Geum.ru

Доклад по информатике по теме: " История развития вычислительной техники "

Вид материалаДоклад

Содержание


Вильгельмом Шиккардом
Блез Паскаль
Готфрид Лейбниц
Чарльз Бэббидж
Джордж Буль
Германом Холлеритом
Говардом Айкеном (Aiken Howard 1900-73 гг.)
Дж. Атанасов
Стивен П. Джобс и Стефан Г. Возниак
Подобный материал:
Российский государственный педагогический

УНИВЕРСИТЕТ имени А.И. ГЕРЦЕНА


Доклад

по информатике

по теме: ”История развития вычислительной техники”


Подготовила:

студентка 1 курса

института

образовательных

технологий

Юнченко Татьяна


Санкт-Петербург 2003


Этапы развития вычислительной техники


Основные этапы развития вычислительной техники:

1 Ручной - не установлен

2 Механический - с середины 17-го века

3 Электромеханический - с 90-х годов 19-го века

4 Электронный - с 40-х годов 20-го века


Рассмотрим основные моменты каждого этапа.

Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье было распространено простейшее приспособление для счета: доска, разделенная на полосы, где перемещались камешки или кости. Такая счетная дощечка называлась абак и использовалась для ручного счета. В Древнем Риме абак назывался calculi или abaculi и изготавливался из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. Слово calculus означает "галька", "голыш". От этого слова произошло латинское слово calculatore (вычислять), а затем - русское слово "калькуляция". Абак позволял лишь запоминать результат, а все арифметические действия должен был выполнять человек.

Первая механическая машина была построена немецким ученым Вильгельмом Шиккардом (предположительно в 1623 г.). Машина была реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения арифметических действий над 6-разрядными числами и состояла из 3 независимых устройств: суммирующего, множительного и для записи чисел. Множительное устройство занимала верхнюю часть машины, суммирующее - среднюю, а для записи чисел - нижнюю. Сложение осуществлялось последовательным вводом слагаемых с помощью наборных дисков, а вычитанием - последующим ввод уменьшаемого и вычитаемого. Из-за недостаточной известности машина Шик-карда более 300 лет считалось, что первую суммирующую машину сконструировал Блез Паскаль.

Блез Паскаль (французский математик, физик, религиозный философ и писатель) в 1642 году изобрел механическую счетную машину, выполнявшую сложение. Первая попытка Паскаля была неудачной. Работает над второй машиной 8 лет - с 1646 по 1653 гг. и изготавливает около 80 экз. Цели: поиск наилучшей конструкции, изготовляет экз. на продажу. Наладить производство не удалось из-за высокой цены (около 600 ливров). Машина имела вид ящика с многочисленными шестернями, среди которых наблюдалась основная расчетная шестерня. Расчетная шестерня при помощи храпового механизма соединялась с рычагом, отклонение которого позволяло вводить в счетчик однозначные числа и проводить их суммирование. Проводить вычисления с многозначными числами было достаточно сложно. В отличие Шиккарда применяя более сложный механизм переноса десятков (составляя основу конструкции). Для пользования машинами Паскаля и суммирующего устройства Шиккарда были приблизительно равны.

В 1674 году Готфрид Лейбниц расширил возможности машины Паскаля, добавив операции умножения, деления и извлечения квадратного корня. Специально для своей машины Лейбниц применил систему счисления, использующую вместо привычных для человека десяти цифр две: 1 и 0 . Двоичная система счислений широко используется в современных ЭВМ. Машина Лейбница называлась Арифмометр - принципиально новое устройство, по сравнению с машиной Паскалю. Преимущества: ускорения операций умножения и деления. Машину можно разделить на две части: подвижную и неподвижную. Подвижная часть применялась для умножения или деления, переходя от младших разрядов к старшим.

Ни одна из этих машин была автоматической, и требовали непрерывного вмешательства человека. В 1834 году Чарльз Бэббидж (Babbage Charles) первым разработал подробный проект автоматической вычислительной машины. Он так и не построил свою машину, так как в то время невозможно было достичь требуемой точности изготовления ее узлов. Ч. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные части:

- "склад" для хранения чисел (по современной терминологии - память)

- "мельницу" для производства арифметических действий (арифметическое устройство)

- устройство, управляющее последовательностью выполнения операций (устройство управления)

- устройство ввода и вывода данных.

В качестве источника энергии для приведения в действия механизмов машины Ч. Бэббидж рассматривал паровой двигатель. Бэббидж предложил управлять свой машиной с помощью перфорированных карт, содержащих коды команд, подобно тому, как использовались перфокарты в ткацких станках Жаккара. На этих картах было представлено то, что сегодня мы называли бы программой. Ч. Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные, как мы сейчас говорим, с программированием. В частности, им была разработана весьма важная для программирования идея "Условной передачи управления". Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором со временем были построены ЭВМ. Первые программы для вычислительной машины Бэббиджа создавала Ада Лавлейс (Ada Lovelace) - дочь известного поэта Джорджа Байрона, в честь которой в последствии был назван один из языков программирования. Выражаясь современным языком, Лавлейс составила программу вычисления чисел Бернулли. Ада Лавлейс разработала основные принципы программирования, которые остаются актуальными до настоящего времени. Ряд терминов, введенных Адой Лавлейс, используются и сейчас, на пример, "цикл", "рабочие ячейки". В машине объединены 2 функции: вычисление и печать результатов, которые фиксировались на медной пластине. Она состояла из вращаемых в ручную шестеренок и валиков.

Теоретические основы современных цифровых вычислительных машин заложил математик Джордж Буль (1815-1864 гг.). Он разработал алгебру логики, ввел в обиход логические операторы И, ИЛИ и НЕ. Заметим, что его дочь Э. Войнич - автор известного произведения "Овод".

В 1888 году Германом Холлеритом (Herman Hollerrith) была сконструирована первая электромеханическая машина для сортировки и подсчета перфокарт. Эта машина, названная табулятором, содержала реле, счетчики, сортировочный ящик. Изобретение Холлерита было использовано при подведении итогов переписи населения США.

Успех вычислительных машин с перфокартами был Феноменален. То, чем за десять лет до этого занимались 500 сотрудников в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

В 1896 году Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulation Com-pany. Спустя несколько лет это предприятие переименовали в известнейшую теперь фирму International Business Machine Corporation (IBM).

Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse) был первым, кто успешно осуществил идею создания автоматической электромеханической вычислительной машины на основе двоичной системы счисления. В 1936 году он начал конструировать вычислительный аппарат, работающий в двоичной системе счисления, который впоследствии был назван Zuse 1 (Z1).

В 1941 году Цузе сумел построить действующую модель Zuse 3, которая состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти.

Еще одна полностью автоматическая вычислительная машина, изобретенная профессором Гарвардского университета Говардом Айкеном (Aiken Howard 1900-73 гг.), при участии группы инженеров фирмы IBM, была построена в 1944 году. Она была названа ASCC(другое название Mark 1) и была электромеханической (построена на реле), состоящая приблизительно из 750 тысяч компонентов. На умножение она тратила около 4 секунд.

До знакомства с работами Цузе научная общественность считала машину ASCC первой электромеханической машиной.

В 1937 году в США Дж. Атанасов начал работы по созданию электрон-Ной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. Совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC (Atanasoff-Berry Computer).

В 1943 году в Англии была разработана специализированная ЭВМ Co-lossus, предназначенная для дешифрации секретных сообщений.

Электронная вычислительная машина, разработанная Эккертом и Маучли (John W. Mauchly and Presper Eckert, Jr.) в США в 1946 году, была названа ENIAC. При создании этой машины Эккерт и Маучли заимствовали основные идеи у Дж. Атанасова. ENIAC была примерно в 1000 раз быстрее, чем ASCC. Она состояла из 18 тысяч электронных ламп, 1,5 тысяч реле, имела вес более 30 тонн, потребляла мощность более 150 кВт.

Первоначально ENIAC программировалась путем соединения проводами соответствующих гнезд на коммутационной панели, что делало составление программы очень медленным утомительным занятием. Американский математик и физик венгерского происхождения Джон фон Нейман (1903-1957 гг.) предложил хранить программу - последовательность команд управления ЭВМ - памяти ЭВМ, что позволяло оперировать с программой так же, как с данными. Последующие ЭВМ строились с большим объемом памяти с учетом того, что там будет храниться программа.

В докладе фон Неймана, посвященном описанию ЭВМ, выделено пять базовых элементов компьютера:

- арифметико-логическое устройство (АЛУ)

- устройство управления (УУ)

- запоминающее устройство (ЗУ)

- система ввода информации

- система вывода информации.

Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурной фон Неймана.

ЭВМ первого поколения в качестве элементарной базы использовали электронные лампы и реле. Ему характерно применение Вакуумно-ламповой технологии, систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитным барабаном, и ЭЛТ Вильямса. Данные вводились с помощью перфокарт. Быстродействие ЭВМ 1 поколения не преувеличивало 20 тыс. операций в секунду.

Изобретение в 1948 году транзисторов и запоминающих устройств на магнитных сердечниках оказало глубокое воздействий на вычислительную технику. Ненадежные вакуумные лампы, которые требовали большой мощности для нагревания катода, заменялись небольшими германиевыми транзисторами. Компьютеры, построенные в середине 50-х годов, стали называть машинами второго поколения. Быстродействие выросло до 500 тысяч операций в секунду.

Революционный прорыв в миниатюризации и повышении надежности компьютеров произошел в 1958 году, когда американский инженер Д. Килби

разработал первую интегральную микросхему. В середине 60-х годов появилось третье поколение ЭВМ, основу элементарной базы которых составляли микросхемы малой и средней степени интеграции. Примером можно считать тогда созданный американский - IBM360, а также советский ЕС 1030 и ЕС 1060.

Другая революция в технологии изготовления ЭВМ произошла в 1971 году, когда американский инженер Маршиан Эдвард Хофф объединил основные элементы компьютера в один небольшой кремниевый чип (кристалл), который он назвал микропроцессором. Первый микропроцессор получил маркировку Intel 4004.

ЭВМ четвертого поколения строятся на интегральных микросхемах с большой степенью интеграции. На одном кристалле размещается целая Микро-ЭВМ.

В настоящее время ведется разработка ЭВМ пятого поколения, характерными особенностями которых будут способность к самообучению и речевой ввод, и вывод информации.

Развитие ЭВМ идет по пути непрерывного повышения быстродействия, надежности, расширения функциональных возможностей, уменьшения габаритов и потребляемой мощности, упрощения правил работы на компьютере. Среди ЭВМ четвертого поколения появились персональные компьютеры (ПК или ПЭВМ), которые позволяют индивидуально работать каждому пользователю.

Первой ПЭВМ можно считать Alitair-8800, созданный в 1974 году Э. Робертсом. Для этого компьютер П. Аллен и Б. Гейтс в 1975 году создали транслятор с популярного языка Basic. Впоследствии П. Аллен и Б. Гейтс создали известную компанию Microsoft.

В 1976 году Стивен П. Джобс и Стефан Г. Возниак основали в гараже Пало-Альто (Калифорния) предприятие Apple Computer. После шести месяцев работы Возниаку удалось собрать действующий макет под названием Apple1. В настоящее время компания с таким названием хорошо известна многим пользователям ЭВМ.

12 августа 1981 года появился компьютер IBM PC быстро завоевавший огромную популярность. Удачная конструкция IBM PC предопределила его использование в качестве стандарта персональных компьютеров в конце 20-го века. Это был ЭВМ на базе процессора Intel 8088, работающий под управлением MS-DOS. День появления первого персонального компьютера.

Для решения сложных профессиональных задач разработаны многопроцессорные ЭВМ, многомашинные комплексы, которые существенно отличаются от фон-нейманской архитектуры.

Таким образом, вычислительная техника постоянно впитывала в себя самые последние достижения науки, техники и технологии (электронные лампы, транзисторы, микроэлектроника, лазеры, средства связи) благодаря чему ее развитие идет необычайно высокими темпами.

В следующем столетие, когда на смену электронным приборам придут оптические или биоэлектрические приборы, то современные нам ЭВМ будут казаться будущим пользователям такими же монстрами, какими нам кажутся вычислительные машины 40-х годов двадцатого века.