Этапы развития вычислительной техники

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1. Ручной этап развития вычислительной техники

2. Механический этап развития вычислительной техники

3. Электромеханический этап развития вычислительной техники

4. Электронный этап развития вычислительной техники

Список использованной литературы

Введение

Особую актуальность вопросы компьютерной информатики получают в последние годы в связи с широким использованием глобальных информационно-вычислительных сетей, в качестве наиболее известной из которых является Internet. Сетевая инфотехнология обеспечивает доступ к весьма обширным, в первую очередь, информационным ресурсам, находящимся в ЭВМ различных классов и типов во всем мире, которые подключены к сети Влияние такого информационного «взрыва» можно только недооценить, ибо он не только резко изменяет информационную среду общества в целом, но и его мировоззрение, вплоть до отдельного индивидуума. В среднем человечество даже не совсем готово к такому развитию событий и последствия этого становятся все более заметными. В этом направлении должна проводиться интенсивная исследовательская работа, включающая специалистов самых различных специальностей, включая биологов, медиков, психологов, философов, юристов и др. Человечество пока не до конца осознает всю важность и, вместе с тем, опасность информации в полном смысле ее понимания. Непродуманное использование информации может иметь гораздо более опасные последствия, чем ядерная и термоядерная энергии, а также генная инженерия. Здесь как нигде уместен важный принцип - знание предполагает умение разумно им распорядиться.

Именно поэтому и необходимо знать историю развития вычислительной техники и информационных технологий.

1. Ручной этап развития вычислительной техники

Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации и базировался нa использовании частей тела, в первую очередь пальцев рук и ног. Даже ряд известных средневековых математиков рекомендовали в качестве вспомогательного средства именно пальцевый счет, допускающий довольно эффективные системы счета Фиксация результатов счета производилась различными способами: нанесение насечек счетные палочки, узелки и др. Например, у народов доколумбовой Америки был весьма развит узелковый счет. Более того, система узелков выполняла также роль своего рода хроник и летописей, имея достаточно сложную структуру. Однако, использование ее требовало хорошей тренировки памяти. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке - наиболее развитом счетном приборе древности, сохранившимся до наших дней в виде различного типа счетов.

Абак явился первым развитым счетным прибором в истории человечества, основным отличием которого от предыдущих способов вычислений было выполнение вычислений по разрядам. Таким образом, использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной системы счисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др.

Хорошо приспособленный к выполнению операций сложения и вычитания, абак оказался недостаточно эффективным прибором для выполнения, операций умножения и деления. Поэтому открытие логарифмов и логарифмических таблиц Дж. Непером, в начале 17 в., позволивших заменять умножение и деление соответственно сложением и вычитанием, явилось следующим крупным шагом в развитии вычислительных систем ручного этапа. Впоследствии появляется целый ряд модификаций логарифмических таблиц. Однако, в практической работе использование логарифмических таблиц имеет ряд неудобств, поэтому Дж.Непер в качестве альтернативного метода предложил специальные счетные палочки (названные впоследствии палочками Непера), позволявшие производить операции умножения и деления непосредственно над исходными числами. В основу данного метода Непер положил способ умножения решеткой [5, c. 66].

Введенные Дж. Непером логарифмы оказали революционизирующее влияние на все последующее развитие счета, чему в значительной степени способствовало появление целого ряда логарифмических таблиц вычисленных как самим Непером, так и рядом (других известных в то время вычислителей (X. Бриггс, И. Кепплер, Э. Вингайт, А. Влах). Сама идея логарифмов в алгебраической интерпретации базируется на сопоставлении двух типов последовательностей: арифметической и геометрической. Известно, что любое число в арифметической последовательности является логарифмом соответствующего числа в геометрической последовательности по некоторому основанию.

Логарифмы послужили основой создания замечательного вычислительного инструмента - логарифмической линейки, более 360 лет служащего инженерно-техническим работникам всего мира. Прообразом современной логарифмической линейки считается логарифмическая шкала Э. Гюнтера, использованная У. Отредом и Р. Деламейном при создании первых логарифмических линеек. Усилиями целого ряда исследователей логарифмическая линейка постоянно совершенствовалась и видом, наиболее близким к современному, она обязана 19-летнему французскому офицеру А. Манхейму. Позволяя производить вычисления с 2-4 точными десятичными цифрами, логарифмическая линейка и счеты еще исправно служат человеку в различного рода расчетах, являясь венцом вычислительных инструментов ручного этапа развития вычислительной техники.

2. Механический этап развития вычислительной техники

вычислительный информационный автоматизация электронный

Развитие механики в 17 в. стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Первая механическая машина была описана в 1623 г. В. Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами Машина Шиккарда состояла из трех независимых устройств: суммирующего, множительного и записи чисел Сложение производилось последовательным вводом слагаемых посредством наборных дисков, а вычитание - последовательным вводом уменьшаемого и вычитаемого. Вводимые числа и результат сложения / вычитания отображались в окошках считывания. Для выполнения операции умножения использовалась идея умножения решеткой, рассмотренная выше. Третья часть машины использовалась для записи числа длиною более 6 разрядов [4, c. 173].

В машине Б. Паскаля использовалась более сложная схема переноса старших разрядов, в дальнейшем редко используемая; но построенная в 1642 г. первая действующая модель машины, а затем серия из 50 машин способствовали достаточно широкой известности изобретения и формированию общественного мнения о возможности автоматизации умственного труда. До нашего времени дошло только 8 машин Паскаля, из которых одна является 10-разрядной. Именно машина Паскаля положила начало механического этапа развития вычислительной техники. В 17-18 веках предлагался целый ряд различного типа и конструкции суммирующих устройств и арифмометров, пока в 19 в; растущий объем вычислительных работ не определил устойчивого спроса на механические счетные устройства и не способствовал их серийному производству на коммерческой основе.

В начале 1836 г. Бэбидж уже четко представлял себе основную конструкцию машины, а в 1837 г. он достаточно подробно описывает свой проект. Аналитическая машина состояла из следующих четырех основных частей: (1) блок хранения исходных, промежуточных данных и результатов вычислений. Он состоял из набора зубчатых колес, идентифицирующих цифры подобно арифмометру. Колеса объединялись в регистры для хранения многоразрядных десятичных чисел. Этот блок Бэбидж называл складом [в современной терминологии - это оперативная память ЭВМ] и определял его емкость в 1000 50-разрядных десятичных чисел; (2) блок обработки чисел из склада, названный мельницей [в современной терминологии - это арифметическое устройство (АУ)]. Быстродействие данного блока Бэбидж оценивал как; сложение/вычитание - 1 с.; умножение (двух 50-разрядных чисел) и деление (100-разредное число на 50-разрядное) - 1 мин.; организация блока была аналогична первому блоку; (3) блок управления последовательностью вычислений [в современной терминологии - это устройство управления (УУ)]; проектировалось на основе двух: жаккардовых механизмов» описанных ниже; (4) блок ввода исходных данных и печати результатов (в современной терминологии - это устройство ввода/вывода (УВВ)].

Для функционирования аналитической машины была необходима программа, первый пример которой был написан Адой Лавлейс (1843 г.). В 1842 г. на итальянском языке была опубликована статья Л.Ф. Менабреа по аналитической машине Бэбиджа, переводом которой на английский язык и занялась А. Лавлейс. В августе 1843 г. вышел перевод статьи Менебреа, но с примечаниями переводчика, которые не только в 2.5 раза превзошли по объему оригинал, но и, по сути дела, заложили основы программирования на ЭВМ за столетие до начала действительного развитая этого базового раздела информатики.

3. Электромеханический этап развития вычислительной техники

Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита (1887 г ) до первой ЭВМ ENIAC (1945 г.) Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле),позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства. Если вернуться к предыдущим этапам развития вычислительной техники, то можно заметить, что каждый этап характеризуется созданием технических средств нового типа обладающих более высокой производительностью и более широкой сферой применения, чем предыдущие этапы. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях [1, c. 184].

Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Г. Холлеритом в 1887 г и состоял из ручного перфоратора сортировочной машины и табулятора Используя идеи Жаккарда и Бэбиджа (или переоткрыв их заново), Г. Холлерит в качестве информационного носителя использовал перфокарты (хотя им рассматривался и перфо-ленточный вариант), все остальные компоненты комплекса носили оригинальный характер. Основным назначением комплекса являлась статистическая обработка перфокарт В первых моделях комплекса использовалась ручная сортировка перфокарт (в 1890 г. замененная электрической), а табулятор был создан на основе простейших электромеханических реле Первое испытание комплекса было произведено в 1887 г. в Балтиморе (США) при составлении таблиц смертности населения, основные же испытания уже модифицированного комплекса производились в 1889 г. на примере обработки итогов переписи населения в четырех районах Сент-Луиса (США) Основные испытание прошли весьма успешно, и табулятор Холлерита очень быстро получил международное признанна, используясь для переписей населения в России (1897 г.), США и Австро-Венгрии (1890), и Канаде (1891 г.)

В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию ЭВМ, предназначенной для решения ряда задач математической физики. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы узлов ЭВМ, а совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC (Atanasoff-Berry Computer), состоящая из АУ на 300 вакуумных лампах и выполняющая только операции сложения и вычитания Еще 300 ламп использовались для реализации различных цепей управления и восстановления памяти. Сама память машины состояла из большого числа конденсаторов, смонтированных на двух вращающихся барабанах с общей емкостью на 60 50-битных чисел Модель ДВС-вычислителя реализовала ряд черт, оказавших большое влияние на инженерные решения последующих средств ВТ. Она и ее прототип 1939 г, были первыми специальными машинами.

4. Электронный этап развития вычислительной техники

В силу физико-технической природы релейная ВТ не позволяла существенно повысить скорость вычислений, для этого потребовался переход на электронные безинерционные элементы высокого быстродействия. К началу 40-х гг. 20 в электроника уже располагала необходимым набором элементов. С изобретением М. Бонч-Бруевичем в 1913 г триггера {электронное реле - двухламповый симметричный усилитель с положительной обратной связью, в качестве базовой компоненты использует электронную вакуумную лампу триод, изобретенную в 1906 г.) появилась реальная возможность создания быстродействующей электронной ВТ; электронные вычислительные машины [2, c. 188].

ЭВМ ознаменовали собой новое направление в ВТ, интенсивно развиваемое и в настоящее время в различных направлениях.

Первой ЭВМ (правда, специализированной, предназначенной для дешифровки) можно считать английскую машину Colossus, созданную в 1943 г. при участии А. Тьюринга. Машина содержала около 2000 электронных ламп и обладала достаточно высоким быстродействием однако была узкоспециализированной. Поэтому первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), созданную в США в конце 1945 г. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи. Главным консультантом проекта являлся Д Моучли, а главным конструктором - Д Эккерт. Позднее их авторство, электронной технологии для проектирования ЭВМ было оспорено - в 1973 г. федеральный Суд США, постановил, что Моучли и Эккерт не создали ЭВМ, а заимствовали ее идею у Дж. Атанасова, хотя последний и не построил действующей модели своего компьютера.

Проект создания ENIAC, начатый в апреле 1943 г., был полностью завершен в декабре 1945 г. в качестве официальной апробации ЭВМ была выбрана задача оценки принципиальной возможности создания водородной бомбы. Машина успешно выдержала испытания, обработав около 1 млн. перфокарт фирмы IBM с исходными данными. По сравнению с уже существующей автоматической машиной MARK-1 Айкена ENIAC была по размерам более, чем в 2 раза больше (высота -6м, ширина -4м., длина - 30 м; вес - 30 т.), однако превосходила первую по быстродействию почти в 1000 раз. Машина содержала 18000 электронных ламп, 500 реле, 70000 сопротивлений, 10000 конденсаторов, потребляя мощность в 140 кв [3, c. 234].

В EDVAC программа электронным методом записывалась в специальную память на ртутных трубках [линиях задержки], вычисления производились уже в двоичной системе счисления, что позволила существенно уменьшить количество ламп и других элементов электронных цепей машины. ЭВМ оперировала достаточно ограниченным набором 4-х адресных команд, каждая длиной в слово (44 бита); под код операции отводилось только 4 бита, что допускало максимум 16 команд, из которых реально задействовано было только 12. Адреса использовались для указания соответственно 1-го и 2-го операндов, результата операции и адреса следующей выполняемой команды программы. Полностью завершенная в 1952 г., ЭВМ содержала более 3500 ламп 19-ти различных типов.

Список использованной литературы

1. Информатика для юристов и экономистов. / Под ред. С.В. Симоновича. СПб., 2002.

2. Оладьев В.З. Основы компьютерной информатики. - Таллинн, 1999.

3. Основы информатики / Под ред. А.Н. Морозевича. - Мн., 2001.

4. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. - М., 2002.

5. Шафрин Ю. Информационные технологии. - М., 2000.

Размещено на Allbest.ru