История развития вычислительной техники

Информатизация общества.

Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. С развитием цивилизации появлялись новые направления деятельности, связанные с обработкой больших объёмов информации.

Первые компьютеры использовались в основном в военно-промышленном комплексе, но со временем область их применения постепенно расширялась и теперь в каждом третьем доме есть компьютер. Современный человек уже не может существовать без вычислительной техники: компьютеры управляют производством и распределением электроэнергии, производят расчёты в банках, обслуживают движение транспорта и воздушного транспорта, составляют прогнозы погоды.

История развития вычислительной техники.

Стремительное развитие цифровой вычислительной техники (ВТ) и становление науки о принципах ее построения и проектирования началось в 40-х годах XX века, когда была технической базой ВТ стала электроника и микроэлектроника, а основа для развития архитектуры компьютеров (называемых ранее ЭВМ) – достижения в области Искусственного интеллекта.

До этого времени в течение почти 500 лет ВТ сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основы практически всех изобретенных за 5 столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления. Первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирования на основе таких колес принадлежит Леонардо да Винчи.

Идеи Бэббиджа.

Из всех изобретателей прошлых столетий, внесших вклад в развитие вычислительной техники, наиболее близко к созданию компьютера в современном представлении подошел англичанин Чарльз Бэббидж.

Желание механизировать вычисления возникло у блуждания в связи с недовольством, которое он испытывал, сталкиваясь с ошибками в математических таблицах, используемых в самых различных областях.

В 1822 г. Бэббидж построил пробную модель вычислительного устройства, назвав ее «Разностной машиной»: работа модели основывалась на принципе, известном в математике как «метод конечных разностей». Данный метод позволяет вычислять значения многочленов, употребляя только операции сложения и не выполнять умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. При этом предусматривается применение десятичной системы счисления (а не двоичной, как в современных компьютерах).

Однако «Разностная машина» имела довольно ограниченные возможности. Репутация Бэббиджа как первооткрывателя в области автоматических вычислений завоеваний в основном благодаря другому, более совершенному устройству-Аналитической машине (к идее создания которой он пришел в 1834 г.), имеющей удивительно много общего с современными компьютерами.

Предполагалось, что это будет вычислительная машина для решения широкого круга задач, способная выполнять основные операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Предусматривалось наличие в машине «склада» и «мельницы» (в современных компьютерах им соответствует память и процессор). Причем планировалось, что работать она будет по программе, задаваемой с помощью перфокарт, а результаты можно будет выдавать на печать (и даже представлять их в графическом виде) или на перфокарты. Но Бэббидж не смог довести до конца работу по построению Аналитические машины-она оказалась слишком сложной для техники того времени.

Первые ЭВМ

Первым реально осуществленным механическим цифровым технологическим механизмом стала «Паскалина» великого французского ученого Блеза Паскаля, которая представляла собой 6-ти (или 8-ми) разрядное устройство, на зубчатых колесах, рассчитанное на суммирование и вычитание десятичных чисел (1642 г.).

Через 30 лет после “Паскалины” в 1673 г. Появился «арифметический прибор» Готфрида Вильгельма Лейбница – двенадцатиразрядное десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление.

В конце XVIII века во Франции произошли два события, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники. К таким событиям относятся:

– изобретение Жозефом Жакардом программного управления ткацким станком с помощью перфокарт;

– разработка Гаспаром де Прони, технологии вычислений, дешёвые численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программ арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой.

Инструмент новшества позже были использованы англичанином Чарльзом Бебиджем, осуществившим, качественно новый шаг в развитии средств ВТ –  переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе . Им был разработан проект Аналитическая машина – механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830-1846 гг.). Машина состояла из пяти устройств: арифметическое (АУ); Запоминающее (ЗУ); Управления (УУ); Ввода (УВВ); Вывода (УВ).

Именно из таких устройств и состояли первые ЭВМ, появившиеся спустя 100 лет. АУ строилось на основе зубчатых колес, на них же предлагалось реализовать ЗУ (на тысячи 50-разрядных чисел). Для ввода данных и программы использовались перфокарты. Предполагаемая скорость вычислений – сложение и вычитание за 1 сек, умножение и деление – за 1 мин. Помимо арифметических операций имелась команда условного перехода.

Обязательно, что бы то, что было, и не было. Только зубчатых колес для нее понадобилось бы более 50 000. Изобретатель намечает использовать паровую машину для приведения в действие своей аналитической машины.

В 1870 г. (За год до смерти Беббиджа) английский математик Джевонс сконструировал первую в мире “логическую машину”, позволяющую механизировать простейшие логические выводы.

Создатели логических машин в дореволюционной России стали Павел Дмитриевич Хрущев (1849-1909) и Александр Николаевич Щукарев (1884-1936), работавшие в учебных заведениях Украины.

Гениальную идею Беббиджа осуществил американский ученый Говард Айкен, создавший в 1944 г. Первый в США релейно-механический компьютер. Ее основные блоки – арифметики и памяти – были исполнены на зубчатых колесах. Если Беббидж – опередил свое время, то Айкен, использовав все те же зубчатые колеса, в техническом плане при реализации идеи Беббиджа использует устаревшие решения.

Следует отметить, что десятью годами ранее, в 1934 г. Немецкий студент Конрад Цузе, работавший над дипломным проектом, решил сделать цифровую вычислительную машину с программным управлением. В этой машине впервые была реализована двоичная система счисления. В 1937 г. Машина Z1 произвела первые вычисления. Она была двоичной 22-х разрядной с плавающей запятой с памятью на 64 числа, и работала на чисто механической (рычажной) основе.

В том же 1937 г., когда заработала первая в мире механическая двоичная машина Z1, Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированного компьютера, впервые в мире применив электронные лампы (300 ламп).

Колоссус

В 1942-43 годах в Англии была создана (с участием Алана Тьюринга) вычислительная машина “Колоссус”. Эта машина, состоящая из 2000 электронных ламп, предназначалась для расшифровки радиограмм германского вермахта. Поскольку работы Цузе и Тьюринга были секретными, о них в то время знали немногие и они не вызвали какого-либо резонанса в мире.

Эниак

Только в 1946 г. Появилась информация об ЭВМ “ЭНИАК” (электронный цифровой интегратор и компьютер), созданной в США Д. Мочли и П. Эккертом, с помощью электронной техники. В машине использовалось 18 тысяч электронных ламп, и она выполняла около 3-х тыс. Операций в сек. Однако, машина оставалась десятичной, а ее память составляла лишь 20 слов. Программы хранились вне оперативной памяти.

Первые счетные машины

Почти одновременно, в 1949-52 гг. Ученые Англии, Советского Союза и США (Морис Уилкс, ЭВМ «ЭДСАК», 1949 г, Сергей Лебедев, ЭВМ «МЭСМ», 1951 г., Исаак Брук, ЭВМ «М1», 1952 г., Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман ЭВМ “ЭДВАК”, 1952 г.), создали ЭВМ с хранимой в памяти программы.

Поколения ЭВМ

В общем случае выделяют  пять поколений  ЭВМ.

Первое поколение

Первое поколение (1945-1954 ) характеризуется появлением техники на электронных лампах. Это эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными и строились с проверкой тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютеров были такими, что они нередко требовали для себя отдельных зданий.

Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон – создатель теории информации, Алан Тьюринг – математик, разработал теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман – автор конструкций вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, – кибернетика – наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер.

Второе поколение

Во втором поколении (1955-1964 гг.)  Вместо электронных ламп использовались транзисторы, а также в качестве устройств хранения магнитных сердец и магнитных барабаны – далекие предки современных жестких дисков. Все это имеет место для всех.

Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программ. Во втором поколении впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были были первые языки высокого уровня – Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволяют упростить и ускорить написание программ для компьютеров.

При этом расширялась сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике, так как компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже начали компьютеризовать свою бухгалтерию, предвосхищая этот процесс на двадцать лет.

Третье поколение

В  третьем поколении (1965-1974) впервые стали использоваться интегральные схемы – целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (микросхемы). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.

В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Фирма IBM первая реализовала серию полностью совместимых друг с другом самых разных размеров, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенный в те годы было семейство Система / 360 фирмы IBM, на основе которой в СССР была разработана серия ЕС ЭВМ. Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры – небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов.

Между тем количество элементов и соединений между ними, умеющие в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов.

В 1971 г. Фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. Этому суждено было произвести в следующем десятилетие настоящую революцию. Микропроцессор является главной составной частью современного персонального компьютера.

На рубеже 60-х и 70-х годов двадцатого столетия (1969 г) зародилась первая глобальная компьютерная сеть ARPA, прототип современного Интернета. В том же 1969 г. Одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С (“Си”), оказанные огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.

Четвертое поколение

Четвертое поколение (1975 – 1985) характеризуется всем меньшим числом принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития, что уже изобретать и придумано, прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.

Самая главная новация четвертого поколения – это появление в начале 80-х годов персональных компьютеров. Благодаря персональной компьютерам вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему в вычислительных мощностях отстают от больших машин, львиная доля новшеств, таких как графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети, соединение появлением и развитием именно этой техники.

Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.

Пятое поколение

Пятое поколение  ЭВМ, опубликованными в 1981г. Пятое поколение (1986 год до настоящего времени) . Согласно этому проекту ЭВМ и вычислительные системы, чтобы соответствовать следующим качественно новым функциональным требованиям:

Обеспечение простота применения ЭВМ для реализации систем ввода / вывода информации голосом, а также диалоговой обработки информации с использованием естественных языков;

Обеспечение возможности обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов;

Упростить процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ по техническим требованиям;

Улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества вычислительной техники для удовлетворения различных социальных задач, улучшить соотношение затрат и результатов, быстродействия, легкости, компактности ЭВМ;

Обеспечить разнообразие вычислительной техники, высокую адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации.

В настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию оптоэлектронных ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной информацией, представляющие собой распределенную сеть большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

История компьютеризации видео

 Полезная ссылка