История и перспективы развития вычислительной техники Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 23.05.2013 Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. - презентация

1 История и перспективы развития вычислительной техники Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 1

2 План презентации 1.Древние средства счета 2.Первые вычислительные машины 3.Первые компьютеры 4.Принципы фон Неймана 5.Поколения компьютеров (I-IV) 6.Персональные компьютеры 7.Современная цифровая техника Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 2

3 Древние средства счета Кости с зарубками («вестоницкая кость», Чехия, 30 тыс. лет до н.э) Узелковое письмо (Южная Америка, VII век н.э.) узлы с вплетенными камнями нити разного цвета (красная – число воинов, желтая – золото) десятичная система Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 3

4 Древние средства счета о. Саламин в Эгейском море (300 лет до н.э.) Саламинская доска бороздки – единицы, десятки, сотни, … количество камней – цифры десятичная система Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю.

5 Абак и его «родственники» Абак (Древний Рим) – V-VI в. Суан-пан (Китай) – VI в. Соробан (Япония) - XV-XVI в.Счеты (Россия) – XVII в Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю.

6 Первые проекты счетных машин Леонардо да Винчи (XV в.) – суммирующее устройство с зубчатыми колесами: сложение 13- разрядных чисел Вильгельм Шиккард (XVI в.) – суммирующие «счетные часы»: сложение и умножение 6-разрядных чисел(машина построена, но сгорела) Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 6

7 «Паскалина» (1642) Блез Паскаль ( ) машина построена! зубчатые колеса сложение и вычитание 8-разрядных чисел десятичная система Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 7

8 Машина Лейбница (1672) Вильгельм Готфрид Лейбниц ( ) сложение, вычитание, умножение, деление! 12-разрядные числа десятичная система Арифмометр «Феликс»(СССР, ) – развитие идей машины Лейбница Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 8

9 Машины Чарльза Бэббиджа Разностная машина (1822) Аналитическая машина (1834) «мельница» (автоматическое выполнение вычислений) «склад» (хранение данных) «контора» (управление) ввод данных и программы с перфокарт ввод программы «на ходу» Ада Лавлейс ( ) первая программа – вычисление чисел Бернулли (циклы, условные переходы) 1979 – язык программирования Ада Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 9

10 Прогресс в науке Основы математической логики: Джордж Буль ( ). Электронно-лучевая трубка (Дж. Томсон, 1897) Вакуумные лампы – диод, триод (1906) Триггер – устройство для хранения бита (М.А. Бонч-Бруевич, 1918) Использование математической логики в компьютах (К. Шеннон, 1936) Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 10

11 Первые компьютеры Конрад Цузе: Z1, Z2, Z3, Z4. электромеханические реле (устройства с двумя состояниями) двоичная система использование булевой алгебры ввод данных с киноленты Первый макет электронного лампового компьютера, Дж. Атанасофф двоичная система решение систем 29 линейных уравнений Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 11

12 Первые компьютеры Марк-I (1944) Разработчик – Говард Айкен ( ) Первый компьютер в США: длина 17 м, вес 5 тонн электронных ламп 3000 механических реле сложение – 3 секунды, деление – 12 секунд Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 12

13 Поколения ЭВМ 1 поколение 1945 – 1955 гг. электронно-вакуумные лампы 2 поколение 1955 – 1965 гг. транзисторы 3 поколение 1965 – 1980 гг интегральные микросхемы 4. поколение 1980 по … большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС) Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 13

14 I поколение ( ) на электронных лампах быстродействие тыс. операций в секунду каждая машина имеет свой язык нет операционных систем ввод и вывод: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты ЭНИАК (1946) Electronic Numerical Integrator And Computer Дж. Моучли и П. Эккерт Первый компьютер общего назначения на электронных лампах: длина 26 м, вес 35 тонн сложение – 1/5000 сек, деление – 1/300 сек десятичная система счисления 10-разрядные числа Компьютеры С.А. Лебедева МЭСМ – малая электронно-счетная машина электронных ламп операций в секунду двоичная система БЭСМ – большая электронно-счетная машина электронных ламп операций в секунду Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 14

15 II поколение ( ) на полупроводниковых транзисторах (1948, Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли) тыс. операций в секунду первые операционные системы первые языки программирования: Фортран (1957), Алгол (1959) средства хранения информации: магнитные барабаны, магнитные диски IBM 604, IBM 608, IBM БЭСМ транзисторов диодов 1 млн. операций в секунду память – магнитная лента, магнитный барабан работали дл 90-х гг Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 15

16 III поколение ( ) на интегральных микросхемах (1958, Дж. Килби) быстродействие до 1 млн. операций в секунду оперативная памяти – сотни Кбайт операционные системы – управление памятью, устройствами, временем процессора языки программирования Бэйсик (1965), Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи) совместимость программ Мэйнфреймы IBM большие универсальные компьютеры IBM/360 фирмы IBM. кэш-память конвейерная обработка команд операционная система OS/360 1 байт = 8 бит (а не 4 или 6!) разделение времени IBM/ IBM/390 Компьютеры ЕС ЭВМ (СССР) ЕС тыс. оп/c память 256 Кб ЕС млн. оп/c память 8 Мб ЕС ,5 млн. оп/с память 16 Мб Миникомпьютеры Серия PDP фирмы DEC меньшая цена проще программировать графический экран СМ ЭВМ – система малых машин (СССР) до 3 млн. оп/c память до 5 Мб Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 16

17 IV поколение (с 1980 по …) компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах (БИС, СБИС) суперкомпьютеры персональные компьютеры появление пользователей-непрофессионалов, необходимость «дружественного» интерфейса более 1 млрд. операций в секунду оперативная памяти – до нескольких гигабайт многопроцессорные системы компьютерные сети мультимедиа (графика, анимация, звук) Суперкомпьютеры ILLIAC-IV (США) 20 млн. оп/c многопроцессорная система Cray-1 (США) 166 млн. оп/c память 8 Мб векторные вычисления Эльбрус-1 (СССР) 15 млн. оп/c память 64 Мб Эльбрус-2 8 процессоров 125 млн. оп/c память 144 Мб водяное охлаждение Cray-2 2 млрд. оп/c Cray-3 5 млрд. оп/c GRAPE-4 (Япония) 1692 процессора 1,08 трлн. оп/c Earth Simulator (NEC) 5120 процессоров 36 трлн. оп/c BlueGene/L (IBM) процессора 596 трлн. оп/c Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 17

18 IV поколение (с 1980 по …) Микропроцессоры Intel битные данные 2250 транзисторов 60 тыс. операций в секунду Intel битные данные деление чисел Процессоры Intel Intel транзисторов виртуальная память Intel ,2 млн. транзисторов Pentium частоты МГц Pentium-II, Celeron 7,5 млн. транзисторов частоты до 500 МГц Pentium-III, Celeron 28 млн. транзисторов частоты до 1 ГГц Первый микрокомпьютер Альтаир-8800 (Э. Робертс) комплект для сборки процессор Intel 8080 частота 2 МГц память 256 байт Б. Гейтс и П. Аллен транслятор языка Альтаир-Бейсик 2000-… Pentium 4 42 млн. транзисторов частоты до 3,4 ГГц 2006-… Intel Core 2 до 291 млн. транзисторов частоты до 3,4 ГГц Процессоры AMD K5, K6 (аналог Pentium) Athlon K7 (Pentium-III) частота до 1 ГГц MMX, 3DNow! Duron (Celeron) частота до 1,8 ГГц Athlon XP (Pentium 4) Opteron (серверы) Athlon 64 X2 частота до 3 ГГц Sempron (Celeron D) частота до 2 ГГц Turion (Intel Core) частота до 2 ГГц Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 18

19 IV поколение (с 1980 по …) Компьютеры Apple Apple-I С Apple-II - стандарт в школах США в 1980-х тактовая частота 1 МГц память 48 Кб цветная графика звук встроенный язык Бейсик первые электронные таблицы VisiCalc «Apple-IIe» память 128 Кб 2 дисковода 5,25 дюйма с гибкими дисками «Lisa» первый компьютер, управляемый мышью «Apple-IIc» портативный компьютер жидкокристаллический дисплей Macintosh системный блок и монитор в одном корпусе нет жесткого диска дискеты 3,5 дюйма Excel для Macintosh PowerBook MacPro процессор - до 8 ядер память до 16 Гб винчестер(ы) до 4 Тб MacBook монитор 15 или 17 Intel Core 2 Duo память до 4 Гб винчестер до 300 Гб iPhone телефон музыка, фото, видео Интернет GPS MacBook Air процессор Intel Core 2 Duo память 2 Гб винчестер 80 Гб флэш-диск SSD 64 Гб Magic Mouse чувствительная поверхность ЛКМ, ПКМ прокрутка в любомнаправлении масштаб (+Ctrl) прокрутка двумя пальцами (листание страниц) iPad – Интернет-планшет процессор Apple A4 флэш-память до 64 Гб сенсорный экран время работы 10 ч WiFi, BlueTooth мобильная связь 3G, Интернет Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 19

20 IV поколение (с 1980 по …) Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 20

21 Компьютеры IBM PC 1. Монитор 2. Материнская плата 3. Процессор 4. ОЗУ 5. Карты расширения 6. Блок питания 7. Дисковод CD, DVD 8. Винчестер 9. Клавиатура 10. Мышь Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 21

22 Устройства мультимедиа Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 22

23 Современная цифровая техника Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 23

24 V поколение (проект 1990-х …, Япония) Цель – создание суперкомпьютера с функциями искусственного интеллекта обработка знаний с помощью логических средств (язык Пролог) сверхбольшие базы данных использование параллельных вычислений распределенные вычисления голосовое общение с компьютером постепенная замена программных средств на аппаратные Проблемы: идея саморазвития системы провалилась неверная оценка баланса программных и аппаратных средств традиционные компьютеры достигли большего ненадежность технологий израсходовано 50 млрд. йен Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 24

25 V поколение (проект 1990-х …, Япония) Проблемы и перспективы Проблемы: приближение к физическому пределу быстродействия сложность программного обеспечения приводит к снижению надежности Перспективы: квантовые компьютеры эффекты квантовой механики параллельность вычислений 2006 – компьютер из 7 кубит оптические компьютеры («замороженный свет») биокомпьютеры на основе ДНК химическая реакция с участием ферментов 330 трлн. операций в секунду Учитель информатики ГБОУ СОШ 11 Ревков А.Ю. 25