История развития ЭВМ. Поколения ЭВМ

История развития ЭВМ. Поколения  ЭВМ

  

Оглавление

Введение 3

1. Направления  развития и поколения ЭВМ 6

1.1 Аналоговые  вычислительные машины (АВМ) 6

1.2 Электронные  вычислительные машины (ЭВМ) 7

1.3 Аналого-цифровые  вычислительные машины (АЦВМ) 8

2. Поколения  ЭВМ 8

2.1 Первое  поколение ЭВМ 9

2.2 Второе  поколение ЭВМ 11

2.3 Третье  поколение ЭВМ 13

2.4 Четвертое  поколение ЭВМ 16

2.5 Пятое поколение  ЭВМ 17

3. Персональный  компьютер 19

Заключение 20

Список использованной литературы: 22

 

  Введение

История компьютера тесным образом связана с попытками  облегчить и автоматизировать большие  объемы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому  уже в древности появилось  простейшее счетное устройство - абак¹. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчеты. В 1642 году Блез Паскаль сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 году француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял свое место на бухгалтерских столах.

    Все основные  идеи, которые лежат в основе  работы компьютеров, были изложены  еще в 1833 году английским математиком  Чарльзом Бэббиджем. Он разработал  проект машины для выполнения  научных и технических расчетов, где предугадал основные устройства  современного компьютера, а также  его задачи. Управление такой  машиной должно было осуществляться  программным путем. Для ввода  и вывода данных Бэббидж предлагал  использовать перфокарты - листы  из плотной бумаги с информацией,  наносимой с помощью отверстий.  В то время перфокарты уже  использовались в текстильной  промышленности. Отверстия в них  пробивались с помощью специальных  устройств - перфораторов. Идеи Бэббиджа  стали реально воплощаться в  жизнь в конце 19 века.

   В 1888 году американский  инженер Герман Холлерит сконструировал  первую электромеханическую счетную  машину. Эта машина, названная табулятором,  могла считывать и сортировать  статистические записи, закодированные  на перфокартах. В 1890 году изобретение  Холлерита было впервые использовано  в 11-й американской переписи  населения. Работа, которую пятьсот сотрудников выполняли в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 табуляторах за один месяц.

    В 1896 году Герман  Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company, которая стала основой  для будущей Интернэшнл Бизнес  Мэшинс (International Business Machines Corporation, IBM) - компании, внесшей гигантский вклад в  развитие мировой компьютерной  техники.

    Дальнейшие развития  науки и техники позволили  в 1940-х годах построить первые  вычислительные машины. Создателем  первого действующего компьютера Z1 с программным управлением считают  немецкого инженера Конрада Цузе.

    В феврале 1944 года на одном из предприятий  Ай-Би-Эм (IBM) в сотрудничестве с  учеными Гарвардского университета  по заказу ВМС США была создана  машина "Mark 1". Это был монстр  весом около 35 тонн. В "Mark 1" использовались механические элементы  для представления чисел и  электромеханические - для управления  работой машины. Числа хранились  в регистрах², состоящих из десяти зубных счетных колес. Каждый регистр содержал 24 колеса, причем 23 из них использовались для представления числа (т.е. "Mark 1" мог "перемалывать" числа длинной до 23 разрядов), а одно - для представления его знака. Регистр имел механизм передачи десятков и поэтому использовался не только для хранения чисел; находящееся в одном регистре, число могло быть передано в другой регистр и добавлено к находящемуся там числу(или вычтено из него). Всего в "Mark 1" было 72 регистра и, кроме того, дополнительная память из 60 регистров, образованных механическими переключателями. В эту дополнительную память вручную вводились константы - числа, которые не изменялись в процессе вычислений.

    Умножение и  деление производилось в отдельном  устройстве. Кроме того, машина имела  встроенные блоки, для вычисления sin x, 10x и log x.

    Скорость выполнения  арифметических операций в среднем  составляла: сложение и вычитание  - 0,3 секунды, умножение - 5,7 секунды,  деление - 15,3 секунды. Таким образом  "Mark 1" был "эквивалентен" примерно 20 операторам, работающим  с ручными счетными машинами.

Наконец, в 1946 в США была создана первая электронная вычислительная машина (ЭВМ) - ENIAC (Electronic Numerical integrator and Computer - Электронный числовой интегратор и компьютер). Разработчики: Джон Мочи (John Маuchу) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert).

    Он был произведен  на свет в Школе электрической  техники Moore (при университете  в Пенсильвании).

    Время сложения - 200 мкс, умножения - 2800 мкс и  деления - 24000 мкс. 

    Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати  типов, 7200 кристаллических диодов  и 4100 магнитных элементов.

    Общая стоимость  базовой машины - 750000 долларов. Стоимость  включала дополнительное оборудование, магнитные модули памяти (по цене 29706,5 доллара) и аренду у IBM (по 82,5 доллара в месяц) устройства  считывания перфокарт ( 125 карт  в минуту). Она также включала  и арендную плату (по 77 долларов  в месяц) за IBM-перфоратор (100 карт  в минуту).

    Потребляемая  мощность ENIAC - 174 кВт. Занимаемое  пространство - около 300 кв. м. 

    В Советском  Союзе первая электронная цифровая  вычислительная машина была разработана  в 1950 году под руководством  академика С. А. Лебедева в  Академии наук Украинской ССР.  Она называлась «МЭСМ» (малая  электронная счётная машина).

    Основоположниками  компьютерной науки по праву  считаются Клод Шеннон - создатель  теории информации, Алан Тьюринг  - математик, разработавший теорию  программ и алгоритмов, и Джон  фон Нейман - автор конструкции  вычислительных устройств, которая  до сих пор лежит в основе  большинства компьютеров. В те  же годы возникла еще одна  новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика, наука об управлении  как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер. Одно время слово "кибернетика" использовалось для обозначения вообще всей компьютерной науки, а в особенности тех ее направлений, которые в 60-е годы считались самыми перспективными: искусственного интеллекта и робототехники. Вот почему в научно-фантастических произведениях роботов нередко называют "киберами". А в 90-е годы это слово опять всплыло для обозначения новых понятий, связанных с глобальными компьютерными сетями - появились такие неологизмы, как "киберпространство"³, "кибермагазины" и т.д.

1. Направления развития и поколения ЭВМ

1.1 Аналоговые вычислительные машины (АВМ)

 В  АВМ  все   математические  величины  представляются  как  непрерывные значения  каких-либо  физических  величин.  Главным  образом,   в   качестве машинной переменной выступает напряжение электрической  цепи.  Их  изменения происходят по тем же законам, что  и  изменения  заданных  функций. В этих машинах используется метод математического моделирования  (создаётся  модель исследуемого объекта). Результаты  решения  выводятся  в  виде  зависимостей электрических  напряжений  в  функции  времени  на  экран  осциллографа  или фиксируются измерительными  приборами.  Основным  назначением  АВМ  является решение линейных и дифференцированных уравнений.

   Достоинства АВМ:

• высокая скорость решения задач, соизмеримая со  скоростью  прохождения
• электрического сигнала;
• простота конструкции АВМ;
• лёгкость подготовки задачи к решению;
• наглядность протекания исследуемых  процессов,  возможность  изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.

   Недостатки АВМ:

• малая точность получаемых результатов (до 10%);
• алгоритмическая ограниченность решаемых задач;
• ручной ввод решаемой задачи в машину;
• большой объём задействованного оборудования,  растущий  с увеличением сложности задачи.

1.2 Электронные вычислительные машины (ЭВМ)

  В отличие от  предыдущих  машин  в  ЭВМ  числа  представляются  в виде

последовательности цифр. В  современных  ЭВМ  числа  представляются  в  виде кодов  двоичных эквивалентов, то есть в  виде  комбинаций    1  и  0.  В  ЭВМ осуществляется принцип  программного  управления.  ЭВМ  можно  разделить  на цифровые, электрифицированные и  счётно-аналитические   (перфорационные) вычислительные машины.

    ЭВМ разделяются  на большие ЭВМ, мини-ЭВМ   и  микроЭВМ.  Они  отличаются  своей архитектурой,  техническими,  эксплуатационными  и  габаритно-весовыми  характеристиками, областями применения.

   Достоинства ЭВМ:

• высокая точность вычислений;
• универсальность;
• автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;
• разнообразие задач, решаемых ЭВМ;
• независимость количества оборудования от сложности задачи.

   Недостатки ЭВМ:

• сложность подготовки  задачи  к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);
• недостаточная наглядность протекания  процессов,  сложность изменения
• параметров этих процессов;
• сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;
• требование специальной аппаратуры при  работе  с  элементами  реальной аппаратуры.

 1.3 Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ)

АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в  себе  достоинства  АВМ  и  ЭВМ.  Они  имеют  такие   характеристики,   как   быстродействие,   простота

программирования   и   универсальность.    Основной    операцией    является

интегрирование, которое  выполняется с помощью цифровых интеграторов.

 В АЦВМ числа представляются  как в  ЭВМ  (последовательностью цифр),  а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).

2. Поколения ЭВМ

Появление ЭВМ или компьютеров  – одна из существенных примет современной научно-технической революции. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры.

Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи.

Кроме того, они имели  две отличительные особенности, которыми предыдущие машины не обладали:

I. Одна из них состояла в том, что они могли выполнять

определенную последовательность операций по заранее заданной программе или последовательно решать задачи разных типов.

II. Способность хранить информацию в специальной памяти.

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ.

Характеристики	Поколения ЭВМ
	I	II	III	IV
Годы применения	1946-1958	1958-1964	1964-1972	1972 - настоящее время
Основной элемент	Эл.лампа	Транзистор	ИС	БИС
Количество ЭВМ в мире (шт.)	Десятки	Тысячи	Десятки тысяч	Миллионы
Быстродействие (операций в  сек.)	103-104	104-106	105-107	106-108
Носитель информации	Перфокарта, Перфолента	Магнитная Лента	Диск	Гибкий и лазерный диск
Размеры ЭВМ	Большие	Значительно меньше	Мини-ЭВМ	микроЭВМ

 

2.1 Первое поколение ЭВМ

Компьютеры на электронных лампах.

Появление электронно-вакуумной  лампы⁴ позволило учёным реализовать в жизнь идею создания вычислительной машины.

Компьютеры на основе электронных  ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа - вакуумный  диод - была построена Флемингом  лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения  электрического тока через вакуум был  открыт Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод  – лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная  электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная  лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер , изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле.