Средства информационных и коммуникационных технологий

1.

4. Средства информационных
и коммуникационных
технологий
4.1 История компьютера

2.

Компьютер – это устройство, которое призвано помочь человеку в
выполнении рутинной работы. Это инструмент в руках человека, такой
же, как калькулятор, станок и т. д. Но пользоваться этим инструментом
необходимо уметь. С помощью ЭВМ можно эффективно обрабатывать
большие объемы информации.
История развития вычислительной техники.
Основные этапы развития вычислительной техники:
Ручной с 50-го тысячелетия до н. э.
Механический с середины XVII в.
Электромеханический с 90-х годов XIX в.
Электронный с 40-х годов XX в.

3.

Рассмотрим основные моменты каждого этапа.
Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье было распространено
простейшее приспособление для ручногосчета – абак (доска,
разделенная на полосы, где перемещались камешки или кости). В
Древнем Риме абак назывался calculi или abaculi и изготавливался из
бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. Слово calculus
означает «галька», «голыш». От этого слова произошло латинское
слово calculatore (вычислять), а затем слово «калькуляция».
Абак позволял лишь запоминать результат, а все арифметические
действия должен был выполнять человек.

4.

Первая механическая машина была построена немецким ученым
Вильгельмом Шиккардом (предположительно в 1623 г.). Машина
была реализована в единственном экземпляре и предназначалась для
выполнения арифметических операций. Из-за недостаточной
известности машины Шиккарда более 300 лет считалось, что первую
суммирующую машину сконструировал Блез Паскаль.
Блез Паскаль (французский математик, физик, религиозный философ
и писатель) в 1642 г. изобрел механическую счетную машину,
выполнявшую сложение, а в 1674 г. Готфрид Лейбниц расширил
возможности машины Паскаля, добавив операции умножения, деления
и извлечения квадратного корня. Специально для своей машины
Лейбниц применил систему счисления, использующую вместо
привычных для человека десяти цифр две: 1 и 0. Двоичная система
счислений широко используется в современных ЭВМ.

5.

Ни одна из этих машин не была автоматической и требовали
непрерывного вмешательства человека. В 1834 г. Чарлз Бэббидж
(Charles
Babbage)
первым
разработал
подробный
проект
автоматической вычислительной машины. Он так и не построил свою
машину, так как в то время невозможно было достичь требуемой
точности изготовления ее узлов.
Ч. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные части:
«склад» для хранения чисел (по современной терминологии память);
«мельницу»
для
производства
арифметических
действий
(арифметическое устройство, процессор);
устройство,
управляющее
последовательностью
выполнения
операций (устройство управления);
устройства ввода и вывода данных.
В качестве источника энергии для приведения в действие механизмов
машины Ч. Бэббидж предполагал использовать паровой двигатель.

6.

Бэббидж предложил управлять своей машиной с помощью
перфорированных карт, содержащих коды команд, подобно тому как
использовались перфокарты в ткацких станках Жаккара. На этих
картах было представлено то, что сегодня мы назвали бы программой.
Ч. Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные, как
мы сейчас говорим, с программированием. В частности, им была
разработана весьма важная для программирования идея «условной
передачи управления». Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на
котором со временем были построены ЭВМ.
Первые программы для вычислительной машины Бэббиджа создавала
Ада Лав-лейс (Ada Lovelace) – дочь известного поэта Джорджа
Байрона, в честь которой впоследствии был назван один из языков
программирования. Ада Лавлейс разработала основные принципы
программирования, которые остаются актуальными до настоящего
момента времени. Ряд терминов, введенных Адой Лавлейс,
используются и сейчас, например, «цикл», «рабочие ячейки».

7.

Теоретические основы современных цифровых вычислительных
машин заложил английский математик Джордж Буль (1815–1864). Он
разработал алгебру логики, ввел в обиход логические операторы И,
ИЛИ и НЕ.
В 1888 г. Германом Холлеритом (Herman Hollerith) была
сконструирована первая электромеханическая машина для сортировки
и подсчета перфокарт. Эта машина, названная табулятором, содержала
реле, счетчики, сортировочный ящик. Изобретение Холлерита было
использовано при подведении итогов переписи населения в США.
В 1896 г. Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulation
Company. Спустя несколько лет это предприятие переименовали в
известнейшую теперь фирму International Business Machine
Corporation (IBM).

8.

Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse) был первым, кто
успешно
осуществил
идею
создания
автоматической
электромеханической вычислительной машины на основе двоичной
системы счисления. В 1936 г. он начал конструировать вычислительный
аппарат, работающий в двоичной системе счисления, который
впоследствии был назван Zuse I (Z1).
В 1941 г. Цузе сумел построить действующую модель Zuse 3, которая
состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства
памяти.
В 1944 г. (по другим источникам, в 1943 г.) в Англии было разработано
полностью автоматическое вычислительное устройство Colossus II.
Основным его назначением была дешифровка перехваченных
сообщений военного противника.

9.

Еще одна полностью автоматическая вычислительная машина,
изобретенная профессором Гарвардского университета Говардом
Айкеном (Aiken Howard, 1900–1973), при участии группы инженеров
фирмы IBM, была построена в 1944 г. Она была названа ASCC (другое
название Mark 1) и была электромеханической (построена на реле),
состоящей приблизительно из 750 тысяч компонентов.
В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию электронной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы
первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. Совместно с К.
Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC (AtanasoffBerry Computer).

10.

Электронная вычислительная машина, разработанная Эккертом и
Маучли (John W. Mauchly and J. Presper Eckert, Jr.) в США в 1946 г.,
была названа ENIAC. При создании этой машины Эккерт и Маучли
заимствовали основные идеи у Дж. Атанасова. ENIAC была примерно
в 1000 раз быстрее, чем ASCC. Она состояла из 18 тысяч электронных
ламп, 1,5 тысячи реле, имела вес более 30 тонн, потребляла мощность
более 150 кВт. Первоначально ENIAC программировалась путем
соединения проводами соответствующих гнезд на коммутационной
панели, что делало составление программы очень медленным и
утомительным занятием.
Американский математик и физик Джон фон Нейман (1903–1957)
предложил хранить программу – последовательность команд
управления ЭВМ – в памяти ЭВМ, что позволяло оперировать с
программой так же, как с данными.

11.

Последующие ЭВМ строились с большим объемом памяти, с учетом
того, что там будет храниться программа.
В докладе фон Неймана, посвященном описанию ЭВМ, выделено пять
базовых элементов компьютера:
арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство управления (УУ);
запоминающее устройство (ЗУ);
система ввода информации;
система вывода информации.
Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон
Неймана.

12.

Поколения ЭВМ.
ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовали
электронные лампы и реле.
Первое: элементарная база – лампы, оперативная память на
электронно-лучевых
трубках
и
ферритовых
сердечниках,
быстродействие до 20000 оп/сек., охлаждение, однопрограммность.
Изобретение в 1948 г. транзисторов и запоминающих устройств на
магнитных
сердечниках
оказало
глубокое
воздействие
на
вычислительную технику. Ненадежные вакуумные лампы, которые
требовали большой мощности для нагревания катода, заменялись
небольшими
германиевыми
(впоследствии
кремниевыми)
транзисторами. Компьютеры, построенные в середине 50-х годов XX
в., стали называть машинами второго поколения.
Второе: 60 гг, элементарная база – полупроводниковые транзисторы,
быстродействие 104–105 оп/сек. Объем памяти – до 150 слов при длине
слова до 50 двоичных разрядов. Программирование велось на
алгоритмических языках Фортран, Алгол, Кобол.

13.

Революционный прорыв в миниатюризации и повышении надежности
компьютеров произошел в 1958 г., когда американский инженер Д.
Килби (Jack Kilby) разработал первую интегральную микросхему. В
середине 60-х годов появилось третье поколение ЭВМ, основу
элементной базы которых составляли микросхемы малой и средней
степени интеграции.
Третье: элементарная база – интегральные схемы (ИС),
быстродействие 106–107 оп/сек. Резко снижены габариты и
энергопотребление ЭВМ. Оперативная память строилась на ИС и
достигала объема 105–106 байт. Унифицировались периферийные
устройства. Появился широкий выбор языков программирования.
Стали использоваться операционные системы, позволяющие резко
повысить производительность и организовать многопрограммный и
терминальный режимы.

14.

Другая революция в технологии изготовления ЭВМ произошла в 1971
г., когда американский инженер Маршиан Эдвард Хофф (Marcian Е.
Hoft) объединил основные элементы компьютера в один небольшой
кремниевый чип (кристалл), который он назвал микропроцессором.
Первый микропроцессор получил маркировку Intel 4004.
ЭВМ четвертого поколения строятся на интегральных микросхемах с
большой степенью интеграции. На одном кристалле размещается целая
микроЭВМ. Заметим, что переход от третьего поколения ЭВМ к
четвертому не был революционнымп. Отличия коснулись не столько
принципов построения ЭВМ, сколько лотности упаковки элементов в
микросхемах.
Четвертое: элементарная база – большие и сверхбольшие ИС (БИС и
СБИС). Быстродействие 107–108 оп/сек. Формируются два направления
– многопроцессорные и персональные ЭВМ. Появляются
компьютерные
сети.
Разрабатывается
специализированное
программное обеспечение, позволяющее оперативно программировать
решение задач определенного класса (например,
в таких областях как статистика,
инженерная графика, научно-технические расчеты и т.д.).

15.

Развитие ЭВМ идет по пути непрерывного повышения
быстродействия,
надежности,
расширения
функциональных
возможностей, уменьшения габаритов и потребляемой мощности,
упрощения правил работы на компьютере. Среди ЭВМ четвертого
поколения появились персональные компьютеры (ПК или ПЭВМ),
которые позволяют индивидуально работать каждому пользователю.
Первой ПЭВМ можно считать компьютер Altair-8800, созданный в
1974 г. Э. Робертсом. Для этого компьютера П. Аллен и Б. Гейтс в
1975 г. создали транслятор с популярного языка Basic. Впоследствии П.
Аллен и Б. Гейтс создали известную компанию Microsoft.
В 1976 г. Стивен П. Джобе и Стефан Г. Возниак основали в гараже
Пало-Алъто (Калифорния) предприятие Apple Computer. После шести
месяцев работы Возниаку удалось собрать действующий макет под
названием Apple 1. В настоящее время компания с таким названием
хорошо известна многим пользователям ЭВМ.

16.

В настоящее время ведется разработка ЭВМ пятого поколения,
характерными особенностями которых будут способность к
самообучению и наличие речевого ввода и вывода информации.
Таким образом, вычислительная техника постоянно впитывала в себя
самые последние достижения науки, техники и технологии
(электронные лампы, транзисторы, микроэлектроника, лазеры, средства
связи), благодаря чему ее развитие идет необычайно высокими
темпами.
В следующем столетии, когда на смену электронным приборам придут
квантовые, оптические или биоэлектронные приборы, то современные
нам ЭВМ будут казаться будущим пользователям такими же
монстрами, какими нам кажутся вычислительные машины 40-х годов
XX в.