Реферат вычислительная техника и программирование
Обновлено: 28.06.2024
Цель задачи о приближении (интерполяции): данную функцию у (х) требуется приблизительно заменить некоторой функцией j (х), свойства которой нам известны так, чтобы отклонение в заданной области было наименьшим. интерполяционные формулы применяются, прежде всего, при замене графически заданной функции аналитической, а также для интерполяции в таблицах. Один из подходов к задаче интерполяции… Читать ещё >
Вычислительная техника и программирование ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
разделённая разность 1-го порядка;
разделённая разность 2-го порядка и т. д.
- Значения Pn (x) в узлах совпадают со значениями f (x)
- Фактически формулы Лагранжа и Ньютона порождают один и тот же полином, разница только в алгоритме его построения.
- Постановка задачи:
1. Построить интерполяционный полином Ньютона по значениям функции в узлах: .
2. Математическая постановка задачи:
Формула выглядит так:
1. Алгоритм программы Polinom
Рис. 1 Схема алгоритма подпрограммы Swap
Рис. 2 Схема алгоритма подпрограммы Null
Рис. 3 Схема алгоритма подпрограммы Rise
Рис. 4 Схема алгоритма подпрограммы Calculat
Рис. 5 Схема алгоритма подпрограммы Vvod
Рис. 6 Схема алгоритма программы Print_Polinom
Рис. 7 Схема алгоритма подпрограммы Div_Res
Рис. 8 Схема алгоритма программы Nuton
Рис. 9 Схема алгоритма подпрограммы Recover
Рис. 10 Блок-схема программы Polinom
2. Листинг программы Polinom
Matrix_Line = Array[1.Max_Num_Usel] Of Real;
X, F: Matrix_Line;
PROCEDURE Swap (Var First, Second: real);
FUNCTION Rise (Root:Real;Power:Integer):Real;
For i:=1 To Power Do
PROCEDURE Null (Last:Byte;Var M: Matrix_Line);
For i:=1 To Last Do
PROCEDURE Calculat (Num:Integer;Cx:Matrix_Line);
Writeln ('Вычисление значений интерполяционного полинома:');
Writeln ('Введите значение x:');
For i:=Num DownTo 1 Do
Writeln ('Значение полинома в точке Xo=', x:7:4,' равно Yo=', y:7:4);
Write ('Нажмите `ESC` для выхода или любую клавишу для продолжения');
PROCEDURE Vvod (Var Mat_x, Mat_f:Matrix_Line;Var Number: Byte);
Writeln ('Построение интерполяционного полинома Ньютона по значениям функции в узлах');
Writeln ('Введите кол-во узлов интерполяции (0
Writeln ('Значения узлов не должны сопадать');
Writeln ('Введите значения узлов и значения функций в них:');
For i:=1 To Number Do
For j:=i-1 DownTo 1 Do
If (Mat_x[j]=Mat_x[i]) Then
Writeln ('Значения узлов ', i,' и ', j,' введены неверно. ');
Write ('Нажмите `Y` для повторения ввода или любую клавишу для выхода');
If (c='Y') Or (c='y') Then Enter:=False Else Halt;
For i:=1 To Number Do
For j:=i To Number Do
Swap (Mat_x[j], Mat_x[i]);
Swap (Mat_f[j], Mat_f[i]);
PROCEDURE Print_Polinom (N:Integer;Cx:Matrix_Line);
Writeln ('Полином Ньютона:');
For i:=N DownTo 1 Do
If Round (Cx[i]*1000)<>0 Then
If (Cx[i] 2) Then Write ('· x^', i-1) Else
If (i>1) Then Write ('· x')
Writeln ('Нажмите `ESC` для выхода или любую клавишу для вычисления значения полинома');
PROCEDURE Recover (Current, Number: byte; Var Result, Mat_X:Matrix_Line);
Var Process, i, j, k: Integer;
If Current<>1 Then
For i:=Process To Number Do
If i<>Current Then
For j:=k DownTo 1 Do
PROCEDURE Nuton (Number:Byte;Var Mat_x, Mat_f:Matrix_Line);
Var i, j: integer;
Temp, Result: Matrix_Line;
Function Div_Res (Beg_Usel, Fin_Usel:Byte;Var Xn, Fn: Matrix_Line):real;
If Beg_Usel=Fin_Usel Then
Else Div_Res:=(Div_Res (Beg_Usel, Fin_Usel, Xn, Fn)-Div_Res (Beg_Usel-1,Fin_Usel-1,Xn, Fn))/(Xn[Fin_Usel]-Xn[Beg_Usel-1]);
Null (Number, Result);
Null (Number, Temp);
For i:=2 To Number Do
Recover (Number+1,i-1,Temp, Mat_x);
c:=Div_Res (1,i, Mat_x, Mat_f);
Print_Polinom (Number, Result)
Null (Max_Num_Usel, X);
Null (Max_Num_Usel, F);
3. Пример работы программы
Чтобы проверить правильно ли у нас строится полином Ньютона, разложим какую-нибудь известную функцию. Например, y=sin (x) на интервале Х от 0.1 до 0.9. Полином будем строить по 5 точкам (шаг 0.2). Данные в программу вводим согласно таблице 1.
Таблица 1. Исходные значения для программы.
На инженерном калькуляторе вычисляем Sin (0.4)= 0.3894
Результаты работы программы:
Построение интерполяционного полинома Ньютона по значениям функции в узлах Введите кол-во узлов интерполяции (0
Значения узлов не должны сопадать Введите значения узлов и значения функций в них:
X (0)=0.1 Y (0.10)=0.0998
X (1)=0.3 Y (0.30)=0.2955
X (2)=0.5 Y (0.50)=0.4794
X (3)=0.7 Y (0.70)=0.6442
X (4)=0.9 Y (0.90)=0.7833
Рисунок 11. Результат работы программы Polinom
Вычисление значений интерполяционного полинома:
Введите значение x:
Значение полинома в точке Xo= 0.4000 равно Yo= 0.3894
Рисунок 12. Результат вычисления значения полинома
Заключение
Появление и непрерывное совершенствование ЭВМ привело к революционному преобразованию науки вообще и математики в особенности. Изменилась технология научных исследований, увеличились возможности теоретического изучения, прогноза сложных процессов, проектирования инженерных конструкций. Но более сложные расчёты требуют и более глубокого знакомства с численными методами. Численные методы носят в основном приближённый характер, позволяя, тем не менее, получить окончательный числовой результат с приемлемой для практических целей точностью.
Выполняя курсовую работу, я познакомилась с понятием интерполяция, укрепила свои знания в программировании на языке Turbo Pascal и при оформлении курсовой работы получила практические навыки при работе в пакетах Microsoft Word и Microsoft Visio.
Основные компоненты компьютера. Циклы с постусловием, с постусловием и с параметром. Алгоритм метода половинного деления. Вычисление определенного интеграла методом прямоугольников или трапеций. Выполнение программы на языке Microsoft Visual Basic 6.0.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.11.2015 |
| Размер файла | 226,9 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Введение
Вычислительная машина, счётная машина -- механизм, электромеханическое или электронное устройство, предназначенное для автоматического выполнения математических операций.
В последнее время, это понятие чаще всего ассоциируется с различными видами компьютерных систем. Тем не менее, вычислительные механизмы появились задолго до того, как заработал первый компьютер.
Основными компонентами компьютера являются процессор, память, устройства ввода и вывода. С помощью устройства ввода программа и исходные данные попадают в память. Программа содержит последовательность инструкций, которую выполняет процессор. Результаты выполнения программы поступают в устройства вывода. В качестве устройства ввода, как правило, используется клавиатура, в качестве устройства вывода - дисплей, на котором высвечиваются результаты выполнения программ, или принтер.
Наряду с клавиатурой, дисплеем и принтером используются дисководы и накопители на жестких дисках - устройства, осуществляющие запись и чтение информации. Это означает, что результаты, полученные на некотором этапе выполнения программы и записанные на магнитный диск, могут быть использованы на последующих этапах выполнения программы как исходные данные.
Рис.2. Структурная схема ПЭВМ
На рис.2 изображена структурная схема ПЭВМ, которая содержит следующие основные компоненты:
1) ЦП - центральный процессор, который управляет работой ПЭВМ а и выполняет все вычисления;
2) ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, в котором располагаются программы, выполняемые ПЭВМ, используемые программами данные.
3) ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, в котором располагаются программы, выполняемые ПЭВМ при своём включении.
Схема содержит следующие компаненты, которые предназначены для связи ПЭВМ с внешними устроуствами:
1) Контроллер дисплея - позволяет подключить процессор к видео контрольному устройству, обеспечивает передачу видеоинформации и переключение видеорежимов дисплея;
2) Контроллер клавиатуры - позволяет подключить процессор к устройству ручного ввода информации, обеспечивает опрос каждой клавиши и передаёт процессору код нажатой клавиши;
3) Порты ввода - вывода, через которые процессор обменивается данными с внешними устройствами, предназначены для подключения к ним внешних устройств, таких как принтер, динамик, внешние устройства памяти;
4) Контроллер накопителя на диске - связывает накопители внешней оперативной памяти с ОЗУ, обеспечивает приём, передачу информации от носителя;
На схеме показаны следующие внешние устройства ПЭВМ:
1) Дисплей - основное средство оперативного вывода информации, предназначен для вывода текстовой или графической информации на экран.
2) Клавиатура - стандартное устройство ввода информации, основное средство взаимодействия пользователя с ПЭВМ.
3) Принтер - устройство печати текстовой и графической информации.
Принтеры бывают 3х типов - матричные, струйные и лазерные.
4) Накопитель на гибких магнитных дисках - устройство внешней памяти - служит для долговременного хранения информации - программ, архивных данных и т.д. Ёмкость носителя и скорость передачи данных незначительная.
5) Накопитель на жёстких магнитных дисках - устройство внешней памяти - служит для долговременного хранения информации - программ, архивных данных и т.д. Ёмкость носителя и скорость передачи данных высокая.
Задача 1
Выполнить расчет максимальной мощности двигателя автомобиля и расчет внешней характеристики двигателя при следующих начальных условиях:
Если задана функция y(x), то это означает, что любому допустимому значению х сопоставлено значение у. Но нередко оказывается, что нахождение этого значения очень трудоёмко. Например, у(х) может быть определено как решение сложной задачи, в которой х играет роль параметра или у(х) измеряется в дорогостоящем эксперименте. При этом можно вычислить небольшую таблицу значений функции, но прямое нахождение функции при большом числе значений аргумента будет практически невозможно. Функция у(х) может участвовать в каких-либо физико-технических или чисто математических расчётах, где её приходится многократно вычислять. В этом случае выгодно заменить функцию у(х) приближённой формулой, то есть подобрать некоторую функцию j(х), которая близка в некотором смысле к у(х) и просто вычисляется. Затем при всех значениях аргумента полагают у(х)"j(х).
Что касается критерия согласия, то классическим критерием согласия является "точное совпадение в узловых точках". Этот критерий имеет преимущество простоты теории и выполнения вычислений, но также неудобство из-за игнорирования шума (погрешности, возникающей при измерении или вычислении значений в узловых точках). Другой относительно хороший критерий — это "наименьшие квадраты". Он означает, что сумма квадратов отклонений в узловых точках должна быть наименьшей возможной или, другими словами, минимизирована. Этот критерий использует ошибочную информацию, чтобы получить некоторое сглаживание шума. Третий критерий связывается с именем Чебышева. Основная идея его состоит в том, чтобы уменьшить максимальное отклонение до минимума. Очевидно, возможны и другие критерии.
Цель задачи о приближении (интерполяции): данную функцию у(х) требуется приблизительно заменить некоторой функцией j(х), свойства которой нам известны так, чтобы отклонение в заданной области было наименьшим. интерполяционные формулы применяются, прежде всего, при замене графически заданной функции аналитической, а также для интерполяции в таблицах.
Один из подходов к задаче интерполяции — метод Лагранжа. Основная идея этого метода состоит в том, чтобы прежде всего найти многочлен, который принимает значение 1 в одной узловой точке и 0 во всех других. Легко видеть, что функция (1) является требуемым многочленом степени n; он равен 1, если X=Xj и 0, когда X=Xi, i¹j.
Многочлен Lj(x)×Yj принимает значения Yi в i-й узловой точке и равен 0 во всех других узлах. Из этого следует, что (2) есть многочлен степени n, проходящий через n+1 точку (Xi, Yi).
Другой подход — метод Ньютона (метод разделённых разностей). Этот метод позволяет получить аппроксимирующие значения функции без построения в явном виде аппроксимирующего полинома. В результате получаем формулу для полинома Pn, аппроксимирующую функцию f(x):
Значения Pn(x) в узлах совпадают со значениями f(x)
Фактически формулы Лагранжа и Ньютона порождают один и тот же полином, разница только в алгоритме его построения.
1. Построить интерполяционный полином Ньютона по значениям функции в узлах: .
2. Математическая постановка задачи:
Формула выглядит так:
.
1. Алгоритм программы Polinom
Рис.1 Схема алгоритма подпрограммы Swap
Рис.2 Схема алгоритма подпрограммы Null
Рис.3 Схема алгоритма подпрограммы Rise
Рис.4 Схема алгоритма подпрограммы Calculat
Рис.5 Схема алгоритма подпрограммы Vvod
Рис.6 Схема алгоритма программы Print_Polinom
Рис.7 Схема алгоритма подпрограммы Div_Res
Рис.8 Схема алгоритма программы Nuton
Рис.9 Схема алгоритма подпрограммы Recover
Рис.10 Блок-схема программы Polinom
Раздел: Информатика, программирование
Количество знаков с пробелами: 11010
Количество таблиц: 5
Количество изображений: 10
Похожие работы
. в Украине, бывшем Советском Союзе и за рубежом научная школа теоретического программирования. В 2001-м году ее не стало. Но не только в научном плане велика роль женщин в развитии вычислительной техники. Со временем образуется огромное количество различных фирм по разработке и продаже программного и аппаратного обеспечения. Следовательно, разыгрываются человеческие трагедии капиталистического .
. управляемы. Пользователь сумеет голосом подавать машине команды. Предполагается, что XXI век будет веком наибольшего использования достижений информатики в экономике, политике, науке, образовании, медицине, быту, военном деле. Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер внедрения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их .
. удивили меня…, хоть речь идёт обо мне самой. Они действительно написаны прекрасным стилем, который превосходит стиль самого очерка" /2/. 2.3. Рождение первенца и критическое перенапряжение Августа Ада Лавлейс работает с большим напряжением. В письмах к Бэббиджу она неоднократно жалуется на утомление, болезни, плохое самочувствие. Наконец, 6 августа Бэббидж отсылает Аде свои последние замечания .
. № темы Наименование Темы Объем, час. в том числе, лекции, час. лабораторные работы, час. 1 2 3 4 5 6 7 8 1 семестр Введение в информатику и вычислительную технику Основы устройства и функционирования ЭВМ Операционная система Windows Современная вычислительная техника Программные .
Построение интерполяционного полинома Ньютона по значениям функции в узлах согласно методу Лагранжа. Составление алгоритмов решения задачи, их реализация на программном уровне на языке Turbo Pascal. Представление результатов работы программы Polinom.
-
Многочлен Lj(x)ЧYj принимает значения Yi в i-й узловой точке и равен 0 во всех других узлах. Из этого следует, что (2) есть многочлен степени n, проходящий через n+1 точку (Xi, Yi).
- Другой подход -- метод Ньютона (метод разделённых разностей). Этот метод позволяет получить аппроксимирующие значения функции без построения в явном виде аппроксимирующего полинома. В результате получаем формулу для полинома Pn, аппроксимирующую функцию f(x):
- P(x)=P(x0)+(x-x0)P(x0,x1)+(x-x0)(x-x1)P(x0,x1,x2)+…+
- (x-x0)(x-x1)…(x-xn)P(x0,x1,…,xn);
разделённая разность 1-го порядка;
разделённая разность 2-го порядка и т.д.
- Значения Pn(x) в узлах совпадают со значениями f(x)
- Фактически формулы Лагранжа и Ньютона порождают один и тот же полином, разница только в алгоритме его построения.
- Постановка задачи:
1. Построить интерполяционный полином Ньютона по значениям функции в узлах: .
2. Математическая постановка задачи:
Формула выглядит так:
1. Алгоритм программы Polinom
Рис.1 Схема алгоритма подпрограммы Swap
Рис.2 Схема алгоритма подпрограммы Null
Рис.3 Схема алгоритма подпрограммы Rise
Рис.4 Схема алгоритма подпрограммы Calculat
Рис.5 Схема алгоритма подпрограммы Vvod
Рис.6 Схема алгоритма программы Print_Polinom
Рис.7 Схема алгоритма подпрограммы Div_Res
Рис.8 Схема алгоритма программы Nuton
Рис.9 Схема алгоритма подпрограммы Recover
Рис.10 Блок-схема программы Polinom
2. Листинг программы Polinom
Реализуем алгоритм на языке высокого уровня Turbo Pascal, используя подпрограммы.
Matrix_Line = Array[1..Max_Num_Usel] Of Real;
PROCEDURE Swap(Var First,Second:real);
For i:=1 To Power Do
PROCEDURE Null(Last:Byte;Var M:Matrix_Line);
For i:=1 To Last Do
Writeln('Вычисление значений интерполяционного полинома:');
Writeln('Введите значение x:');
For i:=Num DownTo 1 Do
Writeln('Значение полинома в точке Xo=',x:7:4,' равно Yo=',y:7:4);
Write('Нажмите `ESC` для выхода или любую клавишу для продолжения');
PROCEDURE Vvod(Var Mat_x,Mat_f:Matrix_Line;Var Number:Byte);
Writeln('Построение интерполяционного полинома Ньютона по значениям функции в узлах');
Writeln('Введите кол-во узлов интерполяции (0 0 Then
If (Cx[i] 2) Then Write('·x^',i-1) Else
If (i>1) Then Write('·x')
Writeln('Нажмите `ESC` для выхода или любую клавишу для вычисления значения полинома');
PROCEDURE Recover(Current,Number:byte; Var Result,Mat_X:Matrix_Line);
If Current<>1 Then
For i:=Process To Number Do
If i<>Current Then
For j:=k DownTo 1 Do
PROCEDURE Nuton(Number:Byte;Var Mat_x,Mat_f:Matrix_Line);
Function Div_Res(Beg_Usel,Fin_Usel:Byte;Var Xn,Fn:Matrix_Line):real;
If Beg_Usel=Fin_Usel Then
For i:=2 To Number Do
3. Пример работы программы
Чтобы проверить правильно ли у нас строится полином Ньютона, разложим какую-нибудь известную функцию. Например, y=sin(x) на интервале Х от 0.1 до 0.9. Полином будем строить по 5 точкам (шаг 0.2). Данные в программу вводим согласно таблице 1.
Таблица 1. Исходные значения для программы.
На инженерном калькуляторе вычисляем Sin(0.4)= 0.3894
Результаты работы программы:
Построение интерполяционного полинома Ньютона по значениям функции в узлах
Введите кол-во узлов интерполяции (0
Чтобы скачать работу бесплатно нужно вступить в нашу группу ВКонтакте. Просто кликните по кнопке ниже. Кстати, в нашей группе мы бесплатно помогаем с написанием учебных работ.
>>>>> Перейти к скачиванию файла с работой
Кстати! В нашей группе ВКонтакте мы бесплатно помогаем с поиском рефератов, курсовых и информации для их написания. Не спешите выходить из группы после загрузки работы, мы ещё можем Вам пригодиться ;)
Секреты идеального введения курсовой работы (а также реферата и диплома) от профессиональных авторов крупнейших рефератных агентств России. Узнайте, как правильно сформулировать актуальность темы работы, определить цели и задачи, указать предмет, объект и методы исследования, а также теоретическую, нормативно-правовую и практическую базу Вашей работы.
Секреты идеального заключения дипломной и курсовой работы от профессиональных авторов крупнейших рефератных агентств России. Узнайте, как правильно сформулировать выводы о проделанной работы и составить рекомендации по совершенствованию изучаемого вопроса.
Заказать реферат (курсовую, диплом или отчёт) без рисков, напрямую у автора.
Похожие работы:
Информатика и вычислительная техника второй половины XXI века. Ваш прогноз
Фантастическое настоящее. Куда нацелена стрела времени? Системы искусственного интеллекта. Нейросетевые технологии. Автономные гуманоидные роботы. Компьютер - эквивалент человеческого мозга. Техника вживления управляемых устройств.
Обоснование потребности в web-сайте. Описание установки CMS Joomla. Постановка задачи при проектировании web-сайта. Обоснование выбора CMS (Content Management System). Разработка базы данных и интерфейса. Классификация и проектирование web-сайтов.
Задачи информатики как фундаментальной науки. Системный анализ как одно из направлений теоретической информатики. Основная цель работ в области искусственного интеллекта. Программирование как научное направление. Кибернетика и вычислительная техника.
Задачи информатики как фундаментальной науки. Системный анализ как одно из направлений теоретической информатики. Основная цель работ в области искусственного интеллекта. Программирование как научное направление. Кибернетика и вычислительная техника.
 Похожие учебники и литература 2019:  Готовые списки литературы по ГОСТ | |
| Информатика. Учебник. Часть 1. Информатика. Учебник. Часть 2. Основы информационного менеджмента Документальные информационно поисковые системы (ДИПС) Информационные технологии. Курс лекций Основы внедрения информационных систем Теория управления. Лекции Основы борьбы с киберпреступностью Стандартизация и сертификация программного обеспечения |
Перейти в список рефератов, курсовых, контрольных и дипломов по
дисциплине Программирование, компьютеры и кибернетика
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
по информатике на тему:
Во все времена людям нужно было считать. В доисторическом прошлом они считали на пальцах или делали насечки на костях. Примерно около 4000 лет назад были изобретены уже довольно сложные системы счисления, позволявшие осуществлять торговые сделки, рассчитывать астрономические циклы, проводить другие вычисления. Несколько тысячелетий спустя появились первые ручные вычислительные инструменты. Необходимость производить вычисления существовала всегда. Люди, пытаясь совершенствовать процесс вычисления, изобрели всевозможные приспособления. Об этом свидетельствуют и греческий абак, и русские счёты и еще множество разнообразных устройств. В XVII веке были созданы первые механические счетные машины, а в XIX веке они получили широкое распространение. А в наши дни сложнейшие вычислительные задачи, как и множество других операций, не связанных с числами, решаются при помощи “электронного мозга”— компьютера.
Закладка фундамента компьютерной революции происходила медленно и далеко не гладко. Отправной точкой этого процесса можно считать изобретение счетов, сделанное более 1500 лет назад в странах Средиземноморья. Этим нехитрым устройством купцы пользовались для своих расчетов. Счеты оказались очень эффективным инструментом и вскоре распространились по всему свету, а в некоторых странах применяются и по сей день. Вплоть до XVII в., счеты как вычислительный инструмент оставались вне конкуренции.
В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. До начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение оставалось окутанным завесой секретности и малоизвестным широкой публике.. В 1971 году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с Санта-Клара (штат Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему люди обязаны появлением нового класса вычислительных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользуются все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до ученых и инженеров.
В конце XX века невозможно представить себе жизнь без персонального компьютера. 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.
Целью данной работы является обобщение разрозненных данных о развитии вычислительной техники от простейшего счета до современных электронно-вычислительных машин.
Данная работа включает в себя историю появления устройств, облегчающих человеку всевозможные расчеты, основные этапы развития компьютерной (вычислительной) техники , а также информацию о научных деятелях, внесших вклад в развитие вычислительной техники.
2. Ещё 1500 лет назад для облегчения вычислений стали использовать счёты. В 1642 г. Блез Паскаль изобрёл устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1694 г. Готфрид Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически производить четыре арифметических действия.
Первая счетная машина, использующая электрическое реле, была сконструирована в 1888 г. американцем немецкого происхождения Германом Холлеритом и уже в 1890 г. применялась при переписи населения. В качестве носителя информации применялись перфокарты. Они были настолько удачными, что без изменений просуществовала до наших дней.
Первой электронной вычислительной машиной принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и вычислитель), разработанную под руководством Джона Моучли и Джона Экера в Пенсильванском университете в США. ENIAC содержал 17000 электронных ламп, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов и занимал площадь в 300 кв. метром. Он в 1000 раз превосходил по быстродействию релейные вычислительные машины и был построен в 1945 г.
Первой отечественной ЭВМ была МЭСМ (малая электронная счетная машина), выпущенная в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева. Её номинальное быстродействие—50 операций в секунду.
Компьютеры 40-х и 50-х годов были доступны только крупным компаниям и учреждениям, так как они стоили очень дорого и занимали несколько больших залов. Первый шаг к уменьшению размеров и цены компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов. Через 10 лет, в 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создать на одной пластинке и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.
В 1971 г. был сделан ещё один важный шаг на пути к персональному компьютеру—фирма Intel выпустила интегральную схему, аналогичную по своим функциям процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004. Уже через год был выпущен процессор Intel-8008, который работал в два раза быстрее своего предшественника.
Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах. Первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Altair был сделан на базе процессора Intel-8080, выпущенного в 1974 г. Разработчик Altair—крохотная компания MIPS из Альбукерка (шт. Нью-Мексико)—продавала машину в виде комплекта деталей за 397 долл., а полностью собранной—за 498 долл. У компьютера была память объёмом 256 байт, клавиатура и дисплей отсутствовали. Можно было только щёлкать переключателями и смотреть, как мигают лампочки. Вскоре у Altair появились и дисплей, и клавиатура, и добавочная оперативная память, и устройство долговременного хранения информации (сначала на бумажной ленте, а затем на гибких дисках).
А в 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple, который представлял собой деревянный ящик с электронными компонентами. Если сравнить его с выпускаемым сейчас iMac, то становится ясным, что со временем изменялась не только производительность, но и улучшался дизайн ПК.
Вскоре к производству ПК присоединилась и фирма IBM. В 1981 г. она выпустила первый компьютер IBM PC. Благодаря принципу открытой архитектуры этот компьютер можно было самостоятельно модернизировать и добавлять в него дополнительные устройства, разработанные независимыми производителями. За каких-то полгода IBM продала 50 тыс. машин, а через два года обогнала Apple по объёму продаж.
Производительность современных ПК больше, чем у суперкомпьютеров, сделанных десять лет назад. Поэтому через несколько лет обыкновенные персоналки будут работать со скоростью, которой обладают современные суперЭВМ. Кстати, в январе 1999 г. самым быстрым был компьютер SGI ASCI Blue Mountain. По результатам тестов Linpack parallel его быстродействие равнялось 1,6 TFLOPS (триллионов операций с плавающей точкой в секунду).
2.2 Первое поколение ЭВМ
Поколение 1 вычислительных машин развивалось в первые послевоенные годы. Создавались не очень мощные электронно-вычислительные машины, базирующиеся на лампах электронного типа (таких же, как и во всех телевизорах моделей тех лет). В какой-то мере это был этап становления подобной техники.
Первые вычислительные машины считались экспериментальными типами аппаратов, которые формировались для анализа существующих и новых концепций (в разных науках и в некоторых сложных производствах). Объем и масса компьютерных машин, которые были довольно-таки велики, нередко требовали очень больших помещений. Сейчас это кажется сказкой давно прошедших и даже не совсем реальных лет.
Введение данных в машины первого поколения шло способом загрузки перфокарт, а программное руководство последовательностями решений функций проводилось, к примеру, в ENIAC – способом ввода штекеров и форм наборной сферы.
2.3 МЭСМ ( Малая электронная счётная машина ) — первая в СССР и континентальной Европе электронно-вычислительная машина [1][2][3] . Разрабатывалась лабораторией С. А. Лебедева (на базе киевского Института электротехники АН УССР ) с конца 1948 года .
Характеристики ЭВМ
арифметическое устройство : универсальное, параллельного действия, на триггерных ячейках;
представление чисел: двоичное, с фиксированной запятой, 16 двоичных разрядов на число, плюс один разряд на знак;
система команд: трёхадресная, 20 двоичных разрядов на команду. Первые 4 разряда — код операции, следующие 5 — адрес первого операнда, ещё 5 — адрес второго операнда, и последние 6 — адрес для результата операции. В некоторых случаях третий адрес использовался в качестве адреса следующей команды. Операции: сложение, вычитание, умножение, деление, сдвиг, сравнение с учётом знака, сравнение по абсолютной величине, передача управления, передача чисел с магнитного барабана, сложение команд, остановка;
оперативная память : на триггерных ячейках, для данных — на 31 число, для команд — на 63 команды;
постоянная память : штекерная, для данных — на 31 число, для команд — на 63 команды;
быстродействие: 3000 операций в минуту (полное время одного цикла составляет 17,6 мс; операция деления занимает от 17,6 до 20,8 мс);
количество электровакуумных ламп : 6000 (около 3500 триодов и 2500 диодов );
занимаемая площадь: 60 м²;
потребляемая мощность: около 25 кВт.
Данные считывались с перфокарт или набирались с помощью штекерного коммутатора. Также мог использоваться магнитный барабан , хранящий до 5000 кодов чисел или команд. Для вывода использовалось электромеханическое печатающее устройство либо фотоустройство для получения данных на фотоплёнке.
2.4 ЭВМ первого поколения
Они были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.
Например, одна из первых ЭВМ – ENIAC представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.
Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор .
ЭВМ второго поколения
В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.
В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.
В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров.
В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.
ЭВМ третьего поколения
Это поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС) .
ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.
В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.
Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС) , где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.
В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике.
Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память.
Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.
ЭВМ четвертого поколения
Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2.
ЭВМ пятого поколения
Они будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.
Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ :
1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.
2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.
3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).
4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).
Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились.
Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша.
4. Жить в XXI веке образованным человеком можно, только хорошо владея информационными технологиями. Ведь деятельность людей все в большей степени зависит от их информированности, способности эффективно использовать информацию. Для свободной ориентации в информационных потоках современный специалист любого профиля должен уметь получать, обрабатывать и использовать информацию с помощью компьютеров, телекоммуникаций и других средств связи. Об информации начинают говорить как о стратегическом ресурсе общества, как о ресурсе, определяющем уровень развития государства.
С помощью изучения истории развития средств вычислительной техники можно познать все строение и значение ЭВМ в жизни человека. Это поможет лучше в них разбираться и с легкостью воспринимать новые прогрессирующие технологии, ведь не нужно забывать о том, что компьютерные технологии прогрессируют, почти, каждый день и если не разобраться в строении машин, которые были много лет назад, трудно будет преодолеть нынешнее поколение.
В представленной работе удалось показать с чего начиналось и чем заканчивается развитие средств вычислительной техники и какую важную роль играют они для людей в настоящее время.
5. Список используемой литературы
6 . 6.Приложение
На фотографии – женщина, работающая за компьютером компании IBM в 1955 году.
Апрель 1976 года: Демонстрация Apple I. Первый компьютер с полностью собранной материнской платой был продан за $ 666,66, и позволил Apple начать свое тридцатилетнее доминирование на рынке техники.
Читайте также: