Історія обчислювальної техніки ЕОМ. Обчислювальні пристрої та пристрої від давнини до наших днів - документ

Історію розвитку обчислювальної техніки умовно поділяють на 5 поколінь.

1-е покоління (1945-1954 рр.) - час становлення машин з фон-нейманівською архітектурою (Джон фон Нейман), заснованої на записуванні програми та її даних на згадку про обчислювальну машину. У цей час формується типовий набір структурних елементів, що входять до складу ЕОМ. Типова ЕОМ повинна складатися з наступних вузлів: центральний процесор (ЦП), оперативна пам'ять (або оперативний запам'ятовуючий пристрій - ОЗП) та пристрої введення-виведення (УВВ). ЦП, своєю чергою, повинен складатися з арифметико-логічного устрою (АЛУ) і керуючого устрою (УУ). Машини цього покоління працювали на ламповій елементній базі, через що поглинали величезну кількість енергії та були дуже ненадійні. З їхньою допомогою, переважно, вирішувалися наукові завдання. Програми для цих машин вже можна було складати не машинною мовою, а мовою асемблера.

2-ге покоління (1955-1964 рр.). Зміну поколінь визначила поява нової елементної бази: замість громіздкої лампи в ЕОМ почали застосовувати мініатюрні транзистори, лінії затримки як елементи оперативної пам'яті змінила пам'ять на магнітних сердечниках. Це зрештою призвело до зменшення габаритів, підвищення надійності та продуктивності ЕОМ. В архітектурі ЕОМ з'явилися індексні регістри та апаратні засоби для виконання операцій з плаваючою точкою. Було розроблено команди для виклику підпрограм. З'явилися мови високого рівня- Algol, FORTRAN, COBOL, - створили передумови появи переносного програмного забезпечення, який залежить від типу ЕОМ. З появою мов високого рівня з'явилися компілятори їм; бібліотеки стандартних підпрограм та інші добре знайомі нам зараз речі: Важлива новація – це поява процесорів введення-виводу. Ці спеціалізовані процесори дозволили звільнити ЦП від управління введенням-виводом та здійснювати введення-виведення за допомогою спеціалізованого пристрою одночасно з процесом обчислень. Для ефективного управлінняРесурсами машини стали використовуватися операційні системи (ОС).

3-тє покоління (1965-1970 рр.). Зміна поколінь знову була обумовлена ​​оновленням елементної бази: замість транзисторів у різних вузлах ЕОМ почали використовувати інтегральні мікросхемирізного ступеня інтеграції. Мікросхеми дозволили розмістити десятки елементів на пластині розміром кілька сантиметрів. Це, своєю чергою, як підвищило продуктивність ЕОМ, а й знизило їх габарити і вартість. Збільшення потужності ЕОМ уможливило одночасне виконання декількох програм на одній ЕОМ. Для цього потрібно було навчитися координувати між собою дії, що одночасно виконуються, для чого були розширені функції операційної системи. Одночасно з активними розробками в галузі апаратних та архітектурних рішеньзростає питома вагарозробок у галузі технологій програмування. У цей час активно розробляються теоретичні основи методів програмування, компіляції, баз даних, операційних систем і т. д. Створюються пакети прикладних програм для різних галузей життєдіяльності людини. Спостерігається тенденція до створення сімейств ЕОМ, тобто машини стають сумісні знизу на програмно-апаратному рівні. Прикладами таких сімейств була серія IBM System 360 та наш вітчизняний аналог – ЄС ЕОМ.

4-те покоління (1970-1984 рр.). Ще одна зміна елементної бази призвела до зміни поколінь. У 70-ті роки активно ведуться роботи зі створення великих та надвеликих інтегральних схем (ВІС та НВІС), які дозволили розмістити на одному кристалі десятки тисяч елементів. Це спричинило подальше істотне зниження розмірів та вартості ЕОМ. На початку 70-х фірмою Intel був випущений мікропроцесор (МП) i4004. І якщо до цього у світі обчислювальної техніки були лише три напрями (суперЕОМ, великі Е.ВМ (мейнфрейми) та міні-ЕОМ), то тепер до них додалося ще одне - мікропроцесорне.

Процесоромназивається функціональний блок ЕОМ, призначений для логічної та арифметичної обробки інформації на основі принципу мікропрограмного управління. По апаратної реалізації процесори можна поділити на мікропроцесори (цілком інтегрують всі функції процесора) і процесори з малою та середньою інтеграцією. Конструктивно це виявляється у тому, що мікропроцесори реалізують всі функції процесора одному кристалі, а процесори інших типів реалізують їх шляхом з'єднання великої кількості мікросхем.

П'яте покоління можна назвати мікропроцесорним. У 1976 році компанія Intel закінчила розробку 16-розрядного мікропроцесора i8086. Він мав досить велику розрядність регістрів (16 біт) та системної шини адреси (20 біт), за рахунок чого міг адресувати до 1 Мбайт оперативної пам'яті. У 1982 році було створено i80286. Цей мікропроцесор був поліпшеним варіантом i8086. Він підтримував вже кілька режимів роботи: реальний, коли формування адреси проводилося за правилами i8086, і захищений, який апаратно реалізовував багатозадачність та управління віртуальною пам'яттю, i80286 мав також велику розрядність шини адреси - 24 розряди проти, 20 у i8086, і тому до 16 Мб оперативної пам'яті. Перші комп'ютери з урахуванням цього процесора з'явилися торік у 1984 року. У 1985 році фірма Intel представила перший 32-розрядний мікропроцесор i80386, апаратно сумісний знизу нагору з усіма попередніми мікропроцесорами цієї фірми. Він був набагато потужніший за своїх попередників, мав 32-розрядну архітектуру і міг прямо адресувати до 4 Гбайт оперативної пам'яті. Мікропроцесор i386 став підтримувати новий режим роботи – режим віртуального i8086, який забезпечив не тільки більшу ефективність роботи програм, розроблених для i8086, але й дозволив здійснювати паралельну роботу кількох таких програм.

Міністерство освіти та науки Російської Федерації

Федеральне агентство з освіти

ГОУ ВПО «Уральський державний економічний університет»

Кафедра економіки та права

Філія УрДЕУ у м. М. Тагіл

Контрольна робота

з дисципліни:

«Інформатика»

Варіант 8___

Тема: "Історія розвитку засобів обчислювальної техніки"

Виконавець:

студент гр. 1ЕКІП

Горбунова А.А.

Викладач:

Скороходов Б.А.

Введение………………………………………………………………………………..3

1 Етапи розвитку засобів обчислювальної техніки………………………………..4

2 Характеристика поколінь ЕОМ…………………………………………………...9

3 Роль засобів обчислювальної техніки в житті людини………………………13

Заключение……………………………………………………………………………14

Вступ

Знання історії розвитку обчислювальної техніки, є невід'ємним компонентомпрофесійної компетентності майбутнього спеціаліста у галузі інформаційних технологій. Перші кроки автоматизації розумової праці відносяться саме до обчислювальної активності людини, яка вже на ранніх етапах своєї цивілізації почала використовувати засоби інструментального рахунку.

При цьому, слід мати на увазі, що засоби розвитку обчислювальної техніки, що добре зарекомендували себе, використовуються людиною і в даний час для автоматизації різноманітних обчислень.

Автоматизовані системиє невід'ємною частиною будь-якого бізнесу та виробництва. Практично всі управлінські та технологічні процеси тією чи іншою мірою використовують засоби обчислювальної техніки. Лише один комп'ютер може помітно підвищити ефективність управління підприємством, у своїй не створюючи додаткових проблем. Сьогодні персональні комп'ютери встановлюють на кожному робочому місці і вже зазвичай ніхто не сумнівається в їх необхідності. Значні обсяги засобів обчислювальної техніки та їх особлива роль у функціонуванні будь-якого підприємства ставлять перед керівництвом низку нових завдань.

У цій роботі буде розглянута історія розвитку засобів обчислювальної техніки, яка допоможе зрозуміти та заглибитись у сутність та значення ЕОМ.

1 Етапи розвитку засобів обчислювальної техніки

Існує кілька етапів розвитку засобів обчислювальної техніки, якими люди користуються й у час.

Ручний етап розвитку засобів обчислювальної техніки.

Ручний період автоматизації обчислень почався на зорі людської цивілізаціїі базувався на використанні різних частин тіла, насамперед пальців рук і ніг.

Пальцевий рахунок сягає корінням в глибоку давнину, зустрічаючись у тому чи іншому вигляді у всіх народів і в наші дні. Відомі середньовічні математики рекомендували як допоміжний засіб саме пальцевий рахунок, що допускає досить ефективні системи рахунку. Фіксація результатів рахунку проводилася у різний спосіб: нанесення насічок, лічильні палички, вузлики та ін. Наприклад, у народів доколумбової Америки був дуже розвинений вузликовий рахунок. Більше того, система вузликів виконувала також роль свого роду хронік та літописів, маючи досить складну структуру. Однак використання її вимагало хорошого тренування пам'яті.

Рахунок за допомогою угруповання та перекладання предметів став попередником рахунку на абаку - найбільш розвиненому рахунковому приладі давнини, що зберігся до наших днів у вигляді різного типурахунків.

Абак став першим розвиненим рахунковим приладом історія людства, основною відмінністю якого від попередніх способів обчислень було виконання обчислень за розрядами. Таким чином, використання абака вже передбачає наявність деякої позиційної системи числення, наприклад, десяткової, троїчної, п'ятирічної та ін. Багатовіковий шлях удосконалення абака призвів до створення лічильного приладу закінченої класичної форми, що використовується аж до епохи розквіту клавішних настільних ЕОМ. Та ще й сьогодні подекуди його можна зустріти, що допомагає у розрахункових операціях. І лише поява кишенькових електронних калькуляторів у 70-ті роки нашого століття створила реальну загрозу для подальшого використання російських, китайських та японських рахунків – трьох основних класичних форм абака, що збереглися до наших днів. При цьому остання відома спроба вдосконалення російських рахунків шляхом об'єднання їх з таблицею множення відноситься до 1921 року.

Добре пристосований до виконання операцій складання та віднімання, абак виявився недостатньо ефективним приладом для виконання операцій множення та поділу. Тому відкриття логарифмів та логарифмічних таблиць Джоном Непером на початку XVII століття стало наступним великим кроком у розвитку обчислювальних систем ручного етапу. Згодом з'являється низка модифікацій логарифмічних таблиць. Однак, у практичної роботивикористання логарифмічних таблиць має ряд незручностей, тому Джон Непер як альтернативний метод запропонував спеціальні рахункові палички (названі згодом паличками Непера), що дозволяли здійснювати операції множення та розподілу безпосередньо над вихідними числами. В основу даного методуНепер поклав спосіб множення ґратами.

Поряд з паличками Непер запропонував лічильну дошку для виконання операцій множення, розподілу, зведення в квадрат і вилучення квадратного кореня в двійковій системі, передбачивши цим переваги такої системи числення для автоматизації обчислень.

Логарифми послужили основою створення чудового обчислювального інструменту - логарифмічної лінійки, що понад 360 років служить інженерно-технічним працівникам усього світу.

Механічний етап розвитку обчислювальної техніки.

Розвиток механіки у XVII столітті став передумовою створення обчислювальних пристроївта приладів, що використовують механічний принцип обчислень. Такі пристрої будувалися на механічних елементах та забезпечували автоматичне перенесення старшого розряду.

Перша механічна машина була описана в 1623 Вільгельмом Шиккардом, реалізована в єдиному екземплярі і призначалася для виконання чотирьох арифметичних операцій над 6-розрядними числами.

Машина Шиккарда складалася з трьох незалежних пристроїв: підсумовуючого, розмножувального та запису чисел. Додавання проводилося послідовним введенням доданків за допомогою набірних дисків, а віднімання - послідовним введенням зменшуваного і віднімається. Число, що вводяться, і результат складання і віднімання відображалися в віконцях зчитування. Для виконання операції множення використовувалася ідея множення ґратами. p align="justify"> Третя частина машини використовувалася для запису числа довжиною не більше 6 розрядів.

У машині Блеза Паскаля використовувалася складніша схема перенесення старших розрядів, надалі рідко використовується; але збудована у 1642 році перша діюча модельмашини, а потім серія з 50 машин сприяли досить широкій популярності винаходу та формуванню громадської думкипро можливість автоматизації розумової праці

Перший арифмометр, що дозволяє проводити всі чотири арифметичні операції, був створений Готфрід Лейбніц в результаті багаторічної праці. Вінцем цієї роботи став арифмометр Лейбніца, що дозволяє використовувати 8-розрядний множник і 9-розрядний множник з отриманням 16-розрядного твору.

Особливе місце серед розробок механічного етапуРозвитку обчислювальної техніки займають роботи Чарльза Беббіджа, який з повною підставою вважається родоначальником та ідеологом сучасної обчислювальної техніки. Серед робіт Беббіджа явно проглядаються два основні напрямки: різницева та аналітична обчислювальні машини.

Проект різницевої машини був розроблений у 20-х роках XIX століття і призначався для табулювання поліноміальних функцій шляхом кінцевих різниць. Основним стимулом у цій роботі була нагальна необхідність у табулюванні функцій та перевірці існуючих математичних таблиць, які рясніють помилками.

Другий проект Беббіджа - аналітична машина, що використовує принцип програмного управління і попередниця сучасних ЕОМ. Даний проект був запропонований у 30-ті роки XIX століття, а в 1843 Алою Лавлейс для машини Беббіджа була написана перша в світі досить складна програма обчислення чисел Бернуллі.

Чарльз Беббідж у своїй машині використовував механізм, аналогічний механізму ткацького верстата Жаккарда, який використовує спеціальні управляючі перфокарти. За ідеєю Беббиджа управління має здійснюватися парою жакардовских механізмів із набором перфокарт у кожному.

Беббідж мав напрочуд сучасні уявлення про обчислювальних машинах, проте технічні засоби, які були в його розпорядженні, набагато відставали від його уявлень.

Електромеханічний етап розвитку обчислювальної техніки

Електромеханічний етап розвитку обчислювальної техніки став найменш тривалим і охоплює всього близько 60 років. Передумовами створення проектів цього етапу з'явилися необхідність проведення масових розрахунків (економіка, статистика, управління та планування, та інших.), і розвиток прикладної електротехніки (електропривід і електромеханічні реле), дозволили створювати електромеханічні обчислювальні устройства.

Класичним типом засобів електромеханічного етапу був лічильно-аналітичний комплекс, призначений для обробки інформації на перфокарткових носіях.

Перший лічильно-аналітичний комплекс був створений у США Германом Холлерітом у 1887 році і складався з: ручного перфоратора, сортувальної машини та табулятора. Основним призначенням комплексу була статистична обробка перфокарт, а також механізації бухобліку та економічних завдань. У 1897 році Холлеріт організував фірму, яка надалі стала називатися IBM.

Розвиваючи роботи Р. Холлерита, у низці країн розробляється і виробляється ряд моделей лічильно-аналітичних комплексів, у тому числі найбільш популярними і масовими були комплекси фірми IBM, фірми Ремінгтон і фірми Бюль.

Заключний період (40-ті роки XX століття) електромеханічного етапу розвитку обчислювальної техніки характеризується створенням цілого ряду складних релейних та релейно-механічних систем. програмним управлінням, що характеризуються алгоритмічною універсальністю і здатні виконувати складні науково-технічні обчислення в автоматичному режимізі швидкостями, значно перевищують швидкість роботи арифмометрів з електроприводом.

Конрад Цузе став піонером створення універсальної обчислювальної машини з програмним управлінням і зберіганням інформації в пристрої. Однак його перша модель Z-1 (що започаткувала серію Z-машин) ідейно поступалася конструкції Беббіджа - в ній не передбачалася умовна передача управління. Також, у майбутньому, були розроблені моделі Z-2 та Z-3.

Останнім великим проектомрелейної обчислювальної техніки слід вважати побудовану 1957 року у СРСР релейну обчислювальну машину РВМ-1 і експлуатовану остаточно 1964 року у вирішення економічних завдань.

Електронний етап розвитку обчислювальної техніки.

З фізико-технічної природи релейна обчислювальна техніка не дозволяла істотно підвищити швидкість обчислень; для цього був потрібний перехід на електронні безінерційні елементи високої швидкодії.

Першою ЕОМ вважатимуться англійську машину Colossus, створену 1943 року з участю Алана Тьюринга. Машина містила близько 2000 електронних ламп і мала досить високу швидкодію, проте була вузькоспеціалізованою.

Першою ЕОМ прийнято вважати машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), створену США наприкінці 1945 року. Спочатку призначена на вирішення завдань балістики, машина виявилася універсальної, тобто. здатної розв'язувати різні завдання.

Ще до початку експлуатації ENIAC Джона Моучлі та Преспера Еккерт на замовлення військового відомства США розпочали проект над новим комп'ютером EDVAC (Electronic Discrete Automatic Variable Computer), який був досконалішим за перший. У цій машині була передбачена велика пам'ять (на 1024 44-бітових слів; на момент завершення була додана допоміжна пам'ять на 4000 слів для даних), призначена як для даних, так і для програми.

Комп'ютер EDSAC започаткував новий етап розвитку обчислювальної техніки - першому поколінню універсальних ЕОМ.

2 Характеристика поколінь ЕОМ

Починаючи з 1950 року, кожні 7-10 років кардинально оновлювалися конструктивно-технологічні та програмно-алгоритмічні принципи побудови та використання ЕОМ. У зв'язку з цим правомірно говорити про покоління обчислювальних машин. Умовно кожному поколінню можна відвести десять років.

Перше покоління ЕОМ 1950-1960-ті роки

Логічні схеми створювалися на дискретних радіодеталях та електронних вакуумних лампах з ниткою розжарення. В оперативних пристроїв використовувалися магнітні барабани, акустичні ультразвукові ртутні та електромагнітні лінії затримки, електронно-променеві трубки. В якості зовнішніх пристроїв застосовувалися накопичувачі на магнітних стрічках, перфокартах, перфострічках і штекерні комутатори.

Програмування роботи ЕОМ цього покоління виконувалося в двійковій системі числення машинною мовою, тобто програми були жорстко орієнтовані на конкретну модель машини і "вмирали" разом з цими моделями.

У середині 1950-х років з'явилися машинно-орієнтовані мови типу мов символічного кодування (ЯСК), що дозволяли замість двійкового запису команд та адрес використати їх скорочений словесний (літерний) запис та десяткові числа.

ЕОМ, починаючи від UNIVAC і закінчуючи БЭСМ-2 та першими моделями ЕОМ "Мінськ" та "Урал", відносяться до першого покоління обчислювальних машин.

Друге покоління ЕОМ: 1960-1970-ті роки

Логічні схеми будувалися на дискретних напівпровідникових та магнітних елементах. Як конструктивно-технологічну основу використовувалися схеми з друкованим монтажем. Широко став використовуватися блоковий принцип конструювання машин, який дозволяє підключати до основних пристроїв велику кількість різноманітних. зовнішніх пристроївщо забезпечує більшу гнучкість використання комп'ютерів. Тактові частоти роботи електронних схем підвищилися до сотень кілогерців.

Стали застосовуватися зовнішні накопичувачі на жорстких магнітних дисках і флоппі-дисках - проміжний рівень пам'яті між накопичувачами на магнітних стрічках і оперативної пам'яттю.

У 1964 році з'явився перший монітор для комп'ютерів - IBM 2250. Це був монохромний дисплей з екраном 12 х 12 дюймів та роздільною здатністю 1024 х 1024 пікселів. Він мав частоту кадрової розгортки 40 Гц.

Створювані з урахуванням комп'ютерів системи управління зажадали від ЕОМ більше високої продуктивності, а головне – надійності. У комп'ютерах стали широко використовуватися коди з виявленням та виправленням помилок, вбудовані схеми контролю.

У машинах другого покоління було вперше реалізовано режими пакетної обробки та телеобробки інформації.

Першою ЕОМ, у якій частково використовувалися напівпровідникові прилади замість електронних ламп, була машина, створена 1951 року.

На початку 60-х напівпровідникові машини стали вироблятися й у СРСР.

Третє покоління ЕОМ: 1970-1980-ті роки

Логічні схеми ЕОМ 3-го покоління повністю будувалися на малих інтегральних схемах. Тактові частоти роботи електронних схем збільшилися до одиниць мегагерц. Знизилася напруга живлення (одиниці вольт) і споживана машиною потужність. Істотно підвищилися надійність та швидкодія ЕОМ.

В оперативних запам'ятовуючих пристроях використовувалися мініатюрніші феритові сердечники, феритові пластини та магнітні плівки з прямокутною петлею гістерезису. В якості зовнішніх пристроїв широко стали використовуватися дискові накопичувачі.

З'явилися ще два рівні запам'ятовуючих пристроїв: надоперативні пристрої на тригерних регістрах, що мають величезну швидкодію, але невелику ємність (десятки чисел), і швидкодіюча кеш-пам'ять.

Починаючи з широкого використання інтегральних схем у комп'ютерах, технологічний прогрес у обчислювальних машинах можна спостерігати, використовуючи широко відомий закон Мура. Один із засновників компанії Intel Гордон Мур у 1965 році відкрив закон, згідно з яким кількість транзисторів в одній мікросхемі подвоюється через кожні 1,5 роки.

Зважаючи на суттєве ускладнення як апаратної, так і логічної структури ЕОМ 3-го покоління часто стали називати системами.

У обчислювальних машинах третього покоління значну увагу приділяється зменшенню трудомісткості програмування, ефективності виконання програм у машинах та покращенню спілкування оператора з машиною. Це забезпечується потужними операційними системами, розвиненою системою автоматизації програмування, ефективними системамипереривання програм, режимами роботи з розподілом машинного часу, режимами роботи в реальному часі, мультипрограмними режимами роботи та новими інтерактивними режимами спілкування. З'явився і ефективний відеотермінальний пристрій для спілкування оператора з машиною - відеомонітор, або дисплей.

Велику увагу приділено підвищенню надійності та достовірності функціонування ЕОМ та полегшенню їх технічного обслуговування. Достовірність та надійність забезпечуються повсюдним використанням кодів з автоматичним виявленням та виправленням помилок (корегуючі коди Хеммін-га та циклічні коди).

Четверте покоління ЕОМ: 1980-1990-ті роки

Революційною подією у розвитку комп'ютерних технологій четвертого покоління машин було створення великих та надвеликих інтегральних схем, мікропроцесора та персонального комп'ютера.

Логічні інтегральні схеми в комп'ютерах стали створюватися з урахуванням уніполярних польових CMOS-транзисторів з безпосередніми зв'язками, які з меншими амплітудами електричних напруг.

П'яте покоління ЕОМ: 1990-тепер.

Коротко основну концепцію ЕОМ п'ятого покоління можна сформулювати так:

Комп'ютери на надскладних мікропроцесорах з паралельно-векторною структурою, які одночасно виконують десятки послідовних інструкцій програми.

Комп'ютери з багатьма сотнями паралельно працюючих процесорів, дозволяють будувати системи обробки даних та знань, ефективні мережеві комп'ютерні системи.

Шосте та наступні покоління ЕОМ

Електронні та оптоелектронні комп'ютери з масовим паралелізмом, нейронною структурою, з розподіленою мережею великої кількості (десятки тисяч) мікропроцесорів, що моделюють архітектуру нейронних біологічних систем.

3 Роль засобів обчислювальної техніки у житті.

Роль інформатики загалом у сучасних умовахпостійно зростає. Діяльність як окремих людей, і цілих організацій дедалі більшою мірою залежить від їхньої інформованості та здатності ефективно використовувати наявну інформацію. Перш ніж зробити якісь дії, необхідно провести велику роботу зі збирання та переробки інформації, її осмислення та аналізу. Знаходження раціональних рішень у будь-якій сфері вимагає обробки великих обсягів інформації, що часом неможливе без залучення спеціальних технічних засобів. Впровадження комп'ютерів, сучасних засобівПереробки та передачі в різні промисловості послужило початком процесу, званого інформатизацією суспільства. Сучасне матеріальне виробництвота інші сфери діяльності все більше потребують інформаційне обслуговування, переробка величезної кількості інформації. Інформатизація на основі впровадження комп'ютерних та телекомунікаційних технологій є реакцією суспільства на потребу у суттєвому збільшенні продуктивності праці в інформаційному секторі громадського виробництва, де зосереджено понад половину працездатного населення.

Інформаційні технології увійшли до всіх сфер нашого життя. Комп'ютер є засобом підвищення ефективності процесу навчання, бере участь у всіх видах людської діяльності, Незамінний для соціальної сфери. Інформаційні технології - це апаратно-програмні засоби, що базуються на використанні обчислювальної техніки, які забезпечують зберігання та обробку освітньої інформації, доставку її учню, інтерактивну взаємодію студента з викладачем або педагогічним програмним засобом, а також тестування знань студента.

Можна припустити, що еволюція технології загалом і загалом продовжує природну еволюцію. Якщо освоєння кам'яних знарядь допомогло сформуватися людському інтелекту, металеві підвищили продуктивність фізичної праці (настільки, що окремий прошарок суспільства звільнився для інтелектуальної діяльності), машини механізували фізична праця, то інформаційна технологія покликана звільнити людину від рутинної розумової праці, посилити її творчі можливості.

Висновок

Жити в XXI столітті освіченою людиною можна, тільки добре володіючи інформаційними технологіями. Адже діяльність людей все більшою мірою залежить від їхньої поінформованості, здатності ефективно використовувати інформацію. Для вільної орієнтації в інформаційних потоках сучасний фахівець будь-якого профілю повинен вміти отримувати, обробляти та використовувати інформацію за допомогою комп'ютерів, телекомунікацій та інших засобів зв'язку. Про інформацію починають говорити як про стратегічному ресурсісуспільства як про ресурс, що визначає рівень розвитку держави.

За допомогою вивчення історії розвитку засобів обчислювальної техніки можна пізнати всю будову та значення ЕОМ у житті людини. Це допоможе краще в них розбиратися і з легкістю сприймати нові прогресуючі технології, адже не треба забувати про те, що комп'ютерні технології прогресують майже кожен день і якщо не розібратися в будові машин, які були багато років тому, важко буде подолати нинішнє покоління.

У поданій роботі вдалося показати з чого починалося і чим закінчується розвиток засобів обчислювальної техніки та яку важливу рольграють вони для людей зараз.

Початок

Калькулятор і комп'ютер — це далеко не єдині пристрої, за допомогою яких можна проводити обчислення. Про те, як полегшити собі процеси розподілу, множення, віднімання та додавання людство задумалося досить рано. Одним із перших подібних пристроїв можна вважати балансирні ваги, які з'явилися ще у п'ятому тисячолітті до нашої ери. Втім, не занурюватимемося так далеко в глибини історії.

Енді Гроув, Роберт Нойс та Гордон Мур. (wikipedia.org)

Абак, відомий у нас як рахунки, з'явився на світ приблизно 500 року до нашої ери. За право вважатися його батьківщиною можуть посперечатися Стародавня Греція, Індія, Китай та держава Інків. Археологи підозрюють, що в античних містах існували навіть обчислювальні механізми, щоправда, існування поки не доведено. Однак антикерський механізм, вже згаданий нами у попередній статті, цілком може вважатися обчислювальним механізмом.

З настанням Середньовіччя навички створення подібних пристроїв були втрачені. Ті темні часи взагалі були періодом різкого занепаду науки. Але в XVII столітті людство знову задумалося про обчислювальні машини. І ті не забарилися з'явитися.

Перші обчислювальні машини

Створення пристрою, який міг би проводити обчислення, було мрією німецького астронома та математика Вільгельма Шиккарда. Він мав безліч різних проектів, але більшість із них зазнала краху. Шиккарда не бентежили невдачі, і він, зрештою, досяг успіху. 1623-го математик сконструював «Вважаючи годинник» — неймовірно складний і громіздкий механізм, який, проте, міг робити найпростіші обчислення.

«Лічильник годинника Шиккарда». Малюнок. (wikipedia.org)

«Вважаючи годинник» мали значні розміри і велику масу, застосовувати їх на практиці було важко. Друг Шиккарда, знаменитий астроном Йоганн Кеплер жартома зауважив, що набагато простіше зробити обчислення в голові, ніж використовувати годинник. Тим не менш, саме Кеплер став першим користувачем годинника Шиккарда. Відомо, що з їх допомогою він виконав багато своїх розрахунків.

Йоганн Кеплер. (wikipedia.org)

Цей пристрій отримав свою назву тому, що в його основу було покладено той же механізм, що працював у настінний годинник. А самого Шиккарда можна вважати «батьком» калькулятора. Минуло двадцять років, і сімейство обчислювальних машин поповнилося винаходом французького математика, фізика та філософа Блеза Паскаля. «Паскаліну» вчений представив у 1643 році.

Підсумовуючи машина Паскаля. (wikipedia.org)

Паскалю тоді було 20 років, і він зробив для свого батька — збирача податків, якому доводилося займатися дуже складними обчисленнями. Підсумовуюча машина приводилася в дію за допомогою шестерень. Щоб ввести в неї потрібне число, потрібно було повернути коліщатка кілька разів.

Ще через тридцять років, 1673-го, свій проект створив німецький математик Готфрід Лейбніц. Його пристрій першим в історії став називатися калькулятором. Принцип роботи був той самий, що й у машини Паскаля.

Готфрід Лейбніц. (wikipedia.org)

З калькулятором Лейбніца пов'язана одна цікава історія. На початку XVIII століття машину побачив Петро I, який відвідував Європу у складі Великого посольства. Майбутній імператор дуже зацікавився пристроєм і навіть купив його. Легенда свідчить, що пізніше Петро відправив калькулятор китайському Імператору Кансі як подарунок.

Від калькулятора до комп'ютера

Справа Паскаля та Лейбниця набула розвитку. У XVIII столітті багато вчених робили спроби вдосконалити обчислювальні машини. Основна ідея полягала у тому, щоб створити комерційно успішний пристрій. Успіх, зрештою, супроводжував француза Шарля Ксав'є Тома де Кольмару.

Шарль Ксавьє Тома де Кольмар. (wikipedia.org)

У 1820 він запустив серійне виробництво обчислювальних приладів. Строго кажучи, Кольмар був, швидше, вмілим промисловцем, аніж винахідником. Його "машина Тома" мало чим відрізнялася від калькулятора Лейбніца. Кольмара навіть звинувачували у крадіжці чужого винаходу та спробі нажити статки за рахунок чужої праці.

У Росії її серійний випуск калькуляторів почався 1890 року. Свій нинішній вигляд калькулятор набув уже у ХХ столітті. У 1960-1970 роках ця галузь переживала справжній бум. Прилади вдосконалювалися з кожним роком. 1965-го, наприклад, з'явився калькулятор, який міг обчислювати логорифми, а 1970-го було вперше випущено калькулятор, який містився у людини в руці. Але в цей час уже починалося комп'ютерне століття, хоча людство ще не встигло відчути цього.

Комп'ютери

Людиною, яка заклала основи розвитку комп'ютерних технологій, багато хто вважає французького ткача Жозефа Марі Жаккара. Важко сказати, жарт це чи ні. Проте саме Жаккар придумав перфокарт. Тоді люди ще не знали, що таке картка пам'яті. Винахід Жаккара може претендувати на цей титул. Ткач придумав її для керування ткацьким верстатом. Ідея полягала в тому, що за допомогою перфокарти ставився візерунок для тканини. Тобто з моменту запуску перфокарти візерунок наносився вже без участі людини — автоматично.

Перфокарт. (wikipedia.org)

Перфокарт Жаккара, звісно, ​​був електронним пристроєм. До появи подібних предметів було дуже далеко, адже Жаккар жив межі XVIII—XIX ст. еків. Однак перфокарти пізніше стали широко застосовуватися і в інших сферах, пішовши далеко за межі знаменитого ткацького верстата.

В 1835 Чарльз Беббідж описав аналітичну машину, в основі якої могли б лежати перфокарти. Ключовим принципом роботи такого пристрою було програмування. Таким чином, англійський математик передбачив появу комп'ютера. На жаль, сам Беббідж так і не зміг побудувати придуману ним машину. Перший у світі аналоговий комп'ютер з'явився на світ у 1927 році. Створив його професор Массачусетського університету Венівар Буш.

У стародавньої людини був свій лічильний інструмент - десять пальців на руках. Загинав чоловік пальці – складав, розгинав – вичитав. І людина здогадалася: для рахунку можна використовувати все, що потрапить під руку, - камінці, палички, кісточки. Потім почали зав'язувати вузлики на мотузці, робити зарубки на ціпках і дощечках (рис. 1.1).

Мал. 1.1. Вузлики (а)та зарубки на дощечках ( б)

Період абака. Абаком (гр. abax - дошка) називалася дощечка, покрита шаром пилу, де гострою паличкою проводилися лінії й у отриманих колонках розміщувалися якісь предмети за позиційним принципом. У V-IV ст. до зв. е. були створені найдавніші з відомих рахунків - «саламінська дошка» (назвою острова Саламін в Егейському морі), яка у греків і в Західній Європі називалася «абак». У Стародавньому Римі абак виник у V-VI ст. н. е. і називався calculi або abakuli. Виготовлявся абак із бронзи, каменю, слонової кістки та кольорового скла. До нашого часу зберігся бронзовий римський абак, на якому камінчики пересувалися у вертикально прорізаних жолобках (рис. 1.2).

Мал. 1.2.

У XV-XVI ст. в Європі був поширений рахунок на лініях або рахункових таблицях з жетонами, що укладаються на них.

У XVI ст. виникли російські рахунки з десятковою системою числення. У 1828 р. генерал-майор Ф. М. Свободської виставив на огляд оригінальний прилад, що складається з багатьох рахунків, з'єднаних у загальній рамі (рис. 1.3). Усі операції зводилися до дій складання та віднімання.

Мал. 1.3.

Період механічних пристроїв Цей період тривав від початку XVIIдо кінця XIXв.

У 1623 Вільгельм Шиккард описав пристрій лічильної машини, в якій були механізовані операції складання і віднімання. У 1642 р. французький механік Блез Паскаль сконструював першу механічну лічильну машину – «Паскаліну» (рис. 1.4).

У 1673 р. німецьким вченим Гофтрідом Лейбніцем була створена перша механічна обчислювальна машина, виконува-

Мал. 1.4.

шая чотири арифметичні дії (складання, віднімання, множення та поділ). У 1770 р. у Литві Є. Якобсон створив підсумовуючу машину, що визначає приватне і здатну працювати з п'ятизначними числами.

У 1801 - 1804 роках. французький винахідник Ж. М. Жаккар вперше використав перфокарти для керування автоматичним ткацьким верстатом.

У 1823 р. англійський вчений Чарлз Беббідж розробляє проект «Роззносної машини», яка передбачила сучасну програмно-керовану автоматичну машину(Рис. 1.5).

У 1890 р. житель Петербурга Вільгодт Однер винайшов арифмометр і налагодив їхній випуск. До 1914 р. лише у Росії налічувалося понад 22 тис. арифмометрів Однера. У першій чверті XX ст. ці арифмометри були єдиними математичними машинами, які широко застосовувалися в різних галузях людської діяльності (рис. 1.6).

Мал. 1.5. Машина Беббіджа Мал. 1.6. Арифмометр

Період ЕОМ. Цей період розпочався 1946 р. і триває нині. Він характеризується поєднанням досягнень у галузі електроніки з новими принципами побудови обчислювальних машин.

У 1946 р. під керівництвом Дж. Моучлі та Дж. Еккерта у США була створена перша ЕОМ – «ЕНІАК» (ENIAC) (рис. 1.7). Вона мала такі характеристики: довжина 30 м, висота 6 м, вага 35 т, 18 тис. вакуумних ламп, 1500 реле, 100 тис. опорів та конденсаторів, 3500 оп/с. Тоді ж ці вчені розпочали роботу над новою машиною – «ЕДВАК» (EDVAC - Electronic

Мал. 1.7.

Discret Variable Automatic Computer (електронний автоматичний обчислювач з дискретними змінними), програма якої повинна була зберігатися в пам'яті комп'ютера. Як внутрішній пам'яті передбачалося використовувати ртутні трубки, що застосовувалися в радіолокації.

У 1949 р. у Великобританії була побудована ЕОМ «EDSAC» із програмою, що зберігається в пам'яті.

Поява перших ЕОМ досі викликає суперечки. Так, німці вважають першою ЕОМ машину для артилерійських розрахунків, створену Конрадом Цузе в 1941 р., хоча вона працювала на електричних реле і була таким чином не електронною, а електромеханічною. Для американців - це «ЕНІАК» (1946 р., Дж. Моучлі та Дж. Еккерт). Болгари вважають винахідником ЕОМ Джона (Івана) Атанасова, який сконструював у 1941 р. в США машину для вирішення систем рівнянь алгебри.

Англійці, порившись у секретних архівах, заявили, що перший електронний комп'ютер був створений у 1943 р. в Англії та призначався для розшифрування переговорів німецького вищого командування. Це обладнання вважалося настільки секретним, що після війни воно було знищено за наказом Черчілля, а креслення спалені, щоб секрет не потрапив у чужі руки.

Секретне повсякденне листування німці вели за допомогою шифрувальних машинок «Енігма» (лат. enigma – загадка). До початку Другої світової війни англійці вже знали, як працює «Енігма», і шукали способи розшифровки її послань, але в німців з'явилася ще одна система шифрування, призначена тільки для найважливіших повідомлень. Це була виготовлена ​​фірмою «Лоренц» у невеликій кількостіекземплярів машина «Шлюссельцузатц-40» (назва перекладається як «шифрувальна приставка»). Зовні вона була гібридом звичайного телетайпу і механічного касового апарату. Текст, що набирався на клавіатурі, телетайп переводив у послідовність електричних імпульсів і пауз між ними (кожній букві відповідає набір із п'яти імпульсів та « порожніх місць»). У « касовому апараті» оберталися два комплекти по п'ять зубчастих коліщаток, які випадково додавали до кожної букви ще два набори по п'ять імпульсів і перепусток. Коліщата мали різну кількість зубців, і цю кількість можна було змінювати: зубці були зроблені рухливими, їх можна було зрушувати убік або висувати на місце. Було ще два «моторні» коліщатка, кожне з яких обертало свій комплект зубчаток.

На початку передачі зашифрованого послання радист повідомляв адресату вихідне положення коліщаток і кількість зубців кожному з них. Ці настановні дані змінювалися перед кожною передачею. Виставивши такі ж набори коліщатків у такому ж положенні на своїй машині, радист, що приймав, домагався того, що зайві літери автоматично вичитувалися з тексту, і телетайп друкував вихідне повідомлення.

У 1943 р. математиком Максом Ньюменом в Англії було розроблено електронну машину «Колоссус». Коліщатка машини моделювалися 12 групами електронних ламп - тиратронів. Автоматично перебираючи різні варіанти станів кожного тиратрону та їх поєднань (тиратрон може бути у двох станах - пропускати чи пропускати електричний струм, т. е. давати імпульс чи паузу), «Колоссус» розгадував початкову установку шестерень німецької машини. Перший варіант "Колоссусу" мав 1500 тиратронів, а другий, який заробив у червні 1944 р., - 2500. За годину машина "ковтала" 48 км перфострічки, на яку оператори набивали ряди одиниць і нулів з німецьких послань, за секунду оброблялося 500. Ця ЕОМ мала пам'ять, засновану на конденсаторах, що заряджалися і розряджалися. Вона дозволила читати надсекретне листування Гітлера, Кессельрінга, Роммеля і т.д.

Примітка.Сучасний комп'ютер розгадує початкове положення коліщаток «Шлюссельцузатц-40» удвічі повільніше, ніж це робив «Колоссус», так, завдання, яке в 1943 р. вирішувалося за 15 хв, займає у ПЕОМ «Репйіт» 18 год! Справа в тому, що сучасні комп'ютери задумані як універсальні, призначені для виконання самих різних завданьІ не завжди можуть змагатися зі старовинними ЕОМ, які вміли робити тільки одну дію, зате дуже швидко.

Перша вітчизняна електронна обчислювальна машина МЕСМ була розроблена в 1950 році. Вона містила понад 6000 електронних ламп. До цього покоління ЕОМ можна віднести: "БЕСМ-1", "М-1", "М-2", "М-3", "Стріла", "Мінськ-1", "Урал-1", "Урал- 2», «Урал-3», «М-20», «Сетунь», «БЕСМ-2», «Роздан» (табл. 1.1). Швидкодія їх не перевищувала 2-3 тис. оп/с, ємність оперативної пам'яті – 2 К або 2048 машинних слів (1 К = 1024) завдовжки 48 двійкових знаків.

Таблиця 1.1.Характеристики вітчизняних ЕОМ

Характери	Перше покоління				Друге покоління
Адресність
Довжина ма-
шинного ело-
ва (двійкові розряди)
Швидкодійст-
				Феритовий сердечник

Близько половини всього обсягу даних інформаційних системахсвіту зберігається на великих ЕОМ. Для цього фірма 1ВМ ще 1960-х гг. почала випускати обчислювальні машини 1ВМ/360, 1ВМ/370 (рис. 1.8), які набули широкого поширення у світі.

З появою перших обчислювальних машин у 1950 р. виникла ідея використання обчислювальної техніки з метою управління технологічними процесами. Управління з урахуванням ЕОМ дозволяє підтримувати параметри процесу у режимі, близькому до оптимальному. Через війну скорочується витрата матеріалів, енергії, підвищується продуктивність і якість, забезпечується швидка перебудова устаткування випуск продукції іншого виду.

Мал. 1.8.

Піонером промислового використання керівників ЕОМ там стала компанія Digital Equipment Corp. (DEC), яка випустила 1963 р. для управління ядерними реакторами спеціалізовану ЕОМ «PDP-5». Вихідними даними служили виміри, одержувані в результаті аналого-цифрового перетворення, точність яких становила 10-11 двійкових розрядів. У 1965 р. фірма DEC випускає першу мініатюрну ЕОМ «PDP-8» розміром із холодильник і вартістю 20 тис. дол., як елементну базу якої було використано Інтегральні схеми.

До появи інтегральних схем транзистори виготовлялися окремо, і за складанні схем їх доводилося з'єднувати і паяти вручну. У 1958 р. американський вчений Джек Кілбі вигадав, як на одній пластині напівпровідника отримати кілька транзисторів. У 1959 р. Роберт Нойс (майбутній засновник фірми Intel) винайшов більш досконалий метод, що дозволив створювати на одній пластині та транзистори, та всі необхідні з'єднання між ними. Отримані електронні схеми стали називатися інтегральними схемами, або чіпами.Надалі кількість транзисторів, яку вдавалося розмістити на одиницю площі інтегральної схеми, щороку збільшувалася приблизно вдвічі. У 1968 р. фірма Burroughs випустила перший комп'ютер на інтегральних схемах, а 1970 р. фірма Intel почала продавати інтегральні схеми пам'яті.

У 1970 р. був зроблений ще один крок на шляху до персонального комп'ютера - Маршіан Едвард Хофф із фірми Intel сконструював інтегральну схему, аналогічну за своїми функціями центральному процесору великої ЕОМ. Так з'явився перший мікропроцесор Intel-4004, який надійшов у продаж наприкінці 1970 р. Звичайно, можливості Intel-4004 були куди скромнішими, ніж у центрального процесора великий ЕОМ, - він працював набагато повільніше і міг обробляти одночасно лише 4 біти інформації (процесори великих ЕОМ обробляли 16 або 32 біти одночасно). У 1973 р. фірма Intel випустила 8-бітовий мікропроцесор Intel-8008, а 1974 р. - його вдосконалену версію Intel-8080, яка до кінця 1970-х років. була стандартом для мікрокомп'ютерної промисловості (табл. 1.2).

Таблиця 1.2.Покоління ЕОМ та їх основні характеристики

Покоління				Четверте (з 1975 р.)
Елементна база ЕОМ	Електронні лампи, реле	Транзистори, параметрони		Надвеликі ІВ (НВІС)
Продуктивність центрального процесора	До 3 10 5 оп/с	До 3 10 6 оп/с	До 3 10 7 оп/с	3 10 7 оп/с
Тип оперативної пам'яті (ВП)	Тригери, феритові сердечники	Мініатюрні феритові сердечники	Напівпровідникова	Напівпровідникова
				Більше 16 Мб
Характерні типи ЕОМ покоління		Малі, середні, великі, спеціальні	міні- та мік-роЕОМ	СуперЕОМ, ПК, спеціальні, загальні, мережі ЕОМ
Типові моделі покоління		IBM 7090, БЕСМ-6		БХ-2, 1ВМ РС/ХТ/АТ, РБ/2, Сгау, мережі
Характерне програмне забезпечення	Коди, автокоди, асемблери	Мови програмування, диспетчери, АСУ, АСУТП	ППП, СУБД, САПРи, ЯВУ, операційні	БД, ЕС, системи паралельного програмування

Покоління ЕОМ визначаються елементною базою (лампи, напівпровідники, мікросхеми різного ступеня інтеграції (рис. 1.9)), архітектурою та обчислювальними можливостями (табл. 1.3).

Таблиця 1.3.Особливості поколінь ЕОМ

Покоління	Особливості
І покоління (1946-1954)	Застосування вакуумно-лампової технології, використання систем пам'яті на ртутних лініях затримки, магнітних барабанах, електронно-променевих трубках. Для введення-виведення даних застосовувалися перфострічки та перфокарти, магнітні стрічки та друкувальні пристрої
II покоління (1955-1964)	Використання транзисторів. Комп'ютери стали надійнішими, швидкодія їх підвищилася. З появою пам'яті на магнітних сердечниках цикл її роботи зменшився до десятків мікросекунд. Головний принципструктури – централізація. З'явилися високопродуктивні пристрої для роботи з магнітними стрічками, пристрої пам'яті на магнітних дисках
ІІІ покоління (1965-1974)	Комп'ютери проектувалися на основі інтегральних схем малого ступеня інтеграції (МІС від 10 до 100 компонентів на кристал) та середнього ступеня інтеграції (СІС від 10 до 1000 компонентів на кристал). Наприкінці 1960-х років. з'явилися міні-комп'ютери. 1971 р. з'явився перший мікропроцесор
IV покоління (з 1975 р.)	Використання при створенні комп'ютерів великих інтегральних схем (ВІС від 1000 до 100 тис. компонентів на кристал) та надвеликих інтегральних схем (НВІС від 100 тис. до 10 млн компонентів на кристал). Головний акцент під час створення комп'ютерів зроблено з їхньої «інтелектуальності», і навіть на архітектурі, орієнтованої обробку знань

а б у

Мал. 1.9. Елементна база ЕОМ: а -електронна лампа; б -транзистор;

в- Інтегральна мікросхема

Першим мікрокомп'ютером був "Altair-8800", створений у 1975 р. невеликою компанією в Альбукерці (штат Нью-Мексико) на основі мікропроцесора Intel-8080. Наприкінці 1975 р. Пол Аллен і Білл Гейтс (майбутні засновники фірми Microsoft) створили для комп'ютера Altair інтерпретатор мови Basic, що дозволило користувачам досить просто писати програми.

Згодом з'явилися комп'ютери "TRS-80 РС", "РЕТ РС" та "Apple" (рис. 1.10).

Мал. 1.10.

Вітчизняна промисловість випускала DEC-сумісні (діалогові обчислювальні комплекси ДВК-1, ..., ДВК-4 на основі ЕОМ «Електроніка МС-101», «Електроніка 85», «Електроніка 32») та IBM PC-сумісні (ЄС 1840 - ЄС 1842, ЄС 1845, ЄС 1849, ЄС 1861, Іскра 4861), що істотно поступалися своїми характеристиками вищеназваним.

Останнім часом широко відомі персональні комп'ютери, що випускаються фірмами США Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard, Dell, DEC; фірмами Великобританії: Spectrum, Amstard; фірмою Франції Micra; фірмою Італії Olivetty; фірмами Японії: Toshiba, Panasonic, Partner.

Найбільшою популярністю нині користуються персональні комп'ютери фірми IBM (International Business Machines Corporation).

У 1983 р. з'явився комп'ютер IBM PC XT із вбудованим жорстким диском, а 1985 р. комп'ютер IBM PC АТ з урахуванням 16-розрядного процесора Intel 80286 (рис. 1.11).

У 1989 р. розроблено процесор Intel 80486 з модифікаціями 486SX, 486DX, 486DX2 та 486DX4. Тактові частоти процесорів 486DX в залежності від моделі дорівнюють 33, 66 і 100 МГц.

Нове сімейство моделей ПК IBM отримало назву PS/2 (Personal System 2). Перші моделі сімейства PS/2 використовували процесор Intel 80286 і фактично копіювали ПК АТ, але на основі іншої архітектури.

У 1993 р. з'явилися процесори Pentium із тактовою частотою 60 і 66 МГц.

У 1994 р. фірма Intel стала виробляти процесори Pentium із тактовою частотою 75, 90 та 100 МГц. У 1996 р. тактова частота процесорів Pentium зросла до 150, 166 та 200 МГц (рис. 1.12).

Системний

Маніпулятор типу «миша»

Мал. 1.12. Конфігурація мультимедійного комп'ютера

У 1997 р. фірма Intel випустила новий процесор Pentium MMX із тактовими частотами 166 та 200 МГц. Абревіатура ММХ означала, що цей процесор оптимізований для роботи з графічною та відеоінформацією. У 1998 р. фірма Intel оголосила про випуск процесора Celeron із тактовою частотою 266 МГц.

З 1998 року фірма Intel анонсувала версію процесора Pentium II Хеоп з тактовою частотою 450 МГц (табл. 1.4).

Таблиця 1.4.Комп'ютери фірми IBM

комп'ютера	Процесор	Тактова частота, МГц	оперативною

Довгий час виробники процесорів - передусім Intel і AMD підвищення продуктивності процесорів підвищували їх тактову частоту. Однак при тактовій частоті більше 3,8 ГГц чіпи перегріваються і про вигоду можна забути. Потрібні були нові ідеї та технології, однією з яких і стала ідея створення багатоядерних чіпів.У такому чіпі паралельно працюють два процесори і більше, які при меншій тактовій частоті забезпечують більшу продуктивність. Виконувана в даний моментпрограма поділяє завдання з обробки даних на обидва ядра. Це дає максимальний ефект, коли і операційна система, і прикладні програмирозраховані на паралельну роботу, як, наприклад, обробки графіки.

Багатоядерна архітектура - це варіант архітектури процесорів, що передбачає розміщення двох або більше "виконувальних", або обчислювальних ядер Pentium® в одному процесорі. Багатоядерний процесор вставляється в процесорний роз'єм, але операційна система сприймає кожне з його виконуючих ядер як окремий логічний процесор, який має всі відповідні ресурси, що виконують (рис. 1.13).

В основі такої реалізації внутрішньої архітектури процесора лежить стратегія «розділяй і володарюй». Інакше кажучи, роздяг-

Мал. 1.13.

ляя обчислювальну роботу, виконувану у традиційних мікропроцесорах одним ядром Pentium, між декількома виконавчими ядрами Pentium, багатоядерний процесор може виконувати більше за конкретний інтервал часу. Для цього програмне забезпечення(ПЗ) має підтримувати розподіл навантаження між кількома виконавчими ядрами. Ця функціональність називається паралелізмомна рівні потоків, або організацією потокової обробки, а програми, що підтримують її, і операційні системи (такі, як Microsoft Windows ХР) називаються багатопоточними.

Багатоядерність впливає і на одночасно роботу стандартних додатків. Наприклад, одне ядро ​​процесора може відповідати за програму, що працює у фоновому режимі, тоді як антивірусна програма займає ресурси другого ядра. На практиці двоядерні процесори не виробляють обчислення в два рази швидше за одноядерні: хоча приріст швидкодії і виявляється значним, але при цьому він залежить від типу додатка.

Перші двоядерні процесори з'явилися на ринку в 2005 році. Згодом у них з'являлося все більше наступників. Тому «старі» двоядерні процесори сьогодні серйозно подешевшали. Їх можна знайти в комп'ютерах ціною від 600 дол, і ноутбуках ціною від 900 дол. Комп'ютери із сучасними двоядерними чіпами коштують приблизно на 100 дол, дорожчі, ніж моделі, оснащені «старими» чіпами. Один із головних розробників багатоядерних процесорів – корпорація Intel.

Перед появою двоядерних чіпів виробники пропонували одноядерні процесори з можливістю паралельного виконання кількох програм. Деякі процесори серії Pentium 4 мали функцію Hyper-Threading, що повертає значення в байтах і містить логічний та фізичний ідентифікатори поточного процесу. Її можна розглядати як попередницю архітектури Dual-Core, що складається із двох оптимізованих мобільних виконавчих ядер. Dual-Core означає, що поки одне ядро ​​зайняте запуском програми, або, наприклад, перевіркою на вірусну активність, інше ядро ​​буде доступне виконання інших завдань, наприклад, користувач зможе подорожувати Інтернетом чи працювати з таблицею. Хоча процесор мав одне фізичне ядро, чіп був сконструйований так, що міг виконувати дві програми одночасно (рис. 1.14).

Панель керування

ОСРВ QNX Neutrino (одна копія)

Інтерфейс командного рядка (ядра 0 та 1)

Маршрутизація (ядра 0 та 1)

Управління, адміністрування та технічне обслуговування(ядра 0 та 1)

Апаратне забезпечення інформаційної панелі

Моніторинг інформаційної панелі (ядра 0 та 1)

Мал. 1.14. Схема використання багатопроцесорної обробки

в панелі керування

Операційна система розпізнає такий чіп як два окремих процесори. Звичайні процесори обробляють 32 біти за один такт. Нові чіпи встигають обробити за один такт вдвічі більше даних, тобто 64 біти. Ця перевага особливо помітна під час обробки великих обсягів даних (наприклад, при обробці фотографій). Але для того, щоб ним скористатися, операційна система та програми повинні підтримувати саме 64-бітний режим обробки.

Під спеціально розробленими 64-бітними версіями Windows ХР та Windows Vista в залежності від необхідності запускаються 32- та 64-бітні програми.

Ранні пристрої та пристрої для рахунку

Людство навчилося користуватися найпростішими лічильними пристосуваннями тисячі років тому. Найбільш затребуваною виявилася необхідність визначати кількість предметів, що використовуються у міновій торгівлі. Одним із найпростіших рішень було використання вагового еквівалента мінливого предмета, що не вимагало точного перерахунку кількості його складових. Для цих цілей використовувалися найпростіші балансирні ваги, які стали таким чином одним з перших пристроїв для кількісного визначення маси.

Принцип еквівалентності широко використовувався і в іншому, знайомому для багатьох, найпростішому лічильному пристрої Абак або Рахунки. Кількість підрахованих предметів відповідало числу пересунутих кістячок цього інструменту.

Порівняно складним пристроєм для рахунку могли бути чётки, що застосовуються на практиці багатьох релігій. Віруючий як на рахунках відраховував на зернах чіток число сказаних молитов, а при проході повного кола чіток пересував на окремому хвостику спеціальні зерна-лічильники, що означають кількість відрахованих кіл.

З винаходом зубчастих коліс з'явилися і більш складні пристрої виконання розрахунків. Антикітерський механізм, виявлений на початку XX століття, який був знайдений на місці аварії античного судна, що затонуло приблизно в 65 році до н. е. (за іншими джерелами або навіть 87 року до н.е.), навіть умів моделювати рух планет. Імовірно його використовували для календарних обчислень у релігійних цілях, передбачення сонячних та місячних затемнень, визначення часу посіву та збирання врожаю тощо. для обчислення місячних фаз використовувалася диференціальна передача, винахід якої дослідники тривалий час відносили не раніше XVI століття. Втім, з відходом античності навички створення таких пристроїв були забуті; знадобилося близько півтори тисячі років, щоб люди знову навчилися створювати схожі за складністю механізми.

«Вважаючи годинник» Вільгельма Шиккарда

За цим пішли машини Блеза Паскаля («Паскаліна», 1642) і Готфріда Вільгельма Лейбніца.

ANITA Mark VIII, 1961 рік

У Радянському Союзі на той час найвідомішим і найпоширенішим калькулятором був механічний арифмометр «Фелікс», що випускався з 1929 по 1978 рік на заводах у Курську (завод «Рахунокмаш»), Пензі та Москві.

Поява аналогових обчислювачів у передвоєнні роки

Основна стаття: Історія аналогових обчислювальних машин

Диференціальний аналізатор, Кембридж, 1938

Перші електромеханічні цифрові комп'ютери

Z-серія Конрада Цузе

Репродукція комп'ютера Zuse Z1 у Музеї техніки, Берлін

Цузе та його компанією були побудовані інші комп'ютери, назва кожного з яких починалася з великої літери Z. Найбільш відомі машини Z11, що продавався підприємствам оптичної промисловості та університетам, і Z22 - перший комп'ютер з пам'яттю на магнітних носіях.

Британський Colossus

У жовтні 1947 року директори компанії Lyons & Company, британської компанії, що володіє мережею магазинів та ресторанів, вирішили взяти активну участь у розвитку комерційної розробки комп'ютерів. Комп'ютер LEO I почав працювати у 1951 році і вперше у світі став регулярно використовуватись для рутинної офісної роботи.

Машина Манчестерського університету стала прототипом для Ferranti Mark I. Першу таку машину було доставлено до університету в лютому 1951 року, і, принаймні, дев'ять інших було продано між 1951 і 1957 роками.

Комп'ютер другого покоління IBM 1401, що випускався на початку 1960-х, зайняв близько третини світового ринку комп'ютерів, продали більше 10 000 таких машин.

Застосування напівпровідників дозволило поліпшити як центральний процесор , а й периферійні пристрої. Друге покоління пристроїв зберігання даних дозволяло зберігати вже десятки мільйонів символів та цифр. З'явився поділ на жорстко закріплені ( fixed) пристрої зберігання, пов'язані з процесором високошвидкісним каналом передачі даних, та змінні ( removable) устрою. Заміна касети дисків у змінному пристрої потребувала лише кілька секунд. Хоча ємність змінних носіїв була зазвичай нижче, та їх замінність давала можливість збереження практично необмеженого обсягу даних. Магнітна стрічка зазвичай застосовувалося для архівування даних, оскільки надавала більший обсяг за меншої вартості.

Багато машинах другого покоління функції спілкування з периферійними пристроями делегувалися спеціалізованим співпроцесорам . Наприклад, у той час як периферійний процесор виконує читання або пробивання перфокарт, основний процесор виконує обчислення або розгалуження за програмою. Одна шина даних переносить дані між пам'яттю і процесором у ході циклу вибірки та виконання інструкцій, зазвичай інші шини даних обслуговують периферійні пристрої. На PDP-1 цикл звернення до пам'яті займав 5 мікросекунд; більшість інструкцій вимагали 10 мікросекунд: 5 на вибірку інструкції та ще 5 на вибірку операнда.

Найкращою вітчизняною ЕОМ 2-го покоління вважається БЭСМ-6, створена 1966 року.

1960-і й надалі: третє та наступні покоління

Бурхливе зростання використання комп'ютерів почалося з т.з. "Трим поколінням" обчислювальних машин. Початок цього поклав винахід інтегральних схем, які незалежно один від одного зробили лауреат Нобелівської премії Джек Кілбі та Роберт Нойс. Пізніше це призвело до винаходу мікропроцесора Тедом Хофф (компанія Intel).

Поява мікропроцесорів призвела до розробки мікрокомп'ютерів – невеликих недорогих комп'ютерів, якими могли володіти невеликі компанії чи окремі люди. Мікрокомп'ютери, представники четвертого покоління, перші з яких з'явився у 1970-х, стали повсюдним явищем у 1980-х та пізніше. Стів Возняк, один із засновників Apple Computer, став відомий як розробник першого масового домашнього комп'ютера, а пізніше-першого персонального комп'ютера. Комп'ютери на основі мікрокомп'ютерної архітектури з можливостями, доданими від їхніх великих побратимів, зараз домінують у більшості сегментів ринку.

У СРСР та Росії

1940-ті

У 1948 році під керівництвом доктора фізико-математичних наук С. А. Лебедєва в Києві розпочинаються роботи зі створення МЕСМ (малої електронної лічильної машини). У жовтні 1951 року вона почала експлуатацію.

Наприкінці 1948 року співробітники Енергетичного інституту ім. Крижижановського І. С. Брук і Б. І. Рамєєв отримують авторське свідоцтво на ЕОМ із загальною шиною, а в 1950-1951 рр. створюють її. У цій машині вперше у світі замість електронних ламп використовуються напівпровідникові (купроксні) діоди. З 1948 р. Брук вів роботи з електронних ЦВМ та управління із застосуванням засобів обчислювальної техніки.

Наприкінці 1950-х розробляються принципи паралелізму обчислень (А. І. Кітов та ін.), на основі яких була побудована одна з найбільш швидкісних ЕОМ того часу – М-100 (для військових цілей).

У липні 1961 року в СРСР запустили в серію першу напівпровідникову універсальнукеруючу машину «Дніпро» (до цього були лише спеціалізовані напівпровідникові машини). Ще до початку серійного випуску з нею проводилися експерименти з управління складними технологічними процесами