История развития вычислительной техники

 

Содержание

 

 

 

Введение:

 

История развития вычислительной техники

 

 Первым устройством, предназначенным для облегчения счета, были счеты. С помощью костяшек счетов можно было совершать операции сложения и вычитания и несложные умножения.

 

1642 г. — французский  математик Блез Паскаль сконструировал  первую механическую счетную  машину «Паскалина», которая могла механически выполнять сложение чисел.

 

1673 г. — Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия.

 

Первая половина XIX в. — английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство, то есть компьютер. Бэббидж называл его аналитической машиной. Он определил, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Компьютер по Бэббиджу — это механическое устройство, программы для которого задаются посредством перфокарт — карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий (они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках).

 

1941 г. — немецкий инженер Конрад Цузе построил небольшой компьютер на основе нескольких электромеханических реле.

 

1943 г. — в США на одном из предприятий фирмы IBM Говард Эйкен создал компьютер под названием «Марк-1». Он позволял проводить вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью арифмометра), и использовался для военных расчетов. В нем использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. «Марк-1» имел размеры: 15 * 2—5 м и содержал 750 000 деталей. Машина была способна перемножить два 32-разрядных числа за 4 с.

 

1943 г. — в США  группа специалистов под руководством  Джона Мочли и Проспера Экерта начала конструировать компьютер ENIAC на основе электронных ламп.

 

1945 г. — к работе  над ENIAC был привлечен математик  Джон фон Нейман, который подготовил  доклад об этом компьютере. В  своем докладе фон Нейман сформулировал  общие принципы функционирования  компьютеров, т. е. универсальных вычислительных  устройств. До сих пор подавляющее  большинство компьютеров сделано  в соответствии с теми принципами, которые изложил Джон фон Нейман.

 

1947 г. — Экертом и Мочли начата разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый образец машины (UNIVAC-1) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 была создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство емкостью 1000 12-разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки.

 

1949 г. — английским  исследователем Морнсом Уилксом построен первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана.

 

1951 г. — Дж. Форрестер опубликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации, в машине «Whirlwind-1» впервые была применена память на магнитных сердечниках. Она представляла собой 2 куба с 32-32-17 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на четность.

 

1952 г. — фирма IBM выпустила свой первый промышленный  электронный компьютер IBM 701, который  представлял собой синхронную  ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12 000 диодов. Усовершенствованный вариант машины IBM 704 отличался высокой скоростью  работы, в нем использовались  индексные регистры и данные  представлялись в форме с плавающей  запятой.

 

После ЭВМ IBM 704 была выпущена машина IBM 709, которая в архитектурном плане приближалась к машинам второго и третьего поколений. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода — вывода.

 

1952 г. — фирма Remington Rand выпустила ЭВМ UNIVAC-t 103, в которой впервые были применены программные прерывания. Сотрудники фирмы Remington Rand использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием «Short Code» (первый интерпретатор, созданный в 1949 г. Джоном Мочли).

 

1956 г. — фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные  головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать  новый тип памяти — дисковые  запоминающие устройства (ЗУ), значимость  которых была в полной мере  оценена в последующие десятилетия  развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились  в машинах IBM 305 и RAMAC. Последняя имела  пакет, состоявший из 50 металлических  дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12000 об. /мин. На поверхности диска  размещалось 100 дорожек для записи  данных, по 10 000 знаков каждая.

 

1956 г. — фирма  Ferranti выпустила ЭВМ «Pegasus», в которой впервые нашла воплощение концепция регистров общего назначения (РОН). С появлением РОН устранено различие между индексными регистрами и аккумуляторами, и в распоряжении программиста оказался не один, а несколько регистров-аккумуляторов.

 

1957 г. — группа под руководством Д. Бэкуса завершила работу над первым языком программирования высокого уровня, получившим название ФОРТРАН. Язык, реализованный впервые на ЭВМ IBM 704, способствовал расширению сферы применения компьютеров.

 

1960-е гг. — 2-е поколение ЭВМ, логические элементы ЭВМ реализовываются на базе полупроводниковых приборов-транзисторов, развиваются алгоритмические языки программирования, такие как Алгол, Паскаль и другие.

 

1970-е гг. — 3-е  поколение ЭВМ, интегральные микросхемы, содержащие на одной полупроводниковой  пластине тысячи транзисторов. Начали  создаваться ОС, языки структурного  программирования.

 

1974 г. — несколько  фирм объявили о создании на  основе микропроцессора Intel-8008 персонального  компьютера — устройства, выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя.

 

1975 г. — появился  первый коммерчески распространяемый  персональный компьютер Альтаир-8800 на основе микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер имел оперативную  память всего 256 байт, клавиатура  и экран отсутствовали.

 

Конец 1975 г. — Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, позволивший пользователям просто общаться с компьютером и легко писать для него программы.

 

Август 1981 г. — компания IBM представила персональный компьютер IBM PC. В качестве основного микропроцессора компьютера использовался 16-разрядный микропроцессор Intel-8088, который позволял работать с 1 мегабайтом памяти.

 

1980-е гг. — 4-е поколение ЭВМ, построенное на больших интегральных схемах. Микропроцессоры реализовываются в виде единой микросхемы, Массовое производство персональных компьютеров.

1990-е гг. — 5-е поколение ЭВМ, сверхбольшие интегральные схемы. Процессоры содержат миллионы транзисторов. Появление глобальных компьютерных сетей массового пользования.

 

2000-е гг. — 6-е поколение ЭВМ. Интеграция ЭВМ и бытовой техники, встраиваемые компьютеры, развитие сетевых вычислений.

Массивы

 

Существуют различные типы данных в языке Паскаль. Рассмотрим производные типы. Каждое значение любого из этих типов в общем случае представляет собой уже нетривиальную структуру, т.е. обычно это значение имеет более чем одну компоненту. При этом каждая компонента структуры может быть, как отдельным данным, так и в свою очередь нетривиальной структурой, т.е., значением любого из производных типов.  

 

Таким образом, значения производных типов в общем случае имеют иерархическую структуру, на самом нижнем уровне которой фигурируют только отдельные данные. Этим компонентам нижнего уровня могут присваиваться значения, и они могут присутствовать в выражениях, как и значения переменных скалярного типа.

Данные, являющиеся значениями скалярных типов, занимают сравнительно мало места в памяти ЭВМ. Отдельная литера, например, обычно представляется одним байтом (8 двоичных разрядов). Для чисел различны типов в зависимости от реализации отводят несколько байтов. Данные же, составляющие значение производного типа, обычно занимают значительный объем памяти ЭВМ. В связи с этим при написании программ для ЭВМ, имеющих сравнительно небольшой объем памяти, встает проблема экономного ее использования.

В паскале предусмотрена возможность указания транслятору на необходимость экономного представления значений производных типов. Для этого задание производного типа необходимо начать со служебного слова packed, что означает упакованный. Но введя требование на упакованность данных, необходимо четко представлять себе, что с одной стороны, это требование не всегда может быть выполнено транслятором (если, например, более экономного представления, чем обычное неупакованное представление для данных этого типа, в ЭВМ просто не существует). А с другой стороны, если оно выполнимо, то приводит к увеличению времени исполнения программы.

 Поясним на примере, за счет чего это происходит. Как уже указывалось ранее, одна  литера занимает один байт. Машинная  ячейка памяти, с которой работают  команды ЭВМ, в общем случае состоит из нескольких байтов. Поэтому, если в ячейку поместить одну литеру, го большая ее часть не будет использована. На самом деле в одну ячейку можно поместить несколько литер (упакованное представление). Но тогда каждый раз, когда необходимо выполнить действие над отдельной литерой, придется производить выделение этой литеры из ячейки (распаковку литеры из ячейки). Аналогично, при записи отдельной литеры в память машины придется определять то место в ячейке, куда ее необходимо поместить, и заносить литеру именно туда, не изменяя содержимое остальных разрядов (запаковка литеры в ячейку).

Такие дополнительные действия могут занимать значительную часть общего времени работы программы. Поэтому принимать решение об использовании упакованного представления данных должен всегда программист, в зависимости от конкретных условий и целей, которые он преследует. Итак, значения производных типов могут быть представлены в памяти ЭВМ в упакованном и неупакованном виде. Упакованное представление требует, вообще говоря, меньшего объема памяти, но замедляет процесс выполнения программы.

Мы рассмотрим наиболее употребительный производный тип, а именно регулярный тип. Значение регулярного типа обычно называют массивом. Итак, массив -- это упорядоченный набор фиксированного количества некоторых значений (компонент массива). Все компоненты должны быть одного и того же типа, который называют типом компонент или базовым (для массива) типом.

Тип данных Массив позволяет одному идентификатору задать несколько значений, которые отличаются порядковым номером. Номер элемента массива указывается после идентификатора в квадратных скобках {M[5] - пятый элемент массива М}. При описании массива указывается диапазон номеров элементов массива и тип, к которому относится каждый его элемент. Массивы могут быть одно-, двух- и многомерными.

 

Одномерные массивы

 

Каждому используемому в программе конкретному массиву должно быть дано свое имя. Это имя будем называть полной переменной, поскольку ее значение есть весь массив.

Каждая компонента массива может быть явно обозначена путем указания имени массива, за которым следует селектор компоненты -- взятый в квадратные скобки индекс, задающий правило вычисления номера нужной компоненты. Это отличие от привычной записи индекса в математике, когда он указывается справа в нижней позиции, объясняется необходимостью использования линейной записи программы, так что многоуровневая запись должна быть исключена.

При ссылке на компоненты массива индекс записывается на одном уровне с именем и заключается в квадратные скобки. Таким образом, для ссылки на отдельные компоненты используется запись вида (имя массива) [<индекс>] которую будем называть частичной переменной (поскольку ее значением является не весь массив, а отдельная его компонента, номер которой задается индексом) -- применительно к массивам она называется переменной с индексом.

В общем случае в качестве индекса может, быть использовано выражение, значение которого и определяет номер компоненты массива. При этом важно, что в индексное выражение могут входить переменные, так что при изменении их значений меняется и значение индекса, которое определяет номер компоненты массива. Таким образом, одна и та же переменная с индексом в процессе выполнения программы может обозначать различные компоненты массива. Тип значения индексного выражения называют типом индекса. Множество значений типа индекса должно быть перенумерованным множеством, тем самым определяя количество компонент и их упорядоченность.

При задании регулярного типа кроме типа индекса необходимо задать тип компонент. Задание такого регулярного типа, как одномерный массив, т.е. вектор, имеет вид:

аrrау [(тип индекса)] оf <тип компонент> ,где <тип компонент> -- имя или задание типа.

 

Двумерные массивы

 

Двумерный массив (прямоугольная таблица (матрица, набор векторов)) - это пример массива, в котором элементы нумеруются двумя индексами.

В качестве номера (индекса) элемента массива используется выражение порядкового типа (чаще integer).

Двумерным массивом называется таблица, состоящая из строк и столбцов. Для описания массива используются два индекса.