История развития вычислительной техники. Этапы развития вычислительной техники:

 

 

Этапы развития вычислительной техники:

1) Ручной: первым техническим средством были счёты, а нетехническим – пальцы, недостатком которых является низкая скорость вычисления.

2) Механический - вторым этапом развития стали механические устройства:

1623 год – Шиккард реализовал вычислительную машину, выполняющую 4 арифметические операции.

1642 год – Паскаль изобрёл устройство для механического сложения и вычитания чисел (прообраз арифмометра). Он работал благодаря механическим шестерёнкам. Дальнейшее его развитие привело к созданию арифмометра.

1673 год – Лейбниц изобрёл арифмометр, представлявший собой механический калькулятор, вычисление в котором происходило за счёт шестерёнок, которые входили в зацепление и поворачивались на определённое количество зубьев, заданное операндом с помощью ручки. Задание операнда производилось нажатием кнопок. Арифмометр мог осуществлять не только операции сложения и вычитания, но и операции умножения и деления.

Одновременно с арифмометром появляется логарифмическая линейка. Эта линейка позволяла вычислять функции логарифма.

Начиная с XIX века, арифмометры получили широчайшее применение. Вместе с тем, возникла острая потребность в создании вычислительной техники.

В первой половине XIX века Чарльз Беббидж попытался построить первую машину для вычислений, работающую без вмешательства человека с помощью перфокарт. Однако до конца эта работа не была доведена.

3) Электромеханический (первое поколение ЭВМ):

В 1944 году Говард Эйкен построил электромеханическую (релейную) вычислительную машину МАРК–1 (фирма IBM). Компьютер оперировал 72 числами, состоявшими из 23 десятичных разрядов, делая по 3 операции сложения или вычитания в секунду. Умножение выполнялось в течение 6 секунд, деление - 15,3 секунды, на операции вычисления логарифмов и выполнение тригонометрических функций требовалось больше минуты. Время переключения реле t = 1 мс. МАРК-1 последовательно считывал и выполнял инструкции с перфорированной бумажной ленты. Компьютер не умел выполнять условные переходы, из-за чего каждая программа представляла собой довольно длинный ленточный рулон. Циклы организовывались за счёт замыкания начала и конца считываемой ленты. Принцип разделения данных и инструкций получил известность, как гарвардская архитектура.

Параллельно с релейными вычислительными устройствами, принцип работы которых был основан на системе двоичного кодирования (либо замкнуто, либо разомкнуто), развивались и электронные устройства на радиолампах – ламповые вычислительные устройства.

Начиная с 1943 года в США началась разработка машины на электронных лампах ENIAC с частотой 100 МГц. Она занимала большой зал, потребляя много энергии. Вместе с тем, ENIAC стал первым широкомасштабным электронным цифровым компьютером, который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач.

Характеристики:

· Объём памяти: 20 число-слов;

· Вычислительная мощность: 300 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду;

· Система кодирования: десятичная;

· Потребляемая мощность: 150 кВт;

· Вес: 27 тонн.

В 1945 г. Джон фон Нейман (венгеро-американский математик) описал «принцип построения вычислительных устройств». Этот принцип реализуется по нижеуказанной схеме.

 

 

4) Транзисторный (второе поколение ЭВМ) 1950-1964 г:

С появлением чистых материалов таких, как чистый кремний или германий появилась возможность создания транзисторов, которые широко стали использоваться в вычислительной технике. В вычислительной технике используют транзисторы с количеством электродов, большим 3: такие транзисторы позволяют обеспечить совершение нескольких логических операций («И», «ИЛИ», «НЕ»).

Изготовление транзисторов - достаточно трудоёмкий процесс, связанный с производством полупроводников. В качестве памяти использовались магнитные катушки (сердечники). Но транзисторные вычислительные устройства обладают значительными преимуществами перед ламповыми ВУ:

·  потребляют значительно меньше количества энергии;

·  занимают меньше места;

·  обладают большей надёжностью.

5) Третье поколение ЭВМ 1964-1972 г:

Дальнейшее развитие электроники привело к объединению нескольких транзисторов на одном кристалле и созданию интегральных микросхем. Такие устройства реализовывали основные логические операции.

6) Четвёртое поколение ЭВМ с 1972 г:

В связи с использованием чистых материалов и полупроводниковых элементов, а также совершенствованием технологии напыления и развитием лазерной технологии, с помощью которых осуществлялось выжигание элементов на микросхеме, появились БИС – большие интегральные схемы, объединявшие в одном кристалле функционально законченный элемент ВУ. Например:

-  процессор;

-  порты ввода-вывода;

-  DMA- контроллер;

-  память.

В результате стало возможным появление персональных вычислительных устройств (ПК).

Степень интеграции БИС достигала 3-5.

Фирма IBM придерживалась «Принципа открытой архитектуры» - разработка стандартов интерфейсов между устройствами. Нововведение позволяло заменять одни элементы ВУ на другие без изменения всего ВУ. Например, можно поменять один жесткий диск на другой, т.к. стандарты те же.

История развития ПК

В 1974 году фирма INTEL выпустила 8-разрядный процессор INTEL 8080. Российским аналогом этого процессора стал 580ИК80. Он имел 16-разрядную шину адресов, позволявшую адресоваться к 2¹⁶ ячейкам, и 8-разрядная шина данных.

Характеристики:

8 разрядная шина данных

Шина данных – число параллельных разрядов.

В 1976 году INTEL выпустила 16-разрядный процессор INTEL 8086.

Появился INTEL 80286 (i286), который имел 24-битную адресацию и 16-разрядную шину данных, а также обладал 16Мб адресного пространства.

На основе процессора INTEL 8086 IBM разработала ПК (системный блок и сопутствующая периферия).

Процессор INTEL 80386 появился в 1985 году и привнёс 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти.

За годы существования микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Например, Intel x86, модифицированный вначале в 32-битный IA-32, а позже в 64-битный x86-64 (Intel EM64T). Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM, но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров до встраиваемых решений.

Популярность и широкое распространение компьютеров IBM было достигнуто благодаря применению принципа открытой архитектуры, который заключался в разделении элементов компьютера на стандартные устройства, связанные между собой стандартными интерфейсами. Это позволило частично модернизировать и расширять возможности компьютера без замены его всего целиком.

К ним относятся: материнская плата, блок питания, дополнительная память, порты ввода/вывода, интерфейсы для подключения внешних носителей информации: флоппи, HARD диска, CD диска.

Достоинства открытой архитектуры:

· возможность создавать взаимозаменяемые устройства с большими возможностями;

· на рынке появилось множество фирм, специализирующихся на выпуске подобных устройств.

Это привело к ускорению прогресса в развитии вычислительной техники.