История и перспективы развития вычислительной техники. Классификация ЭВМ и программного обеспечения (ПО)

История и перспективы  развития вычислительной техники. Классификация  ЭВМ и программного обеспечения (ПО).

Содержание:

Введение ………………………………………………………………… .3

Глава 1. История развития вычислительной техники ………………….4

§1.1 Рождение ЭВМ ………………………………………………. 4

§1.2 Поколения ЭВМ ………………………………………………6

§1.3 Классификация ЭВМ ………………………………………. 10

§1.4 Классификация программного обеспечения ……………..  11

§1.5 Перспективы развития компьютерной техники …………   13

Глава 2. Объектно-ориентированное программировании  …………..   15

§2.1 История развития ООП …..…………………………………  15

§2.2 Основные понятия и разновидности ………………..…….   16

Глава 3. Среда программирования Visual С++   ………………………  19

§3.1 Организация ввода/вывода ………………………………..  19

§3.2  Компиляция, сборка, запуск и отладка  программ ………  24

Заключение ……………………………………………………………...   25

Список использованной литературы ………………………………….   27

Введение

Появление первых электронных  вычислительных машин, или компьютеров, ознаменовало новый этап в развитии техники вычислений. Казалось, достаточно разработать последовательность элементарных действий, каждое из которых можно  преобразовать в понятные компьютеру инструкции, и любая вычислительная задача будет решена. Эта идея оказалась  настолько жизнеспособной, что долгое время доминировала над всем процессом  разработки программ. Появились специализированные языки программирования, созданные  для разработки программ, предназначенных  для решения вычислительных задач. 

Объектно-ориентированное  программирование  (ООП)  - это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.

Microsoft Visual C++ (MSVC) -  интегрированная среда разработки приложений на языке C++, разработанная фирмой Microsoft. В наши дни Visual C++ лидирует среди продуктов для программировая в среде Windows.

Моя работа будет состоять из трех частей, в которых последовательно  будут изложены:

- история и перспективы развития  вычислительной техники, классификация  ЭВМ и программного обеспечения;

- общие сведения об объектно-ориентированном программировании;

- среда программирования Visual С++ организация ввода/вывода, компиляция, сборка, запуск и отладка программ.

Глава 1. История развития вычислительной техники

§1.1 Рождение ЭВМ

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 -  абак. 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.

Первая счетная машина, использующая электрическое реле, была сконструирована в 1888 г. американцем  немецкого происхождения Германом Холлеритом и уже в 1890 г. применялась  при переписи населения. В качестве носителя информации применялись перфокарты. Они были настолько удачными, что без изменений просуществовала до наших дней.

Первой электронной вычислительной машиной принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и вычислитель), разработанную под руководством Джона Моучли и Джона Экера в Пенсильванском университете в США. ENIAC содержал 17000 электронных ламп, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов и занимал площадь в 300 кв. метром. Он в 1000 раз превосходил по быстродействию релейные вычислительные машины и был построен в 1945 г.

Первой отечественной  ЭВМ была МЭСМ (малая электронная  счетная машина), выпущенная в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева. Её номинальное быстродействие - 50 операций в секунду.

Компьютеры 40-х и 50-х годов  были доступны только крупным компаниям  и учреждениям, так как они  стоили очень дорого и занимали несколько  больших залов. Первый шаг к уменьшению размеров и цены компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов. Через 10 лет, в 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создать на одной пластинке и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

В 1971 г. был сделан ещё  один важный шаг на пути к персональному компьютеру - фирма Intel выпустила интегральную схему, аналогичную по своим функциям процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004. Уже через год был выпущен процессор Intel-8008, который работал в два раза быстрее своего предшественника.

Вначале эти микропроцессоры  использовались только электронщиками - любителями и в различных специализированных устройствах. Первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Altair был сделан на базе процессора Intel-8080, выпущенного в 1974 г. Разработчик Altair - крохотная компания MIPS из Альбукерка (шт. Нью-Мексико) - продавала машину в виде комплекта деталей за 397 долл., а полностью собранной - за 498 долл. У компьютера была память объёмом 256 байт, клавиатура и дисплей отсутствовали. Можно было только щёлкать переключателями и смотреть, как мигают лампочки. Вскоре у Altair появились и дисплей, и клавиатура, и добавочная оперативная память, и устройство долговременного хранения информации (сначала на бумажной ленте, а затем на гибких дисках).

А в 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple, который представлял собой деревянный ящик с электронными компонентами. Если сравнить его с выпускаемым сейчас iMac, то становится ясным, что со временем изменялась не только производительность, но и улучшался дизайн ПК.

§1.2 Поколения ЭВМ

ЭВМ принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всего быстрота смены поколений - за её короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Определяющими признаками при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению являются их элементная база (из каких в основном элементов они построены), быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации.

Первое поколение. 1950-1960-е годы.

Компьютеры на электронных  вакуумных лампах (диодах и триодах), а в качестве оперативных запоминающих устройств использовались электронно-лучевые трубки, в качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы.

Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось  в двоичной системе счисления  на машинном языке, то есть программы  были жестко ориентированы на конкретную модель машины.

Машины предназначались  для решения сравнительно несложных  научно-технических задач. Они были значительных размеров, потребляли большую  мощность, имели невысокую надежность работы.

Быстродействие их не превышало 2-3 тысяч операций в секунду, емкость  оперативной памяти - 2048 машинных слов длиной 48 двоичных знаков. Использовались в основном для научных расчетов.

Второе поколение  ЭВМ. 1960-1970-е годы.

Элементной базой машин  этого поколения были полупроводниковые  элементы (транзисторы). Транзисторы (твердые  диоды и триоды) заменили электронные  лампы в процессорах, а ферритовые (намагничиваемые) сердечники – электронно-лучевые  трубки в оперативных запоминающих устройствах. Машины предназначались  для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также  для управления технологическими процессами в производстве.

Появление полупроводниковых  элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость  оперативной памяти, надежность и  быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность.

Скорость ЭВМ возросла до сотен тысяч операций в секунду, а память – до десятков тысяч  машинных слов. Создаются долговременные запоминающие устройства на магнитных лентах. Начали применять языки программирования высокого уровня, такие как Фортран.

В 1964 году появился первый монитор  для компьютеров - IBM 2250. Это был  монохромный дисплей с экраном 12 × 12 дюймов и разрешением 1024 × 1024 пикселов. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц.

Третье поколение  ЭВМ: 1970-1980-е годы.

Элементная база ЭВМ - малые  интегральные схемы (МИС), что привело к дальнейшему увеличению скорости до миллиона операций в секунду и памяти до сотен тысяч слов. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники.

ЭВМ третьего поколения также  характеризуется крупнейшими сдвигами в архитектуре ЭВМ, их программном  обеспечении, организации взаимодействия человека с машиной. Это, прежде всего  наличие развитой конфигурации внешних  устройств (алфавитно-цифровые терминалы, графопостроители, магнитные диски (30 см в диаметре) и т.п.), развитая операционная система.

В период машин третьего поколения произошел крупный  сдвиг в области применения ЭВМ. Если раньше ЭВМ использовались в  основном для научно-технических  расчетов, то в 60 - 70-е годы первое место стала занимать обработка символьной информации, в основном экономической.

IV поколение: 1980-1990-е годы.

Переход к машинам четвертого поколения – ЭВМ на больших  интегральных схемах (БИС) – происходил во второй половине 70-х годов и  завершился приблизительно к 1980 г. Теперь на одном кристалле размером 1 см² стали размещаться сотни тысяч электронных элементов. Скорость и объем памяти возросли в десятки тысяч раз по сравнению с машинами первого поколения и составили примерно 10⁹ операций в секунду и 10⁷ слов соответственно.

Наиболее крупным достижением, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров, а  затем на их основе микро-ЭВМ. Если прежние  поколения ЭВМ требовали для  своего расположения специальных помещений, системы вентиляции, специального оборудования для электропитания, то требования, предъявляемые к эксплуатации микро - ЭВМ, ничем не отличаются от условий эксплуатации бытовых приборов. При этом они имеют достаточно высокую производительность, экономичны в эксплуатации и дешевы.

Дальнейшее развитие микро - ЭВМ привело к созданию персональных компьютеров (ПК), широкое распространение которых началось с 1975 г., когда фирма IBM выпустила свой первый персональный компьютер IBM PC.

В период машин четвертого поколения стали также серийно  производиться супер - ЭВМ. В нескольких серийных моделях была достигнута производительность свыше 1 млрд. операций в секунду.

V поколение: 1990 - настоящее время.

С 90-х годов в истории развития вычислительной техники наступила пора пятого поколения. Высокая скорость выполнения арифметических вычислений дополняется высокими скоростями логического вывода.

Сверхбольшие интегральные схемы повышенной степени интеграции, использование оптоэлектронных  принципов (лазеры, голография).

Способны воспринимать информацию с рукописного или печатного  текста, с бланков, с человеческого  голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка  на другой. Используются модели и средства, разработанные в области искусственного интеллекта. Архитектура содержит несколько  блоков: блок общения – обеспечивает интерфейс между пользователем и ЭВМ на естественном языке; база знаний – хранятся знания, накопленные человечеством в различных предметных областях; решатель - организует подготовку программы решения задачи на основании знаний, получаемых из базы знаний и исходных данных, полученных из блока общения. Ядро вычислительной системы составляет ЭВМ высокой производительности.

В связи с появлением новой  базовой структуры ЭВМ в машинах  пятого поколения широко используются модели и средства, разработанные  в области искусственного интеллекта.

§1.3 Классификация ЭВМ

Существует достаточно много  систем классификации по различным  признакам.

I. Классификация по назначению:

1) Супер ЭВМ предназначены для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных. Это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).

2) Большие ЭВМ - для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров. Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 — 300 рабочих мест.

3) Средние ЭВМ - широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов.

4) Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.

5) Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

II. Классификация ПК по типоразмерам:

1. Настольные (desktop) - используются для оборудования рабочих мест, отличаются простотой изменения конфигурации. Наиболее распространены.
2. Портативные – удобны для транспортировки, можно работать при отсутствии рабочего места.

III. Классификация по условиям эксплуатации:

По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два типа:

1. офисные (универсальные) – на их основе можно собирать вычислительные системы произвольного состава;
2. специализированные – предназначены для решения конкретного круга задач (например, бортовые компьютеры автомобилей, самолетов).

§1.4 Классификация программного обеспечения

Программное обеспечение (ПО) - это совокупность всех программ и соответствующей документации, обеспечивающая использование ЭВМ в интересах каждого ее пользователя.

Различают системное и  прикладное ПО. Схематически программное  обеспечение можно представить  так:

Системное ПО – это совокупность программ для обеспечения работы компьютера. Системное ПО подразделяется на базовое и сервисное. Системные программы предназначены для управления работой вычислительной системы, выполняют различные вспомогательные функции (копирования, выдачи справок, тестирования, форматирования и т. д).

Базовое ПО включает в себя:

• операционные системы;
• оболочки;
• сетевые операционные системы.

Сервисное ПО включает в себя программы (утилиты):

• диагностики;
• антивирусные;
• обслуживания носителей;
• архивирования;
• обслуживания сети.

Прикладное ПО – это комплекс программ для решения задач определённого класса конкретной предметной области. Прикладное ПО работает только при наличии системного ПО.

Прикладные программы  называют приложениями. Они включает в себя:

• текстовые процессоры;
• табличные процессоры;
• базы данных;
• интегрированные пакеты;
• системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);
• экспертные системы;
• обучающие программы;
• программы математических расчетов, моделирования и анализа;
• игры;
• коммуникационные программы.

Особую группу составляют системы программирования (инструментальные системы), которые являются частью системного ПО, но носят прикладной характер. Системы программирования – это совокупность программ для разработки, отладки и внедрения новых программных продуктов. Системы программирования обычно содержат:

• трансляторы;
• среду разработки программ;
• библиотеки справочных программ (функций, процедур);
• отладчики; редакторы связей и др.

§1.5 Перспективы развития компьютерной техники

Все мы прекрасно знаем, что  в последние годы компьютер и  компьютерная техника стали неотъемлемой частью нашей жизни. Ни одна фирма, не представляет свою работу без компьютера и продвинутого программного обеспечения. Теперь же компьютер имеется в  каждом доме, практически в каждой семье. Даже школьники выполняют  свои домашние задания с помощью  компьютера. Можно сказать что ЭВМ – это величайшее достижение человечества. В настоящее время очень огромной популярностью начинают пользоваться МикроПК.

По словам учёных и исследователей, в ближайшем будущем персональные компьютеры кардинально изменятся, так как уже сегодня ведутся  разработки новейших технологий, которые  ранее никогда не применялись. Примерно в 2020-2025 годах должны появиться молекулярные компьютеры, квантовые компьютеры, биокомпьютеры и оптические компьютеры. Компьютер будущего должен облегчить  и упростить жизнь человека ещё в десятки раз.

Виртуальная реальность, пожалуй, остаётся одним из самых интересных и загадочных понятий компьютерной индустрии. Появившись ещё в прошлом  веке, это понятие до сих пор  притягивает к себе ученых, дизайнеров, кинорежиссёров, писателей-фантастов, ну и конечно же геймеров. Виртуальная реальность - это образ искусственного мира, моделируемый техническими средствами и передаваемый человеку через ощущения. В данный момент технологии виртуальной реальности широко применяются в различных областях человеческой деятельности.

Глава 2. Объектно - ориентированное программирование

§2.1 История развития объектно - ориентированного программирования

Объектно-ориентированное или объектное программирование (в дальнейшем ООП) - парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов (либо, в менее известном варианте языков с прототипированием, прототипов).

ООП возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально  не связаны. Для дальнейшего развития объектно-ориентированного программирования часто большое значение имеют  понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование, КОП).

Формирование КОП от ООП  произошло, как случилось формирование модульного от процедурного программирования: процедуры сформировались в модули - независимые части кода до уровня сборки программы, так объекты сформировались в компоненты - независимые части кода до уровня выполнения программы. Взаимодействие объектов происходит посредством сообщений.

Первым языком программирования, в котором были предложены принципы объектной ориентированности, была Симула. В момент своего появления (в 1967 году), этот язык программирования предложил поистине революционные идеи: объекты, классы, виртуальные методы и др., однако это всё не было воспринято современниками как нечто грандиозное. Тем не менее, большинство концепций были развиты Аланом Кэйем и Дэном Ингаллсом в языке Smalltalk. Именно он стал первым широко распространённым объектно - ориентированным языком программирования.

В настоящее время количество прикладных языков программирования (список языков), реализующих объектно-ориентированную  парадигму, является наибольшим по отношению  к другим парадигмам. В области  системного программирования до сих  пор применяется парадигма процедурного программирования, и общепринятым языком программирования является язык C. Хотя при взаимодействии системного и  прикладного уровней операционных систем заметное влияние стали оказывать  языки объектно-ориентированного программирования. Например, одной из наиболее распространенных библиотек мультиплатформенного программирования является объектно-ориентированная библиотека Qt, написанная на языке C++.

§2.1 Основные понятия и разновидности

К основным понятиям относятся:

• наследование;

• инкапсуляция;

• полиморфизм.

Эти понятия лежат в  основе ООП.

Наследование - это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс - потомком, наследником или производным классом.

Инкапсуляция - это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними в классе, и скрыть детали реализации от пользователя.

Полиморфизм  - это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.

При  процедурном  подходе  требуется  описать  каждый  шаг,  каждое  действие алгоритма  для  достижения  конечного  результата.  В  отличие  от  него  объектно-ориентированный подход оставляет за  объектом право решать, как отреагировать и что  сделать  в  ответ  на  поступивший  вызов.  Достаточно  в  стандартной  форме поставить перед ним задачу и получить ответ.

Объект состоит из следующих  трех частей:

• имени объекта;

• состояния (переменных состояния);

• методов (операций).

Объект  ООП  -  это совокупность переменных состояния и связанных с ними методов (операций). Упомянутые методы определяют, как объект взаимодействует с окружающим миром.

Под методами объекта понимают процедуры и функции, объявление которых включено в описание объекта и которые выполняют действия. Возможность управлять состояниями объекта  посредством вызова методов в итоге и определяет поведение объекта. Совокупность методов часто называют интерфейсом объекта.

Структура данных «класс», представляющая собой объектный тип данных, внешне похожа на типы данных процедурно - ориентированных языков, такие как структура в языке Си или запись в Паскале или QuickBasic. При этом элементы такой структуры (члены класса) могут сами быть не только данными, но и методами (то есть процедурами или функциями). Такое объединение называется инкапсуляцией.

Наличие инкапсуляции достаточно для объектности языка программирования, но ещё не означает его объектной ориентированности -для этого требуется наличие наследования.

Но даже наличие инкапсуляции и наследования не делает язык программирования в полной мере объектным с точки  зрения ООП. Основные преимущества ООП  проявляются только в том случае, когда в языке программирования реализован полиморфизм.

Язык Self, соблюдая многие исходные положения объектно-ориентированного программирования, ввёл альтернативное классам понятие прототипа, положив начало прототипному программированию, считающемуся подвидом объектного.

Абстрагирование  - это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция - это набор всех таких характеристик.

Класс является описываемой  на языке терминологии (пространства имён) исходного кода моделью ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом.

Говорят, что объект - это экземпляр класса. При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.

Прототип - это объект - образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты - копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе; эта особенность определяется в рамках конкретного языка.

Глава 3. Среда  программирования Visual С++

§3.1 Организация ввода/вывода

Microsoft Visual C++ (MSVC) - интегрированная среда разработки приложений на языке C++, разработанная фирмой Microsoft.

Visual C++ предоставляет интегрированную среду разработки, в которой можно писать и запускать программы. Кроме того, все файлы, составляющие программу для Windows, в Visual C++ организуются в виде проектов. На самом деле мастера (специальные программные инструменты) Visual C++ могут написать немалую часть программы.