Архитектура и история ЭВМ

1.

2.

История развития
вычислительной техники
Перспективы развития
вычислительной техники

3.

История развития вычислительной техники
Периоды
Механический
(… 1940 г.)
Электромеханический
(1940 г. …)
Электронный
(1945 г. …)
Поколения ЭВМ
I поколение
(1945 г. …)
III поколение
(1965 г. …)
II поколение
(1955 г. …)
V поколение
(?)
IV поколение
(1975 г. …)
подробнее

4.

Поколения ЭВМ
Поколения ЭВМ – период развития вычислительной техники,
отмеченный относительной стабильностью архитектуры и
технических решений.
Смена поколения обычно связана с переходом на новую
элементную базу, что приводит к скачку в росте основных
характеристик ЭВМ.
Новая
элементная база
Новые технологии
производства
Новое
Поколение
ЭВМ
Новый состав
программного обеспечения
Новые области
применения

5.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Рука – универсальный
Абак – первый
счетный инструмент счетный инструмент
(V-VI вв н.э)
Счёты (XVI в.)
Логарифмическая линейка (1620 г.)
подробнее

6.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Суммирующая машина
Б. Паскаля (1642 г.)
Калькулятор В. Лейбница (1673 г.)
подробнее

7.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Перфокарта
Ткацкий станок Жозефа Мари
Жаккара (1804 г.)
В XIX в. английский математик Ч.
Бэббидж и его помощница
Огаста Ада Байрон, графиня
Лавлейс, решили
воспользоваться перфокартами
Жаккара для программирования
Аналитической машины.
Система ввода с перфокарт
впоследствии нашла широкое
применение в различных
устройствах обработки
информации.
подробнее

8.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Арифмометр Шарля де Кольмара (1820 г.)
подробнее

9.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Разностная (1823 г.) и Аналитическая (1830 г.) машины,
сконструированные английским математиком, инженером,
изобретателем Чарльзом Беббиджем
подробнее

10.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Чертеж к патенту В.Т. Однера
1879 г. в России
Арифмометр В.Т. Однера
выпуска 1876 г.
подробнее

11.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Арифмометр Феликс русской конструкции В.Т. Орднера

12.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Перфоратор
Перфокарта
Перфолента
подробнее

13.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
В 1888 году американский
инженер Герман Холлерит
сконструировал первую
электромеханическую
счетную машину. Эта
машина, названная
табулятором, имела в
своем составе реле,
счетчики, сортировочный
ящик и могла считывать и
сортировать
статистические записи,
закодированные на
перфокартах.
Табулятор Холлерита (1888 г.)
подробнее

14.

История развития вычислительной техники
Электромеханический период (1940 г. …)
Джордж Стибиц, сотрудник компании Bell Laboratories, на кухонном столе у
себя дома создал первое в США электромеханическое вычисляющее
устройство, выполняющее операцию двоичного сложения — двоичный
сумматор (1937 г.). Двоичный сумматор Стибица является в настоящее
неотъемлемой частью любого цифрового компьютера.
Электромагнитное
реле
Двоичный сумматор
Стибица (1937 г.).

15.

Принцип действия электромагнитного реле
КР
КР
1
Е1
вторичная
электрическая
цепь
Л
2
Р
Рис. 2
В
3
4
Рис. 1. Контакты вторичной
электрической цепи разомкнуты
1. Контакты реле; 2. Рычажок;
3. Магнит; 4. Обмотка катушки.
первичная
электрическая
цепь
Р
Рис. 3
подробнее

16.

Принцип действия электромагнитного реле
КР
КР
1
2
Р
Е1
вторичная
электрическая
цепь
I1
Л
Рис. 4
В
3
4
Рис. 5. Контакты электрической
цепи замкнуты
1. Контакты реле; 2. Рычажок;
3. Магнит; 4. Обмотка катушки.
первичная
электрическая
цепь
I2
Р
Рис. 6
подробнее

17.

История развития вычислительной техники
Электромеханический период (1940 г. …)
В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе в домашних условиях собрал
электромеханическую машину Z1

18.

История развития вычислительной техники
Электромеханический период (1940 г. …)
Вычислительная машина «Колосс»
1943 г.
В конце 1943 года в секретной
правительственной
лаборатории в
Великобритании при участии
Алана Тьюринга была
построена первая
вычислительная машина,
использовавшая вместо
электромеханических реле
2000 электронных вакуумных
ламп — «Колосс». Это была
специализированная ЭВМ,
предназначенная для
расшифровки вражеских
посланий, закодированных
германской шифровальной
машиной «Энигма».

19.

История развития вычислительной техники
Электромеханический период (1940 г. …)
Mark -1» (1944 г.)
подробнее

20.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Первое поколение (1945 г. …)
Электронная лампа
подробнее

21.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Первое поколение (1945 г. …)
Первая ЭВМ ENIAC 1946 г. (США)
подробнее

22.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Первое поколение (1945 г. …)
В 1950 году под руководством С. А. Лебедева в Институте
электротехники АН УССР под Киевом была построена первая
советская ЭВМ — МЭСМ, или Малая электронная счетная
машина.
подробнее

23.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Первое поколение (1945 г. …)
Первая серийная машина UNIVAC 1951 г. (США)
подробнее

24.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Первое поколение (1945 г. …)
Макет ЭВМ «UNIVAC» (США)

25.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Первое поколение (1945 г. …)
Выпущена первая серийная отечественная вычислительная
машина Стрела (1953 г.) ЭВМ "Стрела" имела быстродействие
2000 трехадресных команд в секунду. Основной такт - 500 мкс.
подробнее

26.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Первое поколение (1945 г. …)
В 1957 году в Пензе начат выпуск малой ЭВМ
«Урал-1», разработанной Баширом Рамеевым
подробнее

27.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Второе поколение (1955 г. …)
Транзистор
Плоскостной транзистор
подробнее

28.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Второе поколение (1955 г. …)
ЭЦВМ «Минск-2» (1963 г.) - одна из первых серийных полупроводниковых
электронных вычислительных машин малого класса, созданная в СССР и
обладавшая возможностью ввода, обработки и вывода текстовой
информации.

29.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Второе поколение (1955 г. …)
ЭВМ «Раздан-2» (СССР)
подробнее

30.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Второе поколение (1955 г. …)
В 1967 году в СССР была создана самая мощная
вычислительная машина данного семейства — БЭСМ-6
(быстродействие составляло около 1 млн. операций в
секунду).
подробнее

31.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Второе поколение (1955 г. …)
ЭВМ М-220 (СССР 1968 г.).
подробнее

32.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Второе поколение (1955 г. …)
Мини ЭВМ Наири
подробнее

33.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Третье поколение (1965 г. …)
Интегральная
микросхема (1959 г. )
Планарный транзистор
Чип
подробнее

34.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
IBM 360 (1964 г. США)
Третье поколение (1965 г. …)
подробнее

35.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Третье поколение (1965 г. …)
ЕС ЭВМ 1020 (1972 г. СССР)
подробнее

36.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Третье поколение (1965 г. …)
Универсальная ЕС ЭВМ 1050 (1974 г. СССР)
подробнее

37.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Третье поколение (1965 г. …)
Мини ЭВМ СМ-2М (СССР)
подробнее

38.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Четвертое поколение (1975 г. …)
Первый четырёхразрядный
микропроцессор Intel-4004
МикропроцессорPentium II
фирмы Intel
подробнее

39.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Четвертое поколение (1975 г. …)
ПЭВМ «Искра 226» (1986 г. СССР)
IBM PC (1981 г. США)
подробнее

40.

История развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Четвертое поколение (1975 г. …)
Современный персональный компьютер (2003 г.)
подробнее

41.

История развития вычислительной техники
Поколения
Характеристика
Первое
Второе
Третье
Четвертое
Годы примения
1945 -1960
1955 -1970
1965 -1980
1975 - …
Основной
элемент
Электронная
лампа
Транзистор
Интегральная
схема
Большая
интегральная
схема
Количество ЭВМ в
мире, шт
Сотни
Тысячи
Сотни тысяч
Десятки
миллионов
Размеры
Очень большие
(ENIAC, UNIVAC,
EDSAC)
Значительно
меньшие
Миникомпьютеры
Микрокомпьютеры
Быстродействие
1 (условно)
10
1 000
100 000
Магнитные
барабан и лента;
перфокарты и
перфоленты;
цифровая печать
Магнитные
барабаны и
ленты;
перфоносители;
алфавитноцифровая печать
Консоли;
магнитные
диски и ленты;
дисплеи,
графопостроители
Цветной
графический
дисплей,
клавиатура,
манипуляторы,
принтеры, модемы
Периферийные
устройства
Сравнительная таблица характеристик ЭВМ

42.

Перспективы развития вычислительной техники
Электронный период (1945 г. …)
Интеллектуальная
робот-собака AIBO
Робот Вася
Пятое поколение ?

43.

Перспективы развития вычислительной техники
Разработка последующих поколений производится на основе больших
интегральных схем повышенной интеграции, использования
оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
Развитие идет по линии «интеллектуализации» компьютеров.
Компьютеры будут способны воспринимать информацию с
рукописного, текста, человеческого голоса, осуществлять перевод с
одного языка на другой.
В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от
обработки данных к обработке знаний.
3…2…1

44.

Перспективы развития вычислительной техники
Квантовый компьютер
Основной строительной единицей
квантового компьютера является
кубит (qubit, Quantum Bit) —
квантовый бит (термин предложен
американским физиком Беном
Шумахером). Подобно классическому
биту информации, кубит
теоретически может быть реализован
на любой двухуровневой системе,
например атоме, который может
находиться в двух энергетических
состояниях — основном и
возбужденном, которые будут
соответствовать нулю и единице
классического бита.

45.

Перспективы развития вычислительной техники
Нейрокомпьютеры — это совершенно
новый тип вычислительной техники, одна из
разновидностей так называемых
биокомпьютеров. В основу архитектуры
нейрокомпьютера положена искусственная
нейронная сеть, построенная на
нейроноподобных элементах — искусственных
нейронах и нейроноподобных связях.
Биокомпьютеры — молекулярные
компьютерные системы — компьютеры на базе
ДНК и других биологических объектов, или
биокомпьютеры. В основу этих изысканий
положено свойство некоторых органических
молекул обратимо переходить из одного
устойчивого состояния в другое (могут
рассматриваться как 0 и 1 в логических операциях).

46.

Перспективы развития вычислительной техники
Принципы работы молекулярного
компьютера следующие :
1. Состоит не из кремниевых чипов, а из биочипов.
2. Вычисления -это взаимодействие белковых молекул с
окружающей их физико – химической средой.
3. Переключателями служат ферменты, а программа ,
скорее, неявно, чем явно, выражена в структуре белков и самой
системы, в которой они интегрированы.
4. Сигналы обрабатываются не последовательно, бит за битом,
а как динамические структуры: молекулы белка узнают другие
окружающие их молекулы по пространственной структуре их
поверхности.

47.

Архитектура ЭВМ
Принцип программного управления
компьютером: программа состоит из
набора команд, выполняющихся
процессором автоматически в
определенной последовательности.
Бэббидж Чарлз
(26.12. 1791, Лондон — 18.10.1871, там же),
английский математик и изобретатель,
иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1832).
Автор трудов по теории функций, механизации счета в экономике.
В 1833 разработал проект универсальной цифровой вычислительной
машины — прообраза ЭВМ.

48.

Архитектура ЭВМ
Нейман Джон (правильно Янош фон
Нойман) (3.12.1903, Будапешт —
8.02.1957, Вашингтон)
В 1945 году американский математик
и физик Джон фон Нейман
опубликовал свой знаменитый
«Предварительный доклад о машине
EDVAC», в котором описал принципы
организации ЭВМ и ее логические
свойства.
Принципы Джона фон Неймана.
Принцип однородности памяти.
Программы и данные хранятся в одной
и той же памяти, разделение программ
и данных выполняется за счет
использования разных адресных
областей.
Принцип адресности. Структурно
память состоит из перенумерованных
ячеек. Процессору в произвольный
момент времени доступна любая
ячейка и время доступа к любой ячейке
памяти одинаково.
Описанная Нейманом архитектура
компьютера получила название «фон
Неймановской архитектуры ЭВМ» и
была положена в основу всех
последующих моделей компьютеров.

49.

Архитектура ЭВМ
В 1936 году английский математик Алан Тьюринг описал гипотетический
механизм, названный «машиной Тьюринга». Она обладала основными
свойствами современного компьютера: пошаговым выполнением
математических операций, запрограммированных во внутренней памяти.
Эта машина создала теоретическую базу для цифровых компьютеров.
В 1938 году американский инженер и математик Клод Шеннон разработал
принципы логического устройства компьютера, соединив булеву алгебру с
работой электрических схем. Эта работа стала поворотным пунктом в истории
развития современной информатики и вычислительной техники.
В 1942 году американский физик Джон Атанасофф и его коллега
Клиффорд Берри закончили работу над вычислительным устройством,
работавшим на вакуумных трубках, которое получило название машины
Атанасоффа-Берри, или ABC. Аппарат использовал двоичный код и мог
осуществлять логические операции.

50.

Архитектура ЭВМ
Устройство
Ввода
(УВв)
Внешнее
Запоминающее
Устройство
(ВЗУ)
Устройство
Управления
(УУ)
Оперативное
Запоминающее
Устройство
(ОЗУ)
АрифметикоЛогическое
Устройство
(АЛУ)
программы,
данные
Устройство
Вывода
(УВыв)
результат
потоки информации
управляющие сигналы

51.

История развития вычислительной техники
Французский математик, физик,
религиозный философ и писатель.
Сформулировал одну из основных
теорем проективной геометрии.
Работы по арифметике, теории
чисел, алгебре, теории
вероятностей. Один из
основоположников гидростатики,
установил ее основной закон (закон
Паскаля). Работы по теории
воздушного давления.
Сконструировал (1641, по другим
сведениям — 1642) суммирующую
машину.
Паскаль Блез
(19.06.1623, Клермон-Ферран,
Франция — 19.08.1662),

52.

История развития вычислительной техники
Лейбниц Готфрид
Вильгельм
1.07.1646, Лейпциг —
14.11.1716, Ганновер),
Немецкий ученый (философ, математик, физик,
языковед), политический деятель и дипломат.
Предвосхитил принципы современной
математической логики («Об искусстве
комбинаторики», 1666). Создал первую
механическую счетную машину, способную
производить сложение, вычитание, умножение
и деление. Независимо от Ньютона создал
дифференциальное и интегральное
исчисление и заложил основы двоичной
системы счисления.
Предложив двоичную систему счисления,
ученый наделял ее мистическим смыслом:
цифру 1 он ассоциировал с Богом, а 0 с
пустотой. Лейбниц предположил, что двоичная
система может стать универсальным
логическим языком.

53.

История развития вычислительной техники
Графиня, английский математик.
Аду Лавлейс называют первым
программистом. Ею составлены
первые в мире программы для
программно-управляемой
аналитической машины Бэббиджа.
Она разработала принципы
программирования,
предусматривающие повторение
одной и той же последовательности
команд и выполнение этих команд
при определенных условиях. Эти
принципы используются и в
современной вычислительной
технике.
Лавлейс Огаста Ада Кинг
(10. 12. 1815, Мидлсекс (ныне в границах
Лондона) — 29. 11. 1852, там же),

54.

История развития вычислительной техники
Механический период (… 1940 г.)
Английский математик и логик, один
из основоположников
математической логики. Разработал
алгебру логики (булеву алгебру)
(«Исследование законов
мышления», 1854), основу
функционирования цифровых
компьютеров.
Буль Джордж
(2.11.1815, Линкольн,
Великобритания — 8.12.1864,
Баллинтемпль, Ирландия),

55.

История развития вычислительной техники
Английский математик. Основные
труды по математической логике,
вычислительной математике. В
1936-37 годах А. Тьюринг и
независимо от него Эмиль Пост
выдвинули и разработали
концепцию абстрактной
вычислительной машины. Они
доказали принципиальную
возможность решения автоматами
любой проблемы при условии ее
алгоритмизации.
Тьюринг Алан Матисон
(23. 06.1912, Лондон — 7.06.1954,
Уилмслоу, Великобритания),
подробнее

56.

История развития вычислительной техники
Американский инженер и математик,
один из создателей математической
теории информации. В 1938 году
сотрудник Массачусетского
технологического института Клод
Шеннон защитил докторскую
диссертацию, в которой разработал
принципы логического устройства
компьютера, соединив булеву
алгебру с работой электрических
схем. Эта работа стала поворотным
пунктом в истории развития
современной информатики и
вычислительной техники.
Шеннон Клод
(6. 04. 1916, Гэйлорд, Мичиган —
24. 02. 2001, Кембридж, Массачусетс)

57.

История развития вычислительной техники
Американский физик-теоретик,
изобретатель первой
электронной вычислительной
машины ABC (1942 г.).
Атанасофф Джон Винсент
(4.10.1903, Хэмилтон, штат
Нью-Йорк — 15. 06.1995,
Монровия, Мэриленд)
подробнее

58.

История развития вычислительной техники
Лебедев Сергей Алексеевич
(1902, Нижний Новгород — 1974),
российский ученый, академик АН
СССР (1953) и АН Украины (1945).
Под его руководством в Институте
электротехники АН УССР была создана
первая в стране лаборатория по
разработке ЭВМ. Здесь была построена
первая советская ЭВМ — МЭСМ, или
Малая электронная счетная машина. С
1951 года работал в Москве, где
возглавлял лабораторию в Институте
точной механики и вычислительной
техники (ИМТ и ВТ), а с 1953 года и до
конца жизни был директором этого
института.
Под руководством Лебедева с начала
1960-х годов в институте было создано
несколько поколений больших счетных
машин — БЭСМ, в которых применялись
оригинальные разработки.
Затем были созданы их
полупроводниковые варианты БЭСМ3М, БЭСМ-4, М-220 и М-222.