История развития вычислительной техники. 5
История развития вычислительной техники.
Ещё 1500 лет назад для облегчения вычислений стали использовать счёты. В 1642 г. Блез Паскаль изобрёл устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1694 г. Готфрид Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически производить четыре арифметических действия.
Первая счетная
машина, использующая электрическое
реле, была сконструирована в 1888 г. американцем
немецкого происхождения
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
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.
Вскоре к производству
ПК присоединилась и фирма IBM. В 1981 г.
она выпустила первый компьютер
IBM PC. Благодаря принципу открытой архитектуры
этот компьютер можно было самостоятельно
модернизировать и добавлять
в него дополнительные устройства,
разработанные независимыми производителями.
За каких-то полгода IBM продала 50 тыс. машин,
а через два года обогнала Apple
по объёму продаж.
Производительность современных ПК больше, чем у суперкомпьютеров, сделанных десять лет назад. Поэтому через несколько лет обыкновенные персоналки будут работать со скоростью, которой обладают современные суперЭВМ. Кстати, в январе 1999 г. самым быстрым был компьютер SGI ASCI Blue Mountain. По результатам тестов Linpack parallel его быстродействие равнялось 1,6 TFLOPS (триллионов операций с плавающей точкой в секунду).
Идеи Бэббиджа.
Из всех изобретателей
прошлых столетий, внесших вклад
в развитие вычислительной техники,
наиболее близко к созданию компьютера
в современном представлении
подошел англичанин Чарльз Бэббидж.
Желание механизировать
вычисления возникло у Бэббиджа в
связи с недовольством, которое
он испытывал, сталкиваясь с ошибками
в математических таблицах, используемых
в самых различных областях.
В 1822 г. Бэббидж построил
пробную модель вычислительного
устройства, назвав ее "Разностной машиной":
работа модели основывалась на принципе,
известном в математике как "метод
конечных разностей". Данный метод
позволяет вычислять значения многочленов,
употребляя только операцию сложения
и не выполнять умножение и
деление, которые значительно труднее
поддаются автоматизации. При этом
предусматривалось применение десятичной
системы счисления (а не двоичной,
как в современных компьютерах)
Однако "Разностная
машина" имела довольно ограниченные
возможности. Репутация Бэббиджа как первооткрывателя
в области автоматических вычислений
завоевана в основном благодаря другому,
более совершенному устройству—Аналитической
машине (к идее создания которой он пришел
в 1834 г.), имеющей удивительно много общего
с современными компьютерами.
Предполагалось, что это будет вычислительная машина для решения широкого круга задач, способная выполнять основные операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Предусматривалось наличие в машине "склада" и "мельницы" (в современных компьютерах им соответствуют память и процессор). Причем планировалось, что работать она будет по программе, задаваемой с помощью перфокарт, а результаты можно будет выдавать на печать (и даже представлять их в графическом виде) или на перфокарты. Но Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины—она оказалась слишком сложной для техники того времени.
Машины Фон-Неймановского
типа.
В основу построения
подавляющего большинства ЭВМ положены
следующие общие принципы, сформулированные
в 1945 году американским ученым венгерского
происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.
Прежде всего, компьютер
должен иметь следующие устройства:
* Арифметическо-логическое
устройство, выполняющие арифметические
и логические операции;
* Устройство управления,
которое организует процесс
* Запоминающее устройство,
или память для хранения
* Внешние устройства
для ввода-вывода информации.
В основе работы компьютера
лежат следующие принципы:
* Принцип двоичного
кодирования. Согласно этому
* Принцип программного
управления. Из него следует, что
программа состоит из набора
команд, которые выполняются
* Принцип однородности
памяти. Программы и данные хранятся
в одной и той же памяти.
Поэтому ЭВМ не различает, что
хранится в данной ячейке
* Принцип адресности.
Структурно основная память состоит из
пронумерованных ячеек; процессору в произвольный
момент времени доступна любая ячейка.
Машины, построенные
на этих принципах, называются Фон-Неймановскими.
Ручной
этап развития вычислительной
техники
Ручной этап развития
ВТ начался на заре человеческой цивилизации
- он охватывает период от 50 тысячелетия
до н.э. и до XVII века. 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. Логарифмическая линейка - последнее
средство для счета, которое относят к
ручному этапу.
Способы счета ручного периода продолжают использоваться и в наше время. Нередко используется пальцевый счет. Счеты в недавнем прошлом в СССР использовали повсеместно. Да еще и сегодня кое-где их можно встретить, помогающими в расчетных операциях. А логарифмическая линейка, вплоть до 1970-х гг., была основным инструментом любого инженера.
Пальцевый
счет
Самым первым инструментом
счета у древнего пещерного человека
в верхнем палеолите, безусловно,
были пальцы рук. Сама природа предоставила
человеку этот универсальный счетный
инструмент. У многих народов пальцы
(или их суставы) при любых торговых
операциях выполняли роль первого счетного
устройства. Для большинства бытовых потребностей
людей их помощи вполне хватало.
К счету по пальцам
рук восходят многие системы счисления,
например пятеричная (одна рука), десятеричная
(две руки), двадцатеричная (пальцы рук
и ног), сорокаричная (суммарное число
пальцев рук и ног у покупателя и продавца).
У многих народов пальцы рук долгое время
оставались инструментом счета и на наиболее
высоких ступенях развития.
Известные средневековые
математики рекомендовали в качестве
вспомогательного средства именно пальцевый
счет, допускающий довольно эффективные
системы счета.
Однако в разных
странах и в разные времена
считали по-разному.
Несмотря на то что
у многих народов кисть руки является
синонимом и фактической основой числительного
"пять", у различных народов при пальцевом
счете от одного до пяти указательный
и большой пальцы могут иметь разные значения.
У итальянцев при счете на пальцах рук большой палец обозначает цифру 1, а указательный - метит цифру 2; когда же считают американцы и англичане, указательный палец означает цифру 1, а средний - 2, в этом случае большой палец представляет цифру 5. А русские начинают счет на пальцах, первым загибая мизинец, и заканчивают большим пальцем, обозначающим цифру 5, при этом указательный палец сопоставлялся с цифрой 4. Но когда показывают количество, выставляют указательный палец, затем средний и безымянный.
Средняя Европа
Североевропейский
пальцевой счет позволял показывать
пальцами одной руки, складываемыми
в различные комбинации, все числа
от 1 до 100. Причем большим и указательным
пальцами изображались десятки, остальными
тремя - единицы.
Например, число 30 получалось, когда большой и указательный пальцы левой руки были соединены в кольцо. Для того чтобы изобразить число 60, большой палец нужно согнуть и как бы склонить его перед указательным, нависающим над ним. Чтобы показать число 100, нужно было прижать выпрямленный большой палец снизу к указательному и отвести остальные три пальца в сторону.
Россия
В древнерусской
нумерации единицы назывались "перстами",
десятки - "суставами", а все
остальные числа - "сочислениями".
Счет парами вплоть
до середины XVIII века всегда занимал
важное место в жизни россиян,
поскольку имел качественное происхождение
- пара рук, ног, глаз и пр. Недаром
говорили: "два сапога - пара", "двугривенный"
и т.д.
Четверичная система
счета основана на "перстах" руки,
не считая большого пальца. Большой - вовсе
не "перст", он "палесъ"! - в этой
системе счисления означал конец счета,
то есть являлся эквивалентом нуля.
Счет восьмерками
также основан на пальцевом счете
и, по сути, является сочетанием двоичной
и четверичной систем. Элементы восьмеричной
системы существовали на Руси еще
в начале XX столетия. Это и восьмиконечный
крест, который использовали староверы,
и восьмиголосное церковное пение,
и название русской питейной меры - "осьмушки",
получаемой в результате последовательного
троекратного деления пополам. В русской
народной метрологии - это вообще деление
какой-либо учетной нераздельной меры
(например, куска пахотной земли, сажени
или ведра вина) на части, соответствующие
1/2,1/4 и 1/8 долям.
Пальцевой счет девятками
является, пожалуй, самым распространенным
русским народным способом умножения
на пальцах с помощью так называемых
девятериц - своеобразной таблицы умножения,
обозначающей девятилетние сроки человеческой
жизни. Наши предки в древности какое-то
время считали девятками (впрочем, похоже,
что они все-таки считали восьмерками,
а с девяти начинался уже новый отрезок
счета). С тех пор прошло не менее семи
- девяти столетий, но мы до сих пор трепещем
перед грозным "девятым валом" или
устраиваем поминки по усопшему на девятый
день после кончины.
Счет десятками
возник около 3-2,5 тысячи лет до нашей
эры в Древнем Египте. Претерпев
небольшие изменения, древнеегипетская
десятеричная система сначала обосновалась
на Востоке (в Индии примерно к VI
веку нашей эры, более известная
как индийский счет), а затем
через весьма активную торговлю в XI-XIII
веках достигла пределов Древней
Руси. От Орды Русь переняла десятичную
систему счисления для весовых
измерений и денежного счета,
опередив в этом даже Европу, которая
познакомилась с десятеричной системой
счисления через арабов только в
XIII веке, а усвоила ее и того позже.
Однако окончательно
эта система счисления
В Древней Руси (особенно
в Новгородской республике XII-XV веков)
был широко распространен счет, основанный
на счислении числа фаланг на руке
"счетовода". Счет начинался с
верхней фаланги "перстка" (мизинца)
левой руки, а заканчивался нижней фалангой
("низ перста") указательного пальца.
Большой, или "палесъ великий", левой
руки при этом последовательно осуществлял
"подсчет" суставов на растопыренной
пятерне. Досчитав до двенадцати, "счетовод"
обращался к своей правой руке и загибал
на ней один палец. Так продолжалось до
тех пор, пока все пальцы правой руки не
оказывались сжатыми в кулак (поскольку
число фаланг на четырех пальцах было
равно 12, получалось 12 пятерок, то есть
60). Кулак в данном случае символизировал
пятерку дюжин, то есть "шестьдесят".
Счет сороками (или
"сороковицами") имел преимущественное
распространение в Древней Руси. Число
40 (четыре десятка) долгое время называли
"четыредцать" или "четыредесят".
Но восемьсот лет тому назад для обозначения
этого множества на святой и православной
Руси впервые появилось название "сорок".
До сих пор ученые спорят, откуда взялось
это слово. Одни полагают, что его истоки
находятся в греческом названии числа
40 - "тессаконта", другие утверждают,
что оно появилось, когда Русь платила
дань "сороковинами" (ежегодная ордынская
подать, равная сороковой части наличного
имущества). Третья группа исследователей
убеждена, что это слово произошло от так
называемых меховых денег и названия "сорочка
". Поэтому наши предки, например, на
Русском Севере считали "сорока ми",
а их собратья - сибирские звероловы вели
счет "сорочками", то есть мешками
для пушнины, в которых хранились звериные
шкуры (преимущественно по 40 штук беличьих
шкурок или по 40 собольих хвостов, шедших
в XVI веке на пошив одной боярской шубы,
именовавшейся "сорочкой").
О том, что число 40 на Руси когда-то играло особую роль при пальцевом счете, говорят и некоторые связанные с ним поверья. Так, сорок первый медведь считался роковым для российского охотника, убить паука - означало избавиться от сорока грехов и т.д. Все то количество, которое превышало некое множество (например, "сорок"), превосходящее всякое воображение ("сорок сороков") и не умещавшееся в голове российского землепашца из-за своей ничем не ограниченной величины, называлось одним словом - "тьма".
Фиксация
счета
Фиксация результатов счета производилась различными способами: нанесение насечек, счетные палочки, узелки и др. Например, у народов доколумбовой Америки был весьма развит узелковый счет. Более того, система узелков выполняла также роль своего рода хроник и летописей, имея достаточно сложную структуру. Однако использование ее требовало хорошей тренировки памяти.
Позиционная
система счисления
Использование абака
уже предполагает наличие некоторой
позиционной системы счисления,
например, десятичной, троичной, пятеричной
и др. Однако изобрели ее только в IX
веке н.э. индийские ученые. При записи
числа, в котором отсутствует
какой-либо разряд (например, 101 или 1204),
индийцы вместо названия цифры говорили
слово "пусто". При записи на месте
"пустого" разряда ставили точку,
а позднее рисовали кружок. Такой
кружок назывался "сунья" - на языке
хинди это означало "пустое место".
Арабские математики перевели это слово
по смыслу на свой язык - они говорили "сифр".
Современное слово "нуль" родилось
сравнительно недавно - позднее, чем "цифра".
Оно происходит от латинского слова "nihil"
- "никакая".
Арабский ученый, математик Мухаммед бен Муса ал-Хорезми (из города Хорезма на реке Аму-Дарья) в своей книге подробно описал индийскую арифметику. Триста лет спустя (в 1120 году) эту книгу перевели на латинский язык, и она стала первым учебником "индийской" (то есть нашей современной) арифметики для всех европейских городов. Приблизительно в это же время индийские цифры начали применять и другие арабские учёные. Кроме того ал-Хорезми приблизительно в 850 году н.э. написал книгу об общих правилах решения арифметических задач при помощи уравнений. Она называлась "Китаб ал-Джебр". Эта книга дала имя науке алгебре. Мухаммеду бен Муса ал-Хорезми мы обязаны появлению термина "алгоритм". В первой половине XII века книга ал-Хорезми в латинском переводе проникла в Европу. Переводчик, имя которого до нас не дошло, дал ей название Algoritmi de numero Indorum ("Алгоритми о счёте индийском").
Логарифмическая
линейка - аналоговое вычислительное
устройство, позволяющее выполнять несколько
математических операций, в том числе,
умножение и деление чисел, возведение
в степень (чаще всего в квадрат и куб),
вычисление логарифмов, тригонометрических
функций и другие операции
Для того чтобы вычислить
произведение двух чисел, начало подвижной
шкалы совмещают с первым множителем
на неподвижной шкале, а на подвижной
шкале находят второй множитель.
Напротив него на неподвижной шкале
находится результат умножения
этих чисел:
lg(x) + lg(y) = lg(xy)
Чтобы разделить
числа, на подвижной шкале находят
делитель и совмещают его с
делимым на неподвижной шкале. Начало
подвижной шкалы указывает на
результат:
lg(x) - lg(y) = lg(x/y)
С помощью логарифмической
линейки находят лишь мантиссу числа,
его порядок вычисляют в уме.
Точность вычисления обычных линеек
- два-три десятичных знака. Для выполнения
других операций используют бегунок
и дополнительные шкалы.
Следует отметить, что,
несмотря на простоту, на логарифмической
линейке можно выполнять
Принцип действия логарифмической
линейки основан на том, что умножение
и деление чисел заменяется, соответственно,
сложением и вычитанием их логарифмов.
Вплоть до 1970-х
гг. логарифмические линейки были
так же распространены, как пишущие
машинки и мимеографы. Ловким движением
рук инженер без труда
Украшенная дюжиной
функциональных шкал, логарифмическая
линейка символизировала
на начало
Механический
этап развития вычислительной
техники
Развитие механики в XVII в. стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Эти устройства были способны выполнять уже не два, а четыре арифметических действия и назывались арифмометрами.
Абак
Историю цифровых устройств
начать следует со счетов. Подобный
инструмент был известен у всех народов,
рассмотрим некоторые из них.
Абак (лат. abacus - доска)
- счётная доска, применявшаяся для арифметических
вычислений.
Впервые появился, вероятно, в Древнем Вавилоне около 3 тыс. до н. э. Первоначально представлял собой доску, разграфленную на полосы или со сделанными углублениями. Счетные марки (камешки, косточки) передвигались по линиям или углублениям. В 5 в. до н. э. в Египте вместо линий и углублений стали использовать палочки и проволоку с нанизанными камешками.
Древняя Греция
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 камешек в следующем разряде.
Древний Рим
Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками.
Китай
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.
Япония
У японцев это же устройство для счета носило название серобян. Серобян - японский абак, происходит от китайского суан-пана, который был завезен в Японию в XV - XVI веках. Серобян проще своего предшественника, у него на "небе" на один шарик меньше, чем у суан-пана.
Европа
В Европе абак применялся до XVIII века. Даже развитие самой математики на определенных этапах ее становления было связано с абаком, когда истинность некоторых вычислительных алгоритмов подтверждалась возможность их реализации на абаке. В Средние века сторонники производства арифметических вычислений исключительно при помощи абака - абацисты - в течение нескольких столетий вели ожесточённую борьбу с алгоритмиками - приверженцами возникших тогда методов алгоритмизации арифметических действий.
Россия
На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с XV 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.
Современные счеты
Многовековой путь
совершенствования абака привел
к созданию счетного прибора законченной
классической формы, используемого
вплоть до эпохи расцвета клавишных
настольных ЭВМ, мы его называем "счеты".
Счеты - это простое
механическое устройство для произведения
арифметических расчётов, являющееся
одним из первых вычислительных устройств.
Счёты представляют собой раму с
нанизанными на спицы костяшками.
В недавнем прошлом в СССР их использовали
повсеместно. Да еще и сегодня
кое-где их можно встретить, помогающими
в расчетных операциях. И только
появление карманных
на начало
Электромеханический
этап развития вычислительной
техники
Как ни блестящ был
век механических арифмометров, но
и он исчерпал свои возможности. Людям
нужны были более энергичные помощники.
Это заставило изобретателей
искать пути совершенствования
Небольшой моторчик
освободил вычислителя от необходимости
крутить ручку, да и скорость счета
увеличилась. Сам механизм счетного
устройства, поначалу остававшийся неизменным,
стал также постепенно модернизироваться.
Рычажный набор, который осуществлял
медленную установку чисел и
приводил к значительному проценту
ошибок, заменили более удобным - клавишным.
Появились машины, записывающие результат
на бумажной ленте, а также другие
комбинации счетных и пишущих
устройств. Это был уже новый
шаг - механизация вычислений, но не
их автоматизация. Управление процессом
счета все еще ложилось на плечи
человека.
Электромеханический
этап развития вычислительной техники
явился наименее продолжительным и
охватывает всего около 60 лет - от первого
табулятора Г. Холлерита (1887 г.) до первой
ЭВМ ENIAC (1946 г.).
Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства.
Итоги
Выделим основные успехи
электромеханического этапа развития
вычислительной техники. Прежде всего,
существенно возросли производительность
и надежность вычислительной техники,
на что повлияла не только более
быстрая элементная база, но и сокращение
ручного труда. Во-вторых, на данном
этапе развития вычислительной техники
происходит индустриализация обработки
информации. Особенно это было заметно
по концентрации вычислительных мощностей
в СССР, начиная с создания в 30-х
годах машинно-счетных стаций, которые
к 1936 году превратились в крупнейшие
в мире предприятия механизированного
учета. Впоследствии эти станции
явились основой создания современных
вычислительных центров и коллективного
пользования вычислительных центров,
оборудованных ЭВМ различных
типов и классов. Наконец, на электромеханическом
этапе была реализована идея Бэббиджа
создания универсальной вычислительной
машины с программным управлением,
по сложности соизмеримая с

- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники
- История развития вычислительной техники