машину «Марк-1». А через 5 лет выпустила ЭВМ «Pegasus», использующую концепцию регистров общего назначения.

5. Транзисторные ЭВМ

В середине 50-ых гг. XX века, когда ламповые компьютеры достигли «насыщения», ряд фирм объявил о работах по созданию транзисторных ЭВМ. Первоначально это вызвало скептицизм из-за того, что производство полупроводников будет сложным и дорогостоящим. Однако этого не случилось -- постоянно совершенствовались методы производства транзисторов. В 1955 году в США было объявлено о создании цифрового компьютера TRADIC. В этом же году фирма объявила о создании полностью транзисторной ЭВМ. Первая такая машина «Philco-2000» была сделана в ноябре 1958 года.

Значительным событием в конструировании машин второго поколения стали ЭВМ «Atlas». В 1960 году фирма IBM разработала мощную вычислительную систему «Stretch», разработчики которой добились 100-кратного увеличения быстродействия. Большой вклад в развитие компьютеров второго поколения внесла фирма Control Data, разработавшая в 1960 году ЭВМ CDC-6600.

При появлении ЭВМ второго поколения разработчики занялись разработкой и создание языков программирования, обеспечивающих удобный набор программ. Одним из первых языков программирования был АЛГОЛ.

6. Эпоха интегральных схем

В декабре 1961 года специальный комитет фирмы IBM, изучив техническую политику фирмы в области разработки вычислительной техники, представил план-отчёт создания ЭВМ на микроэлектронной основе.

За 6 лет существования семейства фирма IBM пустила более 33 тыс. машин. Затраты на научно-исследовательские работы составили примерно полмиллиарда долларов.

В конце 1970 года фирма IBM стала выпускать новое семейство вычислительных машин -- IBM-370, которой сохранило свою совместимость с IBM-360, но и имело ряд изменений: они были удобны для комплектования многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем, работающих на общем поле оперативной памяти.

Почти одновременно с IBM компьютеры третьего поколения стали выпускать и другие фирмы. В 1966--1967 гг. их выпускали фирмы Англии, ФРГ и Японии. В Англии фирмой ICL был основан выпуск семейства машин «System-4».

С машинами третьего поколения связано ещё одно значительное событие -- разработка и внедрение визуальных устройств ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации с помощью электронно-лучевых трубок -- дисплеев, использование которых позволило достаточно просто реализовать возможности вариантного анализа.

История появления первых прототипов современных дисплеев относится к послевоенным годам. В 1948 году Г. Фуллер, сотрудник лаборатории вычислительной техники Гарвардского университета, описал конструкцию нумероскопа. В этом приборе, под руководством ЭВМ, на экране электронно-лучевой трубки появлялась цифровая информация. Дисплей принципиально изменил процесс ввода-вывода данных и упростил общение с компьютером.

В 70-ых гг. XX века благодаря появлению микропроцессоров стало возможным осуществлять буферизацию как данных, принимаемых с экранного терминала, так и данных, передаваемых ЭВМ. Благодаря чему регенерацию изображения на экране удалось реализовать средствами самого терминала. Появилась возможность редактирования и контроля данных перед их передачей в ЭВМ, что уменьшило число ошибок. На экране появился курсор -- подвижная метка, инициализирующая место ввода или редактирования символа. Экран дисплея стал цветным. Появилась возможность отображения на экране сложных графических изображений -- это дало возможность для создания красочных игр и предназначенных для работы с графикой программ.

7. Четвёртое поколение

Это поколение ЭВМ связано с развитием микропроцессорной техники. В 1971 году компания Intel выпустила микросхему Intel-4004 -- первый микропроцессор и родоначальник доминирующего и самого известного сегодня семейства.

История четвёртого поколения началось с того, что японская фирма Busicom заказала Intel Corporation изготовить 12 микросхем для использования их в калькуляторах различных моделей. Малый объём каждой партии микросхем увеличивал стоимость их разработки. Однако разработчикам удалось создать такое устройство -- микропроцессор, который мог использоваться во всех микрокалькуляторах. Процессор был четырёхразрядным, то есть позволял кодировать все цифры и специальные символы, что было достаточно для калькулятора.Однако компьютеры работают не только с цифрами, но и с текстом. Для того чтобы закодировать все цифры, буквы и специальные символы, потребовался бы 8-разрядный процессор. Он появился в 1972 году и назывался Intel-8008, а в 1974 году появился процессор Intel-8080.

Таким образом, история развития электроники подошла к созданию персональных компьютеров. Создателями первого ПК были два молодых американских техника: Стивен Джобс и Стив Возняк. Летом 1976 года в гараже родителей Джобса они соорудили первый ПК и назвали его «Apple-I» -- «яблоко». Apple-I не имел ни клавиатуры, ни корпуса. В апреле 1977 года они сконструировали ещё один ПК -- Apple-II, он имел одноплатную конструкцию и шину расширения, позволяющую подсоединять дополнительные устройства. Клавиатура была помещена в отдельный корпус. В качестве центрального процессора был взят надёжный 8-разрядный 6502. Память составляла всего лишь 8 Кбайт, но для её увеличения использовалась магнитофонная лента, запускаемая с обычного кассетного магнитофона. В дальнейшем к Apple-II были разработаны графические видеоадаптеры, дисковая ОС для управления ОП и нижний регистр для символов, который могли размешаться на экране в 80 столбцах.

К 1980 году стал очевиден успех идеи ПК. Их рынок достиг нескольких десятков тысяч в год. Крупнейшая электронная корпорация США IBM, лидер в производстве компьютеров, уже совершила одну стратегическую ошибку, уступив рынок мини-ЭВМ компании Digital Equipment Corporation. Ещё одним поводом для беспокойства стал успех компьютеров фирмы Apple Computer. И IBM решает быстро захватить рынок ЭВМ. Сомнений не было, что для этого нужно создать новую модель ПК. Для этого нужен был новый процессор-- им стал процессор Intel-8088.

В 1976 году компания Intel начала усиленно работать над микропроцессором Intel-8086. Размер его регистров был увеличен вдвое, что дало возможность увеличить в 10 раз производительность по сравнению с 8080.

В 1979 году был разработан новый процессор -- Intel-8088, не отличавшийся от своего предшественника, но он имел 8-разрядную шину данных -- это позволяло использовать популярные в то время 8-разрядные микросхемы.

Итак, 12 августа 1981 года IBM впервые представила свой ПК, который так и назывался IBM PC. Он имел процессор Intel-8088, два дисковода для гибких дисков. В ПЗУ PC был помещён язык программирования Бейсик. IBM разработала свой собственный дисплей, который имел хорошую контрастность, символы на нём легко читали и не утомляли глаз мерцанием. В 1983 году IBM выпустила новую модель PC XT с жестким диском -- винчестером. Работал PC под управлением MS DOS компании Microsoft -- ныне крупнейшего производителя программного обеспечения.

К 1982 году невероятная популярность нового компьютера привела к созданию многочисленных аналогов. К 1984 году IBM-совместимых компьютеры выпускали более 50 компаний, а в 1986 году объём продаж клонов превысил собственный объем продаж фирмы IBM. Архитектура IBM PC завоевала весь мир: никакой другой фирме, будь то Apple Macintosh, NeXT, Amiga или другим, не удалось занять место рядом с IBM.

Презентация нового PC состоялась в 1984 году. Он был построен на основе нового микропроцессора -- Intel-80286, который был представлен в 1982 году.

Главным преимуществом Intel-80286 была способность работать с дополнительной памятью. Тем временем в январе 1984 г. состоялась презентация первого компьютера Macintosh компании Apple Computer. Эти компьютеры сыграли значительную роль в развитие PC.

В 1988 году компанией Intel был разработан микропроцессор Intel-80386SX, в общем, ничем не отличавшийся от Intel-80386DX, однако он стоил дешевле и использовал 16-разрядную внешнюю шину данных.

8. Текущее состояние

электронный вычислительный компьютер

В 1989 году появляется новая разработка компании Intel -- микропроцессор Intel-80486 . Этот процессор был полностью совместим с PC семейством Intel и более совершенен по сравнению с микропроцессором Intel-80386, его тактовая частота состояла 33 МГц.

В 1991 году Intel представила процессор Intel-80486SX, у которого отсутствовал математический сопроцессор.А в 1992 году -- процессор Intel, работавший с удвоенной тактовой частотой.

Кроме компании Intel 486-е процессоры стали выпускать и другие фирмы, например фирмы AMD и Cyrix. Создание компьютеров на основе процессоров семейства Intel-80486 позволило многочисленное программное обеспечение.

В 1993 году компания Intel начала промышленный выпуск нового процессора -- Intel Pentium. Первые модели работали на тактовой частоте 60 и 66 МГц и объединяли в себе до 3,3 млн. транзисторов.

Pentium -- это первый 64-разрядный суперскалярный процессор с RISC-ядром, изготовленный по 0,8-микронной технологии BiCMOS. Его основу составляет два пятиступенчатых конвейера, позволяющих выполнять две команды за один такт. Один конвейер выполнял любые операции, как с целочисленными, так и с числами с плавающей точкой, второй выполняет часть целочисленных команд. Все арифметические действия -- сложение, вычитание, умножение и деление -- реализованы аппаратно. Сочетание этих решений резко повысило производительность процессора, ускорить вычисления за счёт уменьшения обращений к ОЗУ. Обеспечивают два внутренних буфера кэш-памяти -- по 8 Кбайт для команд и данных, что позволило работать контейнерам команд не только по чтению, но и по записи. Следующая новинка -- система предсказываний ветвлений, благодаря которой при переходе в области памяти запоминается адрес перехода и при повторном обращении переход по этому адресу происходит быстрее.

Впоследствии появились модели с частотой 90 и 100 МГц. Однако вскоре обнаружилась ошибки в устройстве деления, и компании Intel пришлось опубликовать подробное описание этого дефекта. После этого скандала практически все процессоры Pentium стали тестировать, и в прайс-листах появилась надпись BUG FREE!, что буквально можно перевести как «свободно от ошибок».

9. Список используемой литературы:

1. Ю. М. Морозов: « История и методология вычислительной техники». СПб, 2012.

2. Колдовский Н.: «Эволюция компьютерной индустрии».

3. Э. П. Лапина: «История развития вычислительной техники». Ирутск, ИрГТУ.

4. http://www.ixbt.com/cpu/microelectronics.shtml.

5. История информатики и кибернетики в Санкт-Петербурге (Ленинграде), СПб, изд-во РАН, 2008, 356 стр.«Современные чудеса. Компьютеры» (англ. "Modern Marvels. Computers") -- д/ф, 2002, реж. Джефф Мерсе

Размещено на Allbest.ru