Краткая история развития вычислительной техники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра информационных технологий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь, 2013

Содержание:

 

Введение 3

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) 3

Электронноые вычислительные машины (ЭВМ) 4

Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ) 4

Поколения ЭВМ. Единые серии ЭВМ 5

Машинные элементы информации (байт, полуслово, слово, двойное слово, поле переменной длины) 6

Эффективность микропроцессоров 7

Список литературы 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

С увеличением объёма вычислений появился первый счётный переносной инструмент –«Счёты».

В начале 17 века возникла необходимость в сложных вычислениях. потребовались счётные устройства, способные выполнять большой  объём вычислений с высокой точностью. В 1642 г. французский математик Паскаль сконструировал первую механическую счётную машину – «Паскалину».

В 1830 г. английский учёный Бэбидж предложил идею первой программируемой  вычислительной машины («аналитическая машина»). Она должна была приводиться в действие силой пара, а программы кодировались на перфокарты. Реализовать эту идею не удалось, так как было не возможно сделать некоторые детали машины.

Первый реализовал идею перфокарт Холлерит. Он изобрёл машину для обработки результатов переписи населения. В своей машине он впервые  применил электричество для расчётов.

В 1930 г. американский учёный Буш изобрел дифференциальный анализатор - первый в мире компьютер.

Большой толчок в развитии вычислительной техники дала вторая мировая война. Военным понадобился  компьютер, которым стал «Марк-1» - первый в мире цифровой компьютер, изобретённый в 1944 г. профессором Айкнем. В нём использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. Размеры: 15 X 2,5 м., 750000 деталей. Могла перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с.

В 1946 г. группой инженеров по заказу военного ведомства США был создан первый электронный компьютер – «Эниак». Быстродействие: 5000 операций сложения и 300 операций умножения в секунду. Размеры: 30 м. в длину, объём - 85 м³., вес - 30 тонн. Использовалось 18000 эл. ламп.

Первая машина с хронимой программой – «Эдсак» - была создана в 1949 г., а в 1951 г. создали машину «Юнивак» - первый серийный компьютер с хранимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации.

Аналоговые  вычислительные машины (АВМ)

 

В АВМ все математические величины представляются как непрерывные  значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.

 

Достоинства АВМ:

- высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;

- простота конструкции АВМ;

- лёгкость подготовки задачи к решению;

- наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.

Недостатки АВМ:

- малая точность получаемых результатов (до 10%);

- алгоритмическая ограниченность решаемых задач;

- ручной ввод решаемой задачи в машину;

- большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением сложности задачи.

Электронные вычислительные машины (ЭВМ)

 

В отличие от предыдущих машин в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие  ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

- высокая точность вычислений;

- универсальность;

- автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;

- разнообразие задач, решаемых ЭВМ;

- независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

- сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);

- недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;

- сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;

- требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры.

Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ)

 

АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства  АВМ и ЭВМ. Они имеют такие  характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.

В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью  цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).

Поколения ЭВМ. Единые серии ЭВМ

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ

П О К О Л Е  Н И Я  Э В М
ХАРАКТЕРИСТИКИ		I	II	III	IV
Годы применения		1946-1960	1960-1964	1964-1970	1970-1980
Основной элемент		Эл. лампа	Транзистор	ИС	БИС
Количество ЭВМ в мире (шт.)		Сотни	Тысячи	Десятки тысяч	Миллионы
Размеры ЭВМ		Большие	Значительно меньше	Мини-ЭВМ	микроЭВМ
Быстродействие(усл.)		1	10	1000	10000
Носитель информации		Перфокарта, Перфолента	Магнитная лента	Диск	Гибкий диск

 

Поколения:

ЭВМ на эл. лампах, быстродействие порядка 20000 операций в секунду, для каждой машины существует свой язык программирования. («БЭСМ», «Стрела»).

В 1960 г. в ЭВМ были применены транзисторы, изобретённые в 1948 г., они были более надёжны, долговечны, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен заменить ~40 эл. ламп и работает с большей скоростью. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты. («Минск-2», «Урал-14»).

В 1964 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение. ИС - это  кристалл, площадь которого 10 мм². 1 ИС способна заменить 1000 транзисторов. 1 кристалл - 30-ти тонный «Эниак». Появилась возможность обрабатывать параллельно несколько программ.

Впервые стали применяться  большие интегральные схемы (БИС), которые  по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма. («Иллиак», «Эльбрус»).

Синтезаторы, звуки, способность  вести диалог, выполнять команды, подаваемые голосом или прикосновением.

Машинные элементы информации (байт, полуслово, слово, двойное  слово, поле переменной длины).

Любое слово, каждый символ увеличивает количество информации. Чтобы измерить количество информации, нужно взять слово в качестве эталона. В качестве алфавита в ЭВМ  используется двоичный алфавит, состоящий  из 0 и 1. Эталонным считается слово, состоящее из одного символа такого алфавита. Оно принимается за 1 и называется “Бит”. Чтобы измерить количество информации в произвольном слове, его кодируют в этом алфавите, а затем находят его длину.

Минимальный элемент  информации - 8 бит равный 1 байту. 1 байт представляет в ЭВМ букву или символ.

Для контроля информации используется 9-й бит проверки на чётность. Более крупными единицами измерения являются:

1 Кбайт = 2¹⁰ байт,

1 Мбайт = 2²⁰ байт,

1 Гбайт = 2³⁰ байт.

Байт состоит из 8-и  разрядов (битов), которые нумеруются слева направо от 0 до 7. Каждый байт в памяти ЭВМ имеет свой порядковый номер, называемый абсолютным адресом байта. Последовательность нескольких байт образуют поле данных. Количество байт поля называют длиной поля, а адрес самого левого байта - адресом поля. Байты нумеруются слева направо. Различают поля фиксированной и переменной длины. Минимальным полем фиксированной длины является полуслово - группа из двух байт , занимающих в памяти ЭВМ соседние участки. Адрес полуслова - это адрес крайнего левого байта, который всегда кратен двум. Например, байты 8, 9 образуют полуслово с адресом 8. Два полуслова образуют слово, состоящее из 4-х последовательно расположенных байт. Адрес старшего (левого) байта кратен 4 и является адресом этого слова.

Группа из двух слов составляет двойное слово. Поле переменной длины  может быть любого размера в пределах от 0 до 255 байт.

 

0 7	8 15	16 23	24 31	32 39	40 47	48 55	56 63
Байт	Байт	Байт	Байт	Байт	Байт	Байт	Байт
Полуслово	Полуслово	Полуслово	Полуслово
Слово	Слово
Двойное слово

Так можно представить  соотношение разрядности элементов  информации.

 

Эффективность микропроцессоров

В 1959 году фирма Intel (США) по заказу фирмы Datapoint (США) начала создавать  микропроцессоры (МП). Первым микропроцессором на мировом рынке стал МП Intel 8008.

В последние годы появились  такие МП, которые могут полностью  автоматизировать производство и многие сферы обслуживания. Это может  привести к росту безработицы.

МП - это эффективный  с технологической и экономической точки зрения инструмент для переработки возрастающих потоков информации.

Новое поколение МП идёт на смену предыдущему каждые два  года и морально устаревает за 3-4 года. МП вместе с другими устройствами микроэлектроники позволяют создать довольно экономичные информационные системы.

Причина такой популярности МП состоит в том, что с их появлением отпала необходимость в специальных схемах обработки информации, достаточно запрограммировать её функцию и ввести в ПЗУ МП.

 

Основные характеристики МП

Марка МП	Сопроцессор	Адресуемая память	Тактовая частота (МГц)	Виртуальная память	Быстродействие
8086/88 (1979 г.)	8087	2020 = 1 Мб	4,77 (8; 10)	-	0,33
80286 (1982 г.)	80287	16 Мб	8 (12; 16)	1 Гб	1,2
80386 DX 80386 SX (1985 г.)	80387	4 Гб   4 Гб	16 (20-40)   16 (20-25)	64 Гб   64 Гб	6   2,5
80486 DX 80486 SX 80486 DX2 (1989 г.) 80486 DX4 (1992 г.)	Встроенный	4 Гб   4 Гб   4 Гб     4 Гб	25 (33; 50)   20 (25)   50 (66)     100	64 Гб   64 Гб   64 Гб     64 Гб	20   16,5   40     80
Pentium 60 (1994 г.)	Встроенный	4 Гб	100	64 Гб	90/100

 

Суперпроцессор P6:

Изготовляется на 0,6 мкм.-технологии.

Достоинства:

1. Частоты 133-150 Мгц

2. Вдвое превзойдёт  по производительности существующие  модели, поскольку:

Имеет 4 конвейера для  параллельной обработки команд.

Интегрированные в одном корпусе 2 модуля КЭШ-памяти первого уровня - 32 Кб, второго - 256 или 512 Кб.