|
ЭВМ (электронно вычислительная машина), компьютер (вычислитель) – сами названия говорят об основном действии этих приборов- вычислять, считать. Сначала считали на пальцах (так появилась десятичная система счисления), примерно полторы тысячи лет назад придумали счёты и долгое время совершенствовали только способы записи и вычислений. До 17 века этого было достаточно.
В 16 веке люди стали совершать кругосветные путешествия. Для этого понадобились астрономические расчеты с многозначными числами. Но с ними трудно производить арифметические операции. Поэтому был придуман метод логарифмов, который сводит умножение и деление чисел к сложению и вычитанию.
Первые таблицы логарифмов были составлены швейцарцем Бюрги, но шотландец Джон Непер опубликовал такие таблицы (составленные независимо от Бюрги) раньше Бюрги в 1614 году.На их основе потом было придумано устройство, которым пользовались до конца 20 века – это логарифмическая линейка.
В 1917 году Непер придумал инструмент, облегчающий умножение, но основанный не на логарифмическом методе. «Костяшки Непера» состояли из набора сегментированных палочек с нанесенными на них числами таким образом, что, складывая числа в соседних по горизонтали сегментах, получали результат их умножения.
В 1642 году Блез Паскаль построил суммирующую машину «Паскалину». Готфрид Лейбниц 1673 году изготовил механический калькулятор. Один экземпляр попал в Россию к Петру 1, который подарил его китайскому императору, желая поразить того достижениями европейской мысли.
В 1804 году Жозеф Жоккард построил автоматический ткацкий станок. Каждый ход челнока управлялся с помощью перфокарты- картинки с пробитыми дырочками. Для того, чтобы создать узор, требовалась целая колода перфокарт. это явилось первым программированием, а подобные станки используются и сейчас.
В 1822 году Чарльз Бэббидж построил пробную модель «Разностной машины», состоящую из шестеренок и валиков, вращаемых в ручную при помощи специального рычага.
В 1890 году в Америке была построена машина для облегчения вычислений, так же использующая перфокарты. «Табулятор» Германа Холлерита был создан специально для обработки результатов переписи населения. Результаты предыдущей переписи 1880 года обрабатывали сотни служащих в течении семи с половиной лет, а с помощью табулятора перепись была обработана за полгода, хотя население США выросло почти на 13 млн человек Машины Холлерита закупила Россия, решив провести перепись населения на современном уровне. В 1924 году Холлерит изменил название своей фирмы по выпуску табуляторов с «Tabulating Machine Corporation» на «International Business Machines» (IBM).
В 30-е годы ХХ века появились теоретические основы построения современных компьютеров с использованием двоичной системы счисления. В 1938 году опубликована работа Клода Шеннона относительно связи между двоичными числами, булевой алгеброй и электрическими схемами. В 1937 году был построен первый двоичный сумматор, который и по сей день составляет основу цифровых ЭВМ. Практически одновременно аналогичные идеи о применении для вычислителя двоичной системы пришли в голову немецкому изобретателю Конраду Цузе. Он построил машину, которая имела клавиатуру для ввода условия задачи, результат высвечивался на специальной панели с множеством лампочек. Затем он усовершенствовал устройство ввода и стал использовать вместо клавиатуры фотоплёнку с пробитыми дырочками – перфорацией. Программы и данные, записанные на такой пленке, можно было один раз изготовить и многократно вводить в машину, тогда как на клавиатуре надо было набирать каждый раз заново.
Наступившая Вторая мировая война подстегнула развитие вычислительной техники.
Ещё в 1939 году польская разведка скопировала немецкий шифровальный аппарат «Загадка»и переправила схемы в Англию. Был известен принцип работы аппарата. Во время войны немцы использовали этот аппарат, и меняя три раза в день шифровальный ключ. Без него понять шифрованное сообщение было невозможно. В Англии для решения «Загадки» была собрана группа учёных, в которую входил математик Алан Тьюринг. Ранее в 1936 году он придумал логическую машину, названную потом «Машиной Тьюринга» которая должна была справляться с любой вычислимой функцией. Его идеи были использованы при разработке нового устройства. Сначала были созданы несколько дешифраторов, перебирающих все возможные комбинации символов перехваченного немецкого кода, пока не получался осмысленный текст.Но это занимало много времени. В конце 1943 года удалось построить вычислитель на базе электронных вакуумных лампах (их было около 2000). Машина была названа «Колосс». Перехваченные шифровки кодировались на перфоленте и вводились в память компьютера с помощью фотоэлектрического считывающего устройства. Машина сопоставляла зашифрованные сообщения с уже известными кодами «Загадки». Поражало быстродействие «Колосса» - за секунду обрабатывалось около 25 000 символов.
В 1941 году цузе в Берлине построил компьютер, действующий на двоичной системе счисления Он использовался для расчётов при конструировании самолётов и ракет. В 1942 году он и его коллега Хельмут Шрайер предложили перевести машину с электромеханических реле на вакуумные электронные лампы. Такая машина работала в тысячу раз быстрее за счёт того, что в лампах нет движущихся частей, и они управляются электричеством. Гитлеровское правительство не поддержало этот проект, так как считало, что война быстро закончится и такая машина не понадобится.
В 1943 году Говард Эйкен из фирмы IBM создал аналитическую машину, которую описывал Чарльз Бэббидж. Она работала в десятичной системе, её основу составляли электромеханические реле, программа вводилась с помощью перфоленты. Машина называлась «Марк-1», имела в высоту более 2.5 м, а в длину более 12 м. «Марк-1» использовался для баллистических расчётов. Он оперировал с большими числами, до 23 разрядов. На сложение и вычитание уходило 0.3 с, а на умножение – 3с. За день выполнялись вычисления, на которые до того требовалось полгода.
Эти машины были узко специализированы.
В 1945 году в США был построен первый универсальный компьютер «ЭНИАК». Он имел 6 м в высоту и 26 м в длину и превосходил в тысячи раз «Марк-1» по своему быстродействию. За секунду «ЭНИАК» выполнял 5000 сложений или 300 умножений. Он был основан на электронных лампах и производил вычисления в десятичной системе. Он мог решать самые разные задачи, но на изменение программы уходило несколько дней, так как приходилось подсоединять и отсоединять вручную сотни контактов. Следующая модель «ЭДВАК» работала уже в двоичной системе и имела большую внутреннюю память, позволяющую хранить и данные, и программы.
В её создании принимал участие Джон фон Нейман, который описал логическое устройство компьютера. Это описание получило название «принципы фон Неймана», а на них основана архитектура современных компьютеров. Компьютер должен состоять из центрального арифметического устройства, управляющего блока, памяти и устройства вводы – вывода. Так же фон-Нейман писал, что в основе должна лежать двоичная система счисления, устройство должно быть электронным, а не механическим и операции должны выполняться последовательно.
В декабре 1951 года в Москве успешно прошла испытание одна из первых в СССР ЭВМ – автоматическая цифровая вычислительная машина М-1, построенная под руководством Исаака Семеновича Брука. Логические схемы в машине Ь-1 строились на электронных лампах и полупроводниках, впервые использованных при конструировании вычислительных машин. М-1 была изготовлена в единственном экземпляре. Скорость её работы составляла 20 операций в секунду при работе с магнитным барабаном и около 1000 операций в секунду при работе с электронной памятью на электростатических трубках. М-1 занимала площадь 4 кв.м и размещалась в комнате площадью в 12 кв.м. Машина М-1 находилась в эксплуатации более 3 лет.
В 1951 году в Киеве была построена МЭСМ (малая электронная счётная машина). Она состояла из 6000 ламп и могла выполнять 100 операций в секунду. Руководителем проекта был Сергей Алексеевич Лебедев. Это была одна из первых в Европе машин с хранимой в памяти программой.
В 1953 году под руководством Лебедева была создана машина БЭСМ-1 (большая электронная счётная машина) на транзисторах (8-10 тыс. Операций в секунду). В том же году были созданы семь экземпляров ЭВМ «Стрела» на электронных лампах, разработанной под руководством Башира Искандоровича Рамеева. Они были установлены в Институте прикладной математики АН СССР, вычислительном центре АН СССР, вычислительных центрах министерств, решавших задачи, связанные с атомной энергетикой и космическими исследованиями.
В 1956 году была выпущена релейная машина РВМ-1, разработанная И.И.Бессоновым. Она проработала почти 10 лет, не смотря на то, что уже были построены электронно-ламповые вычислительные машины.Её скорость составляла 20-50 операций в секунду.
В ламповых машинах 50-х годов ввод и вывод программ осуществлялся с помощью перфокарт и перфолент, максимальная скорость операций достигала 20 тыс. операций в секунду у ЭВМ М_20 (разработана под руководством С.А.Лебедева).
В дальнейшие годы в Пензе под руководством Б.И.Рамеева были созданы несколько поколений ЭВМ «Урал» на ламповой, затем на полупроводниковой основе. С.А.Лебедев руководил дальнейшей разработкой машин серии БЭСМ. БЭСМ-6 (1967 год) на получастотных проводниковых элементов стала одной из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 млн операций в секунду.
В 1967 году в Москве начали разрабатывать ЭВМ третьего поколения. Они получили название Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ). Генеральным конструктором являлся Сергей Аркадьевич Крутовских. В основу была положена ЭВМ-360. Новшеством при этом явилась возможность построения ЭВМ различной производительности, обладающих общей архитектурной и полной программной совместимостью. Для IBM-360 и различных машин было создано различное программное обеспечение, и системное, и прикладное. Эти ЭВМ были основаны на интегральных схемах (сотни и тысячи транзисторов в одном корпусе). Их быстродействие достигало от 20 тыс операций в секунду в самой младшей модели ЕС-1020 до 500 тыс. операций в секунду (в среднем) в мощной ЕС-1050, выпущенной в 1973 году.
В 1956-1959 гг были разработаны интегральные схемы. Микросхемы на основе кристаллов дали возможность построить производительно небольшие и дешевые персональные компьютеры.
В 70-ее годы по образцу мини-ЭВМ американской фирмы ДЕС серии PDP -11 строились отечественные СМ ЭВМ (система малых ЭВМ). Они предназначались для управления объектами и процессами в различных отраслях промышленности и в разного рода измерительных, испытательных, диспетчерских системах.
Серия СМ ЭВМ отличается от ЕС тем, что представляло собой несколько семейств ЭВМ разной архитектуры, и не являлась единым рядом машин, различающихся по производительности. Это связано с тем, что СМ ЭВМ предназначались для использования в управляющих системах на разных уровнях производства и на каждом уровне требовался обычный вычислительный комплекс. СМ ЭВМ имели производительность от 200 тыс. операций в секунду в СМ-3 до 1 млн операций в секунду в СМ-1420, объём оперативной памяти – от 54 Кбайт,в СМ-3 до 2 Мбайт в старших моделях. В поздних моделях использовались микропроцессоры, быстродействие таких машин составляло 3 млн операций в секунду, оперативная память была увеличена до 5 Мбайт. Производство СМ ЭВМ продолжалось до начала 90-х годов ХХ века.
В 1975 году начался мировой массовый выпуск компьютера «Альтаир/8800», основанного на микропроцессоре «Интел/8080». Он продавался как набор Сделай сам. Он позволял присоединять дополнительные устройства (память, интерфейс к периферийным устройствам и др.), вставив в корпус соответствующую плату с микросхемами. Система шин (кабелей) связывала платы в единое целое, а программы и данные вводились в двоичных кодах. Пол Ален и Бил Гейтс написали и стали продавать программу, транслирующую BASIC в коды Альтаира. Это облегчило написание программ. Впоследствии Ален и Гейтс организовали фирму Microsoft.
В 1976 году была создана фирма Apple, которая в 1983 году вошла в список 500 крупнейших американских компаний. Её основали Стивен Возняк и Стивен Джобс. Джобс сначала разрабатывал видеоигры для фирмы Atari, а Возняк работал инженером. В 1975 году Возняк создал самодельный компьютер на основе более дешевого, чем в «Альтаире», микропроцессора, а Джобс наладил продажу таких компьютеров. Вначале фирма размещалась в комнате, затем в гараже. В 1977 году появился Эппл-2. Он был заключен в красивый пластмассовый корпус, весил около 5 кг, имел систему цветной графики и был недорогим, так как содержал минимум микросхем. За первый же год таких компьютеров было продано на 2.7 миллиона долларов. Ни аппаратная, ни программная части компьютеров не были засекречены, что позволяло создавать для них различное программное обеспечение. В 1977 году фирма IBMизготовила свой первый персональный компьютер. В настоящее время подавляющее большинство персональных компьютеров относится именно к этим двум типам.
|
Математика / ИКТ (ЕГЭ)
