Управляющие вычислительные машины реферат

Обновлено: 03.07.2024

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

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) — быстродействующие вычислительные машины, решающие математические и логические задачи с большой точностью при выполнении в секунду несколько десятков тысяч операций. Техническая основа ЭВМ — электронные схемы. В ЭВМ есть запоминающее устройство (память), предназначенное для приема, хранения и выдачи информации, арифметическое устройство для операций над числами и устройство управления. Каждая машина имеет определенную систему команд.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

I поколение ЭВМ

Принято считать, что первое поколение ЭВМ появилось в ходе Второй мировой войны после 1943 года, хотя первым работающим представителем следовало бы считать машину V-1 (Z1) Конрада Цузе, продемонстрированную друзьям и Гг родственникам в 1938 году. Это была первая электронная (построенная на самодельных аналогах реле) машина, капризная в обращении и ненадёжная в вычислениях. В мае 1941 года в Берлине Цузе представил машину Z3, вызвавшую восторг у специалистов. Несмотря на ряд недостатков, это был первый компьютер, который, при других обстоятельствах, мог бы иметь коммерческий успех. Однако первыми ЭВМ считаются английский Colossus (1943 г.) и американский ENIAC (1945 г.). ENIAC был первым компьютером на вакуумных лампах.

Элементная база – электронно-вакуумные лампы .
Соединение элементов – навесной монтаж проводами .
Габариты – ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов .
Быстродействие – 10-20 тыс. операций в секунду .
Эксплуатация – сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
Программирование – машинные коды .
Оперативная память – до 2 Кбайт .
Ввод и вывод данных с помощью перфокарт, перфолент .

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ. Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода. Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени. Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса. Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства - системное ПО. Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет). К отечественным ЭВМ второго поколения относятся Проминь, Минск, Раздан, Мир.

Элементная база – полупроводниковые элементы (транзисторы) .
Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж .
Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек .
Быстродействие – 100-500 тыс. операций в секунду .
Эксплуатация – вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность – оператор ЭВМ.
Программирование – на алгоритмических языках, появление ОС .
Оперативная память – 2 – 32 Кбайт .
Введен принцип разделения времени .
Введен принцип микропрограммного управления .
Недостаток – несовместимость программного обеспечения .

Элементная база – интегральные схемы .
Соединение элементов – печатные платы .
Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек .
Быстродействие – 1-10 мил. операций в секунду .
Эксплуатация – вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность – системный программист.
Программирование – алгоритмические языки, ОС .
Оперативная память – 64 Кбайт .
Применяется принцип разделения времени, принцип модульности, принцип микропрограммного управления, принцип магистральности .
Появление магнитных дисков , дисплеев, графопостроителей.

К сожалению, начиная с середины 1970-х годов стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего, за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени). Однако, есть и другое мнение - многие полагают, что достижения периода 1975-1985 г.г. не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим "третьему-с половиной" поколению компьютеров. И только с 1985г., когда появились супербольшие интегральные схемы (СБИС. В кристалле такой схемы может размещаться до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день.

Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2-м направлениям:

Элементная база – большие интегральные схемы (БИС) .
Соединение элементов – печатные платы .
Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки .
Быстродействие – 10-100 млн. операций в секунду .
Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ .
Программирование – базы и банки данных .
Оперативная память – 2-5 Мбайт .
Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.

К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом. Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области. Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, производство, быт - везде она приложила свою кибернетическую руку), а также многоагентные системы. Не дремлют и другие направления искусственного интеллекта, например распределенное представление знаний и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ждать революции в целом ряде областей человеческой деятельности.

Электронной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний, создание экспертных систем .
Архитектура будет содержать два блока :

Интеллектуальный интерфейс , задача которого понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

— вычислительная машина, используемая в качестве центрального звена управляющей системы, рассчитанная на автоматический прием и обработку информации, поступающей в процессе управления, и выдачу управляющей информации непосредственно на исполнительные органы или человеку-оператору. Цель применения У. в. м. обеспечение оптимальной работы системы управления.

У. в. м. классифицируются: по назначению — промышленного применения, аэрокосмические (бортовые), корабельные и т. п.; по принципам технической реализации — цифровые, аналоговые и гибридные; по возможностям применения — широкого назначения (для нескольких классов объектов) и специализированные (для одного типа объектов); по выполняемым функциям — машины централизованного контроля, машины-советчики, оптимизирующие машины и машины прямого управления.

В промышленности У. в. м. широко применяются с целью автоматизации процессов управления объектами с непрерывными непрерывно-дискретным характером производства (в первую очередь на хим., нефтеперерабатывающих, цементных, металлург, и бумагоделательных предприятиях). Весьма эффективно У. в. м. используются для автоматизации различных энергетических объектов (включая атомные станции), автоматизации исследований, проводимых с помощью сложных экспериментальных установок, и для др. целей.

Применение У. в. м. в пром-сти началось в 50-х годах 20 ст. и прошло через ряд этапов развития.

2-й этап — создание и применение управляющих машин-советчиков и оптимизирующих машин — явился качественно новым этапом в развитии средств управления пром. объектами. Кроме выполнения обычных функций контроля и регистрации параметров, они рассчитаны на решение задач оптимизации технологических процессов, которые до этого решал человек-оператор интуитивно и недостаточно точно

данным по трем отечественным заводам, дает экономию около 500 тыс. руб. в год (за счет улучшения режима работы печей).

Низкая надежность первых оптимизирующих У. в. м. не позволила широко применить их для прямого управления процессами. Они использовались в основном как верхнее оптимизирующее звено системы управления, а роль нижних стабилизирующих звеньев ее выполняли обычные приборы контроля и регулирования.

На этапе появляются средства, обладающие достаточной надежностью для прямого (непосредственного) управления процессами. В качестве их выступают цифровые регуляторы — небольшие вычисл. устройства, рассчитанные на реализацию обычных законов регулирования, и цифровые управляющие машины на гибридных и интегральных элементах, способные осуществлять решение задач оптимизации процессов и задач контроля и регулирования.

1. Структурная схема автоматической системы управления непрерывным процессом.

В системе цифрового регулирования (рис. 2) сигналы датчиков через коммутатор и аналого-цифровой преобразователь АЦП поступают в цифровой регулятор (малую специализированную ЦВМ). Здесь они сопоставляются с заданиями, поступающими от оператора или центр, вычисл. машины. В случае рассогласования сигнала и задания выполняются вычисления, обеспечивающие подсчет управляющего воздействия. Последнее через коммутатор выдается непосредственно на сервопривод. Цифровые регуляторы используются в основном на вновь создаваемых предприятиях (заменять систему обычных регуляторов нет смысла).

Наступающий с начала 70-х гг. 20 ст. период развития вычислительных средств системотехники

пром. назначения характеризуется стремлением создать функционально полный и технически совершенный комплекс средств управления на базе микро- и мини- ЭВМ, отличающийся эконом, эффективностью их использования. Этот шаг подготовлен разработкой агрегатно-блочной системы средств вычисл. техники (см. АСВТ), агрегатной системы средств первичной переработки информации (АСПИ) и комплекса тех. средств для локальных информационно-управляющих систем (КТС ЛИ УС). Совместное применение средств АСВТ и КТС ЛИУС позволит создавать для предприятий с непрерывным технологическим процессом управляющие системы любой степени сложности. Применение АСВТ совместно с АСПИ позволит создавать управляющие системы для предприятий с дискретным характером производства. Отличительными особенностями АСВТ, КТС ЛИУС и АСПИ являются агрегатно-блочное построение средств вычислительной техники и наличие типовых стандартных схем связи между блоками.

Системы управления, как правило, строятся по иерархическому принципу. На нижней ступени прямого управления технологическими процессами используются простые и надежные У. в. м., выполняющие функции стабилизации, элементарной оптимизации и прямого управления процессом. На второй ступени, требующей решения задач управления применительно к отдельным группам технологических процессов, применяют У. в. м., способные выполнить более сложные функции, связанные с оптимизацией работы группы процессов. Они, в свою очередь, связываются с центр, звеном системы управления предприятием, осуществляющим задачи планирования, учета и управления работой всего предприятия.

Построение иерархических систем управления (см. илл. между с. 464—465) и соответствующих агрегатно-блочных средств вычисл. техники основано на ряде системотехнических принципов, главные из которых следующие:

1. Структура систем управления в пром-сти имеет иерархический вид в силу технологических особенностей и территориального размещения объектов управления. Задачи контроля и управления на каждом уровне иерархии предъявляют различные требования к вычисл. оборудованию. Для прямого управления процессами (низший уровень иерархии) необходимо осуществлять небольшое количество операций с высокой степенью достоверности решения. По мере повышения уровня иерархии количество вычислений увеличивается, а требования к надежности реализующей их аппаратуры снижаются. В силу вышесказанного, необходимо иметь комплекс вычисл. средств, ориентированных на решение задач контроля и управления на отдельных уровнях иерархии системы.

2. Процессы управления отдельных ступеней взаимосвязаны между собой. Следовательно, вычисл. средства надо рассчитывать на работу в многомашинных системах.

3. С целью уменьшения затрат при серийном выпуске и применении средств их целесообразно строить по агрегатно-блочному принципу, ограничиваясь минимально возможной номенклатурой средств.

4. Объем памяти, разрядность информации и требуемое быстродействие У. в. м. для отдельных ступеней управления различны и имеют определенные пределы, которые следует учитывать при создании средств системотехники во избежание неоправданных затрат на них.

2. Блок-схема системы цифрового регулирования.

5. В отличие от универсальных вычисл. средств, требования к надежности работы средств системотехники пром. назначения, особенно средств прямого управления процессами, существенно выше.

6. Организация системы прерывания и мультипрограммный режим работы вычисл. средств, предназначаемых для нижних ступеней управления, преследуют цель не столько эффективного использования аппаратуры (как в вычислительных системах), сколько обеспечения нужного времени реакции средств на входную информацию.

7. Матем. обеспечение средств для нижних ступеней управления элементарно и усложняется при переходе к высшим ступеням управления. Главное его назначение — решать задачи управления и обслуживать оператора в реальном масштабе времени.

8. Возможный запас по быстродействию при использовании более совершенных элементов целесообразно использовать, где это возможно, в целях уменьшения аппаратуры вычисл. средств путем использования операций с увеличенной длиной слова, программного выполнения сложных операций.

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)

Читайте также: