Реферат «История развития компьютерной техники» [Введите подзаголовок документа] Выполнила Семенова Елена 7А класс Проверила Николаева Любовь Павловна Г. Балаково >19. 04. 2015 Оглавление «История развития компьютерной техники»
Человеческое общество по мере своего развития овладевало не только веществом и энергией, но и информацией. С появлением и массовым распространение компьютеров человек получил мощное средство для эффективного использования информационных ресурсов, для усиления своей интеллектуальной деятельности. С этого момента (середина XX века) начался переход от индустриального общества к обществу информационному, в котором главным ресурсом становится информация.
Возможность использования членами общества полной, своевременной и достоверной информации в значительной мере зависит от степени развития и освоения новых информационных технологий, основой которых являются компьютеры. Рассмотрим основные вехи в истории их развития.
История появления первых электронно-вычислительных машин
В 1833 г. кембриджский математик Чарльз Бэббидж (1792-1871 гг.) разработал универсальную автоматическую машину для любых вычислений названную «аналитической»[1]. 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.
В 1934-1936 гг. немецкий инженер Конрад Цузе пришёл к идее создание универсальной вычислительной машины с программным управление и хранением информации в запоминающем устройстве[2]. Он сконструировал машину «Z-3» — первую программно управляемую вычислительную машину. Из-за несовершенства тогдашних ламп Цузе долго держался за реле — а потом почти сразу переключился на транзисторы. Единственным ламповым компьютером его разработки стал «Z-22» (1958).
В 1947 г. У. Шоркли, Дж. Бардин и У. Бреттейн изобрели принципиально новое электронное устройство – транзистор[3]. Это изобретение было лишено большинства недостатков электронных ламп и позволило сконструировать первую мини-ЭВМ.
Простейшие устройства
Сначала люди использовали для счета 10 пальцев на своих руках, а результаты вычислений фиксировались на камне, дереве и т. д. Когда появилась письменность, человек разработал различные способы записи цифр и системы счисления:
- в Индии использовалась десятичная;
- вавилоняне применяли шестидесятеричную систему.
На рубеже IV столетии до н. э. появился абак. Это приспособление представляло собой глиняную дощечку, на которую заостренным предметом наносились полоски. Вычисления осуществлялись посредством размещения на этих полосах различных предметов небольшого размера.
Первые счеты были изобретены в Китае — суанпан. Это приспособление представляло собой деревянную раму, на которой были натянуты нити в количестве 10 или больше. Еще одна веревочка располагалась перпендикулярно остальным и делила приспособление на 2 неравные части. В отделении большего размера (земля) на каждую ниточку нанизывалось по 5 косточек. Меньшее отделение называлось «небо», а каждая веревочка, расположенная в нем, содержала по 2 косточки.
В XVII веке математик Непер из Шотландии открыл логарифмы, основываясь на работе шотландского ученого, Гантер (Англия) смог создать логарифмическую линейку. Это устройство используется и сегодня, хотя его первоначальная конструкция претерпела серьезные изменения.
Изобретение Гантера позволяла выполнять следующие операции:
- находить логарифмы;
- операции деления и умножения;
- находить тригонометрические функции;
- возводить в степень.
Это устройство стало последним приспособлением домеханической эры развития вычислительной техники.
Компьютеры второго поколения
Смена поколений определилась появлением новой элементной базы (1955-1964): вместо громоздкой лампы в компьютерах стали использоваться миниатюрные транзисторы, линии задержки как элементы оперативной памяти заменили память на магнитопроводах. В конечном итоге это привело к уменьшению размеров, повышению надежности и производительности компьютеров. В компьютерной архитектуре появились индексные регистры и оборудование для выполнения операций с плавающей запятой. Разработаны команды для вызова подпрограмм.
Появились языки программирования высокого уровня — Algol, FORTRAN, COBOL, которые создали предпосылки для появления портативного программного обеспечения, не зависящего от типа компьютера. С появлением языков высокого уровня для них возникли компиляторы, библиотеки стандартных подпрограмм и другие вещи, которые нам сейчас хорошо известны.
Важным нововведением, которое хотелось бы отметить, является появление так называемых процессоров ввода-вывода. Эти специализированные процессоры позволили освободить центральный процессор от управления вводом-выводом и выполнять ввод-вывод с помощью специализированного устройства одновременно с процессом вычислений. На этом этапе круг пользователей компьютеров расширился и круг решаемых задач увеличился. Операционные системы (ОС) использовались для эффективного управления машинными ресурсами.
Механические устройства для вычислений
Как техническое средство вычислительная техника берет начало от арифмометров – механических вычислительных устройств, выполняющих поразрядные операции умножения, деления, сложения и вычитания. Известны «Считающие часы», созданные немецким ученым Вильгельмом Шиккардом (1623 г.), «Паскалина» – изобретение французского механика Блеза Паскаля (1642 г.), «Ступенчатый вычислитель» Готфрида Вильгельма Лейбница (1673 г).
Рис. 2. Арифмометр.
Итогом механического периода вычислительных приборов стала разработка английского ученого Чарльза Беббиджа, ставшая прообразом современного компьютера. Задумка аналитической машины, представляла собой проект вычислительного устройства общего назначения, в котором в качестве носителя информации использовались перфокарты. Эта машина, хоть и не была построена при жизни ученого, послужила примером для создания современных компьютеров.
Следующей вехой в развитии вычислительных комплексов явилось использование электромеханических устройств. Первым представителем семейства электромеханических машин стал табулятор Холлерита, разработанный в 1887 г, позволявший автоматизировать и ускорить обработку статистической информации.
Транзисторные ЭВМ
В середине 1950-х годов, 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, построенного на 800 транзисторах и 11 000 германиевых диодах. В этом же году фирма объявила о создании полностью транзисторной ЭВМ. Первая такая машина «Philco-2000» была сделана в ноябре 1958 года, она содержала 56 тыс. транзисторов, 1 200 диодов, но всё же в её составе было 450 электронных ламп. «Philco-2000» выполняла сложение за 1,7 мкс, умножение — за 40,3 мкс.
В Англии транзисторная ЭВМ «Elliot-803» была выпущена в 1958 году, в ФРГ — «Simens-2002» и в Японии H-1 — в 1958 году, во Франции и Италии — в 1960 году. В СССР группа разработчиков во главе с Е. Л. Брусиловским в 1960 году в НИИ математических машин в Ереване завершила разработку полупроводниковой ЭВМ «Раздан-2», её серийный выпуск начат в 1961 году.
В это же время появились компьютеры и не на полупроводниках. Так, в Японии была выпущена ЭВМ «Senac-1» на параметронах, в СССР — «Сетунь», а во Франции — CAB-500 на магнитных элементах. «Сетунь», разработанная в МГУ под руководством Н. П. Брусенцова, стала единственной серийной ЭВМ, работавшая в троичной системе счисления.
Значительным событием в конструировании машин второго поколения стали ЭВМ «Atlas» (выпущена в Англии в 1961 году), в которой были применены концепции виртуальной (кажущейся) памяти, «Stretch» и CDC-6600 (США) и БЭСМ-6 (СССР).
В 1960 году фирма IBM разработала мощную вычислительную систему «Stretch» (IBM-7030), разработчики которой добились 100-кратного увеличения быстродействия: в её состав входило 169 тыс. дрейфовых транзисторов с тактовой частотой переключения в 100 МГц.
Большой вклад в развитие компьютеров второго поколения внесла фирма Control Data, разработавшая в 1960 году ЭВМ CDC-6600 (первый образец
был установлен в Лос-Анжелесе в 1964 г.). В архитектуре CDC-6600 было использовано новое решение — многопроцессорная обработка: многочисленные арифметико-логические устройства (АЛУ) с десятью периферийными процессорами, что обеспечивало машине производительность более чем 3 млн оп/с.
В СССР после выпуска первой серийной ЭВМ второго поколения «Раздан-2» было разработано ещё около 30 моделей по такой же технологии. Минским заводом вычислительной техники им. Серго Орджоникидзе в 1963 году была выпущена первая транзисторная ЭВМ «Минск-2», а затем её модификации: «Минск-22», «Минск-22М», «Минск-23» и в 1968 году — «Минск-32», которые долгое время играли главную роль в автоматизации различных отраслей народного хозяйства.
В Институте кибернетики АН УССР под руководством В. М. Глушкова в 60-е гг. ХХ века разработан ряд различных малых машин: «Проминь» (1962 г.), «Мир», «Мир-1» (1965 г.) и «Мир-2» (1969 г.) — впоследствии применяемых в вузах и научно-исследовательских организациях.
В 1964 году в Ереване также были созданы малые ЭВМ серии «Наири», отличающихся от ЭВМ «Мир» некоторыми структурными особенностями.
В том же году в Пензе была разработана и пущена в производство серия машин «Урал» (главный конструктор Б. И. Рамеев), позже в 1965 и 1967 гг. появились модификации — «Урал-11» и «Урал-16». ЭВМ серии «Урал» имели унифицированную систему связи с периферийными устройствами.
Машина БЭСМ-6 состояла из 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых диодов, имела высокую надёжность и высокое быстродействие — 1 млн оп/с.
При появлении ЭВМ второго поколения разработчики занялись разработкой и создание языков программирования, обеспечивающих удобный набор программ.
Одним из первых языков программирования был АЛГОЛ (создан группой ученых американской Ассоциацией по вычислительной техники).
Особенности четвертого поколения
Четвертое поколение ЭВМ характеризуется появлением интегральных схем, относящихся к классу больших, а также так называемых сверхбольших. В архитектуре ПК появилась ведущая микросхема – процессор. ЭВМ по своей конфигурации стали ближе к рядовым гражданам. Пользование ими стало возможным при минимальной квалификационной подготовке, в то время как работа с ЭВМ предыдущих поколений требовала профессиональных навыков. Модули ОЗУ стали выпускаться не на основе ферритовых элементов, а на базе CMOS-микросхем. К четвертому поколению ЭВМ принято относить и первый компьютер Apple, собранный в 1976 году Стивом Джобсом и Стефаном Возняком. Многие IT-эксперты считают, что Apple – первый в мире персональный компьютер.
Четвертое поколение ЭВМ также совпало с началом популяризации Интернета. В этот же период появился самый известный сегодня бренд софт-индустрии – Microsoft. Возникли первые версии операционных систем, которые мы знаем сегодня – Windows, MacOS. Компьютеры стали активно распространяться по всему миру.
Языки
В самых первых компьютерах программы считывались с перфоленты (как в Z3 и Mark I). Устройство чтения перфоленты предоставляло управляющему устройство код операции для каждой инструкции и адреса памяти. Затем управляющее устройство все это декодировало, посылало управляющие сигналы вычислительному блоку и памяти. Набор инструкций жестко задавался в схеме, каждая машинная инструкция (сложение, сдвиг, копирование) реализовывалась непосредственно в схеме. В ENIAC для изменения программы его нужно было перекоммутировать заново, на что уходило значительное время. Машинные коды считают первым поколением языков программирования.
Перфорированная лента с программой вычислений
Первые программисты всегда имели при себе блокнот, в который они записывали наиболее употребляемые подпрограммы — независимые фрагменты программы, вызываемые из главной подпрограммы, например извлечение корня или вывод символа на дисплей. Проблема состояла в том, что адреса расположения переменных и команд менялись в зависимости от размещения в главной программе. Для решения этой проблемы кембриджские программисты разработали набор унифицированных подпрограмм (библиотеку), которая автоматически настраивали и размещали подпрограммы в памяти. Морис Уилкс, один из разработчиков EDSAC (первого практически реализованного компьютера с хранимой в памяти программой), назвал библиотеку подпрограмм собирающей системой (assembly system). Теперь не нужно было собирать программу вручную из машинных кодов, специальная программа (ассемблер) «автоматически» собирала программу. Первые ассемблеры спроектированы Кэтлин Бут в 1947 под ARC2 и Дэвидом Уилером в 1948 под EDSAC. При этом сам язык (мнемоники) называли просто множеством базовых команд или начальными командами. Использовать слово «ассемблер» для процесса объединения полей в командное слово начали в поздних отчетах по EDSAC. Ассемблер можно назвать вторым поколением языков.
«Начальные команды» для EDSAC
Компьютерная техника
Первый аналог компьютера был создан еще в 1887 году американцем Голлеритом. Он разработал табулятор, который представлял собой электромеханическую вычислительную машину. В конструкции устройства присутствовали реле, счетчики и специальный сортировочный ящик. Машина могла сортировать статистические данные, записанные на перфокартах. Компания, созданная Голлеритом, затем превратилась в известную корпорацию IBM.
Также стоит отметить основные изобретения и теории, давшие в будущем толчок к развитию компьютерной техники:
- 1930 — дифференциальный анализатор (Ванновар Буш из США);
- 1936 — создана концепция вычислительной машины (Алан Тьюринг из Англии);
- 1937 — разработана электромеханическая машина для двоичного сложения (Джордж Стибиц из США);
- 1938 год — сформулированы принципы работы логического устройства вычислительной машины (Клод Шеннон из США).
Начало эры
Во многом активное развитие ЭВМ связано со Второй мировой войной. Правительства некоторых стран-участниц этого конфликта стремились получить стратегическое преимущество перед противником и начали финансировать работы по разработке вычислительных машин. Пионером компьютеростроения стал инженер из Германии Цузе. Им была сконструирована машина Z3, которая могла оперировать числами с плавающей запятой, работая при этом в двоичной системе. В качестве носителя информации в ней использовалась перфолента.
Однако первым функционирующим компьютером следует считать новую машину немецкого инженера — Z4. Он же разработал и первый язык программирования под названием Планкалкюль. В 1942 году 2 американских исследователя (Джон Атанасов и Клиффорд Берри) создали машину, работающую на вакуумных трубках. Она использовала двоичный код и выполняла ряд логических операций.
При поддержке правительства Англии в 1943 году была построена первая ЭВМ — Колосс. Работы над этим устройством велись в условиях максимальной секретности.
В состав машины входило около 2000 электронных ламп. Колосс использовался для взлома немецких кодов, создаваемых с помощью шифровального устройства Энигма. После завершения войны ЭВМ была уничтожена в соответствии с личным приказом Черчилля.
Работа над архитектурой
Прообраз архитектуры современного ПК был создан в 1945 году американским ученым фон Нейманом. Он первым предложил записывать программу в форме кода непосредственно в память вычислительного устройства. В те времена в США активно работали над созданием первого компьютера, способного решать различные задачи — ENIAC. Эта машина весила порядка 30 тонн, а для ее размещения требовалось около 170 м² площади.
В состав конструкции машины входило 18000 ламп. В течение 1 секунды она выполняла 5000 операций сложения либо 300 умножения. На европейском континенте первый универсальный компьютер был создан в СССР. Команда под руководством Сергея Лебедева в 1950 году сконструировала МЭСМ (малая электронная счетная машина). Для ее работы требовалось порядка 6000 ламп, а быстродействие компьютера составляло 50 операций в секунду. Эта же группа ученых через 2 года создала большую электронную счетную машину. Ее быстродействие составляло 10000 операций в секунду.
Создание полупроводниковых приборов
Главным недостатком электронных ламп был невысокий срок службы. Так как эти устройства быстро выходили из строя, обслуживание вычислительной машины существенно усложнялось. Проблема была решена в 1947 году, когда был изобретен транзистор. Полупроводниковые устройства выполняли аналогичные функции, что и лампы, но при этом имели ряд преимуществ:
- занимали мало места;
- низкое энергопотребление;
- более продолжительный срок службы.
Именно появление полупроводниковых приборов позволило компьютерам приобрести вид, напоминающий современные ПК. Благодаря работе американских инженеров Кибли и Нойса мир узнал о микросхемах. Основу этих устройств составлял германиевый либо кремниевый кристалл, на котором монтировались миниатюрные полупроводниковые приборы. Их количество достигало десятки и даже сотни тысяч.
Появление микросхем дало новый толчок к развитию ЭВМ. В 1964 году корпорация IBM представила первую машину семейства SYSTEM 360. В СССР первый компьютер на микросхемах был разработан в 1972 году, а назывался он ЕС. В его основе лежали разработки американской компании IBM. Одновременно с развитием компьютеров начинает активно совершенствоваться и программное обеспечение (софт). В 1964 году был разработан язык Бейсик, предназначенный для начинающих программистов. В 1969 году появился Паскаль, с помощью которого можно было решать различные прикладные задачи.
Персональные компьютеры
В начале 70-х годов стартовал выпуск четвертого поколения компьютеров. Это время для индустрии характеризуется началом использования в производстве вычислительной техники БИС (большая интегральная схема). Благодаря этому производительность ЭВМ достигла отметки в тысячи миллионов операций в секунду. Кроме этого, существенно снизилась и себестоимость производства ПК, что сделало их более доступными для обычного потребителя.
Одним из первых массовых компьютеров стала машина, созданная компанией Apple. Произошло это в 1976 году. В разработке ПК принимали участие Стив Возняк и Стив Джобс. Его стоимость составляла лишь 500 долларов. В 1977 году вышла вторая модель этого компьютера — Apple II. Роль этих личностей в развитии компьютерной техники сложно переоценить.
Быстрое распространение недорогих компьютеров привело к значительному падению прибыли компании IBM. Это факт вызвал беспокойство у ее руководства, и в 1979 году на рынке появился первый ПК от американского концерна. В нем был установлен процессор от Интел 8088, ОЗУ в объеме 64 Кбайт и дисковод для дискет. Специально для него компания Микрософт разработала новую операционную систему, в которой все было понятно даже новичку.
В дальнейшем наблюдалось стремительное развитие компьютерной техники. Новые процессоры начинают создаваться ежегодно и каждое новое поколение превосходит в производительности прошлое. Вся история развития ПК может быть представлена в таблице:
| Поколение | Элементная база | Быстродействие, операций в секунду | ПО | Применение | Примеры |
| I (1946−1959) | Электронные лампы | Не более 20000 | Машинные языки | Расчетные задачи | ЭНИАК и МЭСМ |
| II (1960−1969) | Полупроводниковые приборы | От 100 до 500 тысяч | Алгоритмические языки | Экономические, инженерные и научные задачи | БЭСМ-4, IBM 701 |
| III (1970−1979) | ИМС (интегральные микросхемы) | Около 1 миллиона | Операционные системы | САПР, научные и технические задачи, АСУ | ЕС 1060, IBM 360 |
| IV (с 1980 и до настоящего времени) | Микропроцессоры и БИС | Минимум десятки миллионов | Базы данных (БД) | АРМ, работа с графикой и текстами | Серверы и ПЭВМ |
| V (с 1990 до настоящего времени) | СБИС | Более миллиарда | Мощные вычислительные системы, искусственный интеллект | Все области | Ноутбуки, рабочие станции |
Сейчас компьютер можно найти практически в каждом доме, а жизнь современного человека сложно представить без ПК.
