ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ(филиал)

ВОЛГОГРАДСКОГО  ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 

КАФЕДРА «Информатика» 
 
 
 
 

СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Информатика»

Тема: «История развития средств вычислительной техники» 
 
 
 
 
 

                                                                                                Выполнил:

 Студент  группы 

                                                                                               Проверил:

Камышин 2010 г.

     Содержание

1. Введение
2. История создания и развития средств вычислительной техники
3. Поколения ЭВМ

3.1     Первое поколение ЭВМ (1948 — 1958 гг.)

2. Второе поколение ЭВМ (1959 — 1967 гг.)
3. Третье поколение ЭВМ (1968 — 1973 гг.)
4. Четвертое поколение ЭВМ (1974 — 1982 гг.)
5. Пятое поколение и суперкомпьютеры
4. Заключение
5. Список литературы

     Введение 

     Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность  в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Более 1500 лет тому назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д.

     В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно  обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному  кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным  завесой секретности и мало известным  широкой публике. Однако в 1971 году произошло  событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью  превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов  людей. В том, вне всякого сомнения знаменательном году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с красивым  названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных  классов и бухгалтеров до ученых и инженеров.

     В конце XX века невозможно представить  себе жизнь без персонального  компьютера. Компьютер прочно вошел  в нашу жизнь, став главным помощником человека. На сегодняшний день в  мире существует множество компьютеров  различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений. 
 
 
 
 
 
 

История создания и развития средств вычислительной техники

В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или  иному поколению в зависимости  от типа основных используемых в ней  элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в  смысле времени сильно размыты, так  как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов; для отдельной же машины вопрос о  ее принадлежности к тому или иному  поколению решается достаточно просто.

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 объемов этих расчетов приводил даже к тому, что  из одной страны в другую приглашались специально обученные люди, хорошо владешие техникой арифметического  счета. Поэтому рано или поздно должны были появиться устройства, облегчающие  выполнение повседневных расчетов. Так, в Древней Греции и в Древнем  Риме были созданы приспособления для  счета, называемые абак. Абак называют также римскими счетами. Эти счеты  представляли собой костяную, каменную или бронзовую доску с углублениями – полосами. В углублениях находились костяшки, и счет осуществлялся передвижением  костяшек.

В странах Древнего Востока существовали китайские  счеты. На каждой нити или проволоке  в этих счетах имелось по пятьи  по две костяшки. Счет осуществлялся  единицами и пятерками. В России для арифметических вычеслений применялись  русские счеты, появившиеся в 16  веке, но кое – где счеты можно  встретить и сегодня.

Развитие приспособлений для счета шло в ногу с достижениями математики. Вскоре после открытия логарифмов в 1623 г. была изобретена логарифмическая  линейка, её автором был английский математик Эдмонд Гантер. Логарифмической  линейке суждена была долгая жизнь: от 17 века до нашего времени.

Однако ни абак, ни счеты, ни логарифмическая линейка  не означают механизации процесса вычислений. В 17 веке выдающимся французким ученым Блезом Паскалем было изобретено принципиально  новое счетное устройство – арифметическая машина. В основу её работы Б. Паскаль  положил извесную до него идею выполнения вычислений с помощью металических шестеренок. В 1645 г. им была построена  первая суммирующая машина, а в 1675 г. Паскалю удается создать настоящую  машину, выполняющую все четыре арифметических действия. Почти одновременно с Паскалем в 1660 – 1680 гг. Сконструировал счетную  машину великий немецкий математик  Готфирд Лейбниц.

Счетные машины Паскаля и Лейбница стали прообразом арифмометра. Первый арифмометр для  четырех арифметических действий, нашедший арифметическое применение, удалось  построить только через сто лет, 1790 г., немецкому часовому мастеру  Гану. Впоследствии устройство арифмометра  совершенствовалось многими механиками из Англии, Франции, Италии, России, Швейцарии. Арифмометры применялись для  выполнения сложных вычислений при  проектировании и строительстве  кораблей. Мостов, зданий, при проведении финансовых операций. Но производительность работы на арифмометрах оставалась невысокой, настоятельным требованием времени  была автоматизация вычислений.

В 1833 г. анлийский  ученый Чарлз Бэбидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал проект «аналитической машины». По его замыслу, эта машина должна была стать гигантским арифмометром с программным управлением. В  машине Бэбиджа предусмотрены были также арифметические и запоминающие устройства. Его машина стала прообразом будущих компьютеров. Но в ней  использовались далеко не совершенные  узлы, например, для запоминания  разрядов десятичного числа в  ней применялись зубчатые  колеса. Осуществить свой проект Бэбиджу  не удалось из – за недостаточного развития техники, и «аналитическая машина» на время была забыта.

Лишь спустя 100 лет машина Бэбиджа привлекла  внимкние инженеров. В конце 30 –  х годов 20 века немецкий инженер  Конрад Цузе разработал первую двоичную цифровую машину Z1. В ней широко использовались электромеханические реле, то есть механические переключатели, приводимые в действие электрическим током. В 1941 г. К. Уцзе создал машину Z3, полностью управляемую с помощью программы.

В 1944 г. американец Говард Айкен на одном из предприятий  фирмы IBM построил мощную по тем временам машину «Марк – 1». В этой машине для представления чисел использовались механические элементы – счетные колеса, а для управления применялись электромеханические реле. 
 
 

Поколения ЭВМ 
 

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как  появилась первая электронная вычислительная машина. За этот короткий для развития общества период сменилось несколько  поколений вычислительных машин, а  первые ЭВМ сегодня являются музейной редкостью. Сама история развития вычислительной техники представляет немалый интерес, показывая тесную взаимосвязь математики с физикой (прежде всего с физикой  твердого тела, полупроводников, электроникой) и современной технологией, уровнем  развития которой во многом определяется прогресс в производстве средств вычислительной техники. 

Электронно-вычислительные машины у нас в стране принято  делить на поколения. Для компьютерной техники характерна прежде всего  быстрота смены поколений - за ее короткую историю развития уже успели смениться  четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Что  же является определяющим признаком  при отнесении ЭВМ к тому или  иному поколению? Это прежде всего  их элементная база (из каких в основном элементов они построены), и такие  важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Конечно  же, деление ЭВМ на поколения в  определенной мере условно. Существует немало моделей, которые по одним  признакам относятся к одному, а по другим - к другому поколению. И все же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать  качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники. 

Первое  поколение ЭВМ (1948 — 1958 гг.) 

Элементной базой  машин этого поколения были электронные  лампы – диоды и триоды. Машины предназначались для решения  сравнительно несложных научно-технических  задач. К этому поколению ЭВМ  можно отнести: МЭСМ, БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, “Стрела”, “Минск-1”, “Урал-1”, “Урал-2”, “Урал-3”, M-20, "Сетунь", БЭСМ-2, "Раздан". Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую  надежность работы и слабое программное  обеспечение. Быстродействие их не превышало 2—3 тысяч операций в секунду, емкость  оперативной памяти—2К или 2048 машинных слов (1K=1024) длиной 48 двоичных знаков. В 1958 г. появилась машина M-20 с памятью 4К и быстродействием около 20 тысяч  операций в секунду. В машинах  первого поколения были реализованы  основные логические принципы построения электронно-вычислительных машин и  концепции Джона фон Неймана, касающиеся работы ЭВМ по вводимой в память программе и исходным данным (числам).

Этот период явился началом коммерческого применения электронных вычислительных машин  для обработки данных. В вычислительных машинах этого времени использовались электровакуумные лампы и внешняя  память на магнитном барабане. Они  были опутаны проводами и имели  время доступа 1х10-3 с. Производственные системы и компиляторы пока не появились. В конце этого периода  стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках. Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой.

Второе  поколение ЭВМ (1959 — 1967 гг.) 

В 1948 году физики-теоретики  Джон Бардин и Уильям Шокли совместно  с ведущим экспериментатором  фирмы "Белл телефон лабораториз" Уолтером Браттейном создали первый действующий транзистор. Это был  точечно-контактный прибор, в котором  три металлических "усика" контактировали с бруском из поликристаллического германия.

Первые компьютеры на основе транзисторов появились в  конце 50-х годов, а к середине 60-х  годов были созданы более компактные внешние устройства.

С появлением машин  второго поколения значительно  расширилась сфера использования  электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития программного обеспечения. Появились  также специализированные машины, например ЭВМ для решения экономических  задач, для управления производственными  процессами, системами передачи информации и т.д. К ЭВМ второго поколения  относятся:  

1) ЭВМ М-40, -50 для  систем противоракетной обороны; 

2) Урал -11, -14, -16 - ЭВМ общего назначения, ориентированные  на решение инженерно-технических  и планово-экономических задач;

3) Минск -2, -12, -14 для решения инженерных, научных  и конструкторских задач математического  и логического характера;

4) Минск-22 предназначена  для решения научно-технических  и планово-экономических задач;

5) БЭСМ-3 -4, -6 машин  общего назначения, ориентированных  на решение сложных задач науки  и техники; 

6) М-20, -220, -222 машина  общего назначения, ориентированная  на решение сложных математических  задач; 

7) МИР-1 малая  электронная цифровая вычислительная  машина, предназначенная для решения  широкого круга инженерно-конструкторских  математических задач;

8) "Наири"  машина общего назначения, предназначеная  для решения широкого круга  инженерных, научно-технических, а  также некоторых типов планово-экономических  и учетно-статистических задач; 

9) Рута-110 мини ЭВМ общего назначения; и ряд других ЭВМ. 
 
 

Третье  поколение ЭВМ (1968 — 1973 гг.) 

За счет создания технологии производства интегральных микросхем (ИС) удалось добиться увеличения быстродействия и надежности полупроводниковых  схем, а также уменьшения их габаритов, потребляемой мощности и стоимости. Интегральные микросхемы состоят из десятков электронных элементов, образованных в прямоугольной пластине кремния  с длиной стороны не более 1 см. Такая  пластина (кристалл) размещается в  небольшом пластмассовом корпусе, размеры которого, как правило, определяются только числом “ножек” (выводов от входов и выходов электронной  схемы, созданной на кристалле).

Это позволило  не только повысить производительность и снизить стоимость универсальных  ЭВМ (больших ЭВМ), но и создать  малогабаритные, простые, дешевые и  надежные машины — мини-ЭВМ. Мини-ЭВМ  первоначально предназначались  для замены аппаратно-реализованных  контроллеров (устройств управления) в контуре управления каким-либо объектом, в автоматизированных системах управления технологическими процессами, системах сбора и обработки экспериментальных  данных, различных управляющих комплексах на подвижных объектах и т. д.

Самое главное  в тот период: унификация ЭВМ по конструктивно - технологическим параметрам. ЭВМ третьего поколения начинают выпускаться сериями или семействами, совместимыми моделями. Дальнейшее развитие математического и программного обеспечения приводит к созданию пакетных программ для решения типовых  задач, проблемно - ориентированных  программных языков (для решения  задач отдельной категории) и  впервые создаются уникальные программные  комплексы, - операционные системы (разработаны IBM). 

Четвертое поколение ЭВМ (1974 — 1982 гг.) 

Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где  в одном кристалле размещалось  несколько десятков тысяч электрических  элементов. Это позволило разработать  более дешевые ЭВМ, имеющие большую  память и меньший цикл выполнения команды: стоимость байта памяти и одной машинной операции начала резко снижаться. Но так как затраты  на программирование почти не сокращались, то на первый план вышла задача экономии человеческих, а не машинных ресурсов.

В 70-х годах  стали изготавливать и универсальные  вычислительные системы, состоящие  из процессора, памяти, схем сопряжения с устройствами ввода-вывода и тактового  генератора, размещенных в одной  БИС (однокристальная ЭВМ) или в  нескольких БИС, установленных на одной  печатной плате (одноплатная ЭВМ). Таким  образом, повторялась картина 60-х  годов, когда первые мини-ЭВМ отбирали часть работы у больших универсальных  ЭВМ.

Характерные свойства ЭВМ четвертого поколения:  

1) Мультипроцессорность.

2) Параллельно-последовательная  обработка. 

3) Языки высокого  уровня.

4) Появляются  первые сети ЭВМ. 

Технические характеристики ЭВМ четвертого поколения:  

1) Средняя задержка  сигнала 0.7 нс./вентиль (вентиль  - типовая схема).

2) Впервые основная  память - полупроводниковая. Время  выработки данного из такой  памяти 100-150 нс. Емкость 1012 -1013 символов.

3) Впервые применяется  аппаратная реализация оперативной  системы. 

4) Модульное  построение стало применяться  и для программных средств.  

Первый персональный компьютер создали в апреле 1976 года два друга, Стив Джобс (1955 г.р.) —  сотрудник фирмы Atari, и Стивен Возняк (1950 г.р.), работавший на фирме Hewlett-Packard. На базе интегрального 8-битного контроллера  жестко запаянной схемы популярной электронной игры, работая вечерами в автомобильном гараже, они сделали  простенький программируемый на языке Бейсик игровой компьютер  “Apple”, имевший бешеный успех. В  начале 1977 года была зарегистрирована Apple Comp., и началось производство первого  в мире персонального компьютера Apple. 

Пятое поколение и суперкомпьютеры 

В конце 80-х годов  появляются первые ЭВМ пятого поколения. Пятое поколение ЭВМ связывают  с переходом к микропроцессорам.

Сейчас ведутся  интенсивные разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений  компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования  оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).  

Ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие  задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения  является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком  и компьютером. Компьютеры будут  способны воспринимать информацию с  рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальными знаниями в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.  

Суперкомпьютеры

Однако мощности будут продолжать расти. Это необходимо для решения глобальных задач, таких  как расчет аэродинамики автомобилей  и свойств разнообразных наноструктур, ЗD-моделирование. ЭВМ, имеющие максимальную производительность, называются суперкомпьютерами. Сверхмощные компьютеры также относят  к 5 поколения компьютеров.  

На сегодняшний  день производительность нового самого мощного суперкомпьютера в мире IBM Roadrunner составила 1,026 петафлопс (FLOPS (акроним  от англ. Floating point Operations Per Second) - величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько  операций с плавающей запятой  в секунду выполняет данная вычислительная система). Ранее самым мощным считался суперкомпьютер IBM BlueGene/L с производительностью 0,478 петафлопс.

На Roadrunner в Лос-Аламосской национальной лаборатории американские военные будут решать задачи, связанные  с ядерным оружием. В частности, моделировать первые секунды ядерного взрыва.

До момента  передачи суперкомпьютера в руки военных ученые воспользуются возможностями IBM Roadrunner для моделирования климатических изменений.

Энергопотребление Roadrunner превышает 3 мегаватта. Он состоит  из 12960 процессоров Cell и примерно вдвое  меньшего количества процессоров AMD Opteron. Стоимость IBM Roadrunner составила 133 миллиона долларов. 
 
 
 
 
 

    Заключение

    Для многих мир без компьютера – далекая  история, примерно такая же далекая, как открытие Америки или Октябрьская революция. Но каждый раз, включая компьютер, невозможно перестать удивляться человеческому гению, создавшему это чудо.

    Современные персональные IВМ РС-совместимые компьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. Эти компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет десяткам и сотням пользователей легко обмениваться информацией и одновременно получать доступ к общим базам данных. Средства электронной почты позволяют пользователям компьютеров с помощью обычной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные сообщения в другие города и страны и получать информацию из крупных банков данных. Глобальная система электронной связи Intеrnеt обеспечивает за крайне низкую цену возможность оперативного получения информации из всех уголков земного шара, предоставляет возможности голосовой и факсимильной связи, облегчает создание внутрикорпоративных сетей передачи информации для фирм, имеющих отделения в разных городах и странах.

    Однако  возможности IВМ РС-совместимых персональных компьютеров по обработке информации все же ограничены, и не во всех ситуациях  их применение оправдано. 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

1. http://ru.wikipedia.org
2. http://istrasvvt.narod.ru/
3. Фигурнов В.Э. «IBM PC для пользователя. Краткий курс» – М.: 1999г.