Электронно вычислительная машина это кратко и понятно

Обновлено: 02.06.2024

ЭВМ лишь по исторически сложившейся традиции называют вычислительными машинами (первые вычислительные устройства были механическими, содержали колёса, рычаги, ручки), по существу же ЭВМ – это комплекс аппаратных и программных средств; имеющиеся в нём механизмы выполняют лишь вспомогательные функции, напр. приводят в действие дисководы, перемещают носитель информации в принтере. Процесс вычисления или обработки информации в ЭВМ состоит из множества типовых преобразований электрических сигналов, которые представляют (в кодированной форме) как информацию (исходные и выходные данные), так и команды (предписания) программы. Результаты обработки информации либо фиксируются на бумаге в виде текста, таблицы, графика и т. п., либо отображаются на экране дисплея.

В состав технических (аппаратных) средств, как правило, входят центральные устройства – процессор (один или несколько), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), пульт управления (клавиатура), а также внешние (периферийные) устройства – устройства ввода-вывода данных, постоянное запоминающее устройство большой ёмкости и др. Процессор обрабатывает информацию и управляет работой остальных устройств ЭВМ.ОЗУ хранит программу работы и информацию, используемую непосредственно при выполнении арифметических и логических операций. Пульт управления обеспечивает взаимодействие оператора с ЭВМ. В программные средства ЭВМ (программное обеспечение) входят операционная система (управляет работой ЭВМ, запускает другие программы и выполняет обслуживающие функции) и прикладные программы (программы обработки информации, решения конкретных задач).

ЭВМ первого поколения были ориентированы преимущественно на численное решение научно-технических задач, с относительно небольшим объёмом входной и выходной информации. ЭВМ второго поколения, помимо решения научно-технических задач, применяли для обработки планово-экономической информации и решения управленческих задач. Расширение сферы применения ЭВМ и возросшая сложность задач вызвали необходимость автоматизации процесса программирования, стимулировали разработку новых языков программирования. Для ЭВМ третьего поколения характерны модульный принцип построения, программная совместимость, наличие базового программного обеспечения, возможность выполнения нескольких программ одновременно. Главная особенность ЭВМ четвёртого поколения – широкое использование БИС и СБИС практически во всех элементах и устройствах ЭВМ с сохранением основных структурных решений ЭВМ третьего поколения. Для ЭВМ четвёртого поколения характерно резкое разделение на две категории. Одна категория – это мощные (мэйнфрейм) и сверхмощные ЭВМ (суперЭВМ) общего назначения, являющиеся по существу вычислительными системами, способными выполнять сотни миллионов и миллиарды операций за 1 с, и мини – и микроЭВМ индивидуального пользования – т. н. персональные ЭВМ (персональные компьютеры), настольные и портативные, с быстродействием до нескольких сотен тысяч команд в секунду. Мощные ЭВМ устанавливают в вычислительных центрах для коллективного пользования, используют в компьютерных сетях, в научных и исследовательских центрах для решения задач аэродинамики, метеорологии, физики высоких энергий и т. п. На основе персональных ЭВМ создаются автоматизированные рабочие места конструкторов, технологов, экономистов, исследователей и других специалистов; ими пользуются редакторы, врачи, писатели, бухгалтеры, финансисты, управляющие (менеджеры) всех уровней, мультипликаторы и др. В сер. 80-х гг. появились вычислительные системы с элементами искусственного интеллекта, эксплуатационные возможности которых позволяют условно отнести их к ЭВМ пятого поколения.

ЭВМ - это электронная вычислительная машина, в которой электронные устройства играют роль функциональных элементов. В наше время эту аббревиатуру используют, как правило, в юридических документах.

Принято считать, что первую электронную вычислительную машину изобрели в начале 1943 года. Это был первый в мире компьютер, который работал на вакуумных лампах.

Первые, так называемые, мини-ЭВМ создали задолго после того момента, когда такие устройства стали выпускать с элементарной транзисторной базой в основе. К поколению номер 2 электронно-вычислительных машин относят то оборудование, для функциональных частей которого были созданы собственные специальные контроллеры.

Третье поколение ЭВМ было создано при использовании специальных интегральных схем. Эта методика создания электронно-вычислительных машин позволила сделать их намного меньших размеров и, одновременно, снизить затраты на их производство.

Современные же компьютеры - это яркие представители электронно-вычислительных машин так называемого, четвертого поколения. Для создания современных ЭВМ используют архитектуру IBM PC, которая состоит из 3-х основных функциональных частей:

ВЫЧИСЛИ́ТЕЛЬНАЯ МАШИ́НА, устройство или комплекс устройств, предназначенных для механизации и автоматизации процесса обработки информации (вычислений). По способу представления обрабатываемой информации В. м. делят на машины непрерывного действия – аналоговые В. м. (АВМ) и машины дискретного действия – цифровые В. м. (ЦВМ). В АВМ информация представлена в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных физич. величинами (угол поворота вала, сила электрич. тока, напряжение и т. п.). С распространением электронных В. м. (ЭВМ) роль аналоговых машины постепенно уменьшалась (см. Аналоговая вычислительная машина). В ЦВМ информация представлена в виде набора дискретных значений (чисел) к.-л. физич. величины. Решение задачи в ЦВМ сводится к последовательному выполнению операций над числами, которые представлены совокупностью элементов, каждый из которых может принимать ряд устойчивых состояний, соответствующих определённой цифре числа (число этих состояний определяется системой счисления, которая принята в данной ЦВМ). По применяемой элементной базе ЦВМ делят на домеханические, механические, электромеханические (релейные), электронные.

Основные этапы

Процесс эволюции счетных устройств начался в древние времена и продолжается сегодня. За это время люди создали различные приспособления для счета. Краткая история их развития может быть описана с помощью основных этапов:

Ручной. Это самый длительный этап. Он начался в глубокой древности, а завершился в середине XVII столетия. За это время были созданы различные ручные средства для подсчета, например, финикийские фигурки, логарифмическая линейка и т. д.
Механический этап развития. Длился более двух столетий (вторая половина XVII — конец XIX века). Это время характеризуется быстрым развитием науки, что привело к появлению механических счетных машин. Они могли выполнять простые арифметические операции.
Электромеханический. Среди всех этапов эволюции вычислительных устройств он оказался самым коротким. Его длительность составила лишь 60 лет. Начало электромеханическому этапу положило создание первого табулятора (1887), а завершился период в 1946 году. Созданные на этом временном отрезке устройства использовали электрический привод и реле. С их помощью скорость и точность вычислений существенно увеличились.
Электронный этап начался в середине XX столетия и продолжается сегодня. Первые компьютеры имели большие размеры и существенно отличались от современных ПК.

Классификация истории развития вычислительной техники на хронологические этапы является условной. При использовании одного счетного устройства активно появлялись предпосылки для разработки следующего поколения девайсов.

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.

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.

Механические машины

В 1673 году известный ученый Лейбниц изобрел устройство, которое, помимо простейших операций с числами, позволяло извлекать квадратный корень. Чтобы этот ступенчатый вычислитель мог функционировать, ученому пришлось разработать двоичную систему счисления.

Через 2 столетия французский математик Ксавье Тома де Кальмар, основываясь на работах Лейбница, изготовил арифмометр. Эта машина уже могла делить и перемножать числа. Английский ученый Бэббидж через 2 года начал создавать устройство, способное выполнять вычисления с точностью до 20 знаков после запятой. Однако этот проект так и не был завершен.

Впрочем, имя Бэббиджа навсегда вошло в историю развития счетных устройств. Именно этот человек разработал машину, управлять которой можно было программно. В качестве носителя информации использовались перфокарты. С этим же устройством связано и имя первого программиста на планете — Ада Лавлейс. Именно этой женщине удалось создать первые программы для машины Бэббиджа.

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.

Читайте также: