История развития ЭВМ

Оглавление

1. Введение             1
2. Вычислительные машины         2
3. Поколения ЭВМ           3
4. 1-е поколение (электронные лампы)       3
5. 2-е поколение (транзисторы, полупроводники)      5
6. 3-е поколение (интегральные схемы)       6
7. 4-е поколение ( сверхбольшие интегральные схемы)     7
8. Текущее состояние          9
9. Таблица «Характеристики поколений ЭВМ»      11
10. Список использованной литературы       11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Целью данного реферата является раскрытие  темы "История развития ЭВМ" Так как персональные компьютеры и другие электронные устройства типа ЭВМ очень полезны в нынешнее время и претерпели большие изменения, данный материал осветит эволюцию таких вычислительных машин.

В данной работе будет проведена  связь с механическими устройствами для вычисления и переход к  электронным системам вычисления. Для  наглядности в конце работы приведена  таблица сравнительной  характеристика технических  достижений в области  ЭВМ.

 

 

История развития ЭВМ.

 

Вычислительные машины

 

Основным  отличием вычислительной машины от таких  счетных устройств, как счеты, арифмометр, калькулятор, заключается в том, что вся последовательность команд на вычисление предварительно записывается в память вычислительной машины и выполняется последовательно автоматически. Впервые принцип вычислительной машины с автоматическим выполнением команд предложил американский ученый Джон фон Нейман. Он описал основные узлы, которые должна содержать такая машина: память, представлявшей собой набор регистров, арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройства ввода-вывода и устройства управления

 инт

Первая  счетная машина с хранимой программой была построена французским ученым Блезом Паскалем в 1642 г. Она была механической с ручным приводом и могла выполнять 2 операции - сложения и вычитания ( Рисунок 1 )

 

 

                               Рисунок 1- Блез Паскаль (1623 - 1662) и его счетная машина

 

Немецкий  математик Готфрид Лейбниц в 1672 г. построил механическую машину, которая могла делать 4 операции: сложения, вычитания, умножения и деления. Г. В. Лейбницу принадлежит идея использования двоичной системы счисления в вычислительных устройствах. Он первым описал двоичную систему счисления с цифрами 0 и 1, на которой основана современная компьютерная техника.

Впервые машину, работающую по программе, разработал в 1834 г. английский ученый Чарльз Бэббидж. Она содержала запоминающее устройство, вычислительное устройство, устройство ввода с перфокарт и печатающее устройство. Команды считывались с перфокарты и выполняли считывание данных из памяти в вычислительное устройство и запись в память результатов вычислений. Все устройства машины Бэббиджа, включая память, были механическими и содержали тысячи шестеренок, при изготовлении которых требовалась точность, недоступная в XIX в. Машина реализовала любые программы, записанные на перфокарте, поэтому впервые для написания таких программ потребовался программист. Первым программистом была англичанка Ада Ловлейс, в честь которой уже в наше время был назван язык программирования Ada.

 

Значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина — табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую сейчас передовым разработчиком компьютеров.

 

Новый инструмент — ЭВМ — служит человеку пока лишь чуть больше полвека. ЭВМ —  одно из величайших изобретений середины XX века, изменивших человеческую жизнь  во многих ее проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один из рычагов  обеспечивающих развитие и достижения научно-технического прогресса.

Первым  создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный К. Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а в 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой  использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с  «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. В качестве элементной базы Цузе выбрал реле, которые к тому времени давно  применялись в различных областях техники. В 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1 на 16 слов; в следующем году модель Z2, а еще через два года он построил первую в мире действующую  вычислительную машину с программным  управлением (модель Z3), которая демонстрировалась  в Германском научно-исследовательском  центре авиации. Это был релейный двоичный компьютер, имеющий память на 64 22-разрядных числа с плавающей  запятой: 7 разрядов для порядка и 15 разрядов для мантиссы. К несчастью, все эти образцы машин были уничтожены во время бомбардировок  в ходе Второй мировой войны. После  войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5. К. Цузе в 1945 году создал язык Plankalkul (от немецкого «исчисление планов»), который относится к ранним формам алгоритмических языков. Этот язык был большей степени машинно-ориентированным, но по некоторым возможностям превосходил  АЛГОЛ.

 

Поколения ЭВМ

 

1) Первое поколение  – вычислительные машины на  электронных лампах (1945-1955 гг.).

Разработка  первой серии электронной машины UNIAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 году. Д. П. Эккертом и Д. Мочли, основавшими фирму Eckert-Mauchly. Первый образец UNIAC-1 был построен для Бюро переписи США в 1951 г. UNIAC был создан на базе ЭВМ ENIAC и EDVIAC. Работала с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Емкость памяти — 1000 12-разрядных десятичных чисел. (Рисунок 2

Следующим шагом было увеличение быстродействия памяти, для чего учёные стали исследовать свойства ферритовых колец. Впервые память на магнитных  сердечниках была применена в  машине «Whirlwind-1». Она представляла собой  два куба с 32 × 32 × 17 сердечниками, обеспечивающих хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел.  

 

Рисунок 2  ENIAC

 

В СССР в 1948 году проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей.

В 1950 году в Институте  точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ АН СССР) организован  отдел цифровой ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. Эту работу возглавил С. А. Лебедев (1902—1974). В 1951 году здесь была спроектирована машина БЭСМ, а в 1952 году началась её эксплуатация.

В проекте вначале предлагалось использовать трубки Вильямса, но до 1955 г. в качестве элемента памяти использовали ртутные линии. БЭСМ могла совершать 8 000 оп/с. Серийно она стала выпускаться с 1956 года под названием БЭСМ-2.  (Рисунок 3 )

 

Рисунок 3  БЭСМ 1951 г.

 

В качестве языка программирования в ЭВМ  первого поколения использовался  машинный язык.

Машинный  язык – язык программирования, содержание и правила которого реализованы аппаратными средствами ЭВМ. Машинный язык состоит из системы команд ЭВМ и метода кодирования информации (исходных данных, результатов вычислений), принятого в ЭВМ. Символами машинного языка являются двоичные цифры; как правило, символы группируются в конструкции (морфемы) – адреса в командах, коды операций и признаки команд; из команд составляются программы, реализующие алгоритмы задач.  

В разработку электронных  компьютеров включилась и фирма IBM, которая в 1952 году выпустила первый промышленный компьютер IBM-701. Машина содержала 4000 электронных ламп и 12 000 германиевых диодов. В 1956 году IBM выпустила новый серийный компьютер — IBM-704, отличавшийся высокой скоростью работы.

После ЭВМ IBM-704 была выпущена машина IBM-709, в архитектурном плане  приблизившаяся к машинам второго  и третьего поколения.

В 1956 году IBM разработала  плавающие магнитные головки  на воздушной подушке, изобретение  которых позволило создать новый  тип памяти — дисковые запоминающие устройства (ЗУ). Впервые ЗУ на дисках появились в машине IBM-305 и RAMAC-650, которая  имела пакет из 50 металлических  дисков с магнитным покрытием, вращавшихся  со скоростью 1 200 об/мин. На поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных 10 000 знаков каждая.

Вслед за первым серийным компьютером UNIAC-1 фирма REMINGTON-RAND в 1952 году выпустила ЭВМ UNIAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее.

В октябре 1952 году группа сотрудников  фирмы REMINGTON-RAND предложила алгебраическую форму записи алгоритмов; на основе этого офицер военно-морских сил США и руководитель группы программистов, капитан Грейс Хопперт разработала первую программу-компилятор A-0.

Фирма IBM также сделала  первые шаги в области автоматизации  программирования, создав в 1953 году для  машины IBM-701 «Систему быстрого кодирования». В 1957 году группа Д. Бэкуса завершила  работу над ставшим впоследствии популярным языком программирования высокого уровня ФОРТРАНОМ. Он способствовал  расширению сферы деятельности компьютеров.

В 1951 году фирма Ferranti стала выпускать машину «Марк-1». А через 5 лет выпустила ЭВМ «Pegasus», использующую концепцию регистров общего назначения.

 

2) Второе поколение  – вычислительные машины на  полупроводниках - транзисторах (1955-1965 гг.).

В середине 50-ых гг. XX века, когда  ламповые компьютеры достигли «насыщения», ряд фирм объявил о работах  по созданию транзисторных ЭВМ. Первоначально  это вызвало скептицизм из-за того, что производство полупроводников  будет сложным и дорогостоящим. Однако этого не случилось — постоянно  совершенствовались методы производства транзисторов. В 1955 году в США было объявлено о создании цифрового  компьютера TRADIC, построенного на 800 транзисторах и 11 000 германиевых диодах. В этом же году фирма объявила о создании полностью транзисторной ЭВМ. Первая такая машина «Philco-2000» была сделана в ноябре 1958 года, она содержала 56 тыс. транзисторов, 1 200 диодов, но всё же в её составе было 450 электронных ламп. «Philco-2000» выполняла сложение за 1,7 мкс, умножение — за 40,3 мкс.

В Англии транзисторная ЭВМ  «Elliot-803» была выпущена в 1958 году, в  ФРГ — «Simens-2002» и в Японии H-1 — в 1958 году, во Франции и Италии — в 1960 году. В СССР группа разработчиков  во главе с Е. Л. Брусиловским в 1960 году в НИИ математических машин  в Ереване завершила разработку полупроводниковой ЭВМ «Раздан-2», её серийный выпуск начат в 1961 году. В это же время появились компьютеры и не на полупроводниках. Так, в Японии была выпущена ЭВМ «Senac-1» на параметронах, в СССР — «Сетунь», а во Франции  — CAB-500 на магнитных элементах. «Сетунь», разработанная в МГУ под руководством Н. П. Брусенцова, стала единственной серийной ЭВМ, работавшая в троичной системе счисления.

Небольшие отечественные машины второго поколения («Наири», «Раздан», «Мир» и др.) с 

производительностью порядка  оп/с были в конце 60-х годов были доступны каждому вузу.

В качестве языка программирования в ЭВМ  второго поколения использовался язык ассемблера – язык программирования низкого уровня, мнемонические команды которого соответствуют инструкциям процессора  вычислительной системы. Трансляция программы в исполняемый машинный код производится ассемблером (от англ. assembler – сборщик) – программой-транслятором, которая и дала языку ассемблера его название.

В СССР после выпуска первой серийной ЭВМ  второго поколения «Раздан-2»  было разработано ещё около 30 моделей  по такой же технологии. Минским  заводом вычислительной техники  им. Серго Орджоникидзе в 1963 году была выпущена первая транзисторная ЭВМ  «Минск-2», а затем её модификации: «Минск-22», «Минск-22М», «Минск-23» и  в 1968 году — «Минск-32», которые долгое время играли главную роль в автоматизации  различных отраслей народного хозяйства.

Машина МЭСМ-6 состояла из 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых  диодов, имела высокую надёжность и высокое быстродействие — 1 млн. оп/с.

При появлении ЭВМ второго  поколения разработчики занялись разработкой  и создание языков программирования, обеспечивающих удобный набор программ.

Одним из первых языков программирования был АЛГОЛ (создан группой ученых американской Ассоциацией по вычислительной техники)..

 

3) Третье поколение  - вычислительные машины на интегральных  схемах (1965-1980 гг.).

В декабре 1961 года специальный  комитет фирмы IBM, изучив техническую  политику фирмы в области разработки вычислительной техники, представил план-отчёт  создания ЭВМ на микроэлектронной основе. Во главе реализации плана встали два ведущих разработчика фирмы  — Д. Амдал и Г. Блау. Работая  с проблемой производства логических схем, они предложили при создании семейства использовать гибридные  интегральные схемы, для чего при  фирме в 1963 году было открыто предприятие  по их выпуску. В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о создании шести  моделей своего семейства IBM-360 («System-360»), появление которого ознаменовало появление  компьютеров третьего поколения.

За 6 лет существования  семейства фирма IBM пустила более 33 тыс. машин. Затраты на научно-исследовательские  работы составили примерно полмиллиарда долларов (по меркам того времени —  сумма была просто огромной).

При создании семейства «System-360»  разработчики встретились с трудностями  при создании операционной системы, которая должна была отвечать за эффективное  размещение и использование ресурсов ЭВМ. Первая из них, универсальная операционная система называлась DOS, предназначенная  для малых и средних ЭВМ, позже  была выпущена операционная система OS/360 — для больших. До конца 60-х гг. фирма IBM в общей сложности выпустила  более 20 моделей семейства IBM-360. В  модели 85 впервые в мире был применена  кэш-память (от фр. cache — тайник), а модель 195 стала первой ЭВМ на монолитных схемах.

В СССР 70-е  и 80-е годы были временем создания унифицированных серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и «Электроника» (серия микро-ЭВМ). ( Рисунок 4 )

 

( Рисунок 4 ) «Электроника» (серия микро-ЭВМ)