История развития персонального компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Вятская государственная сельскохозяйственная академия»

Экономический факультет

Кафедра информационных технологий и статистики

РЕФЕРАТ

ПО ИНФОРМАТИКЕ

Тема: «История развития персонального компьютера»

Выполнил:________________ Рычкова Екатерина Сергеевна,

студент группы БЗб-121

Преподаватель:____________ Дьячков Валерий Павлович,

доцент, к.п.н., доцент кафедры ИТ и статистики

Киров 2019

Оглавление

Введение

1. История появления первых электронно-вычислительных машин

2. Принципы работы компьютеров Конрада Цузе

3. Основные этапы развития персонального компьютера

3.1 Компьютеры первого поколения

3.2 Компьютеры второго поколения

3.3 Компьютеры третьего поколения

3.4 Компьютеры четвертого поколения

3.5 Компьютеры пятого поколения

4. Направления развития компьютеров

5. Структура персонального компьютера

5.1 Микропроцессоры

5.2 Память

5.3 Кодирование

Заключение

Библиографический список

Введение

Современному человеку сегодня трудно представить свою жизнь без компьютера и других электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Если раньше люди использовали компьютеры для упрощения своей жизни, то на сегодняшний день потребности в нем самые разные.

Персональный компьютер (ПК) во многом изменил свое отношение человечества к вычислительным ресурсам. С каждой новой моделью ПК, человек все больше и больше перекладывает повседневные функции на плечи машин, начиная от простых математических вычислений и заканчивая сложным проектированием или созданием отчета. Во второй половине ХХ века компьютеры могли позволить себе только крупные компании, не только из-за своей дороговизны, но и из-за внушительных размеров. Именно поэтому компании изготовлявшие компьютерную технику всегда стремились к минимализму и удешевлению своей продукции. В результате развития микросхем и микроминиатюризации ЭВМ может размещаться на обычном письменном столе. На сегодняшний день компьютер может позволить себе любой человек. Размеры компьютеров стали настолько малыми, что его можно даже поместить в карман.

Но так было не всегда. Путь человечества к этому достижению был очень трудный и долгий. Много веков назад люди хотели иметь приспособления, с которыми они могли бы решать различные задачи. Многие из таких задач решались выполнением некоторых последовательных действий, которые сейчас принято называть алгоритмом. С попытки изобрести такое устройство и началось изобретение ЭВМ.

История появления ЭВМ и ПК насчитывает всего несколько десятилетий. Предыдущий период использования вычислительной технике относится к эпохе применения средств, созданных на механическом и электромеханическом принципе действия.

Целью исследования является - исследование развития, становления и совершенствования персонального компьютера.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Изучить соответствующую моей теме литературу;

2) Рассмотреть историю появления первых ЭВМ;

3) Проанализировать основные этапы развития персональных компьютеров;

4) Дать краткую характеристику каждого из этапов;

5) Выделить ученых, вклад которых наиболее существенен в решении данной проблемы;

Таким образом, речь в данной работе пойдет об этапах развития вычислительной техники не только в России, но и за рубежом.

1. История появления первых электронно-вычислительных машин

Созданием первых вычислительных машин можно считать 1623 год. Ученый В. Шикард создал машину умеющую складывать и вычитать числа, но первой машиной для решения алгоритмов стал арифмометр французского ученого и философа Блеза Паскаля. Его основным элементом стало зубчатое колесо. В 1671 году немецкий философ Густав Лейбниц так же создает арифмометр на основе зубчатого колеса с особой конструкцией. Арифмометр Лейбница, как и его предшественники, выполнял все четыре арифметических действия (сложение, вычитание, умножение, деление).

В 1833 г. кембриджский математик Чарльз Бэббидж (1792-1871 гг.) разработал универсальную автоматическую машину для любых вычислений названную «аналитической». Машина была механической, счет велся с помощью шестерен. Таким образом, Ч. Бэббидж заложил первые идеи современного компьютера. Он изобрёл эффективный способ сложения чисел по схеме со сквозным переносом, создал новые перфокарты в качестве постоянных носителей информации, предложил принцип функционирования универсальной вычислительной машины для расчетов в самых разных областях, сформулировал принципы условных переходов по результатам вычислений, предложил использовать устройства печати результатов по окончанию расчетов. Все эти принципы сохранились и в современных ЭВМ. Английский математик намного опередил свое время, но только через 100 лет предложения Ч. Бэббиджа были реализованы в полной мере. Эра механизмов и механических машин для вычислений продолжалась до 1944. Тогда же появились и другие счетные механические машины, но фундаментального влияния на развитие вычислительной техники они не оказали.

Идеи Чарльза Бэббиджа развивались и использовались другими учеными. Так, в 1890 году американец Герман Холлерит разработал машину, работающую с таблицами данных. Эта машина была использована в переписи населения США в 1890 году. Так в 1896 году была создана фирма Холлерита, которая явилась предшественницей компании IBM.

В 1938 году центр разработок ненадолго смещается из Америки в Германию, где Конрад Цузе создает машину, которая оперирует, в отличие от своих предшественниц, не десятичными числами, а двоичными. Эта машина также была все еще механической, но ее несомненным достоинством было то, что 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.

За океаном, в Америке, в этот период также шли работы по созданию подобных электромеханических машин. 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. Нужно было искать новую, более технологичную элементную базу. И тогда вспомнили об изобретении Фореста, который в 1906 году создал трех электродную вакуумную лампу, названную триодом. В силу своих функциональных свойств она стала наиболее естественной заменой реле. В 1946 году в США, в университете города Пенсильвания, была создана первая универсальная ЭВМ - ENIAC . ЭВМ ENIAC содержала 18 тыс. ламп, весила 30 тонн, занимала площадь около 200 квадратных метров и потребляла огромную мощность. В ней все еще использовались десятичные операции, и программирование осуществлялось путем коммутации разъемов и установки переключателей. Естественно, что такое «программирование» влекло за собой появление множества проблем, вызванных, прежде всего, неверной установкой переключателей. С проектом ENIAC связано имя еще одной ключевой фигуры в истории вычислительной техники - математика Джона фон Неймана. Именно он 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 в 1951 году. В этой машине уже применяется двоичная арифметика и используется оперативная память, построенная на ультразвуковых ртутных линиях задержки. Память могла хранить 1024 слова. Каждое слово состояло из 44 двоичных разрядов.

В 1947 г. У. Шоркли, Дж. Бардин и У. Бреттейн изобрели принципиально новое электронное устройство - транзистор. Это изобретение было лишено большинства недостатков электронных ламп и позволило сконструировать первую мини-ЭВМ.

2. Принципы работы компьютеров Конрада Цузе

персональный компьютер микропроцессор

Идея о возможности построения автоматизированного счетного аппарата пришла в голову немецкому инженеру Конраду Цузе (Konrad Zuse) и в 1934 г. Цузе сформулировал основные принципы, на которых должны работать будущие компьютеры:

· двоичная система счисления;

· использование устройств, работающих по принципу «да / нет» (логические 1 / 0);

· полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;

· программное управление процессом вычислений;

· поддержка арифметики с плавающей запятой;

· использование памяти большой емкости.

Цузе первым в мире определил, что обработка данных начинается с бита (бит он называл «статусом да / нет», а формулы двоичной алгебры - условными суждениями), первым ввел термин «машинное слово» (Word), первым объединил в вычислители 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)».

3. Основные этапы развития персонального компьютера

История развития компьютерной техники насчитывает около пяти десятилетий. За это время сменилось несколько поколений ЭВМ. Каждое следующее поколение отличалось новыми элементами (электронные лампы, транзисторы, интегральные схемы), технология изготовления которых была принципиально иной. В настоящее время существует общепринятая классификация поколений ЭВМ:

· Первое поколение (1946 - начало 50-х гг.). Элементная база - электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах;

· Второе поколение (конец 50-х - начало 60-х гг.). Элементная база - полупроводниковые элементы. Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего поколения практически все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки;

· Третье поколение (конец 60-х - конец 70-х). Элементная база - интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов;

· Четвёртое поколение (с середины 70-х - конец 80-х). Элементная база - микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микро-ЭВМ;

· Пятое поколение (с середины 80-х гг.). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, которая пока не увенчалась успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.

Вместе со сменой поколений ЭВМ менялся и характер их использования. Если сначала они создавались и использовались в основном для решения вычислительных задач, то в дальнейшем сфера их применения расширилась. Сюда можно отнести обработку информации, автоматизацию управления производственно-технологическими и научными процессами и многое другое.

3.1 Компьютеры первого поколения

Первые компьютеры появились в середине прошлого века (до этого вычислительные устройства имели скорее научное, нежели прикладное значение). Это были ЭВМ так называемого первого поколения (сконструированные на лампах), но они уже могли хранить программы и использовали трансляторы.

Первыми компьютерами следует считать британский Colossus (1943 г.) и американский ENIAC (Electronic Numeric Integrator, Analyzer and Computer, 1945 г.).

Colossus I - первая вычислительная машина на лампах, созданная англичанами в 1943 г., для раскодирования немецких военных шифров; она состояла из 1800 электронных ламп - устройств для хранения информации - и была одним из первых программируемых электронных цифровых компьютеров.

ENIAC - был создан для расчета артиллерийских таблиц баллистики; этот компьютер весил 30 тонн, занимал 1000 квадратных футов и потреблял 130-140 кВт электроэнергии. Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов, и содержались они в шкафах общим объемом около 100 м3. ENIAC имел производительность 5000 операций в секунду. Общая стоимость машины составляла $ 750 000. Потребность в потребления электричества - 174 кВт, общее занимаемое пространство - 300 мІ.

EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) интересен тем, что в нем была сделана попытка записывать программы электронным способом в так называемых «ультразвуковых линиях задержки» с помощью ртутных трубок. В 126 таких линиях было возможно сохранять 1024 строк четырехзначных двоичных чисел. Это была «быстрая» память. В качестве «медленной »памяти предполагалось фиксировать числа и команды на магнитном проводе, однако этот метод оказался ненадежным, и пришлось вернуться к телетайпным лентам. EDVAC работал быстрее своего предшественника, сложение занимало 1 мкс, деление - 3 мкс. Он содержал всего 3,5 тыс. электронных ламп и располагался на 13 мІ площади.

UNIVAC (Universal Automatic Computer) представлял собой электронное устройство с программами, хранящимися в памяти, которые вводились туда уже не с перфокарт, а с помощью магнитной ленты; это обеспечивало высокую скорость чтения и записи информации, а, следовательно, и более высокое быстродействие машины в целом. Одна лента могла содержать миллион символов, записанных в двоичной форме. Ленты могли хранить и программы, и промежуточные данные.

Рисунок 3.1 - Представители I-го поколения ЭВМ: 1) Electronic Discrete Variable Computer; 2) Universal Automatic Computer.

3.2 Компьютеры второго поколения

Элементная база компьютеров 60-х годов начала переходить от ламп к полупроводниковым элементам (транзисторам). Транзисторы, потребляя меньше электроэнергии и выделяя меньше тепла, занимают и меньше места. Объединение нескольких транзисторных схем на одной плате дает интегральную схему. Транзисторы это счетчики двоичных чисел. Эти детали фиксируют два состояния - наличие тока и отсутствие тока, и тем самым обрабатывают информацию, представленную им именно в таком двоичном виде. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации: как устройства памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны, а уже в 60-е годы получило распространение хранение информации на дисках.

Один из первых компьютеров на транзисторах (Atlas Guidance Computer) был запущен в 1957 г. и использовался при управлении запуском ракеты Atlas.

Созданный в 1957 году RAMAC был недорогим компьютером с модульной внешней памятью на дисках, комбинированным оперативным запоминающим устройством на магнитных сердечниках и барабанах. И хотя этот компьютер еще не был полностью транзисторным, он отличался высокой работоспособностью и простотой обслуживания и пользовался большим спросом на рынке средств автоматизации делопроизводства в офисах.

В 1959 году IBM создала свой первый полностью транзисторный большой универсальный компьютер модели 7090, способный выполнять 229 тыс. операций в секунду - настоящий транзисторный мэйнфрейм.

В 1960 году DEC представила первый в мире миникомпьютер - модель PDP-1 (Programmed Data Processor, программируемый процессор данных), компьютер с монитором и клавиатурой, который стал одним из самых заметных явлений на рынке. Этот компьютер был способен выполнять 100 000 операций в секунду. Сама машина занимала на полу всего 1,5 мІ. PDP-1 стал, по сути, первой в мире игровой платформой благодаря студенту MIT Стиву Расселу, который написал для него компьютерную игрушку Star War.

.

Рисунок 3.2 - Представители II-го поколения ЭВМ: 1) RAMAC; 2) PDP-1

В 1963 году Айвен Сазерленд разработал программу Блокнот, которую можно считать первым коммерческим проектом в области интерактивной компьютерной графики, в 1964 году Дугласом Энгельбартом было изобретено первое ручное устройство ввода - манипулятор «мышь»

В 1968 году Digital впервые наладила серийное производство мини-компьютеров - это был PDP-8: цена их была около $ 10000, а размером модель была как холодильник. Именно эту модель PDP-8 смогли покупать лаборатории, университеты и небольшие предприятия.

Отечественные компьютеры того времени можно охарактеризовать так: по архитектурным, схемным и функциональным решениям они соответствовали своему времени, но их возможности были ограничены из-за несовершенства производственной и элементной базы. Наибольшей популярностью пользовались машины серии БЭСМ. Серийное производство, достаточно незначительное, началось выпуском ЭВМ «Урал-2» (1958), БЭСМ-2, «Минск-1» и «Урал-3» (все - 1959 г.). В 1960 г. пошли в серию «М-20» и «Урал-4». Максимальной производительностью в конце 1960 располагал «М-20» (4500 ламп, 35 тыс. полупроводниковых диодов, память на 4096 ячеек) - 20 тыс. операций в секунду. Первые компьютеры на полупроводниковых элементах («Раздан-2», «Минск-2», «М-220» и «Днепр») находились еще в стадии разработки.

3.3 Компьютеры третьего поколения

В 50-х и 60-х годах сборка электронного оборудования представляла трудоемкий процесс, который замедлялся возрастающей сложностью электронных схем. Так, например, компьютер типа CD1604, содержал около 100 тыс. диодов и 25 тыс. транзисторов. В 1959 американцы Джек Сент Клэр Килби и Роберт Н. Нойс независимо друг от друга изобрели интегральную схему (ИС) - совокупность тысяч транзисторов, размещенных на одном кристалле кремния внутри микросхемы. Производство компьютеров на ИС (микросхемами их стали называть позже) было гораздо дешевле, чем на транзисторах. Также это привело к радикальному уменьшению габаритов, а развитие сетевых технологий и реализация доступа с удаленных терминалов сделали компьютеры еще более доступными. Благодаря этому многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения различных задач. В эти годы производство компьютеров приобрело промышленные масштабы. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах.

В начале 60-х был изобретен модем, который в 1967-м был существенно усовершенствован Джоном Ван Гином из Стенфордского научно-исследовательского института, а в 1970-м под руководством уже упоминавшегося изобретателя мыши Энгельбарта была отмечена первая крупномасштабная реализация электронной почты. Там же был создан первый многооконный интерфейс пользователя, а в 1969-м Алан Кей в лаборатории компании Xerox в Пало-Альто разработал первый графический интерфейс.

Рисунок 3.3 - Представитель III-го поколения ЭВМ - ЕС-1022

3.4 Компьютеры четвертого поколения

Рождение персональных компьютеров (ПК, PC) с полным основанием связывают с процессорами Intel. Корпорация была основана в середине июня 1968 г. с тех пор Intel превратилась в крупнейшего в мире производителя микропроцессоров с числом сотрудников более 64 тысяч. Целью Intel было создание полупроводниковой памяти и, чтобы выжить, фирма стала брать и сторонние заказы на разработку полупроводниковых устройств.

В 1971 г. Intel получила заказ на разработку набора из 12 микросхем для программируемых микрокалькуляторов, но инженерам Intel создание 12 специализированных чипов показалось громоздким и неэффективным. Задача сокращения номенклатуры микросхем была решена путем создания «спарки» с полупроводниковой памяти и исполнительного устройства, способного работать по командам, хранящимся в ней. Это был прорыв в философии создания вычислительных средств: универсальное логическое устройство в виде 4-разрядного центрального процессорного устройства i4004, который позже был назван первый микропроцессором. Он представлял собой набор из 4 чипов, в числе которых был один чип, управляемый командами, которые хранились в полупроводниковой внутренней памяти.

Как коммерческая разработка, микрокомпьютер (так тогда называлась микросхема) появился на рынке 11 ноября 1971 под названием 4004: 4 битный, содержащий 2300 транзисторов, тактовая частота 60 кГц, стоимость - $ 200. В 1972 г. компания Intel выпустила восьмибитный микропроцессор 8008, а в 1974 г. - его усовершенствованную версию Intel-8080, которая к концу 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии. Уже в 1973 году во Франции появляется первый компьютер на базе процессора 8080 - Micral.

Конкурент Intel, компьютер Apple II отличался тем, что не был вполне законченным аппаратом и оставалась некоторая свобода для доработки непосредственно пользователем - можно было устанавливать дополнительные интерфейсные платы, платы памяти и др. Именно эта особенность, которую впоследствии стали называть «открытой архитектурой», стала его основным преимуществом. Успеху Apple II способствовали еще две новинки, разработанные в 1978 году. Недорогой накопитель на гибких дисках, и первая программа для коммерческих расчетов - электронная таблица VisiCalc.

Большой популярностью в 70-х годах пользовался компьютер Altair-8800, построенный на основе процессора Intel-8080, который был оснащен интерпретатором с алгоритмического языка BASIC. Как известно, этот интерпретатор написали Билл Гейтс и Поль Ален, так что 5 сентября 1975 года с тех пор считается официальным днем рождения компании Microsoft. Хотя возможности Altair были довольно ограничены - оперативная память составляла всего 4 Kb, клавиатура и экран отсутствовали, его появление было встречено с большим энтузиазмом. Он был выпущен на рынок в 1975 году, и в первые месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины.

Распространение ПК к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ - фирма IBM в 1979 выпустила IBM PC на базе процессора 8088. Существующее в начале 80-х годов программное обеспечение было ориентировано на обработку текстов и простых электронных таблиц, а сама мысль о том, что «микрокомпьютер» может стать привычным и необходимым устройством на работе и дома, казалась невероятной.

12 августа 1981 года IBM представила Personal Computer (PC), ставший, в сочетании с программным обеспечением от Microsoft, стандартом для всего парка ПК современного мира. Цена модели IBM PC с монохромным дисплеем составила около $3.000, с цветным - $6.000. Конфигурация IBM PC: процессор Intel 8088 с частотой 4,77 МГц и 29 тысячами транзисторов, 64 Кб оперативной памяти, 1 флоппи-дисковод емкостью 160 Кб, звук - обычный встроенный динамик. В это время запуск приложений и работа с ними были настоящей мукой: из-за отсутствия жесткого диска приходилось все время менять дискеты, не было ни «мыши», ни графического оконного пользовательского интерфейса, ни точного соответствия между изображением на экране и конечным результатом (WYSIWYG). Цветная графика была крайне примитивна, о трехмерной анимации или фотообработке не было и речи, однако история развития персональных компьютеров началась именно с этой модели.

В 1984 году IBM представила еще две новинки. Во-первых, была выпущена модель для домашних пользователей, названная PCjr на базе процессора 8088, которая была оснащена едва ли не первой беспроводной клавиатурой, но успеха на рынке эта модель не добилась.

Вторая новинка - IBM PC AT. Важнейшая особенность: переход на микропроцессоры более высоких уровней (80286 с цифровым сопроцессором 80287) с сохранением совместимости с предыдущими моделями. Этот компьютер оказался законодателем стандартов на много лет вперед в целом ряде отношений: здесь впервые появилась 16-разрядная шина расширений (остающаяся стандартной и по сей день) и графические адаптеры EGA с разрешением 640х350 при глубине представления цвета 16 бит.

В 1984 г. состоялся выпуск первых компьютеров Macintosh с графическим интерфейсом, манипулятором «мышь» и многими другими атрибутами пользовательского интерфейса, без которых не мыслятся современные настольные компьютеры. Пользователей новый интерфейс не оставил равнодушными, но революционный компьютер не был совместим ни с прежними программами, ни с аппаратными компонентами. А в тогдашних корпорациях уже стали нормальными рабочими инструментами WordPerfect и Lotus 1-2-3. Пользователи уже привыкли и приспособились к символьному интерфейса DOS. С их точки зрения, Macintosh выглядел даже как-то несерьезно.

Рисунок 3.4 - Представители IV-го поколения ЭВМ: а) Micral; б) Apple II

3.5 Компьютеры пятого поколения

Отличительные признаки V-го поколения:

· Новые технологии производства;

· Отказ от традиционных языков программирования таких, как Кобол и Фортран в пользу языков с повышенными возможностями манипулирования символами и с элементами логического программирования (Пролог и Лисп);

· Акцент на новые архитектуры (например, на архитектуру потока данных);

· Новые способы ввода-вывода, удобные для пользователя (например, распознавание речи и образов, синтеза речи, обработка сообщений на естественном языке);

· Искусственный интеллект (то есть автоматизация процессов решения задач, получения выводов, манипулирования знаниями).

Рисунок 3.5 - Компьютер V поколения

Именно на рубеже 80-90-х сформировался альянс Windows-Intel. Когда в начале 1989 г. Intel выпустила микропроцессор 486, производители компьютеров не стали дожидаться примера со стороны IBM или Compaq. Началась гонка, в которую вступили десятки фирм. Но все новые компьютеры были чрезвычайно похожи друг на друга - их объединяла совместимость с Windows и процессоры от Intel.

Компьютеры пятого поколения отличаются от предыдущих главным образом широкими коммуникационными возможностями и повышением степени интеграции полупроводников элементной базы. В 1986 году магистральная сеть NSFNET объединила пять суперкомпьютерных центров, открыв широкому кругу исследователей доступ к мощным вычислительным ресурсам. В 2007 году компания Apple представляет iPhone. В июне 2010 года список самых мощных суперкомпьютеров возглавляет американский Cray Jaguar, за ним с небольшим отставанием следует китайский Nebulae. Оба этих высокопроизводительных суперкомпьютера могут выполнять более триллиона вычислений в секунду. А в 2011 году в Китае запустили вдвое более мощный суперкомпьютер Tianhe-1. А в Японии создали систему с лаконичным названием K computer. Эта система показала втрое более высокую производительность по сравнению с китайской Tianhe-1.

4. Направления развития компьютеров

Нейрокомпьютеры можно отнести к шестому поколению ЭВМ. Несмотря на то, что реальное применение нейросетей началось относительно недавно, нейрокомпьютингу как научному направлению пошел седьмой десяток лет, а первый нейрокомпьютер был построен в 1958 году. Разработчиком машины был Фрэнк Розенблатт, который подарил своему детищу имя Mark I.

Теория нейронных сетей впервые была обозначена в работе МакКаллока и Питтса в 1943 г.: любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети. Интерес к нейрокомпьютингу снова вспыхнул в начале 80-х годов и был подогрет новыми работами с многослойным перцептроном и параллельными вычислениями. Нейрокомпьютеры - это ПК, состоящих из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов, которые называют нейронами. Нейроны образуют так называемые нейросети. Высокое быстродействие нейрокомпьютеров достигается именно за счет огромного количества нейронов.

Нейрокомпьютеры построены по биологическим принципу: нервная система человека состоит из отдельных клеток - нейронов, количество которых в мозгу достигает 1012, при том, что время срабатывания нейрона - 3 мс. Каждый нейрон выполняет достаточно простые функции, но так как он связан в среднем с 1-10 тыс. других нейронов, такой коллектив успешно обеспечивает работу человеческого мозга.

В оптоэлектронных компьютерах носителем информации является световой поток. Электрические сигналы преобразуются в оптические и обратно. Оптическое излучение в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:

· Световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;

· Световые потоки могут локализоваться в поперечном направлении нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;

· Взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, что дает новые степени свободы в организации связи и создания параллельных архитектур.

В настоящее время ведутся разработки по созданию компьютеров полностью состоящих из оптических устройств обработки информации. Сегодня это направление является наиболее интересным.

Оптический компьютер имеет невиданную производительность и совсем другую, чем электронный компьютер, архитектуру: за 1 такт продолжительностью менее 1 наносекунды (это соответствует тактовой частоте более 1000 МГц) в оптическом компьютере возможна обработка массива данных около 1 мегабайта и больше. К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических компьютеров.

Оптический компьютер размером с ноутбук может дать пользователю возможность разместить в нем едва ли не всю информацию о мире, при этом компьютер сможет решать задачи любой сложности.

Биологические компьютеры - это обычные ПК, только основанные на ДНК-вычислений. Реально показательных работ в этой области так мало, что говорить о существенных результатах не приходится.

Молекулярные компьютеры - это ПК, принцип действия которых основан на использовании изменении свойств молекул в процессе фотосинтеза. В процессе фотосинтеза молекула принимает различные состояния, так что ученым остается только присвоить определенные логические значения каждом состояния, то есть «0» или «1». Используя определенные молекулы, ученые определили, что их фотоцикл состоит всего из двух состояний, «переключать» которые можно изменяя кислотно-щелочной баланс среды. Последнее очень легко сделать с помощью электрического сигнала. Современные технологии уже позволяют создавать целые цепочки молекул, организованные подобным образом. Таким образом, очень даже возможно, что и молекулярные компьютеры ждут нас «не за горами».

История развития компьютеров еще не закончена, помимо совершенствования старых, идет и разработка совершенно новых технологий. Пример тому квантовые компьютеры - устройства, работающие на основе квантовой механики. Полномасштабный квантовый компьютер - гипотетическое устройство, возможность построения которого связана с серьезным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов; эта работа лежит на передовом крае современной физики. Экспериментальные квантовые компьютеры уже существуют; элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.

Рисунок 4.1 - Первый нейрокомпьютер (1958) - Mark I

5. Структура персонального компьютера

В составе IBM PC- совместимого персонального компьютера можно выделить три основных компонента: системный блок, клавиатуру и монитор. В системном блоке находится вся электронная начинка компьютера: блок питания, системная плата и приводы накопителей со сменным или несменным носителем. Клавиатура является универсальным стандартным устройством ввода информации, позволяющим передавать компьютеру определённые символы или управляющие сигналы. Монитор (или дисплей) предназначен для отображения на своём экране монохромной или цветной, символьной, графической или видеоинформации и относится, вообще говоря, к универсальным стандартным устройствам вывода информации. Перечисленные основные компоненты компьютера соединяются друг с другом посредством специальных кабелей с разъемами. Стоит отметить, что в некоторых моделях IBM PC- совместимых компьютеров монитор и системный блок или клавиатура и системный блок конструктивно могут составлять единое целое.

5.1 Микропроцессоры

Важнейший компонент любого персонального компьютера - это его микропроцессор. Данный элемент в большей степени определяет возможности вычислительной системы и, образно выражаясь, является её сердцем. До настоящего времени безусловным лидером в создании современных микропроцессоров остается фирма Intel.

Микропроцессор, как правило, представляет собой сверхбольшую интегральную схему, реализованную в едином полупроводниковом кристалле и способную выполнять функции центрального процессора. Степень интеграции определяется размером кристалла и количеством реализованных в нем транзисторов. Часто интегральные микросхемы называют чипами (chips).

К обязательным компонентам микропроцессора относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство и блок управления. Они характеризуются скоростью (тактовой чистотой), разрядностью или длиной слова (внутренней и внешней), архитектурой и набором команд. Архитектура микропроцессора определяет необходимые регистры, стеки, систему адресации, а также типы обрабатываемых процессором данных. Обычно используются следующие типы данных: бит (один разряд), полубайт, или nibble (4 бита), байт (8 бит), слово (16 бит), двойное слово (32 бита). Выполняемые микропроцессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, памятью и портами ввода-вывода).

Под конвейерным режимом понимают такой вид обработки, при которой интервал времени, требуемый для выполнения процесса в функциональном узле (например, в арифметико-логическом устройстве) микропроцессора, продолжительнее, чем интервалы, через которые данные могут вводиться в этот узел. Предполагается, что функциональный узел выполняет процесс в несколько этапов, то есть когда первый этап завершается, результаты передаются на второй этап, на котором используются другие аппаратные средства. Разумеется, что устройство, используемое на первом этапе, оказывается свободным для начала новой обработки данных. Как известно, можно выделить четыре этапа обработки команды микропроцессора: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. Иными словами, в ряде случаев пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.

С внешними устройствами микропроцессор может «общаться» благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядность внутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных. Иначе говоря, микропроцессор с 32-разрядными регистрами может иметь, например, только 16 внешних линий данных. Объем физически адресуемой микропроцессором памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N, где N-количество адресных линий.

5.2 Память

Практически все компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю.

Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором вычислительных операций. Таким образом, этот вид памяти обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory). Для построения запоминающих устройств типа RAM используют микросхемы статической и динамической памяти.

Постоянная память, где храниться такая информация, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором программы, имеет собственное название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения. Постоянная память обладает тем преимуществом, что может сохранять информацию и при отключенном питании. Это свойство получило название энергонезависимости. Все микросхемы постоянной памяти по способу занесения в них информации (программированию) делятся на масочные (ROM), программируемые изготовителем, однократно программируемые пользователем (Programmable ROM) и многократно программируемые пользователем (Erasable PROM). Последние в свою очередь подразделяются на стираемые электрически и с помощью ультрафиолетового облучения. К элементам EPROM с электрическим стиранием информации относятся и микросхемы флэш-памяти (flash). От обычных EPROM они отличаются высокой скоростью доступа и быстрым стиранием записанной информации.

Внешняя память реализована обычно на магнитных или оптических носителях.

5.3 Кодирование

Компьютеры могут обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. При вводе документов, текстов программ вводимые символы кодируются определенными числами, а при выводе их для чтения человеком по каждому числу строится изображение символа. Соответствие между набором символов и их кодами называется кодировкой символов.

Как правило, код символа храниться в одном байте, поэтому коды символов могут принимать значения от 0 до 255. Такие кодировки называются однобайтными, они позволяют использовать до 256 различных символов. Впрочем, в настоящее время все большее распространение приобретает двухбайтовая кодировка Unicode, в ней коды символов могут принимать значения от 0 до 65535. В этой кодировке имеются номера для практически всех применяемых символов.

При разработке IBM PC фирма IBM заложила в эти компьютеры (точнее, в знакогенераторы видеоконтроллеров) кодировку символов. Так при выводе на экран символа с кодом 74 на экране изображалась буква j, при выводе символа с кодом 171 - дробь ит.д. Разумеется, производители принтеров и других устройств также стали следовать предложенной фирмой IBM кодировке, так что она стала фактически стандартом.

В кодировке IBM символы с кодами 32-127 соответствовали общеупотребительной кодировке ASCII, содержащей латинские буквы, знаки препинания, скобки, специальные знаки и пробел. А на позициях 128-255 и 0-31 фирма IBM поместила символы западноевропейских алфавитов, символы псевдографики, позволяющие рисовать на экране рамке и диаграммы, некоторые греческие буквы и специальные символы.

Поскольку в кодировке IBM отсутствуют символы кириллицы, в нашей стране были созданы различные модификации таблицы кодов IBM, содержащие символы кириллицы. Некоторое время применялось несколько разных таблиц кодировок, что создавало значительные неудобства. Однако очень скоро подавляющим большинством пользователей стала применяться так называемая «модифицированная альтернативная кодировка ГОСТа». В этой кодировке русские буквы расположены на тех позициях, где в кодировке IBM находятся относительно редко используемые символы национальных алфавитов и греческие буквы. А остальные символы имеют те же коды, что в кодировке символов IBM, что обеспечивает возможность использования зарубежных DOS-программ без изменений.

В графической среде Windows кодовые таблицы, разработанные для IBM PC, являются во многом морально устаревшими. Действительно, в Windows, как правило, не требуются псевдографические символы, использовавшиеся в текстовом режиме DOS-программ для рисования линий и диаграмм: в Windows можно нарисовать любые линии непосредственно. С другой стороны, в кодовой таблице IBM PC не хватало многих символов европейских языков. Поэтому фирма Microsoft разработала для Windows новую кодовую таблицу. Эта кодировка называется ANSI-кодировкой, она используется для всех текстовых шрифтов в английской версии Windows.

Для русскоязычных пользователей стандартная ANSI-кодировка непригодна, так как она не содержит русских букв. Поэтому в русской версии Windows, разработанной фирмой Microsoft, а так же при использовании различных русификаторов Windows, употребляется модифицированная, «русская» версия ANSI-таблицы. Русские буквы в ней располагаются в позициях 192-255, 168 и 184. Данная кодировка используется в Windows для всех текстовых шрифтов, содержащих русские буквы.

Заключение

В процессе исследования истории развития персональных компьютеров было выяснено, что первые идеи современного компьютера заложил Ч. Бэббидж, т.к. он изобрёл эффективный способ сложения чисел по схеме со сквозным переносом, создал новые перфокарты в качестве постоянных носителей информации, предложил принцип функционирования универсальной вычислительной машины для расчетов в самых разных областях, сформулировал принципы условных переходов по результатам вычислений, предложил использовать устройства печати результатов по окончанию расчетов.

Первые компьютеры появились в начале 50-х годов XX века, но только в 1975 году в продажу поступил первый персональный компьютер массового производства Altair 8800. Первым полнофункциональным и, в выcшей степени успешно продаваемым персональным компьютером, стал Apple II, а первым переносной микрокомпьютер с экраном, дисководами и сумкой для переноса был Osborne 1. С середины 80-х начало значительно расти количество программ для домашнего применения. Появились развивающие и обучающие программы, а сеть Интернет, перекинувшись из США в Европу, начала быстро распространяться по всему миру.

А в 2007 году компания Apple представляет iPhone. Он и другие, так называемые смартфоны, демонстрируют тренд интеграции изначально отдельных устройств - таких как мобильный телефон, компьютер, цифровая камера - в одно многофункциональное устройство.

В 2010-2011 годах появляется ряд мощнейших суперкомпьютеров: Cray Jaguar, Nebulae, Tianhe-1, K computer. За 2011 год производительность самого мощного компьютера в мире выросла примерно в пять раз.

Таким образом, можно сделать вывод, что развитие и совершенствование персональных компьютеров не останавливается, а продолжает развиваться на все более высоком уровне.

Библиографический список

1. Арнольд, В.И. Что такое математика? [Текст] / В.И. Арнольд - М.: МЦНМО, 2008.- 104 с.

2. Вернер, М. Основы кодирования [Текст]: учеб. пособие для вузов / М. Вернер - М.: Техносфера, 2004.- 288 с.

3. Максимов, Н.В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем [Текст]: учеб. для вузов / Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - М.: ИНФРА-М, 2005. - 512 с.

4. Радченко, Н.П., Козлов, О.А.. «Школьная информатика» [Текст]: учеб.-метод. пособие / Н.П. Радченко, О.А.Козлов - М.: «финансы и статистика», 2001. - 160 с.

5. Фигурнов, В.Э. “IBM PC для пользователя” Издание 7-е [Текст] / В.Э. Фигурнов - М.: ИНФРА-М, 1997. - 640 с.

Таблица 1 - Критерии оценки реферата

№ п/п	Наименование параметра документа Word
1	Автоматическое оглавление
2	Наличие введения
3	Наличие заключения
4	Наличие библиографического списка
5	Выравнивание абзацев по ширине с красной строкой 1,25
6	Правильное оформление разделов, подразделов
7	Нумерация страниц, начинается со второй - оглавления
8	Колонтитулы (верхний и нижний)
9	Использование собственных стилей
10	Выделение ключевых слов, фраз, абзацев (шрифт, начертание, затенение и др.)
11	Представление текста в колоночном виде
12	Использование иллюстраций (различные объекты) и правильность их оформления
13	Наличие таблиц, правильность их оформления
14	Использование сносок и выносок
15	Применение маркированных и нумерованных списков
	Итого

Размещено на Allbest.ru

...