Вычислительные машины, системы и сети

1.

Вычислительные машины,
системы и сети
Лекция1
История и этапы развития ЭВМ
к.т.н., доцент, Тычинина Юлия
Александровна

2.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.1 Домеханическая ЭРА
3000 лет до н. э. — в Древнем Вавилоне
были изобретены первые счёты — абак.

3.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.1 Домеханическая ЭРА
Римляне усовершенствовали абак, перейдя от
деревянных досок, песка и камешков к мраморным
доскам с выточенными желобками и мраморными
шариками.

4.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.1 Домеханическая ЭРА
500 лет до н. э. — в Китае появился более
«современный» вариант абака с косточками на проволоке.
В Китае и Японии использовались аналоги абака —
суан-пан и соробан соответственно.
Суан-пан
Соробан

5.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.1 Домеханическая ЭРА
Десятичный абак, или русские счеты, в которых
используется
десятичная
система
счисления
и
возможность оперировать десятыми и сотыми дробными
долями появились в России на рубеже XV — XVI веков

6.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1492 год — Леонардо да Винчи в одном из своих дневников
приводит эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с
десятизубцовыми кольцами

7.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1623 год — Вильгельм Шиккард, профессор университета Тюбингена,
разрабатывает устройство на основе зубчатых колес («считающие
часы») для сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел,
оповещая звонком о переполнении.

8.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1630 год — Ричард Деламейн создаёт круговую
логарифмическую линейку. (авторство этого изобретения
оспаривают два ученых Уильям Отред и Ричард Деламейн).

9.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1642 год — Блез Паскаль представляет «Паскалин» — первое
реально
осуществлённое
и
получившее
известность
механическое цифровое вычислительное устройство.

10.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1654 год. Англичанин Роберт Биссакар, а в 1657
году - независимо от него - С.Патридж разработали
прямоугольную логарифмическую линейку

11.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1673 год — известный немецкий философ и математик Готфрид
Вильгельм Лейбниц создал "ступенчатый вычислитель" счетную машину, позволяющую складывать, вычитать,
умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом
использовалась двоичная система счисления.

12.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1723 год — немецкий математик и астроном
Христиан Людвиг Герстен на основе работ Лейбница
создал арифметическую машину

13.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1786 год — немецкий военный инженер Иоганн Мюллер
выдвигает
идею
«разностной
машины»
—
специализированного калькулятора для табулирования
логарифмов, вычисляемых разностным методом.

14.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1801 год — Жозеф Мария Жаккар строит ткацкий
станок с программным управлением, программа
работы которого задается с помощью комплекта
перфокарт.

15.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1820 год — первый промышленный выпуск
арифмометров. Первенство принадлежит
французу Тома де Кальмару

16.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
50-е гг. XIX в. — П. Л. Чебышев создал
первый в России арифмометр.

17.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1822
год
—
английский
математик
Чарльз
Бэббидж изобрёл, но
не смог построить,
первую разностную
машину
(специализированны
й арифмометр для
автоматического
построения
математических
таблиц).

18.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
В 1833 г., приостановив работы над разностной
машиной, Бэббидж начал осуществлять проект
универсальной автоматической машины для любых
вычислений.
Это
устройство,
обеспечивающее
автоматическое выполнение заданной программы
вычислений, он назвал аналитической машиной.

19.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
Вместе с Бэббиджем
работала
леди Ада
Лавлейс. Ей написана
первая в мире достаточно
сложная
программа
вычисления
чисел
Бернулли. Она также
написала труд с полным
описанием
машины,
анализом
ее
возможностей
для
решения
различных
вычислительных задач.

20.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1855 год — братья Георг и Эдвард Шутц из
Стокгольма построили первую разностную
машину на основе работ Чарльза Бэббиджа

21.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.2 Механическая ЭРА
1867 - американский
издатель
и
политик Кристофер
Шоулз
(1819-1890)
вместе со своим
другом
Карлом
Глидденом изобрели
счетую
машинку,
которую
затем
преобразовали
в
пишущую

22.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1884—1887 годы —
Холлерит
разработал
электрическую
табулирующую
систему, которая
использовалась в
переписях
населения США в
1890-м и 1900-м
годах.

23.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
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 (1946 г.).

24.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1904 Известный русский математик,
кораблестроитель,
академик
А.Н.Крылов
предложил
конструкцию машины для интегрирования
обычных дифференциальных уравнений,
которая была построена в 1912 году.

25.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
В 1904 английский
физик Джон Амброз
Флеминг (1849-1945),
изучая "эффект Эдисона",
создает диод.

26.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1918 Русский ученый
М.А.Бонч-Бруевич и
английские ученые В.Икклз
и Ф.Джордан (1919)
независимо друг от друга
создали электронное реле,
названное англичанами
триггером, которое сыграло
большую роль в развитии
компьютерной техники.

27.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1927 год — в
Массачусетском
технологическом
институте (MIT) был
изобретён аналоговый
компьютер.
1930 Вэннивер
Буш (Vannevar Bush,
1890-1974)
конструирует
дифференциальный
анализатор. По сути,
это первая успешная
попытка создать
компьютер,
способный выполнять
громоздкие научные
вычисления.

28.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1936 Американский математик Алан Тьюринг (статья "О
вычислительных числах") и независимо от него
американский математик и логик Э.Пост (уроженец Польши)
выдвинули и разработали концепцию абстрактной
вычислительной машины. "Машина Тьюринга" гипотетический универсальный преобразователь дискретной
информации, теоретическая вычислительная система.

29.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1937 Американский физик
болгарского
происхождения Дж.В.Атанасо
в (John Atanasoff) формирует
принципы
автоматической
цифровой
вычислительной
машины на ламповых схемах
для
решения
систем
линейных уравнений. В 1939
году он создал вместе со
своим аспирантом Клиффорд
Берри
(Clifford
Berry)
работающую
настольную
модель ЭВМ.

30.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1938
год
—
немецкий
инженер
Конрад Цузе вскоре
после окончания в
1935
году
Берлинского
политехнического
института
построил
свою первую машину,
названную Z1. Это
полностью
механическая
программируемая
цифровая машина

31.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1941 год — Конрад
Цузе создаёт первую
вычислительную
машину Z3,
обладающую всеми
свойствами
современного
компьютера. Первый в
мире действующий
релейный двоичный
компьютер Z3 с
программным
управлением.

32.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1942 год — в Университете штата Айова
(англ. Iowa State University) Джон Атанасов
(англ. John Atanasoff) и его аспирант
Клиффорд Берри (англ. Clifford Berry)
создали (а точнее — разработали и начали
монтировать) первый в США электронный
цифровой компьютер (англ. Atanasoff-Berry
Computer — ABC1942 год — в Университете
штата Айова (англ. Iowa State University)
Джон Атанасов (англ. John Atanasoff) и его
аспирант Клиффорд Берри (англ. Clifford
Berry) создали (а точнее — разработали и
начали монтировать) первый в США
электронный цифровой компьютер (англ.
Atanasoff-Berry Computer — ABC

33.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
1942 году американский физик Джон
Моучли (John Mauchly) (1907-1980), после
детального ознакомления с проектом
Атанасова, представил собственный проект
вычислительной машины. В работе над
проектом ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical
Integrator and Computer - электронный
числовой интегратор и калькулятор) под
руководством Джона Моучли и Джона
Эккерта (John Presper Eckert) участвовало 200
человек. Весной 1945 года ЭВМ была
построена, а в феврале 1946 года
рассекречена.

34.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
ЭВМ ENIAC

35.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
В начале 1943 года успешные испытания
прошла первая американская
вычислительная машина Марк I,
предназначенная для выполнения сложных
баллистических расчётов американского
ВМФ.
В
1937
году
гарвардский
математик Говард Эйкен (Howard Aiken)
предложил прект создания большой
счетной машины

36.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.3 Электромеханическая ЭРА
В конце 1943 года заработала
английская вычислительная
машина специального
назначения Колосс. Машина
работала над расшифровкой
секретных кодов фашистской
Германии.
В 1944 году Конрад Цузе
разработал ещё более быстрый
компьютер Z4.

37.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.1 Первое поколение ЭВМ
Первого 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.

38.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.1 Первое поколение ЭВМ
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. Машины этого поколения
имели быстродействие порядка 10-20 тысяч
операций в секунду и объем памяти порядка 1К
(1024 слова).

39.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.1 Первое поколение ЭВМ
1946 год стал годом
создания первой
универсальной
электронной цифровой
вычислительной машины
Эниак.
1949 год, в Англии была
введена в эксплуатацию
первая в мире ЭВМ с
хранимой в памяти
программой – " EDSAC ",
созданная под
руководством М. Уилкса.
EDSAC

40.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.1 Первое поколение ЭВМ
В
1948
году
Сергеем
Александровичем
Лебедевым
(1990-1974)
и Б.И.Рамеевым был предложен
первый
проект
отечественной
цифровой
электронно
вычислительной машины. Под
руководством академика Лебедева
С.А.
и
Глушкова
В.М.
разрабатываются
отечественные
ЭВМ: сначала МЭСМ - малая
электронная счетная машина (1951
год, Киев), затем БЭСМ быстродействующая электронная
счетная машина (1952 год, Москва).
Параллельно с ними создавались
Стрела, Урал, Минск, Раздан,
Наири.
МЭСМ
БЭСМ

41.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.2 Второе поколение ЭВМ
Второе поколение (1958-1964 гг.)
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. В качестве носителей
информации использовались магнитные ленты ("БЭСМ-6", "Минск2","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 языков на язык машинных
команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было
реализовано некоторое перекрытие команд: последующая
команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

42.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.2 Второе поколение ЭВМ
В качестве элементной базы использовались
дискретные полупроводниковые приборы и
миниатюрные дискретные детали. Основная
технология сборки – одно- и двухсторонний печатный
монтаж невысокой плотности. По сравнению с
предыдущим поколением резко уменьшились
габариты и энергозатраты, возросла надежность.
Возросли также быстродействие (приблизительно
500 тысяч оп/с) и объем оперативной памяти (16-32К
слов). Это сразу расширило круг пользователей, а
следовательно, и решаемых задач. Появились языки
высокого уровня

43.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.3 Третье поколение ЭВМ
Третье поколение (1964-1972 гг.)
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".

44.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.3 Третье поколение ЭВМ
Третье поколение (1964-1972 гг.)
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.

45.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.4 Четвертое поколение ЭВМ
Четвертое поколение (с 1972 г.)
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.).

46.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра
1.4.4 Четвертое поколение ЭВМ
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.
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.

47.

1. История и этапы развития ЭВМ
1.4 Электронная эра