Этапы электронного периода развития вычислительной техники

Оглавление 

1. Введение……………………………………………………………стр. 2
2. Теоретическая часть

2.1.    Первое поколение компьютеров (1945-1956 годы)………   ….стр. 3-6

2.2.    Второе поколение компьютеров (1956-1963 годы)……….  …. стр. 7-9

2.3.    Третье поколение компьютеров (1964-1971 года)………...   стр. 10-12

2.4    Четвёртое поколение компьютеров (с1971 по наст. время)…стр.13-14

3. Практическая часть 

3.1.    Общая характеристика задачи……………………………….  ….стр. 15

3.2     Описание алгоритма задачи    ……………………………………стр. 15

3.3      Выбор пакета прикладных программ …………………………. стр. 16

3.4      Проектирование форм выходных документов и                           графическое     представление данных по задаче …………………..стр.17-19

3.5 Результаты выполнения контрольного примера в расчётном и формульном виде  ………………………………………………………..стр.20

3.6.     Инструкция пользователя …………………………………….стр.21-22

      4. Список используемой литературы …………………………….стр.23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение 

      Развитие вычислительной техники в современном периоде рассматривать с точки зрения смены поколений компьютеров. Каждое поколение компьютеров в начальный момент развития характеризуется качественным скачком в росте основных характеристик компьютера, вызванным обычно переходом на новую элементную базу, а также относительной стабильностью  архитектурных и технологических решений.

      Разбиение поколений компьютеров по годам  весьма условно. В то время как  начиналось активное использование  компьютеров одного поколения, создавались  предпосылки для возникновения  следующего. Кроме элементной базы и временного интервала используются следующие показатели развития компьютеров одного поколения: быстродействие, архитектура, программное обеспечение, уровень развития внешних устройств. Другим важным качественным показателем является широта области и применения компьютеров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Теоретическая часть 

               2.1 ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ

(1945-1956годы)

      С началом второй мировой войны  правительства разных стран начали разрабатывать вычислительные машины, осознавая их стратегическую роль в ведении войны. Увеличение финансирования в значительной степени стимулировало развитие вычислительной техники. В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе разработал вычислительную машину Z2, выполнявшую расчёты, необходимые при проектировании самолётов и баллистических снарядов. В 1943 году английские инженеры завершили создание вычислительной машины для дешифровки сообщений немецкой армии, названной "Колосс". Однако эти устройства не были универсальными вычислительными машинами, они предназначались для решения конкретных задач.

      В 1944 году американский инженер Говард Эйкен при поддержке фирмы  IBM сконструировал компьютер для выполнения баллистических расчётов. Этот компьютер, названный "Марк I", по площади занимал примерно половину футбольного поля и включал более 600 километров кабеля. В компьютере "Марк I" использовался принцип электромеханического реле, заключающийся в том, что электромагнитные сигналы перемещали механические части. "МаркI" был довольно медленной машиной: для того чтобы провести одно вычисление требовалось 3-5с. Однако, несмотря на огромные размеры и медлительность, "Марк I" стал более универсальным вычислительным устройством, чем машина Цузе или "Колосс". "Марк I" управлялся с помощью программы, которая вводилась с перфоленты. Это дало возможность, меняя вводимую программу, решать довольно широкий класс математических задач.

      В 1946 году американские учёные Джон Мокли  и Дж.Преспер Эккерт сконструировал электронный вычислительный интегратор и калькулятор (ЭНИАК) - компьютер, в котором электромеханические реле были заменены на электронные вакуумные лампы. Применение вакуумных ламп позволило увеличить скорость работы ЭНИАК в 1000 раз по сравнению "Марк I". ЭНИАК состоял из 18 000 вакуумных ламп, 70 000  резисторов, 5 миллионов соединительных спаек и потреблял 160 кВт электронной энергии, что по тем временам  было достаточно для освещения большого города. Между тем, ЭНИАК стал работающим прообразом современного компьютера. Во-первых, ЭНИАК был основан на полностью цифровом принципе обработки информации. Во-вторых, ЭНИАК стал действительно универсальной вычислительной машиной, он использовался для расчёта баллистических таблиц, предсказания погоды, расчётов в области атомной энергетики, аэродинамики, изучения космоса.

      Следующий важный шаг в совершенствовании вычислительной техники сделал американский математик Джон фон Нейман. Ранние вычислительные машины могли выполнять только команды, поступающие  извне, причем команды выполнялись поочередно. Хотя использование перфокарт позволяло упростить процесс ввода команд, тем не менее, часто процесс настройки вычислительной машины и ввода команд занимал больше времени, чем собственно решение поставленной задачи. Фон Нейман предложил включить в состав компьютера для хранения последовательности команд и данных специальное устройство - память. Кроме того, Джон фон Нейман предложил реализовать в компьютере возможность передачи управления от одной программы к другой. Возможность хранить в памяти компьютера разные наборы команд (программы), приостанавливать выполнение одной программы и передавать управление другой, а затем возвращаться к исходной значительно расширяла возможности программирования для вычислительных машин. Другой ключевой идеей, предложенной фон Нейманом, стал процессор (центральное обрабатывающее устройство), который должен был управлять всеми функциями компьютера. В 1945 году Джон фон Нейман подготовил отчёт, в котором определил следующие основные принципы работы и элементы архитектуры компьютера: 

      1.Компьютер  состоит из процессора (центрального обрабатывающего устройства), памяти и внешних устройств.

      2. Единственным источником активности (не считая стартового или аварийного  вмешательства человека) в компьютере  является процессор, который,  в свою очередь, управляется  программой, находящейся в памяти.

      3.Память  компьютера состоит из ячеек,  каждая из которых имеет свой  уникальный адрес. Каждая ячейка  хранит команду программы или  единицу обрабатываемой информации. Причём и команда, и информация  имеют одинаковое представление.

      4.В  любой момент процессор выполняет одну команду программы, адрес которой  находится в специальном регистре процессора - счётчике команд.

      5.Обработка  информации происходит только  в регистрах процессора. Информация  в процессор поступает из памяти  или внешнего устройства.

      6.В  каждой команде программы зашифрованы  следующие предписания: из каких  ячеек взять обрабатываемую информацию; какие операции совершить с  этой информацией; в какие ячейки  памяти направить результат; как  изменить содержимое счётчика  команд, чтобы знать, откуда взять следующую команду для выполнения.

      7.Процессор  исполняет программу команда  за командой в соответствии  с изменением содержимого счётчика  команд до тех пор, пока не  получит команду остановиться.

  В дальнейшем архитектура фон Неймана незначительно изменялась и дополнялась, но исходные принципы управления работой компьютера с помощью хранящихся в памяти программ остались нетронутыми. Подавляющее большинство современных компьютеров построено именно по архитектуре фон Неймана.

      В 1951 году был создан первый компьютер, предназначенный для коммерческого использования, - УНИВАК (универсальный автоматический компьютер), в котором были реализованы все принципы архитектуры фон Неймана. В 1952 году с помощью УНИВАК был предсказан результат выборов президента США.

      Работы  по созданию вычислительных машин велись и в СССР. Так, в 1950 году в Институте  электроники Академии наук Украины  под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева была разработана  и введена в эксплуатацию МЭСМ (малая электронная счётная машина). МЭСМ стала первой отечественной универсальной ламповой вычислительной машиной в СССР. В 1952-1953 годах МЭСМ оставалась самой быстродействующей (50 операций в секунду) вычислительной машиной в Европе. Принципы построения МЭСМ были разработаны С.А.Лебедевым независимо от аналогичных работ на Западе.

      В компьютерах первого поколения  использовался машинный язык - способ записи программ, допускающий их непосредственное исполнение на компьютере. Программа на машинном языке представляет собой последовательность машинных команд, допустимых для данного компьютера. Процессор непосредственно воспринимает команды, выраженные в виде двоичных кодов. Для каждого компьютера существовал свой собственный машинный язык. Это также ограничивало область применения компьютеров первого поколения.  
 
 
 
 
 

2. ВТОРОЕ  ПОКОЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ 

(1956-1963 годы) 

      Электронные вакуумные лампы выделяли большое  количество тепла, поглощали много  электрической энергии, были громоздкими, дорогими и ненадёжными. Как следствие, компьютеры первого поколения, построенные на вакуумных лампах, обладали низким быстродействием и невысокой надёжностью. В 1947 году сотрудники американской компании "Белл" Шильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Бреттейн изобрели транзистор. Транзисторы выполняли те же функции, что и электронные лампы, но использовали  электрические свойства полупроводников. По сравнению с вакуумными трубами транзисторы занимали в 200 раз меньше места и потребляли в 100 раз меньше электроэнергии. В то же время появляются новые устройства для организации памяти компьютеров - ферритовые сердечники. С изобретением транзистора и использованием новых технологий хранения данных в памяти появилась возможность значительно уменьшить размеры компьютеров, сделать их более быстрыми и надёжными, а также значительно увеличить ёмкость памяти компьютеров.

      В 1954 году компания Texas Instruments объявила  о начале серийного производства транзисторов, а в 1956 году учёные Массачусетского технологического института создали первый полностью построенный на транзисторах компьютер TX-O.

      Машинный  язык, применявшийся в первом поколении  компьютеров, был крайне неудобен для  восприятия человеком.  Числовая кодировка  операций, адресов ячеек и обрабатываемой информации, зависимость вида программ от ее места в памяти не давали возможности следить за смыслом программы.  Для преодоления этих неудобств был придуман язык ассемблер. Для записи кодов операций и обрабатываемой информации в ассемблере используются стандартные обозначения, позволяющие записывать числа и текст в общественной форме, а для кодов команд - принятые мнемонические обозначения. Для обозначения величин, размещаемых в памяти, можно применять любые имена, отвечающие смыслу программы. После ввода программы ассемблер сам заменяет символические имена на адреса памяти, а символические коды команд на числовые. Использование ассемблера сделано процесс написания программ более наглядными.

      В конце 50-х -  начале 60-х годов компьютеры второго поколения стали интенсивно использоваться государственными организациями и крупными компаниями для решения различных задач. К 1965 году большая часть крупных компаний обрабатывала финансовую информацию с помощью компьютера. Постепенно они приобретали черты современного нам компьютера. Так, в этот период были сконструированы такие устройства, как графопостроитель и принтер, носители информации на магнитной ленте и магнитных дисках и др.

      Расширение  области применения компьютеров  потребовало создания новых технологий программирования. Программное обеспечение, написанное на языке ассемблер для одного компьютера, было непригодно для работы на другом компьютере. По этой причине, в частности, не удавалось создать стандартную операционную систему - основную управляющую программу компьютера, так как каждый производитель компьютеров разрабатывал свою операционную систему на своем ассемблере. 

      Специалисты, использующие в своей деятельности компьютеры, вскоре ощутили потребность  в более естественных языках, которые  бы упрощали процесс программирования, а также позволяли переносить программы с одного компьютера на другой. Подобные языки программирования получили название языков высокого уровня. Для их использования необходимо иметь компилятор (или интерпретатор), то есть программу, которая преобразует операторы языка в машинный язык данного компьютера.