История развития вычислительной техники

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

  «Южно-Уральский Государственный Университет» 
Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «Автоматики и управления» 
 
 

«История  развития вычислительной техники» 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Информатика»

 
 

Проверил  доцент кафедры «Автоматики и  управления» В.Л. Казаринова

«   »___________  2010 г.

Автор работы

Студент группы ПС-116

Л.В. Сивоплясов

«   »___________ 2010 г.

Реферат защищен с оценкой

___ «   »__________2010 г. 
 
 

г. Челябинск 2010г. 

АННОТАЦИЯ

 

25 страниц,

1 таблица,

ПС-116,

  Сивоплясов Л.В 

       В данном реферате я рассматриваю тему «История развития  вычислительной техники», включая докомпьютерный период  и четыре поколения ЭВМ, а так же высказал предположения о перспективах в развитии компьютерных технологий в ближайшем будущем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4 

Ручной период докомпьютерной эпохи 5

Механические  предпосылки 6

Электромеханические вычислительные машины 9

Электронные лампы. ЭВМ 1-го поколения 10

Устройство и  работа компьютера по принципу «фон Неймана» 12

Транзисторы. ЭВМ 2-го поколения 15

Интегральные  схемы. ЭВМ 3-го поколения 17

Сверхбольшие  интегральные схемы. ЭВМ 4-го поколения 19

Персональный  компьютер 21

Перспективы развития вычислительной техники 23

Заключение 24

Библиографический список 25

 

Введение

     Потребность  в вычислении возникла у человека давно – с древних времен с  развитием цивилизаций требовались  расчеты в строительстве и  торговле. В процессе развития требовались  все более сложные расчеты  и c XV-XVI  веков делались попытки создать механические вычислительные машины. А в 40-е годы XX века были созданы первые ЭВМ. Но  в то время еще не догадывались , какую роль компьютеры будут играть в жизни человека.

     До 70-х годов компьютеры были доступны лишь  узкому кругу специалистов, но с созданием микропроцессора  произошла революция – компьютер  стал персональным, что дало огромный импульс к развитию компьютерных технологий и массовому производству.

     В современном обществе ситуация такова, что трудно найти человека, который  не слышал о компьютерах, практически  все умеют так или иначе  обращаться с ПК.

     Компьютерные  технологии имеют бурную историю  развития, и хотя охватить все в  одном реферате невозможно, я попытаюсь  обозначить самые важные этапы и  события, и представить перспективы  развития в ближайшем будущем. 
 
 
 
 
 

Ручной  период докомпьютерной эпохи

 

       Ручной  период начался на заре человеческой цивилизации. Фиксация результатов  счета у разных народов на разных континентах производилась разными  способами: пальцевый счет, нанесение  засечек, счетные палочки, узелки и  т.д. Наконец, появление приборов, использующих вычисление по разрядам, как бы предполагали наличие некоторой позиционной  системы счисления, десятичной, пятеричной, троичной и т.д. К таким приборам относятся абак, русские, японские, китайские счеты.

       Историю цифровых устройств начать следует  со счетов. Подобный инструмент был известен у всех народов. Древнегреческий абак (доска или «саламинская доска» по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходили бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камушек в следующем разряде. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, пеcка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. Китайские счеты суан – пан состояли из деревянной рамки, разделенной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки – с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка.

Суан - пан разделены на две части: в  нижней части на каждом ряду располагаются  по 5 косточек, в верхней части  – по 2. Таким образом, для того, чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую  пятерке, а затем добавляли одну косточку в разряд единиц. У японцев  это же устройство для счета носило название серобян.

       На  Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с 15 века получил распространение  «дощатый счет», завезенный, видимо, западными купцами с ворванью и текстилем. «Дощатый счет» почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.

       В 9 веке индийские ученые сделали  одно из величайших открытий в математике. Они изобрели позиционную систему  счисления, которой теперь пользуется весь мир. При записи числа, в котором  отсутствует какой- либо разряд (например, 110 или 16004), индийцы вместо названия цифры говорили слово «пусто». При  записи на месте «пустого» разряда  ставили точку, а позднее рисовали кружок. Такой кружок называется «сунья». Арабские математики перевели это слово  по смыслу на свой язык – они говорили «сифр». Современное слово «нуль» происходит от латинского.  

Механические  предпосылки 

       В конце 15 – начале 16 века Леонардо да Винчи создал 13- разрядное суммирующее устройство с десятизубными кольцами. Основу машины по описанию составляли стержни, на которые крепились два зубчатых колеса, большее с одной стороны стержня, а меньшее – с другой. Эти стержни должны были располагаться таким образом, чтобы меньшее колесо на одном стержне входило в зацепление с большим колесом на другом стержне. При этом меньшее колесо второго стержня сцеплялось с большим колесом третьего и т.д. Десять оборотов первого колеса, по замыслу автора, должны были приводить к одному полному обороту второго, а десять оборотов второго - к полному обороту третьего и т.д. Вся система, состоящая из 13 стержней с зубчатыми колесами должна была, приводиться в движение набором грузов.

       Начало  развития технологий принято считать  с Блеза Паскаля, который  в 1642г. изобрел  устройство,  механически  выполняющее  сложение  чисел.  Его машина предназначалась для  работы с 6-8 разрядными числами  и  могла  только складывать и вычитать, а также  имела  лучший,  чем  все  до  этого,  способ фиксации результата. Машина Паскаля имела размеры 36(13(8 сантиметров,  этот небольшой латунный ящичек  было  удобно  носить  с  собой.  Инженерные  идеи Паскаля оказали огромное влияние на  многие  другие  изобретения  в  области вычислительной техники.

       Следующего  этапного результата добился выдающийся немецкий математик и философ  Готфрид  Вильгельм  Лейбниц,   высказавший   в   1672   году   идею механического умножения без  последовательного сложения.  Уже  через  год  он представил  машину,   которая   позволяла   механически   выполнять   четыре арифметических действия, в Парижскую  академию.  Машина  Лейбница  требовала для  установки  специального  стола,  так  как  имела  внушительные  размеры: 100(30(20 сантиметров.

       В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так  называемой разностной машиной, которая  должна была вычислять любые  функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять  таблицы.  Свою  первую разностную машину Бэббидж  построил в 1822 году и рассчитывал  на ней  таблицу квадратов, таблицу значений функции y=x²+x+41 и ряд других  таблиц.  Однако из-за нехватки средств эта машина  не  была  закончена,  и сдана в музей Королевского колледжа в Лондоне, где хранится и по  сей день.  Однако  эта неудача не остановила Бэббиджа, и в 1834 году он приступил к новому  проекту – созданию Аналитической машины, которая должна  была  выполнять вычисления без участия человека. С 1842 по 1848 год Бэббидж упорно  работал,  расходуя собственные средства. К сожалению, он не смог довести до  конца работу  по созданию Аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени. Но  заслуга Бэббиджа  в том,  что он  впервые предложил и частично  реализовал,   идею   программно-управляемых   вычислений.   Именно Аналитическая машина  по  своей сути   явилась   прототипом   современного компьютера. Эта идея и ее инженерная  детализация опередили время на  100 лет!

       Уроженец  Эльзаса Карл Томас,  основатель  и  директор  двух  парижских

страховых  обществ  в  1818  году  сконструировал  счетную  машину,   уделив основное внимание технологичности механизма, и назвал ее  арифмометром.  Уже  через три года в мастерских  Томаса  было  изготовлено  16  арифмометров,  а затем  и  еще  больше.  Таким  образом,  Томас   положил   начало   счетному машиностроению. Его арифмометры  выпускали  в  течение  ста  лет,  постоянно совершенствуя  и меняя время от времени названия.

       Начиная с XIX века, арифмометры получили очень  широкое применение.  На них   выполнялись   даже   очень   сложные   расчеты,   например,    расчеты баллистических таблиц для  артиллерийских стрельб. Существовала  даже  особая профессия – счетчик  – человек, работающий с  арифмометром,  быстро  и  точно соблюдающий    определенную     последовательность     инструкций  (такую последовательность действий  впоследствии  стали  называть  программой).  Но многие расчеты производились очень  медленно, т.к. при таких  расчетах  выбор выполняемых  действий  и  запись  результатов  производились  человеком,   а скорость его  работы  весьма  ограничена.  Первые  арифмометры  были  дороги, ненадежны,  сложны  в  ремонте  и  громоздки.   Поэтому   в   России   стали  приспосабливать к более сложным  вычислениям счеты.  Например,  в  1828  году генерал-майор Ф.М.Слободской  выставил  на  обозрение  оригинальный  прибор, состоящий из множества счетов, соединенных в общей раме. Основным  условием, позволявшим быстро  вычислять,  было  строгое  соблюдение  небольшого  числа единообразных  правил.  Все  операции  сводились  к  действиям  сложения   и вычитания. Таким образом, прибор воплощал в  себе идею алгоритмичности.

       Пожалуй, одно из последних принципиальных изобретений  в  механической счетной  технике  было  сделано  жителем  Петербурга   Вильгодтом   Однером. Построенный  Однером в 1890 году арифмометр фактически  ничем  не  отличается от современных  подобных ему машин. Почти сразу  Однер с  компаньоном  наладил  и выпуск своих арифмометров - по 500 штук в год. К 1914 году в одной  только России насчитывалось более 22 тысяч арифмометров Однера. В  первой  четверти XX века эти арифмометры были единственными математическими машинами,  широко применявшимися в различных областях  деятельности  человека.  В  России  эти громко  лязгающие  во  время  работы  машинки  получили  прозвище  «Железный Феликс». Ими были оснащены практически все конторы. 

Электромеханические вычислительные машины 

       В  первые  десятилетия  XX  века  конструкторы  обратили  внимание  на

возможность   применения   в   счетных   устройствах   новых   элементов   –

электромагнитных  реле. В 1941 году немецкий инженер  Конрад  Цузе,  построил вычислительное устройство, работающее на таких реле.

       Почти одновременно, в 1943 году, американец  Говард  Эйкен  с  помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века – электромеханических  реле –  смог построить на одном из предприятий фирмы IBM легендарный  гарвардский  «Марк-1» (а позднее еще и «Марк-2»). «Марк-1» имел в длину 15 метров  и  в  высоту 2,5  метра,  содержал  800  тысяч деталей,  располагал  60  регистрами  для констант, 72  запоминающими  регистрами  для  сложения,  центральным  блоком умножения и деления, мог  вычислять  элементарные  трансцендентные  функции. Машина работала с  23-значными  десятичными  числами  и  выполняла  операции сложения за 0,3 секунды, а умножения – за 3  секунды.  Однако  Эйкен  сделал две  ошибки:  первая  состояла  в  том,  что  обе  эти  машины  были  скорее электромеханическими,  чем  электронными;  вторая  –  то,   что   Эйкен   не придерживался  той  концепции,  что  программы  должны  храниться  в  памяти компьютера как и полученные данные.

       Примерно  в то же время в Англии начала работать первая  вычислительная машина  на  реле,  которая   использовалась   для   расшифровки   сообщений, передававшихся  немецким  кодированным  передатчиком.  К  середине  XX  века потребность в автоматизации вычислений (в  том  числе  для  военных  нужд  – баллистики, криптографии и т.д.) стала настолько велика, что  над  созданием машин, подобных "Марк-1" и "Марк-2" работало несколько групп  исследователей в разных странах.