Развитие электронно-вычислительных машин (ЭВМ)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра прикладной информатики

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

Выполнил:

Семёнова А.Г.

гр. ЗСП-12

Шифр: 12127

Новокузнецк 2012

1. История развития ЭВМ

Современному человеку сегодня трудно представить свою жизнь без электронно-вычислительных машин (ЭВМ). В настоящее время любой желающий, в соответствии со своими запросами, может собрать у себя на рабочем столе полноценный вычислительный центр. Много веков назад люди хотели иметь приспособления, которые помогали бы им решать разнообразные задачи. Многие из этих задач решались последовательным выполнением некоторых рутинных действий, или алгоритма. С попытки изобрести устройство, способное реализовать простейшие из этих алгоритмов (сложение и вычитание чисел), все и началось ...

Точкой отсчета можно считать начало XVII века (1623 год), когда ученый В. Шикард создал машину, умеющую складывать и вычитать числа. Но первым арифмометром, способным выполнять четыре основных арифметических действия, стал арифмометр знаменитого французского ученого и философа Блеза Паскаля. Основным элементом в нем было зубчатое колесо, изобретение которого уже само по себе стало ключевым событием в истории вычислительной техники.

В 1671 году немецкий философ и математик Густав Лейбниц также создает арифмометр на основе зубчатого колеса особенной конструкции - зубчатою колеса Лейбница. Арифмометр Лейбница, как и арифмометры его предшественников, выполнял четыре основных арифметических действия. XVIII и XIX века были временем, когда бурно развивались различные науки, в том числе математика и астрономия. В них часто возникали задачи, требующие длительных и трудоемких вычислений.

Еще одним известным человеком в истории вычислительной техники стал английский математик Чарльз Бэббидж. В 1823 году Бэббидж начал работать над машиной для вычисления полиномов, но, что более интересно, эта машина должна была, кроме непосредственного производства вычислений, выдавать результаты - печатать их на негативной пластине для фотопечати. Планировалось, что машина будет приводиться в действие паровым двигателем. Из-за технических трудностей Бэббиджу до конца не удалось реализовать свой проект. Здесь впервые возникла идея использовать некоторое внешнее (периферийное) устройство для выдачи результатов вычислений. Другой ученый, Шойц, в 1853 году все же реализовал машину, задуманную Бэббиджем (она получилась даже меньше, чем планировалась). Бэббиджу больше нравился творческий процесс поиска новых идей, чем воплощение их в нечто материальное. В 1834 году он изложил принципы работы очередной машины, которая была названа им «Аналитической». Технические трудности вновь не позволили ему до конца реализовать свои идеи. Бэббидж смог довести машину лишь до стадии эксперимента. Но именно идея является двигателем научно-технического прогресса. Очередная машина Чарльза Бэббиджа была воплощением следующих идей:

· Управление производственным процессом. Машина управляла работой ткацкого станка, изменяя узор создаваемой ткани в зависимости от сочетания отверстий на специальной бумажной ленте. Эта лента стала предшественницей таких знакомых нам всем носителей информации, как перфокарты и перфоленты.

· Программируемость. Работой машины также управляла специальная бумажная лента с отверстиями. Порядок следования отверстий на ней определял команды и обрабатываемые этими командами данные. Машина имела арифметическое устройство и память. В состав команд машины входила даже команда условного перехода, изменяющая ход вычислений в зависимости от некоторых промежуточных результатов.

В разработке этой машины принимала участие графиня Ада Августа Лавлейс, которую считают первой в мире программистом.

Идеи Чарльза Бэббиджа развивались и использовались другими учеными. Так, в 1890 году, на рубеже XX века, американец Герман Холлерит разработал машину, работающую с таблицами данных. Машина управлялась программой на перфокартах. Она использовалась при проведении переписи населения в США в 1890 году. В 1896 году Холлерит основал фирму, явившуюся_предшественницей_корпорации_IBM.

В 1938 году Конрад Цузе создает машину, которая оперирует двоичными числами. Эта машина также была механической, но в ней была реализована идея обработки данных в двоичном коде. Продолжая свои работы, Цузе в 1941 году создал электромеханическую машину, арифметическое устройство которой было выполнено на базе реле. Машина умела выполнять операции с плавающей_точкой.

В 1944 году Говард Эйкен спроектировал машину, которую назвали Mark-1 . Она, как и машина Цузе, работала на реле. Но из-за того, что эта машина явно была создана под влиянием работ Бэббиджа, она оперировала с данными_в_десятичной_форме.

В 1946 году в США, в университете города Пенсильвания, была создана первая универсальная ЭВМ - ENIAC, которая содержала 18 тыс. ламп, весила 30 тонн, занимала площадь около 200 квадратных метров и потребляла огромную мощность (рис.1). В ней все еще использовались десятичные операции, и программирование осуществлял ось путем коммутации разъемов и установки переключателей. Математик Джон фон Нейман впервые предложил записывать программу и ее данные в память машины так, чтобы их можно было при необходимости модифицировать в процессе работы. Этот ключевой принцип, был использован в дальнейшем при создании принципиально новой ЭВМ EDVAC (1951 год). В этой машине уже при меняется двоичная арифметика и используется оперативная память, построенная на ультразвуковых ртутных линиях задержки. Память могла хранить 1024 слова. Каждое слово состояло из 44 двоичных разрядов.

После создания EDVAC человечество осознало, какие высоты науки и техники могут быть достигнуты тандемом человек-компьютер. Данная отрасль стала развиваться очень быстро и динамично. До середины 80-х годов процесс эволюции вычислительной техники принято делить на поколения [1].

Рисунок 1 - Джон фон Нейман на фоне компьютера EDVAC

1.1 Поколения ЭВМ

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ (табл. 1).

Таблица 1 - Поколения ЭВМ

I поколение. В этот период формируется типовой набор структурных элементов, входящих в состав ЭВМ. Машины этого поколения работали на ламповой элементной базе, из-за чего поглощали огромное количество энергии и были очень не ненадежны. С их помощью, в основном, решались научные задачи. Программы для этих машин уже можно было составлять не на машинном языке, а на языке ассемблера.

II поколение. Смену поколений определило появление новой элементной базы: вместо громоздкой лампы в ЭВМ стали применяться миниатюрные транзисторы, линии задержки как элементы оперативной памяти сменила память на магнитных сердечниках. Это в конечном итоге привело к уменьшению габаритов, повышению надежности и производительности ЭВМ. В архитектуре ЭВМ появились индексные регистры и аппаратные средства для выполнения операций с плавающей точкой. Были разработаны команды для вызова подпрограмм. Появились языки программирования высокого уровня - Algol, FORTRAN, COBOL, - создавшие предпосылки для появления переносимого программного обеспечения, не зависящего от типа ЭВМ. Появился процессор ввода-вывода. Для эффективного управления ресурсами машины стали использоваться операционные системы.

III поколение. В этот период вместо транзисторов в различных узлах ЭВМ стали использоваться интегральные микросхемы различной степени интеграции. Микросхемы позволили разместить десятки элементов на пластине размером в несколько сантиметров. Это повысило производительность ЭВМ и снизило их габариты и стоимость. Машины стали совместимы снизу вверх на программно-аппаратном уровне. Первая из таких семейств была серия IBM System/360 и наш отечественный аналог этого компьютера - ЕС ЭВМ.

IV поколение. В 70-е годы активно ведутся работы по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), которые позволили разместить на одном кристалле десятки тысяч элементов. Фирмой Intel был выпущен микропроцессор 4004. Он представлял собой 4-разрядное параллельное вычислительное устройство, и его возможности были сильно ограничены. 4004 мог производить четыре основные арифметические операции и применялся поначалу только в карманных калькуляторах.

Затем был выпущен микропроцессор Intel 8080, который имел довольно развитую систему команд и умел делить числа. Именно он был использован при создании персонального компьютера Альтаир, для которого молодой Билл Гейтс написал один из своих первых интерпретаторов языка BASIC.

1.2 Современные компьютеры

Пятое поколение ЭВМ (1984 г. - наши дни) можно назвать микропроцессорным. Основными задачами разработчиков здесь являлось создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), возможность ввода информации в ЭВМ при помощи голоса, различных изображений. Это позволило общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ стал помощником человеку во всех областях.

Проект семейства ЭВМ V поколения объединяет 16 процессоров. Это позволит достичь быстродействия в 160*10⁶ операций в секунду.

Intel 8086 был создан в 1976 году. Он имел достаточно большую разрядность регистров (16 бит) и системной шины адреса (20 бит), за счет чего мог адресовать до 1 Мбайт оперативной памяти.

Intel 80286 создан в 1982 году. Этот процессор представлял собой улучшенный вариант 8086.

Intel 80386 был представлен в 1985 году. Это был первый 32-разрядный микропроцессор, в котором использовалась параллельная обработка.

Intel 80486 - в его архитектуре получили дальнейшее развитие идеи параллельной обработки. Устройство декодирования и исполнения команд было организовано в виде пятиступенчатого конвейера, на втором в различной стадии исполнения могло находиться до 5 команд. На кристалл была помещена кэш-память первого уровня, которая содержала часто используемые код и данные. Создание компьютеров на основе процессоров семейства Intel-80486 позволило многочисленное программное обеспечение.

Уверенное положение на компьютерном рынке также занимала фирма Apple Computer с PC Macintosh. Компьютеры выпускались на основе процессоров фирмы Motorola. Эти компьютеры очень удобны при использовании дома, в офисе и для обучения в школе. Последние модели -- LC 475, LC 575 и LC 630 -- основанные на процессорах Motorola 68LC040, оснащаются дисководом CD-ROM.

Самые производительные компьютеры Macintosh серии Quadra, оснащались процессором 68040 с тактовой частотой до 33 МГц, сопроцессором, имели возможность расширения ОЗУ до 256 Мбайт. Quadra в основном использовались в полиграфическом и рекламном деле, а также в создании мультимедиа-приложений и других задачах, требующих больших вычислительных мощностей и обработки значительных объемов данных; они также подходят для создания программного обеспечения. С 1993 года выпускаются компьютеры подсемейства AV, которые имели стандартный видеовходы и видеовыходы, что давало возможность выводить информацию, как на экран стандартного дисплея, так и на экран обычного телевизора.

Кроме вышеперечисленных моделей Apple Computer выпускает портативные компьютеры серии PowerBook. Наибольшую популярность завоевали компьютеры семейства Performa, которые оснащались факс-модемом, что, было удобно для надомной работы.

В 1993 году компания Intel начала промышленный выпуск нового процессора -- Intel Pentium (Intel не стал присваивать ему номер 80586). 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».

Появление микропроцессора Pentium Pro разделило рынок на два сектора - высокопроизводительных рабочих станций и дешевых домашних компьютеров. В процессоре Pentium Pro были реализованы самые передовые технологии.

Intel Pentium II объединил в себе все технологические достижения обоих направлений развития архитектуры Pentium. Кроме этого он имел новые конструктивные особенности, в частности, его корпус выполнен в соответствии с новой технологией изготовления корпусов.

Intel Pentium III поддерживает все достижения своих предшественников, главное его достоинство - наличие новых 70 команд, Эти команды дополняют группу MMX-команд, но для чисел с плавающей точкой. Для поддержки этих команд в архитектуру процессора был включен специальный блок.

Рисунок 2 -Микропроцессоры 4го - 5го поколений

2. Электронные таблицы

Электронная таблица -- компьютерная программа позволяющая проводить вычисления с данными, представленными в виде двухмерных массивов, имитирующих бумажные таблицы. Некоторые программы организуют данные в "листы", предлагая, таким образом, третье измерение.

Электронные таблицы представляют собой удобный инструмент для автоматизации вычислений. Многие расчёты, в частности в области бухгалтерского учёта, выполняются в табличной форме: балансы, расчётные ведомости, сметы расходов и т. п. Кроме того, решение численными методами целого ряда математических задач удобно выполнять именно в табличной форме. Использование математических формул позволяет представить взаимосвязь между различными параметрами некоторой реальной системы. Решения многих вычислительных задач, которые раньше можно было осуществить только с помощью программирования, стало возможно реализовать через математическое моделирование в электронной таблице [2]. компьютер электронный таблица

2.1 Основные понятия

Рабочая книга - представляет собой основной документ Excel. Она хранится в файле с произвольным именем с расширением «.xls». По умолчанию рабочая книга состоит из 16 листов, имеющих имена: Лист 1, …Лист 16. пользователь может изменить имя листа.

Лист - предназначен для создания и хранения таблиц, диаграмм и макросов. Состоит из 256 столбцов, которые имеют имя А, В, С,...Z,…AA,AB… и строки 1,2,3… 16384 (рис.3).

Рисунок 3 - Фрагмент листа

Ячейка - представляет наименьшую структурную единицу для размещения данных внутри рабочего листа. В качестве данных могут быть: текст, числовые значения, формулы функции и параметры форматирования. Ячейка, выбранная с помощью указателя называется активной. Тип данных вводимых в ячейку определяется системой непосредственно при вводе. При этом признаком текста является пробел, буква, апострофов, цифровых- цифра с первой позиции, признаком формул - знак равно.

Блок ячеек - прямоугольная область, объединяющая отдельные ячейки, адрес блока формируется по диагональным ячейкам.

Адресация ячеек. Существует 2 вида ячеек: 1) относительная (пример с В3) - при проведении копирования и перемещении, относительный адрес ячейки всегда меняется: при копировании вниз № строки увеличивается на 1, при копировании вправо имя столбца изменяется на 1 букву в сторону увеличения; 2) абсолютная - не изменяется при проведении любых манипуляций с ячейками, обозначенных $B$3, не изменится № строки, ни название столбца. Если B$2-не изменится № строки, $B2-не изменится название столбца.

Формула - математическая запись вычислений, производимых над данными в таблицах. Она начинается со знака равенства или математического оператора и записанного в ячейку таблицы. Результатом выполнения формулы является вычисление значения. Пример: =$A$12+B2. Если ячейка содержащая формулу, активна, то формула проявляется в строке ввода, то есть становится видна. В противном случае в ячейки проявляется по формуле значение.

Функция - математическая запись, указывающая на выполнение определенных вычислительных операций. Она состоит из имени и 1 или несколько аргументов, заключенных в круглые скобки. Пример: =SUM(A1:A10);LOGIO(B2);lg(B2)

Форматирование - задание определенных параметров для внешнего представления данных, записанных в 1 или нескольких ячейках. К параметрам форматирования относится: вид и размер шрифта, рамка, цвет, выравнивание содержимого ячейки. Они задаются с помощью команд меню или кнопок панели инструментов. Его можно произвести до ввода данных в таблицы. Нельзя форматировать 1 ячейку.

Стиль - представляет набор параметров форматирования, применяемых к выделенным ячейкам при указании имени стиля. Существует набор стилей, хранящихся в библиотеке стилей. Следует использовать после завершения работы с таблицей.

Список - специальным образом оформленная таблица с которой можно работать как с базой данной. Плюсом является то, что возможно манипулировать данными.

Примечание - это текст, используемый в качестве комментария к содержимому 1 или нескольких ячеек. Примечание также может быть знаковым [3].

2.2 Виды представления данных

В работе с электронными таблицами можно выделить три основных типа данных: числа, текст и формулы.

Числа. Для представления чисел могут использоваться несколько различных форматов (числовой, экспоненциальный, дробный и процентный). Существуют специальные форматы для хранения дат (например, 25.09.2003) и времени (например, 13:30:55), а также финансовый и денежный форматы (например, 1500,00р.), которые используются при проведении бухгалтерских расчетов.

По умолчанию для представления чисел электронные таблицы используют числовой формат, который отображает два десятичных знака числа после запятой (например, 195,20).

Текст. Текстом в электронных таблицах является последовательность символов, состоящая из букв, цифр и пробелов. Например, последовательность цифр "2004" - это текст. По умолчанию текст выравнивается в ячейке по левому краю. Это объясняется традиционным способом письма (слева направо).

Формулы. Формула должна начинаться со знака равенства и может включать в себя числа, имена ячеек, функции и знаки математических операций. Однако в формулу не может входить текст.

В процессе ввода формулы она отображается как в самой ячейке, так и в строке формул (рис.4). После окончания ввода, которое обеспечивается нажатием клавиши {Enter}, в ячейке отображается не сама формула, а результат вычислений по этой формуле.

Рисунок 4 - Ввод формул

Для просмотра формулы необходимо выделить ячейку с формулой, в строке формул появится введенная ранее формула. Для редактирования формулы необходимо щелкнуть по ячейке или строке формул и провести редактирование. Для одновременного просмотра всех введенных формул можно задать специальный режим отображения формул, при котором в ячейках отображаются не результаты вычислений, а сами формулы.

Ввод и копирование данных. Ввод в ячейки чисел, текстов и формул производится с помощью клавиатуры.

Ввод в формулы имен ячеек можно осуществлять выделением нужной ячейки с помощью мыши. Данные можно копировать или перемещать из одних ячеек или диапазонов ячеек в другие ячейки или диапазоны ячеек. В процессе копирования можно вставлять в ячейки не только сами данные, но и формат данных и параметры оформления ячеек (тип границы и цвет заливки).

Для быстрого копирования данных из одной ячейки сразу во все ячейки определенного диапазона используется специальный метод: сначала выделяется ячейка и требуемый диапазон, а затем вводится команда [Заполнитъ-вниз] (вправо, вверх, влево) [4].

2.2.1 Представление данных из таблицы в графическом виде

Программа Microsoft Excel предоставляет пользователю широкие возможности для визуализации числовых данных из таблиц. Двумерное изображение при этом называется диаграммой, объемное - гистограммой. Числовые ряды можно представить в виде графиков. Не важно, какую форму представления данных вы выберите, порядок действий будет один и тот же. При этом будет работать программа, которая называется Мастером диаграмм (рис.5). Пользователю только необходимо в окне диалога определить параметры изображения [5].

2.3 Форматы представления данных

Рисунок 6 - Просмотр используемых в электронной таблице форматов

Формат числа определяется видом цифрового шаблона, который может быть двух видов:

# замещаемый (необязательный)

0 обязательный

В таблице 2 описывается каждая из категорий форматов. По умолчанию Excel будет использовать для всех типов данных формат Общий (General) [6].

Таблица 2. Основные форматы Excel

Список используемых ресурсов

1. http://www.project.sch901.edusite.ru/p24aa1.html

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%ED%ED%E0%FF_%F2%E0%E1%EB%E8%F6%E0

3. http://rodinalla.narod.ru/lection4.html

4. http://www.5byte.ru/8/0013.php

5. http://www.nbuv.gov.ua/books/2000/excel/

6. http://www.kursach.com/!inforactehnolog/4.4.5.htm

Размещено на Allbest.ru