Вычислительная техника – история развития, этапы и таблица поколений

Информатика. 10 класс

Конспект урока

Информатика, 10 класс. Урок № 5.

Тема — Информационная революция. Этапы истории развития устройств для вычислений. Поколения ЭВМ

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Знакомство с историей вычислительной техники. Задачи, стоящие перед научной областью от истоков до текущего момента. Современные тренды применения компьютерных технологий.

Глоссарий по теме: Вычислительные средства, вычислительная техника, компьютеры. мобильные устройства, суперкомпьютеры, робототехника, этапы развития вычислительной техники, поколения ЭВМ.

Основная литература по теме урока:

Л. Л. Босова, А. Ю. Босова. Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2017

Дополнительная литература по теме урока:

Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах. — К.: фирма “КИТ”, ПТОО “А.С.К.”, 1995. — 384 с., ил. ISBN 5-7707-6131-8 (ссылка на электронную версию http://lib.ru/MEMUARY/MALINOWSKIJ/0.txt)

Теоретический материал для самостоятельного изучения:

На уроках информатики мы подробно обсуждали основные информационные процессы: хранение, передачу и обработку. Как менялись инструментальные средства, осуществляющие эти процессы, объемы хранения и передач, скорости обработки? Какие перспективы наметило себе человечество в развитии средств вычислительной техники? Об этом пойдет речь на уроке.

Цель урока: анализировать историю и тенденции развития вычислительной техники

Задачи урока:

— соотносить периоды, содержание и результат пяти информационных революций,

— приводить примеры ЭВМ разных поколений,

— приводить примеры достижений отечественных ученых в области вычислительной техники,

— анализировать тенденции в развитии вычислительной техники.

Первая информационная революция началась примерно 40 тысяч лет назад, когда человек поделился своим жизненным опытом с соплеменником. Зарождение и развитие языка устного общения было характерной особенностью этой революции.

Вторая информационная революция произошла около 5 тысяч лет тому назад, примерно около 3500 года до н. э. Так же она связана с передачей опыта, но теперь уже из поколения в поколение. С появлением письменности стало возможным записать и передавать данные. Исторические сведения об одном из главных хранилищ информации древности, Александрийской библиотеке IV—III в. до н. э разнятся, но невозможно не оценить тот факт, что это создание библиотек для обучения и передачи знаний — важнейшая веха в истории человечества.

Третья информационная революция имеет четкие исторические границы и связана уже с распространением знаний. В 1450 году Иоганн Гуттенберг изобрел наборный шрифт. И обмен знаниями значительно упростился. Сутью третьей информационной революции стало превращение информации в продукт массового потребления.

Четвертая информационная революция в конце XIX века связана с открытием возможности применения электричества и с изобретением средств массовой коммуникации. Ускорением распространения информации, в том числе и возможностью решения задач организации масштабных расчетов. К достижениям четвертой информационной революции можно отнести и появление идеи разностной машины Беббиджа, и реализацию идей Дж. Фон Неймана, и создание вычислительных машин первого и второго поколения.

Задача вычислительных машин того времени заключалась в выполнении объемных расчетов, направленных в основном на научные и военные цели.

Пятая информационная революция потребовала от человечества информационной грамотности и культуры.

Начало ее относят к 70-м годам XX столетия и связывают с появлением микропроцессорной технологии.

В это же время появилась технология Arpanet, которая связывает сегодня весь мир.

Наращивание объемов хранения данных сегодня существенно превышает объемы, накопленные человечеством за всю историю развития.

Обмен данными происходит с все возрастающей скоростью.

Теперь многообразные компьютеры используются во всех областях жизни.

Рассуждения о возможностях вычислительной техники позволят нам повести хронологическое повествование параллельное информационным революциям.

Известно, что автоматизация вычислений началась задолго до появления компьютеров. Устройства быстрого счета появлялись в разных странах независимо друг от друга и теперь в музеях вычислительной техники мы можем сравнивать и удивляться как же они похожи.

Увлекательную и правдивую историю о компьютерах, технологиях и людях можно прочитать в книге Б. Н. Малиновского «История вычислительной техники в лицах».

Расставив хронологические вехи, мы увидим, что автоматизация расчетов во все времена была для изобретателей, ученых и самоучек интересной задачей.

До механических устройств были всевозможные камешки, палочки, известные нам абаки, счеты, которые были у многих народов и счет на них до сих пор дает понимание арифметических действий с количеством.

К следующему этапу, «механическому» отнесем и созданную Паскалем машину «паскалину» и машину Леонардо да Винчи, считающие часы В. Шиккарда и многие другие устройства, вычисления в которых проводились за счет механического движения частей. Об этих устройствах вы можете прочитать на сайте Галереи компьютерной эволюции (http://itgallery.ru) в разделе Календарь.

Эра электронных вычислительных машин началась с методики Дж. фон Неймана описанной в 1945 году в рамках доклада «Первый проект» о вычислительной машине EDVAC. Именно от первых устройств, построенных на архитектуре фон Неймана, отсчитываются поколения ЭВМ. Основным элементом этих вычислительных машин были электронные лампы. Такими были:

— Марк I, разработанный в Манчестерском университете,

— EDSAC, Кембриджского университета,

— Z4 немецкого изобретателя К. Цузе,

— МЭСМ. Созданная в Киевском институте электротехники под руководством С.А. Лебедева,

— Компьютерная информатика в России, в СССР началась с работ И. С. Брука, разрабатывающего совместно с Б. И. Рамеевым и Ю. В. Рогачевым вычислительные машины серии М,

— ЭВМ «Стрела», первый серийный советский компьютер, создаваемый под руководством Ю. Я. Базилевского,

— БЭСМ-1 Институт точной механики и вычислительной техники, под руководством С. А. Лебедева,

— Урал 1,2, 3,4 под руководством Б. И. Рамиева,

— ЭВМ Сетунь, разрабатываемая в МГУ математиком Л. С. Соболевым совместно с инженером Н. П. Брусенцовым.

Событием, ознаменовавшим переход ко второму поколению компьютеров, было изобретение транзистора в 1947 году. Они стали заменой хрупким и энергоёмким лампам. Благодаря транзисторам и печатным платам было достигнуто значительное уменьшение размеров и объёмов потребляемой энергии, а также повышение надёжности.

Кроме того, вычислительные машины на базе транзисторов возможно было создавать промышленными методами.

К компьютеру стало возможно подключать различные периферийные устройства. Этот факт позволил использовать компьютеры в различных областях науки и промышленности.

ЭВМ 5Э92Б использовалась для задач противовоздушной обороны

Лучшая советская ЭВМ БЭСМ-6 в 1975 г. обрабатывала траектории полета космических аппаратов, участвовала в проекте «Союз-Аполлон». К 1964 году в каждом регионе СССР выпускали свои компьютеры: в Ленинграде — УМ-1; Белоруссия — «Минск», «Весна», «Снег»; Армения — «Наири»; в Украине — «Днепр», «МИР». Эти компьютеры разрабатывались под руководством В. М. Глушкова

Третье поколение компьютеров решило проблему качества массового производства компьютеров. Интегральные схемы появились к 60-м годам XX века, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.

В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств — магнитные диски.

Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.

Четвертое поколение компьютеров связано с появлением микропроцессоров. В 1971 году, когда появление больших интегральных схем позволили создать универсальный процессор на одном кристалле.

Среди прорывных технологий этого поколения — возможность соединять мощности разных вычислительных машин в один вычислительный узел.

Развитие ЭВМ четвертого поколения пошло по двум разным путям:

— Дальнейшее развитие на базе БИС микро-ЭВМ и персональных компьютеров.

Термин «суперкомпьютер» еще не обрел четких очертаний и в общем случае это обозначение огромной вычислительной мощности, не сравнимой с компьютерами, доступными большинству пользователей. В настоящее время — это компьютеры, позволяющие решать задачи обработки больших данных, например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний.

Дважды в год в июне и в ноябре выходит рейтинг ТОП500 в котором публикуется актуальный перечень 500 самых мощных общественно известных вычислительных систем мира. Сравнение проводится на основании системы тестов, результат которых быстродействие. Измеряемое в количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду (FLOPS). Рубеж в 1 квадриллион флопс (1Петафлопс) был перейден в 2008 году суперкомпьютером IBM Roadrunner.

В эволюции персональных компьютеров важной характеристикой является эволюция процессоров. В основании этой лестницы Intel-4004 первый коммерческий 4-х битный процессор, реализованный на одной микросхеме и представленный в ноябре 1971 года. Его тактовая частота составляла 740 кГц.

Сегодня, ориентируясь на свои задачи, пользователь может приобрести, например, игровой компьютер с 8-ядерным 64-хбитным процессором, с тактовой частотой в 1600МГц.

Начало XXI века стало поистине эрой мобильных устройств. Данные различных исследований утверждают, что число пользователей мобильных устройств неуклонно растет от года к году, большинство пользователей предпочитают гаджеты десктопам. Больше чем две трети людей во всем мире сегодня имеют мобильный телефон, большинство из них являются владельцами смартфонов.

По последним данным, полученным от GlobalWebIndex, среднестатистический интернет-юзер сегодня проводит около 6 часов в день, пользуясь устройствами и сервисами, работа которых зависит от подключения к интернету. Это, грубо говоря, треть всего времени бодрствования.

Если умножить это время на 4 миллиарда всех интернет-пользователей, то получится ошеломляющая цифра — в 2018 году мы суммарно проведем онлайн 1 миллиард лет.

Робототехника и роботизированные комплексы одна из приоритетных технологий XXI века. Если в 80-х годах XX века промышленные роботы только начинали появляться на производстве, то сегодня только на обзор этой темы мы потратим несколько часов. Это компьютеризированные игрушки, производящие фурор на международных выставках, это медицинская техника, это потоковые линии, сложное, опасное производство, и, конечно, военная техника.

На мировом рынке работает около 400 компаний, занимающихся производством робототехники.

— «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики» в Санкт-Петербурге;

— ЗАО «Центр высоких технологий в машиностроении при МГТУ им. Н. Э. Баумана»;

— ОАО «НИКИМТ-Атомстрой» — головная материаловедческая организация «Росатома», в Москве;

— НИИ системных исследований РАН Москва;

— НПО «Андроидная техника» в Москве;

— ФГУП ЦНИИмаш г. Королев, учредитель «Роскосмос»;

— ОАО «ЦНИИТОЧМАШ» Госкорпорации Ростех, Московская область, Климовск;

— СПКБ ПА г. Ковров;

— «Научно-Исследовательский Технологический Институт (НИТИ) Прогресс» в Ижевске;

— Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского АН;

— НИИ стали Москва;

— Компания СМП Роботикс, Зеленоград.

Современные компьютеры — это компьютеры четвертого поколения. Определить границу между этим поколением и следующим можно будет лишь после того, как со временем будет признана революционной, прорывной новая технология, которая сегодня только зарождается. Возможно, это будут квантовые компьютеры, идея которых была высказана в 80-х годах XX века Ю. Майниным и Р. Фейнманом, или биологические компьютеры, в которых роль битов возьмут на себя молекулы ДНК. Возможно, изменению подвергнется неймановская архитектура, реализующаяся вот уже три четверти века.

Человечество на этом пути ждут трудности, провалы и, конечно, новые открытия.

Время, причины и результаты информационных революций

Условные границы деления вычислительных машин на поколения

I поколение ЭВМ (1946 – 1958)

ЭВМ первого поколения появились в 1946 году. Они были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

Компьютеры данного поколения сумели зарекомендовать себя в прогнозировании погоды, энергетических задач, задач военного характера и других сложнейших операциях, но они были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими.

ENIAC

15 февраля 1946 года в Филадельфии в университете штата Пенсильвания (США) была официально введена в эксплуатацию электронная цифровая вычислительная машина ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator – электронный численный интегратор и вычислитель), на электронных лампах, построенная американскими электроинженерами Дж.П. Эккертом и Дж. Мокли и использовавшая в качестве переключающих элементов 18 тысяч электронных ламп и 1500 реле. Машина с памятью на 20 слов, способная за полсекунды перемножать одно на другое 5000 пятизначных чисел, занимала площадь около 200 квадратных м и весила 50 т. ENIAC предназначался для проведения артиллерийских расчетов, однако пока его строили, война закончилась, задачи такого рода отпали, так что первой работой стали расчеты по верхсекретному Манхэттенскому проекту (программе разработок ядерного оружия). Впоследствии ЭВМ перевезли на один из военных полигонов, где она функционировала до 1955 года.

МЭСМ (Малая электронная счётная машина)

В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев предложил проект первой на континенте Европы ЭВМ- Малой электронной счетно-решающей машины (МЭСМ). 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. Она имеет около 6000 электровакуумных ламп (около 3500 триодов и 2500 диодов), занимает площадь 60 м2, потребляет мощность около 25 кВт.

II поколение ЭВМ (1958 – 1964)

В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить

40 электронных ламп и работает с большей скоростью.

Эти дискретные транзисторные логические элементы со временем вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6”, “Минск-2″,”Урал-14”) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языко в на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

III поколение ЭВМ (1964 – 1972)

Машины третьего поколения – это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых, основанных на интегральных схемах.

В 1960 г. появились первые интегральные схемы (микросхемы), которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. Интегральная схема – это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. Одна такая схема способна заменить десятки тысяч транзисторов, один кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. А компьютер с использованием интегральных схем достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы, обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360) на микросхемах, ставших первыми компьютерами третьего поколения.

Впоследствии были выпущены и другие машины на интегральных – семейство IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

IV поколение ЭВМ (c 1972г. по настоящее время)

Четвёртое поколение – это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, “Эльбрус”, “Макинтош”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 – 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) – ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые ПК.

В 1981 году она выпустила свой первый микрокомпьютер IBM PC с открытой архитектурой, основанный на 16-разрядном микропроцессоре 8088 фирмы Intel. Этот компьютер был оборудован монохромным текстовым дисплеем, двумя дисководами для 5-дюймовых дискет на 160 Кбайт, оперативной памятью 64 Кбайта. По поручению IBM фирма Microsoft разработала для IBM PC собственную операционную систему.

Персональный компьютер

Персональный компьютер – компьютер, специально созданный для работы в однопользовательском режиме. Появление персонального компьютера прямо связано с рождением микрокомпьютера. Очень часто термины “персональный компьютер” и “микрокомпьютер” используются как синонимы.

ПК использует микропроцессор (интегральная схема) в качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Эти компьютеры относят к вычислительным машинам четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят и карманные компьютеры – палмтопы. Основными признаками ПК являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей.

V поколение ЭВМ и суперкомпьютеры

Сейчас ведутся интенсивные разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие “интеллектуализации” компьютеров – устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут 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 позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальными знаниями в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.

Суперкомпьютеры

Однако мощности будут продолжать расти. Это необходимо для решения глобальных задач, таких как расчет аэродинамики автомобилей и свойств разнообразных наноструктур, ЗD-моделирование. ЭВМ, имеющие максимальную производительность, называются суперкомпьютерами. Сверхмощные компьютеры также относят к 5 поколения компьютеров.

На сегодняшний день производительность нового самого мощного суперкомпьютера в мире IBM Roadrunner составила 1,026 петафлопс (FLOPS (акроним от англ. Floating point Operations Per Second) – величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система). Ранее самым мощным считался суперкомпьютер IBM BlueGene/L с производительностью 0,478 петафлопс.

На Roadrunner в Лос-Аламосской национальной лаборатории американские военные будут решать задачи, связанные с ядерным оружием. В частности, моделировать первые секунды ядерного взрыва.

До момента передачи суперкомпьютера в руки военных ученые воспользуются возможностями IBM Roadrunner для моделирования климатических изменений.

История развития вычислительной техники

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 404.

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 404.

Электронно-вычислительные машины прочно вошли во все сферы жизнедеятельности современного общества. К своему высокотехнологичному состоянию средства вычислительной техники шли путем долгой эволюции. Кратко об истории развития вычислительной техники можно прочесть в данной статье.

История развития вычислительной техники

Информатика как наука, включает в себя много направлений, в том числе и раздел, связанный с изучением вычислительной техники. История развития вычислительной техники насчитывает тысячи лет, с момента возникновения первых счетных палочек до современных высокотехнологичных компьютерных средств.

Первые приспособления для счета

Первыми устройствами для выполнения простых арифметических операций, известными исторической науке, были счеты. Так, среди культурных артефактов древнего мира – Египта, Вавилона, Греции, Рима, Китая можно найти специальный предмет, предназначенный для счета – абак. Абак представляет собой доску, на которой в специальных углублениях расположены небольшие камни. Современные варианты счетов, в виде бусин, нанизанных на проволоку, используются, и посей день для выполнения операций сложения и вычитания.

Для более сложных операций, таких как умножение, деление, возведение в степень, вычисление корней и логарифмов, были придуманы различные приспособления. Это логарифмические линейки и таблицы. Логарифмическая линейка была изобретена в 1622 году англичанином Уильямом Отредом, а первая таблица появилась в 1614 году и содержала значения тригонометрических функций.

Механические устройства для вычислений

Как техническое средство вычислительная техника берет начало от арифмометров – механических вычислительных устройств, выполняющих поразрядные операции умножения, деления, сложения и вычитания. Известны «Считающие часы», созданные немецким ученым Вильгельмом Шиккардом (1623 г.), «Паскалина» – изобретение французского механика Блеза Паскаля (1642 г.), «Ступенчатый вычислитель» Готфрида Вильгельма Лейбница (1673 г).

Рис. 2. Арифмометр.

Итогом механического периода вычислительных приборов стала разработка английского ученого Чарльза Беббиджа, ставшая прообразом современного компьютера. Задумка аналитической машины, представляла собой проект вычислительного устройства общего назначения, в котором в качестве носителя информации использовались перфокарты. Эта машина, хоть и не была построена при жизни ученого, послужила примером для создания современных компьютеров.

Следующей вехой в развитии вычислительных комплексов явилось использование электромеханических устройств. Первым представителем семейства электромеханических машин стал табулятор Холлерита, разработанный в 1887 г, позволявший автоматизировать и ускорить обработку статистической информации.

Программируемые вычислители

Результатом эволюции вычислительных устройств явилось создание электронной вычислительной машины в том виде, в котором мы привыкли ее сейчас видеть. Однако и ЭВМ прошли несколько этапов развития, связанных в первую очередь, с развитием электронной элементной базы:

К первому поколению вычислительных устройств , базирующемуся на лампах можно отнести ENIAC ( США, 1946 г.), ЭВМ БСЭМ-2 (СССР, 1949 г.). Эти машины позволяли производить до 20 тысяч операций в секунду и в качестве устройства ввода использовали перфокарты. Огромные габариты и энергопотребление таких устройств обусловлено особенностями используемой элементной базы.

Следующий этап развития ЭВМ связан с изобретением полупроводникового транзистора — компактного и экономичного аналога электронной лампы. Быстродействие подобных устройств увеличилось уже до сотен тысяч операций в секунду, а их габариты и энергопотребление значительно снизилось. Что привело к более широкому распространению ЭВМ и упрощению взаимодействия с пользователем. Одним из представителей семейства полупроводниковых машин является ЭВМ БСЭМ-6 (СССР, 1959 г.)

Объединение транзисторных схем в отдельные интегральные микросхемы (ИМС) дало толчок третьему поколению компьютеров. Для этого этапа характерно дальнейшее увеличение производительности и снижение стоимости производства и эксплуатации. А также появление различных периферийных устройств, таких как накопители на магнитных дисках, дисплеи, графопостроители. Среди машин третьего поколения можно выделить IBM-360 (США) и ЕС ЭВМ (СССР).

В настоящее время все компьютеры относятся к четвертому поколению и основаны на использовании микропроцессоров — сверхбольших интегральных схем. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.

Первые компьютеры — это профессия. До того как были созданы компьютерные устройства, компьютерами называли людей, занимавшихся выполнением сложных вычислений на арифмометрах. Как правило, этой профессией овладевали женщины, многие из которых затем с успехом работали программистами.

Что мы узнали?

История развития вычислительной техники берет свое начало в древности. Первыми приспособлениями для вычислений были счеты, логарифмические линейки, арифмометры. Прообразом современного компьютера была аналитическая машина Чарльза Бэббиджа. Развитие компьютерной техники проходило параллельно совершенствованию ее элементной базы: от вакуумных ламп до интегральных микросхем.

Вычислительная техника — история развития, этапы и таблица поколений

Когда люди открыли понятие «количество», они сразу начали искать способы упрощения и оптимизации процесса вычислений. Сначала это были простейшие приспособления, например, счетные палочки. Постепенно эти устройства усложнялись. Так появились финикийские глиняные фигурки. Сегодня для вычислений используются мощные компьютеры. Таблица истории развития вычислительной техники наглядно продемонстрирует тернистый путь эволюции счетных приспособлений.

Основные этапы

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

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

Простейшие устройства

Сначала люди использовали для счета 10 пальцев на своих руках, а результаты вычислений фиксировались на камне, дереве и т. д. Когда появилась письменность, человек разработал различные способы записи цифр и системы счисления:

• в Индии использовалась десятичная;
• вавилоняне применяли шестидесятеричную систему.

На рубеже IV столетии до н. э. появился абак. Это приспособление представляло собой глиняную дощечку, на которую заостренным предметом наносились полоски. Вычисления осуществлялись посредством размещения на этих полосах различных предметов небольшого размера.

Первые счеты были изобретены в Китае — суанпан. Это приспособление представляло собой деревянную раму, на которой были натянуты нити в количестве 10 или больше. Еще одна веревочка располагалась перпендикулярно остальным и делила приспособление на 2 неравные части. В отделении большего размера (земля) на каждую ниточку нанизывалось по 5 косточек. Меньшее отделение называлось «небо», а каждая веревочка, расположенная в нем, содержала по 2 косточки.

В XVII веке математик Непер из Шотландии открыл логарифмы, основываясь на работе шотландского ученого, Гантер (Англия) смог создать логарифмическую линейку. Это устройство используется и сегодня, хотя его первоначальная конструкция претерпела серьезные изменения.

Изобретение Гантера позволяла выполнять следующие операции:

• находить логарифмы;
• операции деления и умножения;
• находить тригонометрические функции;
• возводить в степень.

Это устройство стало последним приспособлением домеханической эры развития вычислительной техники.

Механические машины

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

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

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

Компьютерная техника

Первый аналог компьютера был создан еще в 1887 году американцем Голлеритом. Он разработал табулятор, который представлял собой электромеханическую вычислительную машину. В конструкции устройства присутствовали реле, счетчики и специальный сортировочный ящик. Машина могла сортировать статистические данные, записанные на перфокартах. Компания, созданная Голлеритом, затем превратилась в известную корпорацию IBM.

Также стоит отметить основные изобретения и теории, давшие в будущем толчок к развитию компьютерной техники:

• 1930 — дифференциальный анализатор (Ванновар Буш из США);
• 1936 — создана концепция вычислительной машины (Алан Тьюринг из Англии);
• 1937 — разработана электромеханическая машина для двоичного сложения (Джордж Стибиц из США);
• 1938 год — сформулированы принципы работы логического устройства вычислительной машины (Клод Шеннон из США).

Начало эры

Во многом активное развитие ЭВМ связано со Второй мировой войной. Правительства некоторых стран-участниц этого конфликта стремились получить стратегическое преимущество перед противником и начали финансировать работы по разработке вычислительных машин. Пионером компьютеростроения стал инженер из Германии Цузе. Им была сконструирована машина Z3, которая могла оперировать числами с плавающей запятой, работая при этом в двоичной системе. В качестве носителя информации в ней использовалась перфолента.

Однако первым функционирующим компьютером следует считать новую машину немецкого инженера — Z4. Он же разработал и первый язык программирования под названием Планкалкюль. В 1942 году 2 американских исследователя (Джон Атанасов и Клиффорд Берри) создали машину, работающую на вакуумных трубках. Она использовала двоичный код и выполняла ряд логических операций.

При поддержке правительства Англии в 1943 году была построена первая ЭВМ — Колосс. Работы над этим устройством велись в условиях максимальной секретности.

В состав машины входило около 2000 электронных ламп. Колосс использовался для взлома немецких кодов, создаваемых с помощью шифровального устройства Энигма. После завершения войны ЭВМ была уничтожена в соответствии с личным приказом Черчилля.

Работа над архитектурой

Прообраз архитектуры современного ПК был создан в 1945 году американским ученым фон Нейманом. Он первым предложил записывать программу в форме кода непосредственно в память вычислительного устройства. В те времена в США активно работали над созданием первого компьютера, способного решать различные задачи — ENIAC. Эта машина весила порядка 30 тонн, а для ее размещения требовалось около 170 м² площади.

В состав конструкции машины входило 18000 ламп. В течение 1 секунды она выполняла 5000 операций сложения либо 300 умножения. На европейском континенте первый универсальный компьютер был создан в СССР. Команда под руководством Сергея Лебедева в 1950 году сконструировала МЭСМ (малая электронная счетная машина). Для ее работы требовалось порядка 6000 ламп, а быстродействие компьютера составляло 50 операций в секунду. Эта же группа ученых через 2 года создала большую электронную счетную машину. Ее быстродействие составляло 10000 операций в секунду.

Создание полупроводниковых приборов

Главным недостатком электронных ламп был невысокий срок службы. Так как эти устройства быстро выходили из строя, обслуживание вычислительной машины существенно усложнялось. Проблема была решена в 1947 году, когда был изобретен транзистор. Полупроводниковые устройства выполняли аналогичные функции, что и лампы, но при этом имели ряд преимуществ:

• занимали мало места;
• низкое энергопотребление;
• более продолжительный срок службы.

Именно появление полупроводниковых приборов позволило компьютерам приобрести вид, напоминающий современные ПК. Благодаря работе американских инженеров Кибли и Нойса мир узнал о микросхемах. Основу этих устройств составлял германиевый либо кремниевый кристалл, на котором монтировались миниатюрные полупроводниковые приборы. Их количество достигало десятки и даже сотни тысяч.

Появление микросхем дало новый толчок к развитию ЭВМ. В 1964 году корпорация IBM представила первую машину семейства SYSTEM 360. В СССР первый компьютер на микросхемах был разработан в 1972 году, а назывался он ЕС. В его основе лежали разработки американской компании IBM. Одновременно с развитием компьютеров начинает активно совершенствоваться и программное обеспечение (софт). В 1964 году был разработан язык Бейсик, предназначенный для начинающих программистов. В 1969 году появился Паскаль, с помощью которого можно было решать различные прикладные задачи.

Персональные компьютеры

В начале 70-х годов стартовал выпуск четвертого поколения компьютеров. Это время для индустрии характеризуется началом использования в производстве вычислительной техники БИС (большая интегральная схема). Благодаря этому производительность ЭВМ достигла отметки в тысячи миллионов операций в секунду. Кроме этого, существенно снизилась и себестоимость производства ПК, что сделало их более доступными для обычного потребителя.

Одним из первых массовых компьютеров стала машина, созданная компанией Apple. Произошло это в 1976 году. В разработке ПК принимали участие Стив Возняк и Стив Джобс. Его стоимость составляла лишь 500 долларов. В 1977 году вышла вторая модель этого компьютера — Apple II. Роль этих личностей в развитии компьютерной техники сложно переоценить.

Быстрое распространение недорогих компьютеров привело к значительному падению прибыли компании IBM. Это факт вызвал беспокойство у ее руководства, и в 1979 году на рынке появился первый ПК от американского концерна. В нем был установлен процессор от Интел 8088, ОЗУ в объеме 64 Кбайт и дисковод для дискет. Специально для него компания Микрософт разработала новую операционную систему, в которой все было понятно даже новичку.

В дальнейшем наблюдалось стремительное развитие компьютерной техники. Новые процессоры начинают создаваться ежегодно и каждое новое поколение превосходит в производительности прошлое. Вся история развития ПК может быть представлена в таблице:

Сейчас компьютер можно найти практически в каждом доме, а жизнь современного человека сложно представить без ПК.

История развития вычислительной техники

Историю развития вычислительной техники условно делят на 5 поколений.

1-е поколение (1945-1954 гг.) — время становления машин с фон-неймановской архитектурой (Джон фон Нейман), основанной на записывании программы и ее данных в память вычислительной машины. В этот период формируется типовой набор структурных элементов, входящих в состав ЭВМ. Типичная ЭВМ должна состоять из следующих узлов: центральный процессор (ЦП), оперативная память (или оперативное запоминающее устройство — ОЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ). ЦП, в свою очередь, должен состоять из арифметико-логического устройства (АЛУ) и управляющего устройства (УУ). Машины этого поколения работали на ламповой элементной базе, из-за чего поглощали огромное количество энергии и были очень ненадежны. С их помощью, в основном, решались научные задачи. Программы для этих машин уже можно было составлять не на машинном языке, а на языке ассемблера.

2-е поколение (1955-1964 гг.). Смену поколений определило появление новой элементной базы: вместо громоздкой лампы в ЭВМ стали применяться миниатюрные транзисторы, линии задержки как элементы оперативной памяти сменила память на магнитных сердечниках. Это в конечном итоге привело к уменьшению габаритов, повышению надежности и производительности ЭВМ. В архитектуре ЭВМ появились индексные регистры и аппаратные средства для выполнения операций с плавающей точкой. Были разработаны команды для вызова подпрограмм. Появились языки высокого уровня — Algol, FORTRAN, COBOL, — создавшие предпосылки для появления переносимого программного обеспечения, не зависящего от типа ЭВМ. С появлением языков высокого уровня возникли компиляторы для них; библиотеки стандартных подпрограмм и другие хорошо знакомые нам сейчас вещи: Важное новшество — это появление процессоров ввода-вывода. Эти специализированные процессоры позволили освободить ЦП от управления вводом-выводом и осуществлять ввод-вывод с помощью специализированного устройства одновременно с процессом вычислений. Для эффективного управления ресурсами машины стали использоваться операционные системы (ОС).

3-е поколение (1965-1970 гг.). Смена поколений вновь была обусловлена обновлением элементной базы: вместо транзисторов в различных узлах ЭВМ стали использоваться интегральные микросхемы различной степени интеграции. Микросхемы позволили разместить десятки элементов на пластине размером в несколько сантимметров. Это, в свою очередь, не только повысило производительность ЭВМ, но и снизило их габариты и стоимость. Увеличение мощности ЭВМ сделало возможным одновременное выполнение нескольких программ на одной ЭВМ. Для этого нужно было научиться координировать между собой одновременно выполняемые действия, для чего были расширены функции операционной системы. Одновременно с активными разработками в области аппаратных и архитектурных решений растет удельный вес разработок в области технологий программирования. В это время активно разрабатываются теоретические основы методов программирования, компиляции, баз данных, операционных систем и т. д. Создаются пакеты прикладных программ для самых различных областей жизнедеятельности человека. Наблюдается тенденция к созданию семейств ЭВМ, то есть машины становятся совместимы снизу вверх на программно-аппаратном уровне. Примерами таких семейств была серия IBM System 360 и наш отечественный аналог — ЕС ЭВМ.

4-е поколение (1970-1984 гг.). Очередная смена элементной базы привела к смене поколений. В 70-е годы активно ведутся работы по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), которые позволили разместить на одном кристалле десятки тысяч элементов. Это повлекло дальнейшее существенное снижение размеров и стоимости ЭВМ. В начале 70-х годов фирмой Intel был выпущен микропроцессор (МП) i4004. И если до этого в мире вычислительной техники были только три направления (суперЭВМ, большие Э.ВМ (мэйнфреймы) и мини-ЭВМ), то теперь к ним прибавилось еще одно — микропроцессорное.

Процессором называется функциональный блок ЭВМ, предназначенный для логической и арифметической обработки информации на основе принципа микропрограммного управления. По аппаратной реализации процессоры можно разделить на микропроцессоры (полностью интегрирующие все функции процессора) и процессоры с малой и средней интеграцией. Конструктивно это выражается в том, что микропроцессоры реализуют все функции процессора на одном кристалле, а процессоры других типов реализуют их путем соединения большого количества микросхем.

5-е поколение можно назвать микропроцессорным. В 1976 году фирма Intel закончила разработку 16-разрядного микропроцессора i8086. Он имел достаточно большую разрядность регистров (16 бит) и системной шины адреса (20 бит), за счет чего мог адресовать до 1 Мбайт оперативной памяти. В 1982 году был создан i80286. Этот микропроцессор представлял собой улучшенный вариант i8086. Он поддерживал уже несколько режимов работы: реальный, когда формирование адреса производилось по правилам i8086, и защищенный, который аппаратно реализовывал многозадачность и управление виртуальной памятью, i80286 имел также большую разрядность шины адреса — 24 разряда против, 20 у i8086, и поэтому он мог адресовать до 16 Мбайт оперативной памяти. Первые компьютеры на базе этого микропроцессора появились в 1984 году. В 1985 году фирма Intel представила первый 32-разрядный микропроцессор i80386, аппаратно совместимый снизу вверх со всеми предыдущими микропроцессорами этой фирмы. Он был гораздо мощнее своих предшественников, имел 32-разрядную архитектуру и мог прямо адресовать до 4 Гбайт оперативной памяти. Микропроцессор i386 стал поддерживать новый режим работы — режим виртуального i8086, который обеспечил не только большую эффективность работу программ, разработанных для i8086, но и позволил осуществлять параллельную работу нескольких таких программ.

Компьютер – как все начиналось

Без компьютеров и похожей техники трудно представить современность. Нынешние устройства способны выполнять 1 млн операций в секунду и даже больше. Они активно используются компаниями и обычными пользователями.

Современность – это период стремительного развития IT. При помощи виртуальных машин и устройств люди:

• работают;
• отдыхают;
• развлекаются;
• знакомятся;
• совершают покупки;
• обращаются в государственные и муниципальные органы.

Но так было не всегда. Выпуск компьютеров первого поколения начался примерно в 20-веке. Тогда процесс приобрел массовость. До этого момента ЭВМ развивались по накатанной. И начало данного процесса лежит с момента становления человечества.

ЭВМ – это

Сначала требуется узнать, что подразумевается под понятием «вычислительная техника». Это – важнейший компонент процесса выполнения различных действий вычислительного характера. Комплекс технических средств, ключевые функциональные элементы которых выполнены на электронных составляющих. Он предназначается для автоматической обработки информации в процессе решения информационных задач и математических вычислений.

Компьютер – это устройство/система, выполняющее конкретную, четко поставленную задачу, изменяемую последовательность операций. Последняя имеет название программы.

Сегодня нет строгого деления на ЭВМ и компьютеры. Эти слова – аналоги.

Классификация

ЭВМ можно разделить на несколько категорий. Сегодня основными видами соответствующих устройств считают:

• компьютерные системы;
• девайсы для управления сетями;
• автоматизированные средства проектирования, создания моделей и прогнозов;
• автоматизированные системы управления и обработки информации;
• устройства разработки программного обеспечения.

Представления о компьютерах сейчас сформировались весьма четкие. Даже дети работают с подобными устройствами. Но раньше ПК и ноутбуки были редкостью. Их история развития началась задолго до изобретения электричества.

Основные этапы развития в истории

В истории развития вычислительной техники трудно выделить какую-то единую систему. Связано это с тем, что в каждой стране соответствующий процесс протекал по-разному. Но сложилось так, что историки выделяют несколько этапов становления современных компьютеров. А именно:

• ручной;
• механический;
• электромеханический;
• электронный.

Точного исторического классифицирования нет, но приведенный пример принято брать за основу. Границы каждого этапа весьма условны.

Первые счетные устройства

Современный компьютер – результат деятельности и развития человека. Но люди нуждались в выполнении различных математических задач еще до изобретения информационных технологий. С самого начала развития человечества население училось считать, подсчитывать, умножать и делить. Это помогало в торговле, а также планировании запасов и других сферах жизни.

Самый простой вариант расчетов – использование эквивалентных предметов. Таких, которые не требуют пересчета количества его компонентов. Для этого задействовали балансирные весы. Они помогали определять массу.

Принцип эквивалентности использовался в абаке – первых в мире счетах. Также люди использовали:

• четки;
• антикитерские механизмы (появились с развитием зубчатых колес).

У разных народов рассматриваемые элементарные первые устройства для выполнения математических действий назывались по-разному. У японцев – серобян, у китайцев – суанпан, на Руси – русский шет.

Палочки Непера

В процессе подсчетов требовалось не только сложение и вычитание, но и умножение. Выполнялись такие действия при помощи палочек Непера. Их изобрел шотландский математик – Джон Непер. Он же стал первым автором логарифмов. Информация о подобных «устройствах» возникла в 1617.

Неперский прибор непосредственно выполнял умножения. Деление тоже можно осуществить, но придется постараться. Данный вариант не получил широкого распространения.

Линейки, таблицы и монограммы

Сложные расчеты потребовались в xvii веке. Это время, когда необходимость сложных математических операций стала жизненно важна. Возникла потребность в работе с многозначными числами.

В период с 1614 по 1623 в свет вышли совершенно новые типы вычислителей:

• логарифмическая линейка;
• логарифмические таблицы;
• возникновение механических арифмометров;
• палочки Непера.

В 19 веке, взяв за основу логарифмы и логарифмические линейки появился их графический аналог – номограммы. Они использовались для проведения расчетом совершенно разных функций.

Логарифмические таблички

В 1614 мир узнал определение логарифмов и их значения. Непер решил заменить сложное умножение на простое сложение. Для этого он при помощи спецтаблиц сопоставил геометрические и арифметические прогрессии. Первая считалась исходной. Деление в этом случае автоматические заменяется на более простое и понятное человеку вычитание.

Логарифмические таблицы расширялись и уточнялись другими математиками. Задействованы в научных и инженерных решениях более трех веков. Не выходили из «моды» до изобретения компьютеров и современных калькуляторов.

Линейки

Стоит обратить внимание и на такой элемент, как логарифмическая линейка. Создается путем нанесения соответствующей шкалы. Это – один из механических вычислителей.

Приближенная к упомянутой конструкции теорию предложил астроном Эдмунд Гюнтер в начале 17 века. Он сказал, что можно на линейку нанести логарифмическую шкалу, а затем посредством двух циркулей складывать и вычитать их.

Но в 1622 Уильям Отред опубликовал усовершенствованную логарифмическую линейку в «Кругах пропорций». Она была:

• круговой – при первом выпуске;
• прямоугольной – после 1633.

Далее устройство делали более совершенным. Для этого создавали «движки», разметки по обе стороны, добавляли шкалы Уингейта, отмечали часто задействованные числа. В середине 19 века «девайс» оснастили бегунком.

Использовали такие линеечки несколько поколений инженеров и других мастеров. На их базе созданы следующие вычислители:

• артиллерийская линейка;
• линейка Дробышева;
• навигационная;
• кардиологическая;
• офицерская.

А еще появились навигационные расчетчики. Логарифмические линейки в будущем заменили карманные, привычные современному человеку калькуляторы.

Номограммы

С развитием рассматриваемых машин в мире появлялись разные приспособления для проведения тех или иных подсчетов. Пример – номограммы. Это – простейшие вычислители. Для них требуется:

• шкала;
• линейка (координатная сетка тоже годится);
• циркуль.

Дополнительные вспомогательные элементы обычно не задействованы. Результаты просматриваются визуально, после чего фиксируются на бумаге. Для умножения и деления наносится логарифмическая шкала рядом с обычной, после – используется циркуль. Так получают вычислитель.

Теория номографических построений разработана французский математиком Лаланном в 1843. Она опирается на теории Оканя, который впервые внедрил понятие «номограмма». В России с соответствующей темой впервые работал Герсеванов, после – Глаголев. Он создал первую советскую номографическую школу.

Арифмометры

Плоды человеческих трудов должны быть зафиксированы в истории. Так, развивая механику и прочие науки, люди научились создавать вычислительные устройства различной сложности. В 1623 Вильгельм Шиккард разработал первый арифмометр – «Считающие часы». Он умел выполнял всего 4 математических действия. Работало приспособление за счет звездочек и шестеренок.

Далее появились машины Паскаля и Лейбница. Последний раскрыл человечеству, что такое двоичная система счисления. На ней основаны современные компьютеры. Но до 1940-х многие разработки (включая те, что делал французский учены Чарльз Бэббидж) основывались на сложной в реализации десятичной системе.

В 1820 появилась новая вещь для вычислений. Она получила название арифмометра Томаса. Умела:

• вычитать;
• делить;
• умножать;
• складывать.

В 1945 Штаффель воссоздал счетную машину, которая дополнительно вычисляла квадратные корни. Арифмометры, которые начали считать десятичные числа, применялись на практике до 1970.

Перфокарты

Известные миру ученые старались изобретать различные приспособления для облегчения подсчетов в той или иной степени. Соответствующая задача оказалась не слишком простой в реализации. Она часто требовала огромного количества времени и ресурсов.

С развитием уровня технологий начали возникать совершенно новые счетные приспособления. В 1804 Мари Жаккар создал ткацкий станок, узор на котором определяли при помощи перфокарт. Их замена не требовала корректировок в механике станка. Это стало основой прогресса в формировании программирования.

В 1832 Семен Корсаков задействовал перфокарты в интеллектуальных машинах. Они применялись для информационного поиска. Эти машины стали прообразами нынешних баз данных и экспертных систем.

В 1838 Бэрридж начал разработку аналитической машины. В 1890 Бюро Переписи Америки стало использовать механизмы сортировки (табуляторы) и перфокарты Холлерита для обработки данных переписи, задействованной для мандатов. В итоге компания Холлерита стала основой известной IBM.

Компьютерные решения, известные по сей день, долгое время основывались на перфокартах. Эти приспособления применялись примерно до 1970 с завидной регулярностью.

Программируемые устройства

Проделанных в развитии технологий прогресс за все время колоссален. В 1835 появилась первая аналитическая машина (Бэббиджа). Она стала программируемой.

Разностную машину 2-ой реконструкции можно увидеть в Лондонском музее науки. Она работает по принципам Бэббиджа. По стопам этого ученого шел Перси Лудгет из Дублина. Он смог представить механический компьютер. Устройство представлено миру в 1909.

В 1900 многих привычных ЭВМ не стало – их усовершенствовали. В именно – заменили проекты на включающие в себя электрические двигатели. В них менялась на то или иное положение позиция шестеренки.

Настольные арифмометры «электрического» типа умели:

• умножать;
• вычитать;
• складывать;
• делить.

В 1948 выпускавшееся ранее вычислительная продукция снова была усовершенствована. Речь идет о Curta – небольшим арифмометром карманного типа. Умещался в одной реке. У этого «инструмента» несколько версий, выходивших в свет до 1960-х.

Калькуляторы

Электронный настольный калькулятор был изобретен в 1961 году в Британии. Использовал:

• 117 мини-тиратронов;
• дисплей на газоразрядных цифровых индикаторах.

В 1963 Friden выпустил EC-130, который выполнял 4 операции. У него были следующие параметры:

• 5-дюймовая электронно-лучевая трубка;
• разрешение – 13-цифровое;
• стоимость – 2 200 долларов.

В 132 модели добавили функции обратного типа и вычисления квадратного корня. В 1965 появился LOCI-2. Это – настольный калькулятор на транзисторах с 10 цифрами. Умел производить вычисления логарифмов.

В СССР до войны спросом пользовался арифмометр «Феликс». Применялся до изобретения ЭВМ.

Цифровые компьютеры

В 1936 Конрад Цузе внес свой вклад в развитие рассматриваемой темы. Он весьма значителен. Ученый из Германии создал линию цифровых компьютеров серии Z. Они имели собственную ограниченную память и возможности программирования.

В 1939 возникло второе поколение соответствующего девайса. Изображения машины в ходе Второй Мировой Войны были уничтожены. Работали Z2 на реле.

В 1941 появилось третье Z-поколение. Это – первый работающий компьютер, управляемый программным обеспечением. В такой форме «девайс» является прародителем современных ПК.

Во времена Второй Мировой Войны в Великобритании изобрели дешифратор «Энигмы». Получил название «Колосс». Предусматривал использование элементной базы из ламп и перфолент. На этом английский вклад закончился.

Также в свет вышел ENIAC, родом из Америки. Это – первый компьютер общего назначения. Производительность и скорость вычислений была относительно долгая, но быстрее, чем раньше. Разработка велась с 1943 по 1945.

Компьютерное поколение

После Второй Мировой Войны началась главная «ступень» развития IT. Наступило мирное время, когда люди смогли изучить интегральные схемы, а также производить различные механизмы без спешки. В этот период в свет вышли несколько компьютерных поколений.

Первая ступень

История развития вычислительной техники современного типа началась с ламповых компьютеров. Основаны они на архитектуре фон Неймана. Малая экспериментальная машина создана в Манчестерском университете в 1948.

В «мирном режиме» ученые произвели:

• Марк 1;
• EDSAC;
• EDVAC.

Это – «Евы» современной архитектуры ПК. В Европе к первому поколению относят Z4, в СССР – МЭСМ.

Серийный выпуск компьютеров в Советском Союзе начался с 1953 – с ЭВМ «Стрела». В 1954 IBM представила IBM 360, которая быстро набрала популярность. Этот «модельный ряд» выпускался в 2 000 экземплярах.

В 1955 появилось понятие микропрограммирования. В 1956 IBM продает устройство для хранения – магнитные ленты, основанные на дисках – RAMAC. Устройство могло хранить до 5 МБ данных.

Второе поколение

Началось с изобретения транзистора. IBM представили IBM 650 на лампах. Но размер устройства достигал письменного стола. Доступны такие устройства были только для работы крупных организаций из-за своей стоимости.

Далее популярностью пользовались следующие «девайсы»:

• IBM 7090;
• IBM 1401 – задействовала перфокарточный ввод;
• IBM 1620 – на перфолентах, позже – на перфокартах;
• PDP-1 от DEC в 1960;
• B5000 от Burroughs Corporation со стековой архитектурой и дескрипторами;
• Atlas – с виртуальной памятью на основе подкачке страниц и конвейерным выполнением инструкций.

В этот же период началось развитие языков программирования высокого уровня. Они помогали прямо задавать цели ПО и применяются по сей день.

Третье поколение

Начало – в 1960. Это – период бурного роста ПК. Началось все с изобретения интегральной схемы. В 1964 мир увидел мейнфрейм IBM/360. Аналогом в СССР послужили устройства типа ЕС ЭВМ.

Вместе с третьим поколением выпускалось второе. Это происходило до 1970.

Четвертое поколение

Информация уже передавалась через шину данных с достойной тактовой частотой. В 1970-е появилось 4 поколение компьютерных устройств. Началось все с создания центрального процессора на одном кристалле. Так появились микропроцессоры от Intel.

Стив Возняк, работающий в Apple, придумал первый домашний ПК. Он получил массовое производство.

Пятое поколение

Датируется 1992 годом. Можно назвать это «современным движением». Техника для вычисления была основана на сверхсложных микропроцессорах, включающих в себя параллельно-векторную структуру. Она подходит для выполнения огромного количества команд одновременно. Технику такого типа, предназначенную для широкого применения, задействуют для быстрой и точной обработки данных, создания эффективно функционирующих сетей.

Шестое поколение

Сейчас все еще актуально развитие вычислительных техник. Но теперь набора элементарных математических функций для удовлетворения потребностей населения мало.

Шестое поколение ЭВМ началось примерно с 2013. Представлены оптоэлектронными и электронными устройствами. Включают в себя тысячи микропроцессоров. Они обладают массовым параллелизмом, а также моделирующей архитектурой нейронных биологических систем.

Этапы становления истории ЭВМ, состоящей как из больших шагов, так и мелких открытий, позволили подойти к внедрению искусственного интеллекта. Сейчас можно сделать вывод о том, что IT-сфера стремительно развивается. Она начинает использовать биоданные и совершенные технологии программирования, чтобы облегчать жизнь компаниям и рядовым гражданам.

История развития вычислительной техники в наши времена привела к созданию практически совершенных цифровых машин. И пока неизвестно, что будет дальше. Но разработчики стараются производить «девайсы», которые требовали бы минимального вмешательства человека в процесс работы.

P. S. Интересуют компьютеры и сфера информационных технологий? Обратите внимание на профессиональные курсы Otus!

Учитель информатики

Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.

История развития вычислительной техники

§ 6. История развития вычислительной техники.

Информатика. 10 класса. Босова Л.Л. Оглавление

6.1. Этапы информационных преобразований в обществе

Веками люди совершенствовали способы и методы передачи, накопления, обработки и хранения информации. При этом средства обработки информации, как и сама информация, видоизменялись и расширяли свои возможности настолько, что это приводило к переменам в общественных отношениях. Появился термин «информационная революция», которым принято обозначать кардинальные изменения инструментальной основы, способа передачи и хранения информации, а также объёма информации, доступной активной части населения.

Информационная революция — кардинальное изменение инструментальной основы, способов передачи и хранения информации, а также объёма информации, доступной активной части населения.

Принято выделять пять информационных революций, определяющих, по сути, пять этапов информационных преобразований в обществе (табл. 2.1).

Содержание первой информационной революции составляет распространение и внедрение в деятельность и сознание человека языка. Вторая информационная революция была связана с изобретением письменности. Сущность третьей информационной революции состоит в изобретении книгопечатания, сделавшего любую информацию, и особенно научные знания, продукцией массового потребления. Четвёртая информационная революция состояла в применении электрической аппаратуры для скоростного и массового распространения всех видов информации и знаний.

Таблица 2.1

Этапы информационных преобразований в обществе

Пятая, последняя, информационная революция связана с созданием сверхскоростных вычислительных устройств — компьютеров. С появлением и массовым распространением компьютеров человек впервые за всю историю развития цивилизации получил мощное средство для эффективного использования информационных ресурсов, для усиления своей интеллектуальной деятельности.

Возможность использования членами общества полной, своевременной и достоверной информации в значительной мере зависит от степени развития и освоения новых информационных технологий, основой которых является вычислительная техника.

6.2. История развития устройств для вычислений

В развитии устройств для вычислений можно выделить несколько этапов:

• «домеханический» этап — изобретение счётов, таблиц Непера и логарифмической линейки;
• «механический» этап, начало которого связывается с первыми попытками создания механической счётной машины, предпринятыми Леонардо да Винчи (1452-1519). К этому же этапу относится создание многочисленных вариантов счётных машин и арифмометров, а также проект аналитической машины Чарльза Беббиджа, которая должна была выполнять вычисления без участия человека;
• создание электрорелейных вычислительных машин (вычислительные машины Говарда Эйкена, Джона Атанасова, Конрада Цузе и др.);

• создание электронных вычислительных машин (ЭВМ):

— создание ЭВМ фон-неймановской архитектуры;
— отход от традиционной фон-неймановской архитектуры, использование процессоров, работающих параллельно.

Понятие «вычислительная техника» сегодня тесно связывается с компьютерами, которые до 80-х годов прошлого века у нас в стране называли электронными вычислительными машинами. В этом смысле в развитии вычислительной техники также можно выделить несколько этапов, связанных с возникновением разных поколений ЭВМ:

• 40-е — начало 50-х гг. XX в. (создание ЭВМ на электронных лампах);
• середина 50-х — 60-е гг. XX в. (разработка ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах);
• середина 60-х гг. XX в. — середина 70-х гг. XX в. (появление ЭВМ на интегральных микросхемах);
• середина 70-х гг. XX в. — наши дни (использование больших и сверхбольших интегральных схем).

Рассмотрим особенности и характеристики каждого из приведённых этапов более подробно.

6.3. Поколения ЭВМ

Первое поколение ЭВМ — ламповые машины 50-х годов. Скорость счёта самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тысяч операций в секунду. Для ввода программ и данных использовались перфоленты и перфокарты. Поскольку внутренняя память этих машин была невелика (могла вместить в себя несколько тысяч чисел и команд программы), они, главным обра-зом, использовались для инженерных и научных расчётов, не связанных с переработкой больших объёмов данных. Это были довольно громоздкие сооружения, содержавшие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт. Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд, поэтому программирование в те времена было доступно немногим.

Первая ЭВМ ЭНИАК (ENIAC) была создана в конце 1945 г. в США; она весила 30 т и размещалась на 170 м 2 . В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ — Малая Электронная Счётная Машина (рис. 2.1).

Рис. 2.1. ЭВМ первого поколения МЭСМ

К концу 40-х гг. XX в., когда вошли в строй первые большие электронные компьютеры, специалисты начали искать замену громоздким и хрупким, часто выходившим из строя лампам, на которых они были построены. В 1948 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надёжнее, менее энергоёмкими (рис. 2.2). Быстродействие большинства машин достигло нескольких сотен тысяч операций в секунду. Объём внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Это способствовало созданию на ЭВМ информационно-справочных, поисковых систем, нуждающихся в длительном хранении больших объёмов информации.

Во времена второго поколения ЭВМ активно начали развиваться языки программирования высокого уровня, одним из первых среди которых был Фортран (Fortran — сокращение от англ. FORmula TRANslation — трансляция формулы).

Рис. 2.2. ЭВМ второго поколения БЭСМ-6

Ключевыми фигурами среди физиков, занимавшихся изучением полупроводников, стали американские учёные Джон Бардин (1908 — 1991), Уолтер Браттейн (1902 — 1987), Уильям Брэдфорд Шокли (1910 — 1989). В 1948 году в газете «Нью-Йорк тайме» была напечатана короткая заметка, в которой сообщалось об изобретении ими нового устройства — транзистора. Эта информация прошла практически незамеченной, мало кто смог в то время оценить её по достоинству. Позже транзистор был признан одним из важнейших изобретений века, а его изобретатели получили Нобелевскую премию по физике.

Благодаря транзистору — германиевому кристаллу величиной с булавочную головку, заключённому в металлический цилиндр длиной около сантиметра, — электроника ступила на путь миниатюризации: один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп.

Хотя транзистор был выдающимся научным изобретением, он не сразу получил широкое практическое применение в вычислительной технике. Германий, из которого изготавливали первые транзисторы, — довольно редкий химический элемент, поэтому стоимость транзисторов была очень высокой. Резко снизить стоимость транзисторов удалось только в середине 50-х гг. XX в.: в 1954 году был изготовлен первый транзистор из кремния — основного компонента обычного песка, — одного из самых распространённых на Земле химических элементов.

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе — сложные электронные схемы монтировались на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см 2 . Их назвали интегральными схемами (ИС). Первые ИС содержали в себе десятки, затем — сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилась к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами — БИС, а затем появились сверхбольшие интегральные схемы — СБИС. ЭВМ третьего поколения начали производить во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ). Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств — магнитные диски. В ЭВМ третьего поколения широко использовались новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Рабочее помещение с установленной ЕС-1060

В этот период были созданы операционные системы (ОС), позволявшие управлять большим количеством внешних устройств и выполнять на одной машине несколько программ одновременно. Широкое распространение получили ранее созданные языки программирования. Начали появляться пакеты прикладных программ для решения задач в конкретных областях. Это существенно расширило области применения ЭВМ.

Первая интегральная схема, представлявшая собой кристалл, в котором была размещена целая схема из нескольких транзисторов, была разработана в 1958 г. американским физиком Джеком Килби, удостоенным за это изобретение Нобелевской премии.

Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора.

Микропроцессор — это СБИС, способная выполнять функции основного блока компьютера — процессора. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера — микроЭВМ. Микро-ЭВМ относятся к машинам четвёртого поколения. Существенным отличием микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.

Сегодня самой популярной разновидностью ЭВМ являются персональные компьютеры (ПК). Первый ПК был создан в 1976 году в США. С 1980 года и на долгие годы вперёд на рынке ПК ведущей становится американская фирма IBM. Её конструкторам удалось создать такую архитектуру, которая стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). С точки зрения общественного развития появление и распространение ПК сопоставимы с появлением книгопечатания. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением. С развитием компьютеров этого типа появилось такое понятие, как информационные технологии, без которых уже невозможно обойтись в большинстве областей человеческой деятельности.

Ещё одной линией в развитии ЭВМ четвёртого поколения являются суперкомпьютеры — мощные многопроцессорные компьютеры, выполняющие параллельную обработку данных (рис. 2.4).

Все компьютеры, используемые в настоящее время, по-прежнему построены на базе идей четвёртого поколения.

Рис. 2.4. Суперкомпьютер «Ломоносов»

В начале 90-х годов прошлого века в Японии начались работы по созданию компьютера пятого поколения. По замыслу японских специалистов основой работы этих компьютеров должны были стать не вычисления, а логические рассуждения, что означало переход от обработки данных к обработке знаний. Машину обещали научить воспринимать речь человека, рукописный текст и графические изображения. Окончательные результаты в этом направлении всё ещё не достигнуты. Исследования продолжаются.

Можно проследить несколько основных тенденций, имеющих место в развитии вычислительной техники:
• возрастание вычислительной мощности компьютеров от поколения к поколению;
• изменение целей использования компьютеров от сугубо военных и научно-технических расчётов к техническим и экономическим расчётам, коммуникационному и информационному обслуживанию, управлению;
• изменение в режиме работы компьютеров от однопрограммного к пакетной обработке, работе в режиме разделения времени, персональной работе и сетевой обработке данных;
• движение от машинного языка к языкам высокого уровня;
• повышение удобства работы пользователя за счёт усовершенствования аппаратного и программного обеспечения, возможности произвольного мобильного расположения;
• неуклонное расширение областей применения и круга пользователей компьютерной техники.

САМОЕ ГЛАВНОЕ

Веками люди совершенствовали способы и методы передачи, накопления, обработки и хранения информации. Информационная революция — кардинальное изменение инструментальной основы, способов передачи и хранения информации, а также объёма информации, доступной активной части населения.

Человечество прошло через несколько информационных революций, связанных с появлением речи, письменности, книгопечатания и средств коммуникации (телеграф, телефон, радио, телевизор). Пятая информационная революция связана с новыми информационными технологиями, основой которых является вычислительная техника.

Понятие «вычислительная техника» сегодня тесно связывается с компьютерами, которые до 80-х годов прошлого века у нас в стране называли электронными вычислительными машинами.

В развитии вычислительной техники также можно выделить несколько этапов, связанных с возникновением разных поколений ЭВМ:

1) 40-е — начало 50-х гг. XX в. (создание ЭВМ на электронных лампах);
2) середина 50-х — 60-е гг. XX в. (разработка ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах);
3) середина 60-х — середина 70-х гг. XX в. (появление ЭВМ на интегральных микросхемах);
4) середина 70-х гг. XX в. — наши дни (использование больших и сверхбольших интегральных схем).

Все компьютеры, используемые в настоящее время, по-прежнему построены на базе идей четвёртого поколения.

Вопросы и задания

1. Что понимают под информационными революциями? Какие информационные революции пережило человечество?

2. Выясните, когда отмечается День российской информатики. С чем связан выбор именно этой даты?

3. Дайте краткую характеристику «домеханического» периода развития вычислительных устройств, связанного с изобретением и использованием счётов, таблиц и логарифмической линейки.

4. Дайте краткую характеристику «механического» периода создания вычислительных устройств, связанного с именами таких изобретателей, как Леонардо да Винчи, Вильгельм Шиккард, Блез Паскаль, Готфрид Вильгельм Лейбниц, Филипп Маттеус Ган, Евна Якобсон и др.

5. Попытайтесь обнаружить «ткацкий след» в развитии вычислительной техники.

6. Подготовьте краткое сообщение об истории создания арифмометров, рассмотрев в нём изобретения Карла Томаса, Пафнутия Львовича Чебышёва, Вильгодта Теофиловича Однера.

7. По какому принципу ЭВМ делятся на поколения? Дайте краткую характеристику каждому поколению компьютеров.

8. Предложите классификацию современных персональных компьютеров. Изобразите её в виде графа.

9. Подготовьте небольшое сообщение о роли личности в развитии вычислительной техники. Героем сообщения может быть Стив Джобс, Стив Возняк, Грейс Мюррэй Хоппер, Билл Гейтс или кто-то другой по вашему усмотрению.

10. Что такое суперкомпьютеры? Для решения каких задач они используются?

11. Какое место в рейтинге суперкомпьютеров (Тор500) занимают российские разработки?

12. Назовите основные тенденции, прослеживаемые в развитии вычислительной техники.