Механические вычислительные машины доклад
Обновлено: 01.05.2024
Общая характеристика механической и электромеханической эпох развития ЭВМ. Описание вычислительных машин и устройств, изобретенных в XIX и начале XX вв. (станок Жаккарда, табулятор Холлерита, арифмометр Чебышева, гидравлический интегратор Лукьянова).
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.01.2012 |
| Размер файла | 456,6 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Федеральное государственное автономное
Высшего профессионального образования
Общая характеристика механической и электромеханической эпох развития ЭВМ
Вычислительные машины и устройства XIX века
Изобретения Чарльза Бэббиджа
2.3 Табулятор Холлерита
3. Вычислительные машины и устройства начала XX века
Гидравлический интегратор Лукьянова
Список использованных источников
Могла ли быть ЭВМ построена в прошлом или позапрошлом веке? Конечно нет, потому что тогда не было соответствующей элементной базы: радиолампы и транзисторы изобретены значительно позже.
Всякое устройство, в том числе вычислительное, существует не само по себе, а в определенном окружении, технологическом контексте, на фоне общего уровня техники своего времени.
В истории вычислительной техники можно выделить четыре эпохи: домеханическая эпоха - с древнейших времен до середины XVII века; механическая эпоха - XVII - Х1Хвека;
электромеханическая эпоха - 30-е годы XIX века - середина XX века; электронная эпоха - XX век по наши дни.
Цель работы рассмотреть механические и электромеханические устройства и машины XIX - XX вв.
механический вычислительный машина
1. Общая характеристика механической и электромеханической эпох развития ЭВМ
Механическая эпоха (XVII и XVIII века) - время расцвета точных механических устройств. Часы, механические игрушки, приборы тех лет до сих пор поражают воображение. Именно в это золотое для механики время были созданы первые конструкции вычислительных машин - суммирующая машина Паскаля и арифмометр Лейбница. Вершина механической эпохи -аналитическая машина Бэббиджа, по смелости инженерных решений на столетие опередившая свое время. Однако, несмотря на все свое совершенство, машина Бэббиджа проектировалась как чисто механическая, приводимая в движение небольшим паровым двигателем.
Только в первой трети XIX века были построены электрические машины и наступил век электричества - электромеханическая эпоха. Наряду с техникой сильных токов, пришедшей на замену паровым машинам, стала развиваться слаботочная техника. В 1831 г. Д. Генри в США и Сальваторе дель Негро в Италии изобрели электромагнитное реле. Сначала электромеханические элементы были очень ненадежными и неподходящими для построения сложных приборов, но уже в конце XIX века появилась техническая возможность превратить чисто механические вычислительные устройства в электромеханические, в которых передача сигналов осуществлялась не рейками и шестеренками, а импульсами тока. Начало электромеханической эпохи отмечено изобретением табулятора Холлерита, а конец - релейными вычислительными машинами типа MARK. 1
Далее рассмотрим основные устройства и машины, которые были изобретены в XIX - XX вв.
2. Вычислительные машины и устройства XIX века
2.1 Станок Жаккарда
С точки зрения вычислительной техники XVIII век был беден крупными событиями, но вот наступил век XIX. Великая французская революция, европейские войны, звездный час наполеоновской империи.
На фоне этих политических событий было сделано одно эпохальное техническое изобретение: в 1904 году французский механик Жан-Мари Жаккар (Jacquard, J. ML; 1752 - 1834) построил ткацкий станок, который автоматически, без участия человека, ткал узорное полотно (оно так теперь и называется - жаккардовое). Станок управлялся программным механизмом на перфокартах, нить поднималась и опускалась в соответствии с наличием или отсутствием отверстий - так создавался желаемый рисунок ткани (см. рисунок 1).
Рисунок 1 - Внешний вид станка Жаккарда
Переходя к новому рисунку, оператор просто заменял одну колоду перфокарт другой. Станок Жаккарда вызвал настоящую революцию в ткацком производстве, а положенные в его основу принципы используются по сей день. Однако самую важную роль перфокартам суждено было сыграть в программировании компьютеров. 2
2.2 Изобретения Чарльза Бэббиджа
Наивысшим достижением Чарлза Бэббиджа и вместе с тем его величайшей болью была разработка принципов, положенных в основу современного компьютера, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Он потратил несколько десятилетий, крупные правительственные субсидии и значительную часть собственных средств в безуспешных попытках создать вычислительную машину, работающую на этих принципах.
2.2.1 Разностная машина
Рисунок 2 - Внешний вид разностной машина Ч. Беббиджа
На протяжении следующего десятилетия Бэббидж без устали работал над своим изобретением. Первоначально он рассчитывал завершить ее за три года, но Разностная машина становилась все сложнее по мере того, как он ее модифицировал, совершенствовал и конструировал заново. Бэббиджа все время преследовали болезни, нескончаемая работа и финансовые проблемы. Хотя сумма правительственных субсидий в итоге выросла до 17000 фунт. стерл., росли и сомнения официальных лиц в нецелесообразности затрат и
пользе самого проекта. В результате, финансирование было приостановлено, но лишь через несколько лет правительство официально уведомило Бэббиджа, что выделение средств на его машину прекращается.
2.2.2 Аналитическая машина
Графиня Лавлейс помогла Бэббиджу прояснять его собственные идеи, воодушевляла его, глубоко интересуясь его работой и заражая своим энтузиазмом. Но даже ее литературного дара и обаяния оказалось недостаточно, чтобы решить главную проблему на пути создания Аналитической машины. Если Разностная машина имела сомнительные шансы на успех, то Аналитическая машина и вовсе выглядела нереалистичной. Ее просто невозможно было построить и запустить в работу. В своем окончательном виде машина должна была быть не меньше железнодорожного локомотива. Ее внутренняя конструкция представляла собой беспорядочное нагромождение стальных, медных и деревянных деталей, часовых механизмов, приводимых в действие паровым двигателем. Малейшая нестабильность какой-нибудь крошечной детали приводила бы к стократно усиленным нарушениям в других частях, и тогда вся машина пришла бы в бешенство.
Аналитическая машина так и не была построена. Все, что дошло от нее до наших дней, - это ворох чертежей и рисунков, а также небольшая часть арифметического устройства и печатающее устройство, сконструированное сыном Бэббиджа.
По иронии судьбы Разностной машине повезло больше. Хотя сам Бэббидж больше не возвращался к ней, шведский издатель, изобретатель и переводчик Пер Георг Шойц, прочтя как-то об этом устройстве, построил его слегка видоизмененный вариант, воспользовавшись ценными советами Бэббиджа. Несомненно, это было для Бэббиджа и радостное, и горькое событие, когда он наконец увидел, как его (теперь уже общее) детище успешно прошло испытания - это случилось в 1854 г. в Лондоне. А годом позже Разностная машина Шойца была удостоена золотой медали на
Всемирной выставке в Париже. Спустя еще несколько лет британское правительство, отказавшее в свое время в поддержке Бэббиджу, заказало одну из таких машин для правительственной канцелярии
2.3 Табулятор Холлерита
Лишь через 19 лет после смерти Бэббиджа один из принципов, лежащих в основе идеи Аналитической машины, - использование перфокарт - нашел воплощение в действующем устройстве. Это был статистический табулятор, построенный американцем Германом Холлеритом с целью ускорить обработку результатов переписи населения, которая проводилась в США в 1890 г. Холлерит родился в г. Буффало (шт. Нью-Йорк) в семье немецких эмигрантов. Закончив Колумбийский университет, он поступил на работу в контору по переписи населения в Вашингтоне. Он прибыл сюда как раз в то время, когда сотни служащих приступили к исключительно трудоемкой (длившейся семь с половиной лет) ручной обработке данных, собранных в ходе переписи населения 1880 г.
Джон Шоу Биллингс, высокопоставленный чиновник в бюро переписи, в будущем тесть Холлерита, высказал мысль, что табуляцию можно производить при помощи перфокарт, и Холлерит провел значительную часть последующего десятилетия в попытках разработать такую систему. Сейчас трудно сказать, что навело Биллингса на эту идею - возможно, станок Жаккарда или железнодорожные билетики с перфорацией, но, так или иначе, он разрешил Холлериту заниматься проектированием системы. К 1890 г. Холлерит закончил работу. При испытаниях, проведенных в бюро переписи, статистический табулятор Холлерита вышел победителем в соревновании с несколькими другими системами, и с изобретателем был заключен контракт на проведение переписи 1890 г. Система Холлерита стала еще одним этапом в истории развития компьютеров.
Карты табулятора Холлерита были размером в долларовую бумажку. На каждой карте имелось 12 рядов, в каждом из которых можно было пробить по 20 отверстий, соответствующих таким данным, как возраст, пол, место рождения, количество детей, семейное положение и прочие сведения, включенные в вопросник переписи американского населения. Агенты, проводившие перепись, записывали ответы опрашиваемых в специальные формуляры. Заполненные формуляры отсылались в Вашингтон, где содержащуюся в них информацию переносили на карты путем соответствующего перфорирования. Затем перфокарты загружали в специальные устройства, соединенные с табуляционной машиной, где они нанизывались на ряды тонких игл, по одной игле на каждую из 240 перфорируемых позиций на карте. Когда игла попадала в отверстие, она проходила его, замыкая контакт в соответствующей электрической цепи машины; это в свою очередь приводило к тому, что счетчик, состоящий из вращающихся цилиндров, продвигался на одну позицию вперед (смю рисунок 3).
Машина Холлерита оказалась настолько быстродействующей, что предварительные подсчеты были завершены через 6 недель, а полный статистический анализ занял два с половиной года. За истекшее с предыдущей переписи десятилетие население США выросло почти на 13 млн. человек, достигнув 62 622 250 чел., но обработка результатов переписи 1890 г. потребовала приблизительно втрое меньше времени по сравнению с предыдущей.
Рисунок 3 - Внешний вид табулятора Холлерита
3. Вычислительные машины и устройства начала XX века
3.1 Арифмометр Чебышева
Рисунок 4 - Внешний вид «арифмометра Однера>
3.2 Гидравлический интегратор Лукьянова
Гидравлический интегратор Лукьянова - первая в мире вычислительная машина для решения дифференциальных уравнений в частных производных - на протяжении полувека был единственным средством вычислений, связанных с широким кругом задач математической физики. Создание гидроинтегратора продиктовано сложной инженерной задачей, с которой молодой специалист В. Лукьянов столкнулся в первый же год работы.
Академик Михаил Викторович Кирпичев (1879-1955) - специалист в области теплотехники, разработал теорию моделирования процессов в промышленных установках - метод локального теплового моделирования. Метод позволял в лабораторных условиях воспроизводить явления, наблюдаемые на больших промышленных объектах.
Лукьянов сумел обобщить идеи великих ученых: модель - вот высшая степень наглядности математической истины. Проведя исследования и убедившись, что законы течения воды и распространения тепла во многом сходны, он сделал вывод - вода может выступать в роли модели теплового процесса. В 1934 году Лукьянов предложил принципиально новый способ механизации расчетов неустановившихся процессов - метод гидравлических аналогий и спустя год создал тепловую гидромодель для демонстрации метода. Это примитивное устройство, сделанное из кровельного железа, жести и стеклянных трубок, успешно разрешило задачу исследования температурных режимов бетона.
Главным его узлом стали вертикальные основные сосуды определенной емкости, соединенные между собой трубками с изменяемыми гидравлическими сопротивлениями и подключенные к подвижным сосудам. Поднимая и опуская их, меняли напор воды в основных сосудах. Пуск или остановка процесса расчета производились кранами с общим управлением.
В 1936 году заработала первая в мире вычислительная машина для решения уравнений в частных производных - гидравлический интегратор Лукьянова (см. рисунок 4).
Рисунок 4 - Вычисления на двухмерном гидроинтеграторе
Основные и подвижные сосуды при закрытых кранах наполняли водой до рассчитанных уровней и отмечали их на миллиметровой бумаге, прикрепленной за пьезометрами (измерительными трубками) - получалась своеобразная кривая. Затем все краны одновременно открывали, и исследователь менял высоту подвижных сосудов в соответствии с графиком изменения внешних условий моделируемого процесса. При этом напор воды в основных сосудах менялся по тому же закону, что и температура. Уровни жидкости в пьезометрах менялись, в нужные моменты времени краны закрывали, останавливая процесс, и на миллиметровой бумаге отмечали новые положения уровней. По этим отметкам строили график, который и был решением задачи.
В конце XIX в. Герман Холлерит в Америке изобрел счетно-перфорационные машины, данные в которые вводились с помощью перфокарт. Он основал фирму, давшую впоследствии начало известной фирме по производству вычислительной техники IBM.
Машину для выполнения арифметических операций над числами построил в 1882 г. выдающийся математик П.Л. Чебышев. Русский инженер В.Т. Однер в 1894 г. построил арифмометр, некоторые черты которого сохранились до середины XX в.
Вычислительная техника в XIX и в начале XX вв. связано главным образом с постройкой аналоговых машин, в частности первой машины для решения дифференциальных уравнений академика А.Н. Крылова (1904).
В 1904 г. академик А.Н. Крылов построил механическую вычислительную машину для решения дифференциальных уравнений.
Список использованных источников
Подобные документы
Открытие абака, логарифмической линейки. Суммирующее устройство Леонардо да Винчи. Счетные машины Шикарда, Паскаля и Лейбница. Изобретение коммерческого арифмометра. "Вычислительный снаряд" З.Я. Слонимского. Арифмометр В.Т. Однера. Создание калькуляторов.
презентация [3,2 M], добавлен 17.05.2014
Ранние приспособления и устройства для счета. Появление перфокарт, первые программируемые машины, настольные калькуляторы. Работы Джона Фон Неймана по теории вычислительных машин. История создания и развития, поколения электронно-вычислительных машин.
реферат [37,7 K], добавлен 01.04.2014
Понятие, устройство и применение абака. Особенности механических вычислительных машин: линейка Уатта, машина Паскаля, арифмометр, аналитическая машина Бэббиджа. Обзор первых четырех поколений ЭВМ. Сущность машин пятого поколения, пример и параметры.
презентация [611,1 K], добавлен 22.12.2011
Механические средства вычислений. Электромеханические вычислительные машины, электронные лампы. Четыре поколения развития ЭВМ, характеристика их особенностей. Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). ЭВМ четвертого поколения. Проект ЭВМ пятого поколения.
реферат [56,6 K], добавлен 13.03.2011
Периодизация развития электронных вычислительных машин. Счетные машины Паскаля и Лейбница. Описаний эволюционного развития отечественных и зарубежных пяти поколений электронных вычислительных машин. Сущность внедрения виртуальных средств мультимедиа.
доклад [23,6 K], добавлен 20.12.2008
Основные этапы развития вычислительных машин. Роль абстракции в вычислительной технике. Понятие "алгоритм" в контексте понятия "вычислительная техника". Изобретатели механических вычислительных машин. Многообразие подходов к процессу программирования.
презентация [104,7 K], добавлен 14.10.2013
Механические счетные машины. Идеи Бэббиджа. Предыстория возникновения. Электромеханические счетные машины. Машины Фон-Неймановского типа. Развитие ЭВМ в СССР. Компьютеры с хранимой в памяти программой. Появление персональных компьютеров.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
История развития вычислительной техники
Основная часть. Теоретический обзор литературы. 4
Глава 1. Предпосылки развития вычислительной техники. 4
1.1. Ручной период докомпьютерной эпохи. 4
1.2 Механический этап . 5
1.3. Электромеханический этап. 6
Глава 2. Поколения ЭВМ. 7
2.1 . Первое поколение ЭВМ (1946 – 1958 гг.). 7
2.2. Второе поколение ЭВМ (1959 – 1967 гг.). 8
2.3. Третье поколение ЭВМ (1968 – 1973 гг.). 9
2.4. Четвертое поколение ЭВМ (1974 – 1982 гг.). 10
2.5. Пятое поколение ЭВМ (1983 – . гг.) . 11
Глава 3. Обзор литературы о поколениях ЭВМ. 12
Заключение. Выводы . 13
Список литературы . 14
Приложение 1. Ручной период. 15
Приложение 2. ЭВМ механического этапа. 17
Приложение 3. Первое поколение ЭВМ. 18
Приложение 4. Второе поколение ЭВМ. 19
Приложение 5. Третье поколение ЭВМ. 20
Приложение 6. Четвертое поколение ЭВМ. 21
Приложение 7. Пятое поколение ЭВМ. 22
Потребность в поиске решений все более и более сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений, поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые смогли бы ему в этом помочь. Исторически сложилось так, что в разных странах возникли собственные денежные единицы, меры веса, длины, объемов, расстояния и т.п. Для перехода из одной системы измерений в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить лишь специально обученные люди, постигшие логику математических действий. Их нередко приглашали даже из других стран. И совершенно естественно возникла потребность в изобретении устройств, помогающих счету. Так постепенно стали появляться механические помощники. До наших дней дошли свидетельства о многих таких изобретениях, навсегда вошедших в историю техники.
Компьютер прочно вошел в нашу жизнь, став главным помощником человека. На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений. В данном реферате мы рассмотрим историю развития вычислительной техники.
Таким образом, цель нашей работы: рассмотреть историю развития вычислительной техники от древности до наших дней.
Исходя из этого, мы ставим перед собой следующие задачи:
1. Проанализировать литературу и информационные ресурсы по истории вычислительных средств и электронно-вычислительных машин.
2. Составить хронологию событий
На протяжении всего своего существования люди использовали разного рода и конструкции вычислительные аппараты. Некоторые из них и по сей день используются в повседневной жизни, а некоторые затерялись в переулках времени.
Основная часть. Теоретический обзор литературы
В этой части мы рассмотрим основные этапы развития вычислительной техники, проведем теоретический обзор литературы и информационных ресурсов.
Глава 1. Предпосылки развития вычислительной техники
В этой главе мы рассмотрим ручной период докомпьютерной эпохи, механический этап и электромеханический этап развития вычислительной техники.
1.1. Ручной период докомпьютерной эпохи
Ручной период начался на заре человеческой цивилизации. Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами: пальцевый счет, нанесение засечек, счетные палочки, узелки и т.д. (Приложение1, рис. 1, рис.2)
1.2. Механический этап
1623 г. – немецкий ученый В. Шиккард описывает и реализует в единственном экземпляре механическую счетную машину, предназначенную для выполнения четырех арифметических операций над шестиразрядными числами.
1642 г. – Б.Паскаль построил восьмиразрядную действующую модель счетной суммирующей машины. Впоследствии была создана серия из 50 таких машин, одна из которых являлась десятиразрядной. Так формировалось мнение о возможности автоматизации умственного труда.
1673 г. – немецкий математик Лейбниц создает первый арифмометр, позволяющий выполнять все четыре арифметических операции.
1881 г. – организация серийного производства арифмометров. [3]
Арифмометры использовались для практических вычислений вплоть до шестидесятых годов XX века.
В этот период английский математик Чарльз Бэббидж выдвинул идею создания программно - управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. Первая спроектированная Беббиджем машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе. Второй проект Бэббиджа — аналитическая машина , использующая принцип программного управления и предназначавшаяся для вычисления любого алгоритма. Проект не был реализован, но получил широкую известность и высокую оценку ученых.
Работающая модель была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы. Главным достижением этой эпохи можно считать изобретение арифмометра ученым, по имени Однер. Главная особенность изобретения Однера заключается в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов вместо ступенчатых валиков. Оно проще валика конструктивно и имеет меньшие размеры. Первоначально появление в этот период ЭВМ не очень повлияло на выпуск арифмометров, прежде всего из-за различия в назначении, а также в стоимости и распространенности. [9] (Приложение 2, рис. 6, рис. 7, рис. 8, рис. 9, рис. 10, рис.11)
1.3. Электромеханический этап
Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает около 60 лет – от первого табулятора Г. Холлерита до первой ЭВМ ENIAK (1945).
Предпосылками создания проектов этого типа явились как необходимость проведения массовых расчетов, так и развитие прикладной электротехники. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях. Значение работ Холлерита для развития ВТ определяется двумя факторами. Во-первых, он стал основоположником нового направления в вычислительной техники – счетно-перфорационного с соответствующим им оборудованием для широкого круга экономических и научно-технических расчетов. Это направление привело к созданию машиносчетных станций, послуживших прообразом современных вычислительных центров. [ 7]
Во-вторых, даже в наше время использование большого числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использование перфокарточной технологии. Заключительный период электромеханического этапа развития вычислительной техники характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электропроводом. Эти аппараты можно рассматривать в качестве прямых предшественников универсальных ЭВМ.
Глава 2. Поколения ЭВМ
А теперь мы бы хотели рассказать о современных ЭВМ, об их истории и развитии.
Электронно-вычислительные машины у нас в стране принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всего быстрота смены поколений - за ее короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению? Это, прежде всего, их элементная база (из каких в основном элементов они построены), и такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Конечно же, деление ЭВМ на поколения в определенной мере условно. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим - к другому поколению. И все же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники.
2.1. Первое поколение ЭВМ (1946 — 1958 гг.)
Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы – диоды и триоды. В 1946 г. американские инженер-электронщик Дж. П. Эккерт и физик Дж.
У. Моучли в Пенсильванском университете сконструировали, по заказу военного ведомства США, первую электронно-вычислительную машину - “Эниак” (Electronic Numerical Integrator and Computer. Она выполняла за одну секунду 300 умножений или 5000 сложений многоразрядных чисел. Размеры: 30 м в длину, объём - 85 м 3 , вес - 30 тонн. Использовалось около 20000 электронных ламп и 1500 реле. Мощность ее была до 150 кВт.
Первая машина с хранимой программой - ”Эдсак” - была создана в Кембриджском университете (Англия) в 1949 г. Время выполнения сложения было 0,07 мс, умножения - 8,5 мс. В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев предложил проект первой на континенте Европы ЭВМ – Малой электронной счетно-решающей машины (МЭМС). В 1951г. МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются вычислительные задачи. Машина оперировала с 20 разрядными двоичными кодами с быстродействием 50 операций в секунду, имела оперативную память в 100 ячеек на электронных лампах. В 1951 г. была создана машина “Юнивак”(UNIVAC) - первый серийный компьютер с хранимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации. Вводится в эксплуатацию БЭСМ-2 (большая электронная счетная машина) в 1952-1953 гг. с быстродействием около 10 тыс. операций в секунду. Машины, созданные во время этого поколения, предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. К этому поколению ЭВМ можно отнести: М-1, М-2, М-З, “Стрела”, “Минск-1”, “Урал-1”, “Урал-2”, “Урал-3”, M-20, "Сетунь", "Раздан". Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2–3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти—2К или 2048 машинных слов (1K=1024) длиной 48 двоичных знаков. В машинах первого поколения были реализованы основные логические принципы построения электронно-вычислительных машин и концепции Джона фон Неймана, касающиеся работы ЭВМ по вводимой в память программе и исходным данным (числам). В вычислительных машинах этого времени использовались электровакуумные лампы и внешняя память на магнитном барабане. В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках. Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой. [6] (Приложение 3, рис. 12, рис. 13, рис. 14, рис. 15, рис.16)
2.2. Второе поколение ЭВМ (1959 — 1967 гг.)
Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом, за счет развития программного обеспечения. Появились также специализированные машины, например ЭВМ для решения экономических задач, для управления производственными процессами, системами передачи информации и т.д. К ЭВМ второго поколения относятся:
ЭВМ М-40, -50 для систем противоракетной обороны;
Урал -11, -14, -16 - ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических и планово-экономических задач;
Минск -2, -12, -14 для решения инженерных, научных и конструкторских задач математического и логического характера;
Минск-22 предназначена для решения научно-технических и планово-экономических задач;
БЭСМ-3 -4, -6 машин общего назначения, ориентированных на решение сложных задач науки и техники;
М-20, -220, -222 машина общего назначения, ориентированная на решение сложных математических задач;
МИР-1 малая электронная цифровая вычислительная машина, предназначенная для решения широкого круга инженерно-конструкторских математических задач,
"Наири" – машина общего назначения, предназначенная для решения широкого круга инженерных, научно-технических, а также некоторых типов планово-экономических и учетно-статистических задач;
Рута-110 – мини ЭВМ общего назначения и ряд других ЭВМ.
ЭВМ БЭСМ-4, М-220, М-222 имели быстродействие порядка 20—30 тысяч операций в секунду и оперативную память—соответственно 8К, 16К и 32К. Среди машин второго поколения особо выделяется БЭСМ-6, обладающая быстродействием около миллиона операций в секунду и оперативной памятью от 32К до 128К (в большинстве машин используется два сегмента памяти по 32К каждый). [7]
Данный период характеризуется широким применением транзисторов и усовершенствованных схем памяти на сердечниках. Большое внимание начали уделять созданию системного программного обеспечения, компиляторов и средств ввода-вывода..
Вычислительные машины этого периода успешно применялись в областях, связанных с обработкой множеств данных и решением задач, обычно требующих выполнения рутинных операций на заводах, в учреждениях и банках. Эти вычислительные машины работали по принципу пакетной обработки данных. По существу, при этом копировались ручные методы обработки данных. Новые возможности, предоставляемые вычислительными машинами, практически не использовались. (Приложение 4, рис. 16, рис. 17, рис. 18, рис. 19)
2.3. Третье поколение ЭВМ (1968 — 1973 гг.)
Элементная база ЭВМ - малые интегральные схемы (МИС). Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличилось быстродействие, повысилась надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились. В СССР в 70-е годы получают дальнейшее развитие. Разрабатываются универсальные ЭВМ третьего поколения ЕС, совместимые как между собой (машины средней и высокой производительности ЕС ЭВМ), так и с зарубежными ЭВМ третьего поколения (IBM-360 и др. - США). В разработке машин ЕС ЭВМ принимают участие специалисты СССР. В то же время в СССР создаются многопроцессорные ЭВМ, выпускаются мини-ЭВМ "Мир-31", "Мир-32", "Наири-34". [2] Для управления технологическими процессами создаются ЭВМ серии АСВТ М-6000 и М-7000 (разработчики В.П.Рязанов и др.). Разрабатываются и выпускаются настольные мини-ЭВМ на интегральных микросхемах М-180, "Электроника -79, -100, -125, -200", "Электроника ДЗ-28", "Электроника НЦ-60" и др. К машинам третьего поколения относились "Днепр-2", ЭВМ Единой Системы (ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060 и несколько их промежуточных модификаций - ЕС-1021 и др.), МИР-2, "Наири-2" и ряд других. [4]
Характерной чертой данного периода явилось резкое снижение цен на аппаратное обеспечение. Этого удалось добиться главным образом за счет использования интегральных схем. (Приложение 5, рис. 21, рис. 22)
2.4. Четвертое поколение ЭВМ (1974 — 1982 гг.)
Элементная база ЭВМ - большие интегральные схемы (БИС). Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствует увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее программное обеспечение. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека. К этому поколению можно отнести ЭВМ ЕС: ЕС-1015, -1025, -1035, -1045, -1055, -1065 (“Ряд 2”), -1036, -1046, -1066, СМ-1420, -1600, -1700, все персональные ЭВМ (“Электроника МС 0501”, “Электроника-85”, “Искра-226”, ЕС-1840, -1841, -1842 и др.), а также другие типы и модификации. [5] Первый компьютер появился в 1976 г. К ЭВМ четвертого поколения относится также многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус". "Эльбрус-1КБ" имел быстродействие до 5,5 млн. операций, а объем оперативной памяти до 64 Мб. У "Эльбрус-2" производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мслов (слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода - 120 Мб/с. (Приложение 6, рис. 23, рис. 24)
Электронно-вычислительные машины прочно вошли во все сферы жизнедеятельности современного общества. К своему высокотехнологичному состоянию средства вычислительной техники шли путем долгой эволюции. Кратко об истории развития вычислительной техники можно прочесть в данной статье.
История развития вычислительной техники
Информатика как наука, включает в себя много направлений, в том числе и раздел, связанный с изучением вычислительной техники. История развития вычислительной техники насчитывает тысячи лет, с момента возникновения первых счетных палочек до современных высокотехнологичных компьютерных средств.
Первые приспособления для счета
Первыми устройствами для выполнения простых арифметических операций, известными исторической науке, были счеты. Так, среди культурных артефактов древнего мира – Египта, Вавилона, Греции, Рима, Китая можно найти специальный предмет, предназначенный для счета – абак. Абак представляет собой доску, на которой в специальных углублениях расположены небольшие камни. Современные варианты счетов, в виде бусин, нанизанных на проволоку, используются, и посей день для выполнения операций сложения и вычитания.
Рис. 1. Абак — приспособление для счета.
Для более сложных операций, таких как умножение, деление, возведение в степень, вычисление корней и логарифмов, были придуманы различные приспособления. Это логарифмические линейки и таблицы. Логарифмическая линейка была изобретена в 1622 году англичанином Уильямом Отредом, а первая таблица появилась в 1614 году и содержала значения тригонометрических функций.
Механические устройства для вычислений
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.
Программируемые вычислители
Результатом эволюции вычислительных устройств явилось создание электронной вычислительной машины в том виде, в котором мы привыкли ее сейчас видеть. Однако и ЭВМ прошли несколько этапов развития, связанных в первую очередь, с развитием электронной элементной базы:
К первому поколению вычислительных устройств , базирующемуся на лампах можно отнести ENIAC ( США, 1946 г.), ЭВМ БСЭМ-2 (СССР, 1949 г.). Эти машины позволяли производить до 20 тысяч операций в секунду и в качестве устройства ввода использовали перфокарты. Огромные габариты и энергопотребление таких устройств обусловлено особенностями используемой элементной базы.
Самый первый компьютер под названием ENIAC, созданный в 1946 году имел массу более двадцати тонн и занимал огромное помещение площадью порядка 150 квадратных метров.
Рис. 2. ENIAC — первый компьютер на электронных лампах.
Следующий этап развития ЭВМ связан с изобретением полупроводникового транзистора — компактного и экономичного аналога электронной лампы. Быстродействие подобных устройств увеличилось уже до сотен тысяч операций в секунду, а их габариты и энергопотребление значительно снизилось. Что привело к более широкому распространению ЭВМ и упрощению взаимодействия с пользователем. Одним из представителей семейства полупроводниковых машин является ЭВМ БСЭМ-6 (СССР, 1959 г.)
Объединение транзисторных схем в отдельные интегральные микросхемы (ИМС) дало толчок третьему поколению компьютеров. Для этого этапа характерно дальнейшее увеличение производительности и снижение стоимости производства и эксплуатации. А также появление различных периферийных устройств, таких как накопители на магнитных дисках, дисплеи, графопостроители. Среди машин третьего поколения можно выделить IBM-360 (США) и ЕС ЭВМ (СССР).
В настоящее время все компьютеры относятся к четвертому поколению и основаны на использовании микропроцессоров — сверхбольших интегральных схем. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.
Первые компьютеры — это профессия. До того как были созданы компьютерные устройства, компьютерами называли людей, занимавшихся выполнением сложных вычислений на арифмометрах. Как правило, этой профессией овладевали женщины, многие из которых затем с успехом работали программистами.
Что мы узнали?
История развития вычислительной техники берет свое начало в древности. Первыми приспособлениями для вычислений были счеты, логарифмические линейки, арифмометры. Прообразом современного компьютера была аналитическая машина Чарльза Бэббиджа. Развитие компьютерной техники проходило параллельно совершенствованию ее элементной базы: от вакуумных ламп до интегральных микросхем.
Открытие этого факта Гаммер сделал почти случайно. Когда он работал в штутгардской библиотеке, то наткнулся на загадочную фотокопию эскиза какого-то счетного устройства. И поскольку раньше ничего подобного не видел, очень заинтересовался неизвестным наброском. Проведя ряд исследований Гаммер установил, что найденный эскиз — это отсутствующее приложение к письму профессора Тюбингенского университета Вильгельма Шиккарда, адресованное его коллеге математику Иоганну Кеплеру. В своем письме Шиккард подробно описывал счетную машину и ссылался на чертеж.
копия эскиза
Немного истории
Вильгельм Шиккард родился 22 апреля 1592 года в городе Херренберг (Германия). Он был чрезвычайно талантлив и уже в 17 лет получил в Тюбингенском университете степень магистра, а через два года стал бакалавром наук. Он приобрел всемирную известность благодаря своим достижениям в науках: астрономии, математике и востоковедстве (профессор кафедры восточных языков в университете Тюбингена). А также, Шиккард создал первую вычислительную машину.
Вильгельм Шиккард (1592-1635)
С 1617 года Шиккард начал преподавать восточные языки в Тюбингенском университете. Там он и познакомился с Кеплером, который по достоинству оценил незаурядные способности молодого ученого и порекомендовал ему заняться математикой. Шиккард послушался совета и на новом поприще достиг значительных успеха. В 1631 году он стал профессором математики и астрономии Тюбингенского университета.
Шиккард был первопроходцем и в других сферах. Как например — в астрономии. Ученый постоянно развивался, вел переписку со многими немецкими, французскими, итальянскими и голландскими учеными по вопросам, касающимся астрономии. Он создал первый механический планетарий, который наглядно демонстрировал положение Солнца, Земли и Луны согласно системе Коперника. Кроме этого, наблюдал метеоры из разных пунктов для определения их траектории.
Широта интересов Шиккарда действительно заслуживает уважения. Он был опытным механиком, картографом, гравером по дереву и металлу, проводил астрономические наблюдения, писал трактаты о семитских языках, астрономии, математике, оптике и метеорологии. Ученый добился выдающихся научных успехов и был по истине гениальным изобретателем. Но оказался бессильным перед эпидемией холеры. Эта беспощадная болезнь XVII века в 1635 году забрала жизнь Шиккарда и его семьи. Труды ученого на время были забыты из-за Тридцатилетней войны.
Машина Шиккарда — начало XVII века
В одном из писем Кеплеру (от 20 сентября 1623 года) сообщалось, что Шиккард осуществил механически все то, что Кеплер делал алгебраически, а именно — сконструировал машину, которая автоматически выполняла сложение, вычитание, умножение и деление. Шиккард писал, что Кеплер приятно удивился, если бы увидел как устройство само накапливает и переносит влево десяток или сотню цифр и как отнимает то, что держала в памяти при вычитании.
Из письма Кеплеру:
… ааа — это верхние торцы вертикальных цилиндров, на их боковых поверхностях нанесены таблицы умножения; при необходимости цифры этих таблиц могут наблюдаться в окнах bbb скользящих планок. К дискам ddd крепятся изнутри машины колеса с десятью зубьями, каждое из которых находится в таком зацеплении с себе подобным, что если любое правое колесо повернется десять раз, то находящееся слева от него колесо сделает один поворот, или если первое из упомянутых колес сделает 100 оборотов, третье слева колесо повернется один раз. Для того чтобы зубчатые колеса вращались в одном и том же направлении, необходимо иметь промежуточные колеса…
Иоганн Кеплер (1571-1630)
На самом деле в работе машина Шиккарда была довольно простой. К примеру, чтобы узнать чему равно произведение 296 х 73, нужно установить цилиндр в положении, которое позволит вывести в верхнем ряду окошек первый множитель: 000296. Произведение 296 х 3 получится, если открыть окошки третьего ряда и просуммировать увиденные цифры, как в способе решетки. Далее точно также открываются окошки седьмого ряда, дающие произведение 296 х 7 к которому слава приписывается 0. И останется лишь сложить найденные числа на суммирующем устройстве. Все, результат готов.
Но что точно — долгое время машина Шиккарда оставалась известной лишь узкому кругу доверенных лиц. И данное изобретение не смогло оказать влияние на последующее развитие механизации счета. Кто знает, может быть с помощью этого проекта прогресс вычислительных устройств мог бы ускориться. Но так или иначе, имя немецкого ученого Вильгельма Шиккарда находится в одном ряду с великими умами, изобретателями счетных устройств XVII—XIX столетий. Такими, как Блез Паскаль, Готфрид Вильгельм Лейбниц, Чарльз Бэббидж, Пафнутий Львович Чебышев, Герман Холлерит и другими.
современный прообраз машины Шиккарда
Основываясь на материалах, найденных Гаммером, сотрудники Тюбингенского университета в начале 1960-х годов создали действующую модель машины Шиккарда. Операции сложения и вычитания осуществлялись в ней механически, а умножения и деления — с элементами механизации. Прообраз изобретения находится в собственности университета.
Эволюция в области вычислительных технологий — процесс довольно неравномерный, который происходит скачками от периодов спада до периодов падения. Достигнутые результаты используются на практике и каждый новый шаг выводит процесс вычислительной эволюции на новую, более высокую ступень.
Читайте также: