Простейшие счетные устройства реферат
Обновлено: 05.07.2024
Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:
Введение
Вычислительная техника является неотъемлемой частью процесса вычислений и обработки данных. Первыми устройствами для вычисления были, вероятно, известные счетные палочки, которые до сих пор используются во многих начальных школах, чтобы научиться считать. С развитием этих устройств они становились все более сложными, как, например, финикийские глиняные фигурки, которые также предназначались для визуализации количества предметов, подлежащих учету, но для простоты помещались в специальные контейнеры. Похоже, что такие устройства использовались трейдерами и бухгалтерами в то время.
Постепенно из простейших счетных устройств рождались все более сложные устройства: Абак (счет), логарифмическая линейка, механическая арифметика, электронный компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный бухгалтер может получить результат простым подсчетом даже быстрее, чем вялый владелец современного карманного калькулятора. Конечно же, мощность и скорость самих современных вычислительных машин давно превзошли возможности самого выдающегося человеческого вычислительного аппарата.
Ранние приборы и счетчики
Тысячи лет назад человечество научилось пользоваться самыми простыми счетными устройствами. Одним из простейших решений было использование весового эквивалента переменного объекта. Для этой цели были использованы простейшие балансировочные весы. Принцип эквивалентности широко использовался в других, многих известных, простейших вычислительных машинах Abac или Accounts. Количество подсчитанных объектов соответствовало количеству перемещенных костяшек этого инструмента.
С изобретением зубчатых колес появились гораздо более сложные вычислительные устройства. Обнаруженный в начале 20 века древний механизм, найденный на месте крушения древнего корабля, затонувшего примерно в 65 году до н.э., смог смоделировать движение планет.
Появление перфокарт и первых программируемых машин
Утверждается, что Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона, была первой женщиной-программисткой, хотя это утверждение и важность ее вклада оспаривается многими. Ее имя часто ассоциируется с именем Бэббидж.
Настольные и аналоговые компьютеры
Аналоговый компьютер — это аналоговый компьютер (AVM), который представляет цифровые данные с использованием аналоговых физических величин (скорость, длина, напряжение, ток, давление), что является основным отличием от цифрового компьютера. До Второй мировой войны механические и электрические аналоговые компьютеры считались самыми современными машинами, и многие считали, что это будущее компьютерной техники.
Первое поколение компьютеров с архитектурой фон Неймана
В июне 1951 года в Бюро переписи населения США была установлена система UNIVAC 1. Машина была разработана фирмой Remington Rand, которая в итоге продала 46 таких машин по цене более 1 миллиона долларов каждая. UNIVAC был первым компьютером массового производства; все его предшественники были сделаны в единственном экземпляре. Компьютер состоял из 5200 электрических вакуумных ламп и потреблял 125 кВт электроэнергии. Использовались ртутные линии задержки, в которых хранилось 1000 слов памяти, каждое из которых имело 11 знаков после запятой плюс знак (72-битные слова). В отличие от машин IBM, которые были оснащены устройством ввода пуансонов, UNIVAC использовал металлизированный магнитный ленточный ввод в стиле 1930-х годов, что обеспечило совместимость с некоторыми существующими коммерческими системами памяти. Другие компьютеры того времени использовали высокоскоростной перфорированный ленточный вход и входы/выходы с использованием более современных магнитных лент. программируемый компьютер nyman поколения
В 1954 году компания IBM выпустила IBM 650 весом около 900 кг и еще 1350 кг для блока питания; оба модуля имеют размеры около 1,5 × 0,9 × 1,8 метра. Цена машины — 500 000 долларов. (около 4 миллионов долларов США в 2011 году) или могут быть арендованы за 3500 долларов США в месяц (30 000 долларов США в 2011 году). Память на магнитном барабане хранит 2000 10-символьных слов, позже память увеличивается до 4000 слов.
В 1956 году компания IBM продала первое устройство хранения данных на магнитных дисках — RAMAC. Использовалось 50 металлических дисков диаметром 24 дюйма и 100 дорожек с каждой стороны. Устройство хранит до 5 МБ данных и стоит 10 000 долларов за МБ. (В 2006 году такие запоминающие устройства — жесткие диски — стоили около $0,001 за МБ).
Компьютеры второго поколения
Следующим важным шагом в истории компьютерных технологий стало изобретение в 1947 году транзистора, который стал заменой хрупким и энергоемким лампам. Благодаря транзисторам и печатным платам размер и объем потребляемой энергии могут быть значительно уменьшены, а надежность повышена. Однако компьютеры второго поколения все еще были довольно дорогими и поэтому использовались только университетами, правительствами и крупными компаниями. В 1959 году компания IBM выпустила машину среднего класса IBM 1401 на базе транзисторов, которая использовала ввод перфокарт и стала самым популярным компьютером общего назначения того времени: с 1960 по 1964 год было выпущено более 100 000 экземпляров этой машины, и она заняла около трети мирового компьютерного рынка.
Использование полупроводников позволило улучшить не только центральный процессор, но и периферию. Второе поколение запоминающих устройств позволило хранить десятки миллионов символов и цифр. Замена дискового картриджа в сменном устройстве заняла всего несколько секунд. Хотя емкость съемных носителей, как правило, была меньше, взаимозаменяемость съемных носителей позволила хранить практически неограниченное количество данных. Магнитная лента, как правило, использовалась для архивирования данных, так как она предлагала большую емкость при меньших затратах.
Появились также сопроцессоры — специализированный процессор, расширяющий возможности центрального процессора вычислительной системы, но выполненный в виде отдельного функционального модуля.
Компьютеры третьего и четвертого поколения
Появление микропроцессоров привело к разработке микрокомпьютеров — небольших недорогих компьютеров, которые могли бы принадлежать как малым предприятиям, так и частным лицам. Микрокомпьютеры четвертого поколения, первый из которых появился в 1970-х годах, стали повсеместно использоваться в 1980-х годах и в последующий период. Стив Возняк, один из основателей компании Apple Computer, стал известен как разработчик первого массового домашнего компьютера, а затем и первого персонального компьютера.
Пятое поколение компьютеров
Компьютеры пятого поколения — согласно идеологии развития компьютерных технологий, после четвертого поколения, основанного на крупногабаритных интегральных схемах, должно быть создано следующее поколение, основанное на распределенных вычислениях, в то же время считалось, что пятое поколение станет основой для создания устройств, способных имитировать мышление.
Заключение
Инструменты расчета появились достаточно давно, так как необходимость в различных расчетах и вычислениях существовала уже на самых ранних стадиях развития цивилизации. Различные устройства, которые облегчают и ускоряют процесс расчетов, были изобретены людьми в очень далекие времена. Так что история учёта утрачена в глубине веков, подобные устройства использовались многими народами.
К сожалению, невозможно охватить всю историю компьютеров в рамках абстракции. Можно было бы рассказать и о невидимой войне на компьютерных рынках за право устанавливать стандарты между огромной корпорацией IBM и молодой компанией Apple, которая осмелилась конкурировать с ней и заставила весь мир решить, что лучше — Macintosh или PC. Современные персональные компьютеры являются наиболее распространенным типом компьютеров, их производительность постоянно растет (по закону Мура, количество транзисторов на интегральной схеме удваивается каждые 24 месяца), а спектр их применения расширяется. Эти компьютеры могут быть объединены в сеть так, что десятки и сотни пользователей могут легко обмениваться информацией и получать доступ к общим базам данных одновременно.
Около 50 лет назад человечество даже представить себе не могло, на что способны компьютеры! И чего мы можем ожидать в будущем? Пока не известно. Но ясно одно — создание искусственного интеллекта — это только вопрос времени.
Список литературы
Образовательный сайт для студентов и школьников
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
По принципу действия очень похожи на абак традиционные русские счеты. Они были незаменимым инструментом торговцев, приказчиков, чиновников. Даже в конце прошлого века их активно использовали в магазинах для счета вместо калькулятора. А из России этот простой и полезный счетный прибор проник и в Европу.
Линейка для вычисления логарифмов
К немеханическим счетным устройствам относится логарифмическая линейка — инструмент для быстрого выполнения таких сложных математических операций, как умножение и деление, возведение в степень, вычисление логарифмов и тригонометрических функций. Считается, что первая логарифмическая линейка была изготовлена англичанином Робертом Биссакером (1620—?) в 1654 г.
Паскалина
Счетная машина с часовым механизмом
Механический помощник счетных работников
Первая электрическая вычислительная машина
Первый действующий электрический вычислитель в 1890 г. разработал американский изобретатель Герман Голлерит (1860—1929). Его машина была построена с применением электромеханических реле и позволяла обрабатывать большие объемы данных.
Сами меньше, а показатели выше
В конце 50-х годов XX в. появилось второе поколение ЭВМ. Эти машины были собраны на полупроводниковых приборах, что позволило существенно увеличить емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие. При этом значительно уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность машин. ЭВМ второго поколения имели быстродействие порядка 20—30 тыс. операций в секунду и оперативную память до 32 Кб.
Появление третьего поколения ЭВМ (ориентировочно в 1968 г.) было связано с разработкой малых интегральных схем (МИС). Это позволило значительно увеличить объем оперативной памяти и быстродействие, повысить надежность и снизить потребляемую мощность, массу и габариты машин.
Ненадежные энергопожирающие гиганты
Начиная со второй половины XX в. началось активное развитие электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Первое поколение ЭВМ было полностью построено на электронных лампах. Такие машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. Они имели внушительные размеры и потребляли много энергии. Более того, их работа отличалась невысокой надежностью и слабым программным обеспечением.
Интегральные микропроцессоры — настоящий прорыв
Применение таких схем значительно повысило надежность ЭВМ и позволило создавать на их основе многопроцессорные вычислительные комплексы. В результате производительность ЭВМ четвертого поколения превысила 100 млн операций в секунду, а емкость оперативной памяти достигла нескольких сотен мегабайт.
Удобный графический интерфейс
Персональный компьютер завоевывает мир
Рост спроса на персональные компьютеры к концу 70-х годов XX в. привел к снижению спроса на большие ЭВМ. Это вынудило фирму IBM (аббревиатура от International Business Machines), являющуюся ведущим производителем этих машин, перейти к выпуску персональных компьютеров.
В 1985 г. появилось новое поколение компьютеров IBM PC АТ. В дальнейшем все последующие модели имели в своем названии цифровой индекс: 286 (это практически то же, что и IBM PC AT), 386 (1986 г.), 486 (1990 г.) и Пентиум (Pentium, 1993 г.). Эти названия перешли из обозначений процессоров Intel, применяемых в соответствующих моделях.
Самые навороченные — игровые
Современные IBM — совместимые персональные компьютеры. По назначению и, следовательно, по характеристикам их условно можно разделить на три основные категории: офисные, домашние и игровые.
Наиболее высокопроизводительным является игровой компьютер. Ведь его основное предназначение состоит в том, чтобы перенести пользователя в виртуальный мир и дать почувствовать себя магом, охотником, бойцом, исследователем, гонщиком — отвлечься от повседневности и получить всплеск адреналина в крови.
Компьютерная периферия
Внешние устройства персонального компьютера, или, как их еще называют, периферийные (попросту — периферия), подразделяются на устройства вывода, передающие пользователю информацию из компьютерной системы, и ввода, предназначенные для ввода информации из внешних источников. Периферия во многом определяет возможности применения компьютера.
Самыми распространенными устройства вывода являются всевозможные принтеры и мониторы, а ввода — клавиатура и мышь.
Жидкокристаллические доминируют
Монитор служит для пользователя своеобразным окном в компьютер. Он позволяет наблюдать за его работой и узнавать о полученных результатах. На экран монитора выводится текст, рисунки, различная справочная информация, то есть все необходимое пользователю для работы.
В последнее время мониторы ЭЛТ, построенные на основе электронно-лучевой трубки, уверенно вытесняются жидкокристаллическими (ЖК). У таких мониторов нет мерцания, на качество их изображения не влияют магнитные поля, а энергопотребление ЖК-мониторов в 2—4 раза меньше, чем у ЭЛТ.
Оптимальная печать
Наилучшее качество печати, бесспорно, обеспечивают лазерные принтеры. Однако по соотношению стоимости и качества наибольшее распространение получили струйные принтеры.
В режиме реального времени
Веб-камера позволяет пользователю в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшего сохранения на жестком диске или передачи по Интернету. Первая в истории общественная веб-камера была установлена в 1991 г. и показывала кофейник, находившийся в Троянской комнате Кембриджского университета. В наши дни существует множество общественных и личных веб-камер, транслирующих через Интернет различные изображения, например, природу или городские панорамы.
Карманный вычислительный прибор
Ноутбук для интернета
Наладонник, он же покет
Персональный компьютер плюс телефон
Важным компонентом, составляющим процесс вычислений и обработки данных, является вычислительная техника. Вероятно, всем известные счётные палочки, используемые и в настоящее время в начальных классах многих школ для обучения счёту, были первыми приспособлениями для вычислений.
С их развитием они становились более сложными. Примером служат финикийские глиняные фигурки, которые также предназначались для наглядного представления количества предметов при подсчете. Фигурки, для удобства, помещались в специальные контейнеры. Ими пользовались торговцы и счетоводы того времени.
Простейшие приспособления для счёта постепенно перерождались во всё более сложные устройства, такие как: абак, логарифмическая линейка, механический арифмометр, электронный компьютер. И, невзирая на простоту ранних вычислительных устройств, получить результат при помощи простых счёт можно даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Стоит отметить, что производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.
Вычислительные аппараты, а также разного рода их конструкции использовались людьми на протяжении всего своего существования. Некоторые из них используются и в повседневной жизни сейчас, а некоторые затерялись в переулках времени.
Знание истории развития вычислительной техники и опыт компьютерной информатики являются необходимым составным элементом компьютерной культуры.
Ключевые слова: вычислительная техника, развитие, позиционная система счисления, разряд единиц, автоматический режим, программное управление, элементная база, поколения ЭВМ.
- Начальный этап. Период докомпьютерной эпохи
Наконец, появление приборов, которые используют вычисление по разрядам, предполагало наличие некоторой позиционной системы счисления, десятичной, восьмеричной, пятеричной, троичной и т. д. К таким приборам относятся: абак, русские, японские и китайские счёты.
Усовершенствованный римлянами со временем такой абак представлял уже мраморную доску, на которой были выточены желобки и прилагались мраморные шарики. [1]
В IX веке учёные из Индии сделали одно из величайших открытий в математике. Ими была изобретена, используемая во всем мире, позиционная система счисления. При записи числа, в котором отсутствует какой — либо разряд (например, 11101 или 16304).
В конце XV — начале XVI века Леонардо да Винчи создал 13- разрядное суммирующее устройство с десятизубными кольцами. По описанию, основу машины составляли стержни, на которых (с разных сторон по одному) закреплялись два отличных по размеру зубчатых колеса. Эти стержни должны были располагаться таким образом, чтобы меньшее колесо на одном стержне входило в зацепление с большим колесом на другом стержне. При этом меньшее колесо второго стержня сцеплялось с большим колесом третьего и т. д.
Согласно замыслу автора, десять оборотов первого колеса, должны были приводить к одному полному обороту второго, а десять оборотов второго — к полному обороту третьего и т. д. Целая система, состоящая из 13 стержней с зубчатыми колесами, приводилась в движение набором грузиков [2].
2. Развитие механики
Во второй половине XIX века возросло количество вычислительных работ в целом ряде областей человеческой деятельности, что вызвало настоятельную потребность в вычислительной технике и повышение требований к ней.
В этот период английским математиком Чарльзом Бэббиджем была выдвинута идея разработки программно-управляемой счётной машины, которая имела бы арифметическое устройство (АУ), устройство управления (УУ), ввода и печати.
Разностная машина — первая спроектированная Беббиджем машина (1822 г.), работающая на паровом двигателе. Работающая модель представляла собой калькулятор из шести цифр, способный производить вычисления и выводить на печать цифровые таблицы.
Главным достижением этой эпохи можно считать разработку успешной конструкции арифмометра шведско-русским механиком и изобретателем Вильгодт Теофил Однером. Главная особенность его детища заключалась в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов вместо ступенчатых валиков. Они были проще валика конструктивно и имели меньшие размеры. [2]
Первоначально появление в этот период электронно-вычислительных машин (ЭВМ) мало повлияло на выпуск арифмометров, прежде всего из-за различия в назначении, а также в стоимости и распространенности. Однако, с 60-х годов в массовое использование все активнее проникают электронные клавишные вычислительные машины, которые выпускались вначале на лампах, а с 1964 г. на транзисторах. Лидером в этом направлении сразу же стала Япония, которая сумела отличиться мини атюризацией электронной техники, включая вычислительной техники.
3. Электромеханический этап
Наименее продолжительным этапом в развитии вычислительной техники и охватывающим около 60 лет является электромеханический — от создания первого табулятора американским инженером Германом Холлерит до изобретения первой ЭВМ ENIAK (1945). Необходимость проведения массовых расчётов, а также развитие прикладной электротехники выступили предпосылками для создания проектов такого типа.
Счётно-аналитический комплекс, который был предназначен для обработки информации на перфокарточных носителях является классическим типом средств этапа электромеханики, а значение работ Холлерита для развития вычислительной техники определяется двумя факторами: во-первых, Герман стал основоположником нового счетно-перфорационного направления в вычислительной технике — с соответствующим им оборудованием для широкого круга экономических и научно-технических расчетов. Которое в свою очередь, привело к созданию машиносчётных станций, послуживших прообразом современных вычислительных центров. Во-вторых, даже в наше время использование большого числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использование перфокарточной технологии. [3]
Завершается электромеханический этап в развитии вычислительной техники созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, которое характеризуется универсальностью алгоритмов и способностью выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме (со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электропроводом).
Описанные выше аппараты можно рассматривать в качестве прямых предшественников универсальных ЭВМ. [4]
4. Поколения современных ЭВМ
Наличие представлений о поколениях ЭВМ составляет компьютерную грамотность. А когда говорят о поколениях, то в первую очередь говорят об историческом портрете электронно-вычислительных машин (ЭВМ).
Развитие современных ЭВМ в целом принято делить на поколения. Такое деление весьма условное и представляет собой нестрогую классификацию по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов взаимодействия между пользователем и компьютером.
Идея разделения развития ЭВМ на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле развития элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры (рост быстродействия и увеличение объёма памяти), появились новые возможности, расширились области применения и характер её использования.
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.
Читайте также: