Тенденция развития вычислительных машин.
Именно об этом и будет идти речь в основной части реферата.
1. Тенденция развития вычислительных машин
С древнейших времен людям приходилось решать различные задачи, связанные с исчислением времени, определением площади земляных участков, денежными расчетами и т.д. Рост расчетов достигал таких размеров, что, порой даже, страны приглашали себе специалистов, в совершенстве владеющих техникой арифметического счета. На этой почве возникала необходимость в специальных приборах, которые бы облегчили и ускорили процесс выполнения повседневных расчетов. Так, в старом Риме и Греции, было создано приспособление для счета - абак. Основной его функцией было выполнение арифметических операций по средствам перемещения счетных элементов (камешков). В основном абак применялся в денежных расчетах.
В странах Востока использовались китайские счеты, а в России применялись счеты, появившиеся в шестнадцатом веке, который кое-где можно встретить до сих пор.
Достижения математики требовали создания все более функциональных устройств. Так, после открытия в 1623 г. логарифмов, английским математиком Э. Гантером была изобретена логарифмическая линейка, которая использовалась вплоть до XX века. Примерно в это же время выдающимся ученым из Франции - Блезом Паскалем была изобретена арифметическая машинка, не знающая аналогов в мире. Она работала по принципу вычисления с помощью металлических шестеренок. В 1965 году Паскаль создает первую суммирующую машину, а спустя десять лет, благодаря ему же появилась реальная машина, способная выполнять все четыре математические действия. А в промежуток времени (1660-1680) гениальный немецкий математик Г. Лейбниц параллельно с Паскалем сконструировал свою счетную машину.
Данные счетные машины явились прообразом для арифмометра. Сам же арифмометр был создан лишь спустя сто лет часовым мастером Гану. В усовершенствовании этого устройства принимали участие ученые и специалисты из Франции, Италии, Англии, Швейцарии и России. Арифмометр стал незаменимым прибором для выполнения сложных вычислений при строительстве и проектировании кораблей, зданий, мостов, а также в любых денежных вопросах. Но оставляла желать лучшего производительность арифмометра, и вставал вопрос об автоматизации вычислений.
Английский ученый Чарльз Бэббидж в 1834 г. завершил описание «аналитической машины». Исходя из его плана, эта машина - огромный арифмометр с программируемым управлением, помимо простого счета, в ее возможности входило управление ходом собственной деятельности в зависимости от заложенной программы, иными словами, он представил идею программного управления над вычислительными процессами. Его изобретение стало основой для создания будущих компьютеров, и опередило эпоху на почти на 100 лет. Но и она была не без изъяна. Например, в ней применялись зубчатые колеса для запоминания ряда десятичных чисел. Воплотить свой проект в жизни ему так и не удалось, по причине недостаточного развития техники.
В 1887 г. Германом Холлеритом была изобретена вычислительная машина, основной функцией которой было - автоматическая обработка буквенной и числовой информации, записанной на перфокартах. Машина носила название - табуляр.
Уже в ХХ веке, в конце 30-ых годов, появляется первая двоичная цифровая машина Z1, разработанная германским инженером Конрадом Цузе. Составляющими этого устройства были механические переключатели, работающие под действием электрического тока. А в 1941 г. Конрад Цузе создает полностью управляемую программой машину Z3.
Таким образом, эти факты из истории докомпьютерной эпохи, говорят о непрерывном стремлении человечества к изобретению устройства, которое бы значительно облегчило математические расчеты. Все счетные машины, изобретенные с XVII-XVIII вв. появлялись параллельно с прогрессом в математике, но, к сожалению, все великие не позволил воплотить в жизнь идеи тогдашний уровень развития техники.
2. Предпосылки к созданию компьютера
Компьютер - одно из самых значимых изобретений ХХ века. Его созданию поспособствовали открытия в самых разных областях науки: математике, физике. В связи с этим, появлялась необходимость в машинах, способных производить многократно повторяющихся вычислениях.
В число таких определяющих открытии входит: 1. В 1800 году американским изобретателем Т. Эдисоном было открыто явление термоэлектронной эмиссии, что, в свою очередь, стало толчком к созданию в 1904 году диода - прибора с односторонней проводимостью электрического тока. Это открытие сделал физик Дж. Флеминг. Позже, был создан триод - еще один вакуумный прибор.
Еще одним открытием, послужившим к изобретению компьютера, стали правила логики, описанный Дж. Булем в 1884 г. Впоследствии, они были названы его именем - «булева алгебра». Суть его правил состояла в том, что алгебраические элементы способны принимать только два значения - ложь (0) или истина (1). Конструирование логических схем основывалось на этой логике.
И, наконец, создание электронного реле русским ученым М.А. Бонч - Бруевичем в 1918 году. Данное реле могло находиться в двух состояниях: 0 или 1, на базе этого реле был изобретен триггер.
Все эти события стали основными предпосылками к появлению компьютера.
3. Классификационные группы ЭВМ и их особенности
ЭВМ первого поколения
Всю электронно-вычислительную технику принято делить на поколения. В зависимости от типа основных задействованных частей или от нюансов производства, ЭВМ относят к разным поколениям. Мощность компьютера напрямую зависит от элементной базы, а то, в свою очередь, вносит коррективы в архитектуру ЭВМ, увеличению круга ее задачи и взаимодействию пользователя и компьютера.
Релейные вычислительные машины стал предшественниками ЭВМ. По ходу работы этой машины множества реле переключались между определенными состояниями. Быстродействие таких машин ожидало желать лучшего: всего 20 умножений или 50 сложений в минуту.
В период с 1943-1946 гг. создавалась первая ЭВМ. ENIAC - самая знаменитая машина, созданная в США. Это был электронный цифровой вычислитель и интегратор, содержащий почти 18 тысяч электронных лампочек и огромное количество электромеханических реле.
В 1949 году в Англии была построена первая ЭВМ с программой, содержавшейся в ее памяти.
Постоянное совершенствование ЭВМ привело в середину 50-х годов к повышению их быстродействия от нескольких сотен до десятков тысяч операций в секунду. Электронная лампа продолжала оставаться незаменимым элементом.
Таким образом, ЭВМ потребляли огромную мощность, не отличались хорошим быстродействием, имели небольшую емкость оперативной памяти, внушительные размеры. Они использовались для научных и инженерных расчетов, не требующих переработки большого количества информации.
ЭВМ второго поколения
В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменивший электронную лампу - транзистор. Их тут же был решено внедрять в создание ЭВМ, так как они имели большой срок службы, выделяли не так много тепла при работе и были компактнее.
Благодаря внедрению цифровых частей на полупроводниковые устройства стали создаваться довольно таки небольшие ЭВМ. Появилось разделение машин на большие, малые и средние.
В СССР преимущественно использовались малые машины. Одной из таких машин была БЭСМ - 6 («большая электронно-счетная машина») - наилучшая в мире, созданная коллективом академика С.А. Лебедева. Производительность данной машины была на порядок выше по сравнению со средними ЭВМ. Ей было под силу обрабатывать до 1 млн. операций в секунду.
За границей же, пользовались спросом машины второго поколения «Сименс» (ФРГ); «Стретч» (США); «Элиот» (Англия).
Одновременно с ЭВМ развивались и периферийные устройства такие, как внешняя память на магнитных лентах и барабанах. Программирование становилось понятнее, доступнее и проще. Появлялись языки высокого уровня программирования АЛГОЛ, КОБОЛ, ФОРТРАН. Создавались информационные и электронно-справочные системы.
ЭВМ третьего поколения
В данном поколении появились крупные серии ЭВМ, отличающиеся собственным назначение и производительностью. В большинстве случаев, это большие и средние машины IBM360/370, разработанные в США.
ЭВМ четвертого поколения
Благодаря новым технологиям создания интегральных схем в конце 70-х - начале 80-х годов ХХ века, стало возможным разрабатывать интегральные схемы больших размеров - БИС.
Постоянное совершенствование технологий производства БИС привело к появлению сверхбольших интегральных схем (СБИС) с памятью 1 Мбайт.
С помощью таких схем стало возможным создание микропроцессора, который произвел следующий переворот в мире вычислительной техники и поспособствовал к появлению ЭВМ четвертого поколения.
Данный микропроцессор мог выполнять функции процессора (основного блока компьютера). Он может встраиваться в различные технические устройства и работать по характерной для него программе.
Создание персональных ЭВМ (отдельного класса машин 4-го поколения) стало еще одним революционным достижением в области вычислительной техники. С этого момента термин «ЭВМ» заменился, на более привычный для нас, «персональный компьютер» - ПК.
Сегодня ПК стали такой же привычной бытовой техникой, как магнитофон или телевизор.
ЭВМ пятого поколения.
В конце ХХ века мир захлестнула гонка конкурирующих производителей компьютерной техники. Резко увеличивается тактовая частота процессоров и их модификации.
Возрастает скорость работы процессоров, тем самым стимулируя улучшения других периферийных устройств и узлов.
Некоторые специалисты считают, что в 90-х годах ХХ века появился ЭВМ со сверхсложными микропроцессорами с параллельно-векторной структурой, которые выполняли десятки последовательных команд программы, что, в свою очередь, позволяло строить эффективные системы обработки знаний.
. Признаки классификации вычислительных машин
. Классификация ЭВМ по принципу действия:
По принципу действия вычислительные машины разделяют на три больших класса: цифровые (ЦВМ); гибридные (ГВМ) и аналоговые (АВМ).
ЦВМ - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в цифровой (дискретной форме) форме;
АВМ - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме;
ГВМ - вычислительные машины комбинированного действия работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. Чаще всего ГВМ используют для управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
. Классификация ЭВМ по этапам создания:
По этапам создания ЭВМ условно делятся на поколения:
Второе поколение, 60-е годы; ЭВМ на транзистора.
Третье поколение, 70-е годы; ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе).
Четвертое поколение, 80-е годы; ЭВМ на БИС и СБИС
Пятое поколение, 90-е годы; ЭВМ со многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;
3. Классификация ЭВМ по назначению:
По назначению ЭВМ делятся на три группы:
универсальные (общего назначения);
проблемно-ориентированные;
специализированные;
В функции универсальных ЭВМ входят: решение различных инженерно-технических задач (математических, экономических, информационных и т.д.) задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.
Проблемно-ориентированные ЭВМ предназначены для решения более узкого круга задач: управление технологическими объектами; накопление и обработка небольших объемов данных; выполнение расчетов по относительно несложным алгоритмам. Такие ЭВМ обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.
Специализированные ЭВМ применяются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, ощутимо снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ относятся: программируемые микропроцессоры специального назначения; контроллеры и адаптеры.
Заключение
В наши дни образованный человек - это человек, хорошо владеющий информационными технологиями, так как деятельность людей все больше зависит от их информированности, умении эффективно использовать информацию. Для свободной ориентации в информационных потоках современный специалист любого профиля должен уметь получать, обрабатывать и использовать информацию с помощью компьютеров, телекоммуникаций и других средств связи. Мир находится на пороге информационного общества, в котором основную роль будет играть система распространения, хранения и обработки информации, образуя информационную среду, которая может обеспечить любому человеку доступ ко всей информации.
Информационные технологии занимают уникальное положение в современном обществе. В отличие от других научно-технических достижений средства вычислительной техники и информатики, применяются практически во всех сферах интеллектуальной деятельности человека, способствуя прогрессу в технике.
Список литературы
1.В.Э. Фигурнов. IBM PC для пользователя. / Издание 7-е. М. ИНФРА 1997 г.
2.А.Н. Саптовский, Ю.А. Первин. Как работает ЭВМ: серия Мир знаний. / М. Просвещение 1986
.А.Г. Кушниренко, Г.В. Лебедев, Р.А. Сворень. Основы информатики и вычислительной техники. / М. Просвещение 1991
.А.П. Пятибратов, А.С. Касаткин, Р.В. Можаров. «Электронно-вычислительные машины в управлении». - СПб: «Питер», 1997