Устройство компьютера. История развития вычислительной техники (§ 31)

1. Устройство компьютера

§ 31. История развития вычислительной техники
1
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

2. Задание:

По материалам презентации заполнить таблицу «Поколения ЭВМ»
Поколен
ие
Програм
Быстро
Элементна
мное
действ
я база
обеспече
ие
ние
Доп
устройст
ва
Типы
данных
Пример
ы
2
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

3. Паскалина (1645)

История развития вычислительной техники, 10 класс
3
’
Паскалина
(1645)
машина построена!
зубчатые колеса
десятичная система
сложение и вычитание
8-разрядных чисел
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
Блез Паскаль
(1623-1662)
http://kpolyakov.spb.ru

4. Машины Бэббиджа

История развития вычислительной техники, 10 класс
4
Машины 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»
Чарльз Бэббидж
(1791-1871)
Первая программа – вычисление
чисел Бернулли («цикл», «рабочая
ячейка», условные переходы)
1979 – язык программирования Ада
Ада Лавлейс
(1815-1852)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

5. ЭНИАК (1944)

История развития вычислительной техники, 10 класс
5
ЭНИАК (1944)
Electronic Numerical Integrator And Computer
Дж. Моучли и П. Эккерт
Первый компьютер общего назначения:
• 18000 электронных ламп
• длина 26 м, вес 35 тонн
• 5000 сложений и 350 умножений в секунду
• десятичная система счисления
• 10-разрядные числа
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

6. Развитие элементной базы

История развития вычислительной техники, 10 класс
6
Развитие элементной базы
Первые компьютеры:
электронно-вакуумные лампы
1947 г., У. Шокли, Д. Бардин
и У. Браттейн
транзистор
1958 г., Дж. Килби
интегральная микросхема
1971 г., М. Хофф
микропроцессор Intel 4004
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

7. Персональные компьютеры

История развития вычислительной техники, 10 класс
7
Персональные компьютеры
Apple-I (1976 г.)
Commodore PET
(1977 г.)
С. Джобс и С. Возняк
с компьютером Apple-I
(1976 г.)
IBM-5150 (1981 г.)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

8. I поколение ЭВМ (1945 – 1955)

История развития вычислительной техники, 10 класс
8
I поколение ЭВМ (1945 – 1955)
• на электронных лампах
быстродействие 10-20 тыс. операций в секунду
каждая машина имеет свой язык
нет операционных систем
ввод и вывод: перфоленты,
перфокарты, магнитные
ленты
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

9. I поколение ЭВМ (1945 – 1955)

История развития вычислительной техники, 10 класс
9
I поколение ЭВМ (1945 – 1955)
• ЭНИАК (1946)
• МЭСМ (Малая электронная
счётная машина, 1951)
• БЭСМ (Большая, или
Быстродействующая,
электронная счётная машина, 1952)
• Стрела (1953)
• Урал (1954)
• М-20 (1959)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

10. II поколение ЭВМ (1955 – 1965)

История развития вычислительной техники, 10 класс
10
II поколение ЭВМ (1955 – 1965)
• на полупроводниковых транзисторах
(1947, Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли)
• 10-200 тыс. операций в секунду
• первые операционные системы
• первые языки программирования:
Фортран (1957), Алгол (1959)
• средства хранения информации:
магнитные барабаны, магнитные диски
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

11. II поколение ЭВМ (1955 – 1965)

История развития вычислительной техники, 10 класс
11
II поколение ЭВМ (1955 – 1965)
• TX-0 (США, 1955)
• Наири (1964 г.)
• МИР (Машина инженерных
расчётов, 1965 г.)
• Атлас (Великобритания, 1961)
TX-0
• Стретч (США, 1960),
• CDC 6600 (США, 1964)
• БЭСМ-6 (СССР, 1967)
БЭСМ-6
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

12. III поколение ЭВМ (1965 – 1975)

История развития вычислительной техники, 10 класс
12
III поколение ЭВМ (1965 – 1975)
• на интегральных микросхемах
(1958, Дж. Килби)
• семейства компьютеров с общей архитектурой
• 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
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

13. Уменьшение размеров элементов

История развития вычислительной техники, 10 класс
13
Уменьшение размеров элементов
2 триггера:
I поколение
II поколение
III поколение
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

14. III поколение ЭВМ (1965 – 1975)

История развития вычислительной техники, 10 класс
14
III поколение ЭВМ (1965 – 1975)
Мэйнфреймы – большие универсальные
компьютеры
1964. IBM/360 фирмы IBM.
• кэш-память
• конвейерная обработка
команд
• операционная система
OS/360
• 1 байт = 8 битов
• разделение времени
1970. IBM/370
1990. IBM/390
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

15. Компьютеры III поколения в СССР

История развития вычислительной техники, 10 класс
15
Компьютеры III поколения в СССР
1971. ЕС-1020
• 20 тыс. оп/c
• память 256 Кб
1977. ЕС-1060
• 1 млн. оп/c
• память 8 Мб
1984. ЕС-1066
• 5,5 млн. оп/с
• память 16 Мб
магнитные ленты
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
принтер
http://kpolyakov.spb.ru

16. Мини-ЭВМ

История развития вычислительной техники, 10 класс
16
Мини-ЭВМ
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
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

17. IV поколение ЭВМ (после 1975)

История развития вычислительной техники, 10 класс
17
IV поколение ЭВМ (после 1975)
• 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)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

18. IV поколение ЭВМ (после 1975)

История развития вычислительной техники, 10 класс
18
IV поколение ЭВМ (после 1975)
• персональные компьютеры
• серверы, предоставляющие свои ресурсы
(принтеры, файлы или программы) в коллективное
пользование
• параллельная обработка данных
• многоядерные процессоры
• суперкомпьютеры
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

19. Персональные компьютеры

История развития вычислительной техники, 10 класс
19
Персональные компьютеры
1974 8-битный микропроцессор
Intel 8080 специально для ПК
1975 первый ПК Altair 8080
(Г.Э. Робертс)
1975 транслятор Altair Basic
(Билл Гейтс)
Apple-I (1976 г.)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
Commodore PET
(1977 г.)
IBM-5150 (1981 г.)
http://kpolyakov.spb.ru

20. Суперкомпьютеры

История развития вычислительной техники, 10 класс
20
Суперкомпьютеры
1976. Cray-1 (США)
• 166 млн. оп/c
• память 8 Мб
• векторные вычисления
2009. «Ломоносов» (Россия)
• 1700 Тфлопс (2012)
• 78660 ядер (многоядерные
процессоры)
• 31-е место в рейтинге TOP-500
(2013 г.)
2013. «Tianhe-2» (Китай)
• 55 Пфлопс
• 1-е место в рейтинге TOP-500
(2013 г.)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

21. Суперкомпьютеры (применение)

История развития вычислительной техники, 10 класс
21
Суперкомпьютеры (применение)
• исследование климата
• создание математических моделей молекул
• синтез новых материалов и лекарств
• расчёт процессов горения и взрыва
• моделирование обтекания летательных
аппаратов
• моделирование ситуаций в экономике
• расчёты процессов нефте- и газодобычи
• проектирование новых электронных устройств
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

22. Прогресс: типы данных

История развития вычислительной техники, 10 класс
22
Прогресс: типы данных
I поколение:
II поколение:
III поколение:
IV поколение:
числа
+ символы
+ графические данные
+ аудио- и видеоданные
Мультимедиа – одновременное использование
различных форм представления информации
(графика, текст, видео, фотографии, анимация, звук и
т. д.) и их объединение в одном объекте.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

23. Прогресс: внешние устройства

История развития вычислительной техники, 10 класс
23
Прогресс: внешние устройства
I поколение:
штекеры и переключатели, индикаторные лампочки,
устройства ввода с перфокарт
II поколение:
перфоленты, магнитные ленты и барабаны,
печатающие устройства
III поколение:
магнитные диски, текстовые и графические мониторы,
графопостроители
IV поколение:
оптические диски, мышь, джойстик, шлемы
виртуальной реальности и др.; возможность
подключения бытовой электроники
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

24. Прогресс: программное обеспечение

История развития вычислительной техники, 10 класс
24
Прогресс: программное обеспечение
I поколение:
программы в машинных кодах, стандартного ПО нет
II поколение:
первые языки программирования: Фортран (1957),
Алгол (1960)
III поколение:
операционные системы, пакеты прикладных программ
IV поколение:
разнообразное ПО, управление с помощью
графического интерфейса (меню, кнопок и т.п.)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

25. Компьютеры V поколения

История развития вычислительной техники, 10 класс
25
Компьютеры V поколения
В соответствии с идеологией развития компьютерных
технологий, после четвёртого поколения, построенного
на сверхбольших интегральных схемах, ожидалось
создание следующего поколения, ориентированного на
распределённые вычисления, одновременно считалось,
что пятое поколение станет базой для создания
устройств, способных к имитации мышления.
Широкомасштабная правительственная программа
в Японии по развитию компьютерной индустрии
и искусственного интеллекта была предпринята в 1980-е
годы. Целью программы было создание «эпохального
компьютера» с производительностью суперкомпьютера
и мощными функциями искусственного интеллекта[1].
Начало разработок — 1982, конец разработок — 1992,
стоимость разработок — 57 млрд ¥ (порядка 500 млн $).
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

26. Компьютеры V поколения

История развития вычислительной техники, 10 класс
26
Компьютеры V поколения
Программа закончилась провалом, так как не опиралась
на чёткие научные методики, более того, даже её
промежуточные
цели
оказались
недостижимы
в
технологическом плане.
Однако, проведенные в ходе проекта исследования и
накопленный опыт по методам представления знаний и
параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу
в области систем искусственного интеллекта в целом.
Уже сейчас компьютеры 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
позволяет общаться с компьютерами всем пользователям,
даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

27. Компьютеры V поколения

История развития вычислительной техники, 10 класс
27
Компьютеры V поколения
Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект,
используют в промышленности и деловом мире. Экспертные
системы и нейронные сети эффективно используются для
задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация
текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические
алгоритмы (используются, например, для оптимизации
портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника
(промышленность, производство, быт - везде она приложила
свою кибернетическую руку), а также многоагентные системы.
Не дремлют и другие направления искусственного
интеллекта, например распределенное представление знаний
и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие
несколько лет можно ждать революции в целом ряде
областей человеческой деятельности.
В настоящий момент термин «пятое поколение» является
неопределённым и применяется во многих смыслах,
например, при описании систем облачных вычислений.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

28. Квантовые компьютеры

История развития вычислительной техники, 10 класс
28
Квантовые компьютеры
Американский концерн IBM
разместил в Германии самый
мощный коммерческий квантовый
компьютер в Европе. Процедура
запуска системы IBM Quantum
System One состоялась в датацентре концерна в Энингене
(Ehningen) во вторник, 15 июня
2021 года
Это первый подобного рода компьютер,
представленный за пределами США
с процессором в 27 кубитов. В компании уже заявили, что планируют к
2023 году выпустить квантовый компьютер в четыре раза мощнее.
В производстве квантовых компьютеров IBM конкурирует с корпорацией
Google, которая в сентябре 2019 года сообщила о создании первого
в мире 54-кубитного процессора. Он смог за 3 минуты 20 секунд
осуществить расчет, на который у самого мощного существовавшего
на тот момент компьютера IBM ушло бы около 10 тысяч лет.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

29. Проблемы и перспективы

История развития вычислительной техники, 10 класс
29
Проблемы и перспективы
• оптические компьютеры
▫ источники света – лазеры, свет проходит
через линзы
▫ параллельная обработка (все
пиксели изображения одновременно)
▫ военная техника и обработка видео
Enlight256 (2003)
▫ Enlight256 (2003) – 8 Тфлопс
• биокомпьютеры
▫ ячейки памяти – молекулы сложного
строения (например, ДНК)
▫ обработка = химическая реакция с
участием ферментов
▫ 330 трлн. операций в секунду
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru