Краткие исторические сведения. поколения цвм

Лекция 1. История развития ЦВМ. Основные сведения из теории информации и теории алгоритмов. Принципы построения и классификация ЦВМ.

Краткие исторические сведения. Поколения ЦВМ

Основные сведения из теории информации

2.1. Понятие информации

2.2. Количество информации. Единицы измерения информации

Основные сведения из теории алгоритмов

3.1. Понятие алгоритма

3.2. Свойства алгоритмов

3.3. Алгоритмические системы: операторные описания и граф-схемы

Принципы построения и классификация ЦВМ

4.1. Принцип программного управления процессом вычислений

4.2. Операционные ресурсы ЦВМ

4.3. Аппаратные средства ЦВМ: память, процессор, периферийные устройства

4.4. Иерархия аппаратных средств ЦВМ

Краткие исторические сведения. Поколения ЦВМ

Важнейшее мировое явление середины XX столетия, характеризующее качественно новый этап научно-технической революции, состоит в создании цифровых электронных вычислительных машин (ЭВМ). Сам этот факт и последующий быстрый прогресс нового научно-технического направления — вычислительной техники (ВТ) — обусловлены всем историческим процессом раз-вития познания и производительных сил. Эта объективно-историческая обусловленность выразилась, во-первых, в значительном расширении класса задач вычислительного и логического характера в физике, астрономии, экономике, управлении производством, энергетике, космонавтике, авиации и других отраслях науки и техники, во-вторых, в возрастании сложности, громоздкости и точности самих вычислений при решении указанных задач. В то же время появление цифровых ЭВМ оказало сильное влияние на развитие вычислительной математики, поставив основной ее целью исследова- ние математических аспектов применения и производства ЭВМ.

В современной истории науки и техники развитие ВТ принято разделять на несколько периодов. Первый период соответствует времени от зарождения вычислительной техники до 1946 года. При этом подобно тому, как невозможно указать исторически достоверные сведения об изобретении колеса или рычага, так же невозможно дать конкретную историческую справку о первых технических средствах для механизации счета. По-видимому, древнейшими приспособлениями для цифрового счета являются палочки с зарубками, счетные палочки, абак, счеты в различных их вариантах. В 1642 г. Б. Паскаль сконструировал машину для сложения и вычитания, использо-вавшуюся при выполнении расчетов по сбору налогов во Франции. Известный математик Г. В. Лейбниц в 1694 г. усовершенствовал машину Паскаля. Машина Лейбница выполняла четыре основные арифметические операции, возведение в степень и извлечения корня. В 1820 г. Т. де Кольмар разработал арифмометр, пригодный для практического применения в коммерческих опе-рациях. Широкое распространение получил арифмометр, созданный русским инженером В. Т. Однером в 1874 г. Эта конструкция оказалась столь удачной, что к настоящему времени разработано более 50 типов малых механических и электромеханических вычислительных машин, работающих по принципу машины Однера. В 60—90-е годы XIX ст. ряд механических вычислителей разработан академиком П. Л. Чебышевым. В конце XIX ст. появились электромеханические счетно-перфора-ционные и счетно-аналитические машины, в которых были автоматизированы некоторые элементы процесса вычислений. Электромеханические моделирующие устройства для решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений были предложены А. Н. Крыловым и Н. Е. Жуков-ским.

В 1833 г. Ч. Бэббидж пришел к выводу о возможности построения машины, которая могла бы выполнять любые вычисления, заданные оператором, а не только вычисления одного специального вида, как это имело место во всех ранее предложенных проектах. Эта машина была названа Ч. Бэббиджем «аналитической машиной» и состояла из двух частей — «мельницы» и «склада», которые являются прототипами процессора и памяти в современных цифровых ЭВМ. «Мельница» предназначалась для выполнения арифметических операций над числами (арифметическое устройство), а «склад» — для хранения чисел (запоминающее устройство). По проекту Бэббиджа «склад» должен состоять из 50 000 цифровых колес. Для ввода чисел в машину и управления ходом вычислений предполагалось использовать перфокарты (соединенные в единую ленту), применяв-шиеся в жаккардовых машинах при ткачестве сложных рисунков. При жизни Ч. Бэббиджа машина не была построена. К 1910 г. была построена часть «мельницы» и продемонстрирована в действии при вычислении таблицы чисел, кратных Краткие исторические сведения. поколения цвм, с точностью до 20 десятичных разрядов. Однако далее работы по созданию «аналитической машины» были приостановлены, так как проект Бэббиджа значительно опережал в то время технические возможности его реализации. Лишь примерно через 100 лет конструкторы вернулись к идеям Бэббиджа.

Успехи радиотехники, телефонной связи и теории релейно-контактных схем, а также опыт эксплуатации электромеханических вычислительных устройств создали необходимые предпосылки для разработки в 40-х годах XX ст. средств вычислительной техники, в которых в качестве основных структурных элементов использовались электромагнитные реле. Первая ЭВМ «МАРК-1» с прог-раммным управлением на электромагнитных реле была построена в 1944 г. Г. Айкеном в США.

Второй период истории вычислительной техники — электронный — начинается в 1946 г. с создания Дж. Маучли (США) цифровой ЭВМ «ЭНИАК» (электронный числовой интегратор и вычислитель), основным элементом которой стал триггер на электронных лампах, изобретенный в 1922 г. советским ученым М. А. Бонч-Бруевичем.

Первая советская электронная вычислительная машина МЭСМ (малая электронная счетная машина) построена под руководством академика С. А Лебедева в Институте электротехники АН УССР в 1950 г. Созданные вслед за ней машины БЭСМ (С. А. Лебедев), «Стрела» (Ю. Я. Базилевский), М-2 (И. С. Брук), «Урал» (Б. И. Рамеев), «Киев» (В. М. Глушков) и др. были вы-полнены по классической схеме процессор—память, а опыт их разработки и эксплуатации послужил в последующие годы основой для организации массового производства различных по назначению и техническим возможностям серий отечественных ЭВМ.

Развитие вычислительной техники неразрывно связано с развитием электронной техники: первые ЭВМ были ламповыми, однако уже через несколько лет достижения полупроводниковой техники позволили заменить ламповые компоненты ЭВМ полупроводниковыми, а затем начать процесс микроминиатюризации схем и элементов ЭВМ, что значительно повышает их быстродействие и надежность, уменьшает габаритные размеры, массу и потребляемую мощность. Эта связь, выра-жающая зависимость основных характеристик ЭВМ от конструктивно-технологических особенностей их реализации, обуславливает периодизацию развития ВТ после начального этапа по поколе-ниям ЭВМ.

К первому поколению (1950–1958 гг.) относят ЭВМ, построенные на электронных лампах с использованием дискретных радиодеталей и методов навесного монтажа. В машинах второго поколения (1959—1967 гг.) транзисторы полностью заменили электронные лампы. Схемы ЭВМ второго поколения изготовлялись методами печатного монтажа. В ЭВМ третьего поколения (1968—1978 гг.) большинство транзисторов и дискретных радиодеталей заменено микросхемами малой степени интеграции, а все соединения между ними выполняются методами многослойного печатного монтажа. Производимые в настоящее время средства вычислительной техники относятся к четвертому поколению и характеризуются применением микросхем высокой степени интеграции.

Одновременно с развитием конструктивно-технологических основ ВТ происходил процесс совершенствования структуры ЭВМ. Первые ЭВМ использовались в основном как своеобразные «мощные арифмометры» для решения научно-технических задач со сравнительно небольшим числом входных и выходных данных и большим количеством вычислений. В дальнейшем появились машины, предназначенные для решения планово-экономических задач с большим объемом исход-ных данных и относительно несложными вычислениями; ЭВМ, ориентированные на решение инже-нерных задач, характеризующиеся наличием удобных средств общения человека с машиной; ЭВМ для решения задач контроля и управления производственными процессами; бортовые и аэрокос-мические ЭВМ с минимальными габаритными размерами, массой и потребляемой мощностью и т. п. В 60-е годы XX ст. освоен выпуск машин с переменным составом оборудования, имеющих не-сколько модификаций и отличающихся своими возможностями. Вслед за ними началась разработка средств ВТ, включающих оборудование, из которого можно компоновать различные ЭВМ. Смена поколений ЭВМ происходит через 8–10 лет. Сейчас ведется интенсивная разработка принципов построения и исследование особенностей конструктивно-технологической реализации машин пя-того поколения.

Теоретические основы цифровой вычислительной техники были заложены исследованиями Дж. фон Неймана, К. Шеннона, А. Тьюринга, Э. Поста, Д. Хафмена, В. И. Шестакова, М. А. Гаврилова и др.

Мировую известность получили результаты, полученные научными и производственно-конструкторскими коллективами под руководством В. М. Глушкова, Э. В. Евреинова, А. П. Ершова, A. М. Ларионова, С. А. Лебедева, А. А. Ляпунова, Г. И. Марчука, B. С. Михалевича, Б. Н. Наумова, И. В. Прангишвили, Г. Е. Пухова, М. Р. Шура-Бура и др.

Область применения средств ВТ охватывает в настоящее время практически все отрасли производства, науку, оборону, искусство, спорт и др. Внедрение ЭВМ в некоторые отрасли народного хозяйства явилось действенным средством повышения их эффективности. Для других же отраслей само их существование было бы невозможным без использования ЭВМ. Являясь главной экспериментально-технической базой кибернетики, ВТ на практике реализует прогрессивный принцип математизации и кибернетизации науки и техники. В связи с этим само понятие цифро- вой ВТ эволюционировало от наименования совокупности технических средств, предназначенных для механизации и автоматизации вычислений, до наименования комплексного научно-технического направления, включающего разработку и исследование принципов построения, проектирования, конструирования и производства технических средств и математического обеспечения цифровых ЭВМ.

Современная цифровая ВТ — наиболее мощное средство автоматической обработки информации — воплощает в себе достижения многих отраслей науки и техники и является результатом роста осознанной общественной необходимости в повышении производительности труда. Цифровыми ЭВМ называются комплексы технических средств, которые в соответствии с некоторой программой реализуют математические операции по обработке информации, представ-ленной в цифровой форме.

ЭВМ — история развития


Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Комментарии и трекбеки сейчас закрыты.