История вычислительной техники

История вычислительной техники АБАК СУАНЬПАНЬ СОРОБАН Дощаный счет Дощаный счет Линейка Уатта Линейка Уатта Машина Паскаля Машина Паскаля Устройство Леонардо да Винчи Устройство Леонардо да Винчи Машина Хилла Машина Хилла Арифмометр Полени Арифмометр Полени Аналитическая машина Бэббиджа Аналитическая машина Бэббиджа Компьютер первого поколения Компьютер первого поколения Компьютер второго поколения Компьютер второго поколения Компьютер третьего поколения Компьютер третьего поколения Компьютер четвертого поколения Компьютер четвертого поколения Компьютер пятого поколения Компьютер пятого поколения История микропроцессоров История микропроцессоров Щелкнув мышью по «веселому компьютеру» вы вернётесь на этот слайд, для выбора другой странички

Абак Абаком называлась дощечка покрытая слоем пыли, на которой острой палочкой проводились линии и какие-нибудь предметы, размещавшиеся в полученных колонках по позиционному принципу. В Древнем Риме абак появился, вероятно в V-VI вв н.э., и назывался calculi или abakuli. Изготовлялся абак из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. До нашего времени дошёл бронзовый римский абак, на котором камешки передвигались в вертикально прорезанных желобках. Внизу помещались камешки для счета до пяти, а в верхней части имелось отделение для камешка, соответствующего пятёрке.

Суаньпань Китайская разновидность абака - суаньпань - появилась в VI веке н.э.; современный тип этого счётного прибора был создан позднее, по-видимому в XII столетии. Суаньпань представляет собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу протянуты проволоки или веревки числом от девяти и более; перпендикулярно этому направлению суаньпань перегорожен на две неравные части. В большом отделении("земля") на каждой проволоке нанизано по пять шариков, в меньшем("небо") - по два. Проволоки соответствуют десятичным разрядам.

Соробан Соробан - японский абак, происходит от китайского суаньпаня, который был завезен в Японию в XV- XVI веках. Соробан проще своего предшественника, у него на "небе" на один шарик меньше, чем у суаньпаня.

Дощаный счёт Долгое время считалось, что русские счеты ведут свое происхождение от китайского суаньпаня, и лишь в 60- х годах XX века было доказано русское происхождение этого счетного прибора - у него, во- первых, горизонтальное расположение спиц с косточками и, во-вторых, для представления чисел использована десятичная (а не пятеричная) система счисления. Десятичный строй - довольно веское основание для того, чтобы признать временем возникновения этого прибора XVI век, когда десятичный принцип счисления был впервые применен в денежном деле России. В это время какому-то наблюдательному человеку пришла в голову мысль заменить горизонтальные линии счета костьми горизонтально натянутыми веревками, навесив на них, по существу, все те же "кости". Впрочем, в XVI веке термина "счеты" еще не существовало и прибор именовался «дощаным счетом». Один из ранних образцов такого "счета" представлял собой два соединенных ящика, одинаково разделенных по высоте перегородками. В каждом ящике два счетных поля с натянутыми веревками или проволочками. На верхних 10 веревках по 9 косточек (четок), на 11-й их четыре, на остальных веревках - по одной.

Линейка Уаата Линейка Уатта - первая универсальная логарифмическая линейка, пригодная для выполнения любых инженерных расчетов, была сконструирована в 1779 году выдающимся английским механиком Дж.Уаттом. Она получила название «сохо- линейки», по имени местечка близ Бирмингема, где работал Уатт. С середины XVII века с небольшим промежутком были созданы Арифметическая машина Паскаля (или Паскалево колесо), арифмометр Полени, машина Бэббиджа

Машина Паскаля Арифметическая машина (или Паскалево колесо) была готова в 1645 году. В отличие от известных счетных инструментов типа абака, в арифметической машине вместо предметного представления чисел использовалось их представление в виде углового положения оси (вала) или колеса, которое несет эта ось. Устройство механизма передачи десятков следующее: на счётном колесе В1 младшего разряда имеются стержни С1, которые при вращении оси А1 входят в зацепление с зубьями вилки М, расположенной на конце двухколенного рычага D1. Этот рычаг свободно вращается на оси А2 старшего разряда, вилка же несёт на себе подпружиненную собачку. Когда при вращении оси А1 колесо В1 достигнет позиции, соответствующей цифре 6, стержни С1 войдут в зацепление с зубьями вилки, а в тот момент, когда перейдет от 9 к 0, вилка выскользнет из зацепления и под действием собственного веса упадёт вниз, увлекая за собой собачку. Собачка и протолкнёт счетное колесо В2 старшего разряда, на один шаг вперёд (т.е. повернёт его вместе с осью А2 на 36°). Рычаг Н, оканчивающийся зубом в виде топорика, играет роль защелки, препятствующей вращению колеса В1 в обратную сторону при поднимании вилки.

Счетное устройство Леонардо да Винчи Модель счетного устройства Леонардо да Винчи в 30-х годах 17 столетия в национальной библиотеке Мадрида были обнаружены два тома неопубликованных рукописей Леонардо да Винчи. И среди чертежей «Codex Madrid I», почти полностью посвященного прикладной механике, ученые нашли эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубыми колёсами. В рекламных целях оно было воспроизведено фирмой IBM и оказалось вполне работоспособным.

Машина Хилла В 1857 году американец Томас Хилл создал первую много- разрядную машину. Машина Хилла была двухразрядной и в каждом разряде имела по девять расположенных вертикальными колонками клавиш и по храповому колесу (на рисунке ради наглядности показаны лишь шесть клавиш в каждом разряде). Машина Хилла была выставлена в Национальном музее в Вашингтоне, но конструктивные недостатки и малая разрядность помешали её дальнейшему распространению.

Арифмометр Полени В 1709 году в Падуе вышла книга посвященная, изобретённой Джованни Полени, машине. Основные детали этого замысловатого устройства выточены из дерева. Машина Полени, в отличие от всех известных счётных машин приводится в движение грузом-гирькой, висящей свободно на канате.

Аналитическая машина Бэббиджа В 1834 году англичанин Чарльз Бэббидж изобретает аналитическую машину. Она состояла из «склада» для хранения чисел («накопитель»), «мельницы» - для производства арифметических действий над числами («арифметическое устройство»), устройство, управляющее в определенной последовательности операциями машины («устройство управления»), устройство ввода и вывода данных. В аналитической машине предусматривалось три различных способа вывода полученных результатов: печатание одной или двух копий, изготовление стереотипного отпечатка, пробивки на перфокартах. Аналитическая машина не была построена. Но Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов и около 30 вариантов общей компоновки машины. При этом было использовано более 4 тысяч «механических обозначений». Аналитическая машина Бэббиджа - первый прообраз современных компьютеров.

Компьютеры первого поколения Первое поколение ( ) - компьютеры на электронных лампах (вроде тех, что были в старых телевизорах). Это доисторические времена, эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютерных динозавров, которые нередко требовали для себя отдельных зданий, давно стали легендой. Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман - автор конструкции вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика, наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер.

Компьютеры второго поколения Во втором поколении компьютеров ( ) вместо электронных ламп использовались транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу. Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программ. На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров; программирование, оставаясь наукой, приобретает черты ремесла. Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике; компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже компьютеризировали свою бухгалтерию, предвосхищая моду на двадцать лет.

Компьютеры третьего поколения В третьем поколении ЭВМ ( ) впервые стали использоваться интегральные схемы - целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment. Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. Но и это еще не все - поистине, рубеж 60-х и 70-х годов был судьбоносным временем. В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть - зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 г. одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С («Си»), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.

Компьютеры четвертого поколения К сожалению, дальше стройная картина смены поколений нарушается. Обычно считается, что период с 1975 по 1985 гг. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Однако есть и другое мнение - многие полагают, что достижения этого периода не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим «третьему-с половиной» поколению компьютеров, и только с 1985 г., по их мнению, следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день. Так или иначе, очевидно, что начиная с середины 70-х все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. И, конечно же, самое главное - что с начала 80-х, благодаря появлению персональных компьютеров, вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств последнего десятилетия - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой «несерьезной» технике. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, отнюдь не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.

Компьютеры пятого поколения К классу суперкомпьютеров относят компьютеры, которые имеют максимальную на время их выпуска производительность, или так называемые компьютеры 5-го поколения. Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами - векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Компьютеры фирмы Cray Research стали классикой в области векторно-конвейерных суперкомпьютеров. Компьютер Cray-1, работа над которым была закончена в 1976 году относится к классу первых сверхвысокопроизводительных векторных компьютеров. К этому классу относятся также машины Иллиак-IV, STAR-100, ASC. Производительность Cray-1 составляла 166 Мфлоп/сек. До середины 80-х годов в списке крупнейших производителей суперкомпьютеров в мире были фирмы Sperry Univac и Burroughs. Первая известна, в частности, своими мэйнфреймами UNIVAC-1108 и UNIVAC-1110, которые широко использовались в университетах и государственных организациях. В мире суперкомпьютеров известна и компания Intel. Многопроцессорные компьютеры Paragon фирмы Intel в семействе многопроцессорных структур с распределенной памятью стали такой же классикой, как компьютеры фирмы Cray Research в области векторно-конвейерных суперкомпьютеров.

История микропроцессоров История микропроцессоров берет начало с 1971 года, когда еще ни кому не известная фирма Intel выпустила первый микропроцессор I4004. Его характеристики по сравнению с нынешними гигантами-процессорами были крошечными. Он имел разрядность данных 4 бита, тактовую частоту 108 кГц, способность адресовать 60 байт памяти и производительность 0,06 MIPS (Millions of Instructions Per Second). Cодержал 2300 транзисторов и выполнялся по технологии с разрешением 10 мкм. С создания первого микропроцессора началась великая эпоха компьютеризации. По системе команд и архитектуре различают 2 вида процессоров CISC и RISC. CISC - Complete Instruction Set Computer - процессоры (компьютеры) с полным набором инструкций. Такие процессоры начали изготавливаться в 1971 году компанией Intel. В 1978 году компания выпустила модель i8086, что положило началу производства семейства x86. Все модели этого семейства нельзя отнести к СISC процессорам так как 486 процессор имел комбинированная архитектуру - CISC-процессор и RISC-ядро. 486 модель стала последней в x86 семействе, а на смену ему пришло новое - семейство Pentium. Помимо компании Intel существовали и другие компании-гиганты, производящие CISC-процессоры, такие как AMD, Cyrix, IDT. Для удобства работы на данных процессорах используют такие операционные системы, как Windows и Linux. CISC процессоры : Pentium MMX, Celeron, Pentium, Pentium III, Pentium IV, AMD-K6®-2, AMD-K6®-III, AMD Athlon, Cyrix 6x86MX, Cyrix MediaGX, Cyrix M II, IDT WinChip 2, IDT WinChip C6. RISC - Reduced (Restricted) Instruction Set Computer - процессоры с сокращенной системой команд. Такие процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения, и их система команд отличается относительной простотой. Такие процессоры находят применения на UNIX серверах. В мире производят множество разновидностей RISC процессоров. Например компания Motorola производит как 16-ти разрядные, так и 24-х разрядные процессоры, а компания Analog Devices производит 16-ти и 32-х разрядные процессоры. Помимо этих компаний существует компания Texas Instruments, и Sun.