История докомпьютерной и компьютерной эпохи

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ  ШКОЛА № 37

Реферат по информатике

Тема: «История докомпьютерной и компьютерной эпохи»

Выполнил

ученик 9 класса

Емчицкий Станислав

Смоленск, 2011г. 

Содержание

Введение.

1. Этапы развития информационного общества.

2. История докомпьютерной эпохи

3. Поколения ЭВМ. Классификация современных компьютеров по функциональным возможностям

4. Тенденции развития вычислительной техники. Компьютер будущего

Заключение

Литература

Введение

На протяжении всей истории  человечество овладело сначала веществом, затем энергией и, наконец, информацией. На заре цивилизации человеку хватало  элементарных знаний и первобытных  навыков, но постепенно объем информации увеличивался, и люди почувствовали  недостаток индивидуальных знаний. Потребовалось  научиться обобщать знания и опыт, которые способствовали правильной обработке информации и принятию необходимых решений, иными словами, необходимо было научиться целенаправленно  работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и  передачи компьютерную информационную технологию. Усложнение индустриального  производства, социальной, экономической  и политической жизни, изменение  динамики процессов во всех сферах деятельности человека привели, с одной  стороны, к росту потребностей в  знаниях, а с другой - к созданию новых средств и способов удовлетворения этих потребностей. В современном  обществе к общей культуре человека добавилась еще одна категория –  информационная.

Мир сейчас находится на пороге информационного общества. Началом  такого перехода стало внедрение  в различные сферы деятельности человека современных средств обработки  и передачи информации. Переход от индустриального общества к информационному  осуществляется благодаря информатизации общества – процессу, при котором  создаются условия, удовлетворяющие  потребности любого человека в получении  необходимой информации. Основную роль, в информационном обществе, будет  играть система распространения, хранения и обработки информации, образуя  информационную среду, которая может  обеспечить любому человеку доступ ко всей информации.

1. Этапы развития информационного общества

В развитии человечества существуют четыре этапа, названные информационными  революциями, которые внесли изменения  в его развитие.

Первая – связана с  изобретением письменности. Это обусловило качественный гигантский и количественный скачек в развитии общества. Знания стало возможно накапливать и  передавать последующим поколениям, т.е. появились средства и методы накопления информации. В некоторых  источниках считается, что содержание первой информационной революции составляет распространение и внедрение  в деятельность и сознание человека языка.

Вторая (середина XVI века) – изобретение книгопечатания. Это дало в руки человечеству новый способ хранения информации, а так же сделало более доступным культурные ценности.

Третья (конец XIX века) – изобретение электричества. Появились телеграф, телефон и радио, позволяющие быстро передавать и накапливать информацию в любом объеме. Появились средства информационных коммуникаций.

Четвертая (70-е годы ХХ века) – изобретение микропроцессорной  технологии и персональных компьютеров. Толчком к этой революции послужило  создание в середине 40-х годов  ЭВМ. Эта последняя революция  дала толчок человеческой цивилизации  для переходы от индустриального  к информационному обществу- обществу, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формой – знанием. Началом  этого послужило внедрение в  различные сферы деятельности человека современных средств обработки  и передачи информации – этот процесс  называется информатизацией.

2. История докомпьютерной эпохи

Еще во времена древнейших культур человеку приходилось решать задачи, связанные с торговыми  расчетами, с исчислением времени, с определением площади земельных  участков и т. д. Рост размеров этих расчетов приводил даже к тому, что  из одной страны в другую приглашались специально обученные люди, отлично  владеющие техникой арифметического  счета. Поэтому существовала реальная необходимость в устройствах, облегчающие  выполнение повседневных расчетов. История современной вычислительной техники насчитывает чуть более полувека. Но упоминание о первом механическом компьютере встречается еще до нашей эры. Этот «компьютер» получил распространение в V веке до нашей эры в Греции и Египте и назывался абак.

Абак - греческое  слово и переводится как счетная доска. Идея его устройства заключается в наличии специального вычислительного поля, где 
по определенным правилам перемещают счетные элементы. Действительно первоначально абак представлял собой доску, покрытую пылью или песком. На ней можно было чертить линии и перекладывать камешки. В  
Древней Греции абак служил преимущественно для выполнения денежных расчетов. В левой части подсчитывались крупные денежные единицы, а в правой - мелочь. Счет велся в двоично-пятеричной системе счисления. На такой доске было легко складывать и вычитать, добавляя или убирая камешки и перенося их из разряда в разряд.

Придя в Древний Рим  абак изменился внешне. Римляне стали  изготавливать его из бронзы, слоновой кости или цветного стекла. На доске присутствовали два ряда прорезей, по которым можно было передвигать косточки, Абак превратился в настоящий счетный прибор, позволяющий представлять даже дроби, и был значительно, удобнее греческого. Римляне называли это устройство calculi - «камешки». Отсюда произошел латинский глагол  calculare - «вычислять», а от него - русское слово «калькулятор».

После падения  Римской империи произошел упадок науки и культуры и абак был забыт на некоторое время. Возродился он и распространился по Европе только в X веке. Абаком пользовались купцы, менялы, ремесленники. Даже спустя шесть столетий абак оставался важнейшим инструментом для выполнения вычислений.

Естественно, что  в течение такого большого промежутка времени абак менял свой внешний вид и в XII - XIII вв. он приобрел форму так называемого счета на линиях. Это были специальные разлинованные таблицы и жетоны, которые можно было помещать как на линиях, так и между ними. Так форма счета в некоторых европейских странах сохранялась до конца XVIII века и лишь затем окончательно уступила место вычислениям на бумаге.

В Китае абак был известен с IV века до нашей эры. На специальной доске выкладывались счетные палочки. Постепенно их сменили разноцветные фишки, а в V веке появились китайские счеты - суан-пан. Они представляют собой раму с двумя рядами нанизанных на прутики косточек. На каждом прутике их было по семь. Из Китая суан-пан пришел в Японию. Произошло это в XVI веке и устройство получило название «соробан».

В России счеты  появились в то же время, что и  в Японии. Но русские счеты были изобретены самостоятельно, что доказывают следующие факты. Во-первых, русские счеты очень сильно отличаются от китайских. Во-вторых, это изобретение имеет свою историю.

В России был  распространен «счет костьми». Он был близок европейскому счету на линиях, но писцы использовали вместо жетонов плодовые косточки. В XVI возник дощаной счет (достаточно сложный), первый вариант русских счетов. Такие счеты хранятся сейчас в Историческом музее в Москве.

Современный вид  русские счеты приобрели к  началу XVIII века. Далее они только меняли форму, размер и изгибы проволоки для удобства использования.

Счеты в России использовались почти 300 лет и сменили  их только дешевые карманные калькуляторы.

Первое в мире автоматическое устройство, которое  могло выполнять сложение, было создано на базе механических часов, и разработал его в 1623 году Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в одном из университетов Германии. Но неоценимый вклад в развитие устройств, помогающих выполнять вычисления_, безусловно внесли Блез Паскаль, Годфрид Лейбниц и Чарльз Беббидж

В 1640 году Отцу Блеза  Паскаля поручили осуществлять контроль за сбором налогов по всей провинции и у юноши возникла мысль об арифметической машине, которая помогла бы отцу в сложных расчетах. К концу того же года главная идея конструкции будущей машины была сформирована - автоматический перенос разряда. «...Каждое колесо… некоторого разряда, совершая движение на десять арифметических цифр, заставляет двигаться следующее только на одну цифру» - эта формула изобретения утверждала приоритет Блеза Паскаля в изобретении и закрепляла за ним право производить и продавать машины.

Машина Паскаля  осуществляла сложение чисел на специальных  дисках-колесиках. Десятичные цифры пятизначного числа задавались поворотами дисков, на которые были нанесены цифровые деления. Результат читался в окошечках. Диски имели один удлиненный зуб, чтобы можно было учесть перенос в следующий разряд.

Первая модель оказалась ...не работоспособной. Следующий вариант  машины был разработан к 1642 году и именно этот год считается датой изобретения.

Блез Паскаль сам активно  участвовал в строительстве машины. Он вытачивал детали на токарном станке, подбирал материалы, развернул настоящую рекламную компанию и подчеркивал прочность машины, подвергнув ее суровому испытанию провезя в карете более 1100 км.

Он показывал  свою машину в салонах самых знаменитых людей и на различных выставках. Но настоящего производства наладить так и не удалось. За восемь лет было изготовлено всего 50 арифметических машин, покупали их в основном не для работы, а для развлечения. Паскаль некоторое время продолжал совершенствовать свою машину, но после 1653 года больше к этому не возвращался. Причиной этому было то, что общество не было еще готово к использованию его изобретения, и Паскаль не видел для нее дальнейших перспектив.

Готфрид Вильгельм  Лейбниц родился июля 1646 года в  городе Лейпциге. Готфрид с детства много занимался. В восемь лет он изучил греческий язык и латынь, в пятнадцать окончил Гимназию и поступил в Лейпцигский университет на факультет права. Кроме этого он изучал философию и математику. По окончании университета в 1676 году он знакомится с голландским изобретателем и физиком Христианом Гюйгенсом и решат облегчить его труд с помощью механического устройства для расчетов. Сначала он хотел только улучшить машину Паскаля. По словам самого ученого, он придумал арифмометр, который надежно и быстро выполняв все арифметические операции, особенно умножение.

В конструкцию машины были включены движущаяся часть (подвижна каретка) и ручка, с помощью которой  крутились специальное колесо или барабаны, расположенные внутри аппарата. В арифмометре каждый разряд имел собственный механизм, связанный с механизмами соседних разряде Данный механизм лег в основу всех механических калькуляторов последующих веков.

Лейбниц несколько  лет трудился над своим изобретением, и машина появилась лишь в 1694 году в Ганновере. О ней сам "изобретатель писал: «Мне посчастливилось построить такую арифметическую машину, которая бесконечно отличается от машины Паскаля, так как моя машина дает возможность совершать и умножение, и деление над огромными числами

мгновенно. Не прибегая к последовательному сложению и  вычитанию». Но счетная машина не получила широкого распространения, потому что в конце XVII - начале XVIII века отсутствовал спрос на такую дорогую и сложную технику.

После окончания  университета в 1814 году Чарльз Беббидж  ведет образ жизни свободного джентельмена-философа и продолжает заниматься математикой. Впоследствии он несколько удаляется от математики и его работы принимают прикладной характер. В течение нескольких лет Беббидж знакомится и общается с известными людьми: астрономом и физиком Пьером Лапласом, физиком и математиком Жаном Батистом Фурье, а также именитым французским математиком Г. Прони. В результате такого общения он приходит к мысли о возможности упрощения процедуры сложных вычислений путем механического выполнения однообразных, рутинных действий. Идеи Г. Прони вдохновили Беббиджа на создание первой дифференцированной машины.

В 1822 году Беббидж закончил описание машины, которая могла бы производить вычисления с точностью до 18-го знака. Он назвал ее «разностная машина» и приступил к ее постройке. Но строительство продолжалось десять лет, но машина так и не была построена. Сейчас трудно указать причину, по которой машина не была построена. Возможно, это связано с тем, что заслуженные ученые выступали против этой машины, так как в ту пору не существовало подходящей технической базы и они считали труд изобретателя бесплодным. Возможно, что причиной неудач была излишняя разносторонность и разбросанность Беббиджа. Так или иначе, но машина послужила основой для новых изобретений.

В 1834 году у Беббиджа возникла мысль создать универсальную вычислительную машину, которую он назвал аналитической. Он задумал сделать механическое устройство, способное не просто считать, но и управлять ходом собственной работы в зависимости от заложенной программы, т.е. воплотить идею программного управления вычислительным

процессом. Это  изобретение опередило эпоху на 100 лет. Сам автор был потрясен возможностями такой машины. Он писал: «Шесть месяцев я составлял проект машины более совершенной, чем первая. Я сам поражен той вычислительной мощностью, которой она будет обладать, еще год назад я не смог бы в это поверить».

Однако аналитическая  машина так же не была построена. Чарльзу Беббиджу не хватило средств для ее постройки. Он работал над своей машиной до конца жизни.

Сын изобретателя продолжил работу отца над машиной  и она с переменным успехом спустя десятилетие была построена. Действующий образец печатал результаты вычислений. Машина Беббиджа оказалась работоспособной, но изобретатель этого уже не увидел.

Аналитическая машина.

В ней предусматривались  все основные элементы, присущие современному компьютеру. Назовем их.

1. Склад - устройство, где хранятся исходные числа и промежуточные результаты. В современном компьютере это память.

2. Фабрика - арифметическое устройство, в котором осуществляются 
операции над числами, взятыми из Склада, В современном компьютере это процессор.

3. Блоки ввода исходных данных - устройства ввода.

4. Печать результатов - устройство вывода.

 Архитектура машины практически соответствует  архитектуре современных ЭВМ, а команды, которые выполняла аналитическая машина, в основном включают все команды процессора.

Интересным историческим фактом является то, что первую программу для аналитической машины написала Ада Августа Лавлейс - дочь великого английского поэта Джорджа Байрона. Именно Беббидж заразил ее идее создания вычислительной машины.

Перепись населения  производилась каждые десять лет. Население  постоянно росло, и ее численность в США к тому времени составляла около 50 миллионов человек. Заполнить на каждого человека карточку вручную, а затем подсчитать и обработать результаты, было практически невозможно. Этот процесс затянулся на несколько лет, почти до следующей переписи. Необходимо было найти выход из этой ситуации.

Герману Холлериту  идею механизировать этот процесс подсказал  доктор Джон Биллингс, возглавлявший департамент сводных данных. Он предложил использовать для записи информации перфокарты.

Свою машину Холлерит назвал табулятором и в 1887 году он был опробован в Балтиморе. Результаты оказались положительными, и эксперимент  повторили в Сент-Луисе. Выигрыш во времени был почти десятикратным. Правительство США сразу же заключило с Холлеритом контракт на поставку табуляторов, и уже в 1890 году перепись населения прошла с использованием машин. Обработка результатов заняла менее двух лет и сэкономила 5 миллионов долларов. Система Холлерита не только обеспечивала высокую скорость, но и позволяла сравнивать статистические данные по самым разным параметрам. Холлерит разработал удобный клавишный перфоратор, позволяющий пробивать около 100 отверстий в минуту одновременно на нескольких картах, автоматизировал процедуры подачи и сортировки перфокарт. Сортировку осуществляло устройство в виде набора ящиков с крышками. Перфокарты продвигались по своеобразному конвейеру. С одной стороны карты находились считывающие штыри на пружинках, с другой - резервуар с ртутью. Когда штырь попадал в отверстие на перфокарте, то благодаря ртути, находившейся на другой стороне, замыкал электрическую цепь. Крышка соответствующего ящика открывалась и туда попадала перфокарта.

Заслуги Холлерита признаны во всем мире. Его наградили множеством медалей, присвоили ученую степень  доктора философии, научные общества Европы и Америки избрали его  своим почетным членом. Табулятор  использовали для переписи населения  в нескольких странах.

В 1896 году Герман Холлерит основал  компанию Tabulating Machine Company (ТМС) и его машины применялись повсюду - и на крупных промышленных предприятиях и в обычных фирмах. И в 1900 году табулятор использовался для переписи населения.

Однако на смену  устройству Холлерита пришли другие, более совершенные машины и после переписи 1900 года предприниматель отходит от своей деятельности. Его фирму поглощает другая компания - Computer Tabulating Recording Company. Она уверенно смотрит в будущее и после окончательного ухода Германа Холлерита ее директор Томас Уотсон переименовывает фирму в IВМ (International Business Machines).

Герман Холлерит скончался 17 ноября 1929 года. И хотя официально основателем IВМ считается Томас Уотсон, многочисленные награды и патенты Холлерита занимают в музее компании одно из самых почетных мест.

Перфокарты и  автоматизация

Каким образом  можно было заставить механические машины работать по программе? Вплоть до XIX века все вычислительные операции на изобретенных машинах производились механически. Идея программирования механических устройств с помощью перфокарты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке. Так что же представляла собой перфокарта и как она работала?

Рассмотрим обычную  электрическую лампочку и выключатель  к ней. С помощью выключателя ее можно зажечь или погасить. Если разобрать, выключатель, то можно увидеть контакты, замыкание которых приводит к включению лампочки, а размыкание - к выключению.

Вывод: такие  кусочки картона действительно  существуют и называются перфокартами.

Впервые применили  их конструкторы ткацких станков. Преуспел в этом' деле лондонский ткач Жозеф Мари Жаккард. В 1801 году он создал автоматический ткацкий станок, управляемый перфокартами.

Нить поднималась  или опускалась при каждом ходе челнока  в зависимоести от того, есть отверстие ли нет. Поперечная нить могла обходить каждую продольную с той или иной стороны в зависимости от программы на перфокарте, создавая тем самым затейливый узор из переплетенных нитей. Такое плетение получило название «жаккард» и считается одним из самых сложных и запутанных плетений.

Такой ткацкий  станок, работающий по программе, был  первым массовым промышленным устройством и считается одним из самых совершенных машин, когда-либо созданных человеком.

Идея записи программы  на перфокарте пришла в голову и  первой программистке Аде Августе Лавлейс. Именно она предложила использовать перфорированные карты в Аналитической машине Беббиджа. В частности, в одном из писем она писала: «Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цветы и листья». Герман Холлерит также использовал в своей машине перфокарты для записи и обработки информации. Перфокарты использовались и в компьютерах первого поколения.

3. Поколения ЭВМ. Классификация современных компьютеров по функциональным возможностям

Рассмотрим некоторые  события, которые предшествовали появлению компьютера. Они имеют большое значение, так как такое величайшее изобретение XX века должно было иметь предпосылки и математическую и физическую силу.

Во-первых, в конце XIX века получила развитие математическая физика. Нужны стали машины, способные производить многократно повторяющиеся вычисления.

Во-вторых, в 1880 году американский изобретатель Томас Алва Эдисон ввел в вакуумный баллон электрической лампочки электрод и обнаружил протекание тока. Он открыл явление термоэлектронной эмиссии.

В-третьих, в 1904 году английский физик Джон Амброз Флеминг  на основе открытия Эдисона создал диод, а несколько позже был изобретен триод.

В-четвёртых, английский математик  Джордж Буль еще в 1848 году описал правила логики; впоследствии названной его именем - булева алгебра. В соответствии с этой логикой алгебраические элементы могут принимать только два значения — истина (0) или ложь(1). Благодаря этой логике стало возможно конструирование логических схем.

И в-пятых, в 1918 году русский ученый М.А.Бонч-Бруевич  и независимо от него английские ученые создали электронное реле, которое  могло находиться в одном из двух состояний - 0 или 1 и на базе которого был создан триггер.

К XX веку все было подготовлено для создания компьютера.

Всю электронно-вычислительную технику принято делить на поколения. Смена поколений зависит от элементной базы ЭВМ, т.е. ее технической основы. От элементной базы зависит мощность ЭВМ, что в свою очередь приводило к изменениям в архитектуре ЭВМ, расширению круга ее задач, к изменению способа взаимодействия пользователя и компьютера.

Предшественниками ЭВМ были релейные вычислительные машины. Роле позволяло кодировать информацию в двоичном виде состояниями включено-выключено. В процессе работы такой машины тысячи реле переключались из одного состояния в другое. Такие машины работали с низкой скоростью (50 сложений или 20 умножений в секунду),

Но в первой половине XX века начала бурно разниматься радиотехника и на смену реле пришли электронно-вакуумные лампы, которые и стали элементной базой вычислительных машин первого поколения.

Самой знаменитой машиной  первого поколения является ENIAC (электронный цифровой интегратор и вычислитель), созданный в 1945 году. Его конструкторами были американские ученые Дж. Моучли и Дж. Эккерт. В СССР созданием компьютеров занимался академик С.А.Лебедев. Его машины БЭСМ-1, БЭСМ -ЗМ, БЭСМ-4, М-220 были признаны лучшими в мире.

В 1949 году в США  был создан транзистор - первый полупроводниковый прибор, заменивший электронную лампу. Транзистор занимал в десятки раз меньше места, выделял меньше тепла, потреблял меньше электроэнергии, работал более надежно. Транзисторы быстро внедрялись в радиотехнику и стали причиной перехода ЭВМ из первого поколения во второе.

Производство  ЭВМ было делом хлопотным и  дорогостоящим. Транзисторы необходимо было собрать воедино, соединив огромным количеством проводов, которые опутывали блоки и части компьютера. В связи с этим сложность ЭВМ росла с каждым днем. Революцию в технологии производства ЭВМ вызвало создание интегральных схем - электронных схем, на которых транзисторы, конденсаторы и резисторы собирались в едином куске полупроводника. Операция изготовления интегральных схем все время совершенствовалась и в результате на одной кремниевой пластинке стало возможным разместить сотни кристаллов интегральных схем. Произошел переход к третьему поколению ЭВМ.

Первоначально на интегральных схемах можно было разместить несколько десятков транзисторов. Но технология производства интегральных схем постоянно совершенствовалась, благодаря чему на свет появились большие интегральные схемы (БИС), содержащие тысячи, сотни тысяч и более транзисторов, и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с памятью 1 Мбайт, СБИС позволили создать микропроцессор, который произвел очерёдную революцию в мире вычислительной техники и привел к появлению ЭВМ четвертого поколения. Микропроцессор способен выполнять функции, основного блока компьютера - процессора. Он работает по заложенной в него программе и встраивается в различные технические устройства (станки, автомобили, самолеты). Соединив микропроцессор с устройствами ввода - вывода и внешней памяти, получили новый тип ЭВМ - микроЭВМ. И сегодня самой популярной разновидностью ЭВМ является персональный компьютер (ПК) - микроЭВМ с дружественным аппаратным и программным интерфейсом (способом общения).