Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Августа 2013 в 14:41, реферат
Целями данной работы являются:
- формирование общего представления о зарождении и процессе технической эволюции вычислительной техники;
- оценка вкладов исследователей и разработчиков в данной области, а также смежных наук, способствовавших усовершенствованию вычислительного процесса;
- выявление тенденций в параллельном развитии аналоговой и цифровой вычислительной техники.
Введение 3
1. Цифровая вычислительная техника 4
1.1. Домеханический период 5
1.2. Механический период 8
1.2.1. Машина Леонардо да Винчи 9
1.2.2. Машина Шаккарда 10
1.2.3. Суммирующая машина Б. Паскаля 11
1.2.4. Счетная машина Г. В. Лейбница 11
1.2.5. Арифмометр К. Томаса 12
1.2.6. Арифмометр В. Однера 12
1.2.7. Арифмометр Гамана 13
1.2.8. Перфокарты Ж.Жаккара и схема вычислений Г.Прони 14
1.2.9. Машины Ч. Бэббиджа 15
1.2.9.1. Разностная машина 15
1.2.9.2. Аналитическая машина 16
1.3. Электромеханический период 18
1.3.1. Табулятор Г. Холлерита 19
1.3.2. «Изобретатель компьютера» К. Цузе 20
1.3.3. Машины Дж. Стибица 21
1.3.4. Машины Г. Эйкена 21
1.3.5. РВМ-1 – последний крупный проект в области релейной вычислительной техники 22
1.4. Электронный период 23
2. Аналоговая вычислительная техника 26
2.1. Логарифмическая шкала, логарифмическая линейка 26
2.2. Графики, номограммы, планиметр 27
2.3. Изобретения А.Н. Крылова 27
2.4. Изобретения электромеханического периода 28
2.5. Изобретения советской научной школы 28
Заключение 30
Список используемой литературы: 32
Самыми значительными изобретениями этого периода, несомненно, являются разностная и аналитическая машины. Ч. Бэббидж разработал основные принципы построения вычислительных машин, которые были реализованы в современных ЭВМ. Это принцип программного управления вычислительным процессом, использование перфокарт для управления работой вычислительной машины, введение команды условного перехода, принцип разделения информации на команды и данные.
В истории вычислительной техники этот период явился наименее продолжительным. Первый счетно-аналитический комплекс оборудования, разработанный Г. Голлеритом, прошел испытания в 1887 г., а первая ЭВМ, с начала эксплуатации которой начинается отсчет времени электронной цифровой вычислительной техники, вступила в строй в 1945 г.
Вспомним, с какими объектами работали первые механические предшественники современного электронного компьютера.
Числа представлялись:
- либо в виде линейных перемещений цепных и реечных механизмов;
- либо в виде угловых перемещений зубчатых и рычажных механизмов.
После изобретения электромагнитного реле вопрос о том, как записать с его помощью всевозможные цифры десятичной системы счисления, не был большой проблемой.
Электромеханическая вычислительная техника была вызвана в жизни двумя обстоятельствами: ростом потребностей в обработке информации и развитием электротехники, позволившей создать электромеханический счетные устройства.
Информация на рубеже XIX-XX веков стремительно увеличивалась в объемах, ее необходимо было обрабатывать. Основными предпосылками этого стали вводимые переписи населения в США и странах Европы, быстро растущая экономика СССР, развитие производств.
Классическим типом аппаратуры электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации, нанесенной на перфокарты. Устройство представляло собой ряд звеньев, связью которых были перфокарты. Помимо счетно-аналитических машин на этом этапе развития вычислительной техники используются два класса: механические арифмометры с электроприводом и сложные релейные системы с программным управлением, созданные в 40-е годы несколько ранее первых ЭВМ.
Уже после смерти Ч. Бэббиджа один из принципов, лежащих в основе идеи аналитической машины, – использование перфокарт – нашел воплощение в действующем устройстве. Это был статистический табулятор, построенный американцем Германом Холлеритом для ускорения обработки результатов переписи населения, которая проводилась в США в 1890 г.
Табулятор состоял из таких основных устройств как:
- вычислительный механизм, в котором использовались реле;
- перфоратор;
- сортировальная машина.
В 1896 г. Г. Холлерит создал компанию «Tabulating Machine Company» (TMC). К этому времени счетные машины были значительно усовершенствованы: автоматизированы процедуры подачи и сортировки перфокарт.
В 1934 г. немецкий инженер Конрад Цузе (1910–1995) придумал модель автоматического калькулятора, которая состояла из устройства управления, вычислительного устройства и памяти и полностью совпадала с архитектурой сегодняшних компьютеров.
В 1937 г. К. Цузе создал работающую память для хранения 12 двоичных чисел по 24 бита и занялся созданием первой версии своего вычислителя, которую он сначала назвал Versuchsmodell-1 (V-1), но после переименовал в Z-1. Машина занимала площадь около 4 м2 и представляла собой множество реле и проводов, имела клавиатуру, с которой вводились в нее условия задач и данные.
Совершенствованием своих машин Цузе занимался постоянно и результатом его деятельности впоследствии стали машины Z-2, Z-3, Z-4. Однако военные годы и, в частности, бомбардировка в Берлине уничтожили первые три машины. В послевоенные годы немецкий инженер трудился в компании Siemens AG и разработал принципиально новые машины Z-11, Z-22.
Сегодня работы К. Цузе известны во всем мире. Он оказал несомненное влияние на развитие европейских компьютерных технологий. Его труды использовались при создании новых компьютеров и при разработке первых алгоритмических языков программирования.
В 1937 г. Джордж Стибиц – математик из фирмы «Bell Telephone Labs» – пришел к выводу, что булева логика – это естественный язык, на котором должна основываться работа систем электромеханических реле.
Созданное им устройство было электромеханической схемой, выполняющей операцию двоичного сложения, т.е. двоичным сумматором. В наши дни двоичный сумматор по-прежнему остается одним из основных компонентов любого цифрового компьютера.
Первую свою машину Дж. Стибиц назвал Model K.
На счету Стибица ряд важнейших разработок тех лет: вычислительная машину «Bell-I» на электромагнитных реле; машина «Bell-2», автоматически управляемая программой (машина «Bell-1» автоматического управления не имела); машина «Bell-3» с управлением с помощью программы, записанной на перфоленты; релейный калькулятор «Bell-4»; машина «Bell-5», работающей с арифметикой с плавающей точкой.
В 1937 г. гарвардский математик Говард Эйкен предложил проект создания большой счетной машины. Спонсировал работу президент компании IBM Т. Уотсон, который в 1939 г. вложил в нее 500 тыс. долл. из фондов своей фирмы. Проектирование «Mark-1» началось в 1939 г., строило этот компьютер нью-йоркское предприятие IBM.
Рис.9. Вычислительная машина «Mark-I»
«Mark-1» (рис.9) достигал почти 17 м в длину и более 2,5 м в высоту, содержал около 750 тыс. деталей, из них 3304 реле. Детали были соединены проводами общей протяженностью около 800 км. Вес машины – 5 т.
Работа над компьютером «Mark-II» шла с 1945 по 1947 г. «Mark-II» представляла собой первую многозадачную машину – наличие нескольких шин позволяло одновременно передавать из одной части компьютера в другую несколько чисел. Были созданы третий и даже четвертый варианты компьютера «Mark-I», но уже без поддержки фирмы IBM.
В СССР в 1954 г. была начата постройка машины по проекту Н.И. Бессонова (1906-1963), специалиста в области счетно-аналитических машин. Получавшая название РВМ-1 и построенная в 1957 году релейно-вычислительная машина особенно удобна была в использовании в задачах экономического характера. Она отличалась надежностью, в то время как лампочные ЭВМ этим не отличались [7]. Машину РВМ-1 можно рассматривать как созданную на пределе возможностей электромеханических реле. Электронные лампы и другие электронные приборы обладали колоссальным преимуществом – очень высокой скоростью. Это обстоятельство оказалось решающим в переходе от релейных к электронным вычислительным машинам.
Подводя итоги электромеханического периода, необходимо отметить два значительных преимущества развитых вычислительных устройств перед их предшественниками – это высокая скорость обработки данных, обусловленная скоростью срабатывания реле, и несравненная надежность, складывающаяся из отстранения человека от процесса вычисления – автоматизация.
За время электромеханического периода начала формироваться «индустрия информации», само производство вычислений приобрело индустриальный характер, в несколько раз превысилась производительность цифровой вычислительной техники и по уровню сложности релейные вычислительные системы сравнялись с наиболее сложными техническими системами того времени. До электроники оставался «один шаг». Но его надо было сделать, чтобы вычислительная техника достигла невиданного взлета, характерного для настоящего времени, но являющегося лишь бледным прообразом будущего.
В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития ЭВМ. Их принято делить на поколения. Поколение ЭВМ – это все типы и модели ЭВМ, построенные на одних и тех же научных и технических принципах.
Основные признаки деления ЭВМ на поколения:
1. Элементная база.
2. Быстродействие.
3. Емкость памяти.
4. Способы управления и переработки информации и др.
Границы поколений во времени размыты, так как в одно и то же время выпускались машины совершенно разного уровня.
Когда приводят даты, относящиеся к поколениям, то обычно имеют в виду период промышленного производства. В табл. 1 приведено разделение ЭВМ на поколения.
Таблица 1. Поколения ЭВМ
Поколения ЭВМ |
В мире |
В нашей стране |
I поколение |
1946–1955 |
1948–1958 |
II поколение |
1955–1964 |
1959–1967 |
III поколение |
1964–1973 |
1968–1973 |
IV поколение |
1974 – по настоящее время |
1974 – по настоящее время |
Первое поколение ЭВМ – это время становления машин архитектуры фон Неймана, построенных на электронных лампах с быстродействием 10–20 тыс. арифметических операций в секунду.
Первая действующая машина,
в которой для выполнения арифметических
и логических операций, а также
для запоминания и
В нашей стране к первому поколению относится первая отечественная вычислительная машина МЭСМ, созданная в 1951 г. в г. Киеве под руководством академика С. А Лебедева, серийные машины «Минск-1», «Стрела», БЭСМ, «Урал-1», «Урал-4» и др.
Несмотря на ограниченность возможностей, ЭВМ первого поколения позволяли выполнять сложнейшие расчеты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.
Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета. Поэтому началась интенсивная разработка средств автоматизации программирования, создание систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность ее использования.
Особенность второго периода – использование транзистора в качестве переключательного элемента (вместо вакуумной лампы) с быстродействием до сотен тысяч операций в секунду. Появились основная память на магнитных сердечниках и внешняя память на магнитных барабанах. В это же время были разработаны алгоритмические языки высокого уровня, такие как Алгол, Кобол, Фортран, которые позволили составлять программы, не учитывая тип машины. В нашей стране к этому поколению относятся машины «Минск-2», «Минск-22», «Минск-32», «БЭСМ-2», «БЭСМ-4», «БЭСМ-6», быстродействие которых составляло миллион операций в секунду.
Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х г. наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.
Машины третьего поколения – это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы – микросхемы.
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.
Примеры машин третьего поколения – семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.
Четвертое поколение – это поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 г. Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвертого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.
В аппаратном отношении для них характерны широкое использование сверхбольших интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой емкостью в десятки гигабайт.
В настоящее время идет дальнейшее совершенствование технологии производства микросхем и вычислительной техники. Продолжается дальнейшее развитие архитектур компьютеров. Интенсивные разработки ведутся по многим направлениям:
- создание молекулярных компьютеров;
- создание биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);
- разработку квантовых компьютеров;
Информация о работе Параллельное развитие аналоговой и цифровой вычислительной техники