История развития вычислительной техники

На этом уроке мы с вами вспомним, какие существовали немеханические вычислительные устройства, а также чем отличаются компьютеры I, II, III поколений и персональные компьютеры.

В начале урока давайте познакомимся со способами вычисления в доэлектронную эпоху.

Потребность в счёте у людей возникла в давние времена. Изначально люди считали с помощью пальцев на руках.

Но этого было недостаточно, так как при появлении необходимости сосчитать, например, количество животных, которое было больше десяти, возникали некоторые затруднения.

Или же ещё к одному древнейшему методу счёта относится сопоставление предметов некоторой группы (например, животных) с предметами другой группы, играющей роль счётного эталона.

Но со временем потребности в счёте возрастали, поэтому люди начали использовать другие способы: зарубки на палочке, костяных или каменных орудиях труда, узлы на верёвке, либо всё сводилось к перекладыванию камешков, ракушек, дощечек по определённым правилам.

Например, даже в наше время используются некоторые методы счёта. В первом классе детей учат счёту с помощью счётных палочек.

С развитием счёта появились новые правила. Так, например, при подсчёте большого количества предметов у большинства народов, когда количество доходило до 10, начали обозначать десятки отдельными знаками.

В середине первого тысячелетия до нашей эры были созданы древнейшие из вычислительных устройств. Одним из таких устройств является саламинская доска, которая была создана на острове Саламин в Эгейском море.

Принцип был очень прост. На доске, посыпанной морским песком, проводились бороздки, которые по мере счёта заполнялись камешками. Одна бороздка обозначала единицы, вторая – десятки и так далее. Если количество камешков, например, в единицах, доходило до 10, то в бороздку, которая обозначала десятки, ложился 1 камешек, а с единиц все камешки убирались.

Примерно в это же время было создано в Древнем Риме и Греции, а затем и в Западной Европе, устройство, которое называлось «абак». Принцип подсчёта такой же, как и в саламинской доске, только абак был более усовершенствован, так как представлял из себя мраморную доску с выточенными желобками и мраморными шариками.

В Китае устройство для счёта называлось «суан-пан», а в Японии – «серобян». Эти два счётных устройства различались лишь количеством шариков на палочках. Такие счёты состояли из деревянной рамки, разделённой на верхние и нижние секции.

Развивалось общество, соответственно развивались устройства для счёта. Следующим этапом стало появление счётов.

С их помощью производились простейшие арифметические операции: сложение и вычитание. Счёты пришли в Европу с Востока. В начале XVII века стало известно несколько таких устройств. Одним из них были палочки Непера, которые позволяли выполнять умножение. Второе устройство – логарифмическая линейка.

Это то, что касается немеханических устройств.

Но с развитием техники и науки необходимо было устройство, которое позволяло бы выполнять более сложные математические действия. В XIX веке были изобретены механические счётные машины – арифмометры.

В 1623 году Вильгельм Шиккард придумал cчитающие часы.

Это был первый арифмометр, который мог выполнять четыре арифметических действия: сложение, вычитание, умножение, деление. Это устройство было названо cчитающими часами, потому что его работа была основана на использовании звёздочек и шестерёнок.

Затем, в 1642 году, появились машина Блеза Паскаля и арифмометр Готфрида Вильгельма Лейбница.

Арифмометры могли не только выполнять четыре арифметических действия, но и запоминать промежуточные результаты, печатать результат и многое другое.

В середине XIX века английский математик Чарльз Беббидж выдвинул идею о создании программно-управляемой счётной машины, имеющей арифметическое устройство управления, а также устройства ввода и печати.

Такая машина состояла из тех же узлов, что и современные компьютеры. Однако его попытка создания машины окончилась неудачей.

Чуть позднее по сохранившимся описаниям и чертежам была создана такая машина энтузиастами из Лондонского музея науки.

Аналитическая машина состоит из 4 000 стальных деталей и весит 3 тонны.

Ада Лавлейс – дочь известного английского поэта Байрона, создала программы (инструкции), по которым производились расчёты в этой машине. В честь Ады Лавлейс был назван язык программирования – АДА.

Первыми же носителями информации для хранения программ стали перфокарты.

Перфокарта – это носитель информации, предназначенный для использования в системах автоматической обработки данных. Перфокарты — это предки дискет. Данная карта сделана из тонкого картона, а информация представляется посредством наличия или отсутствия отверстий в определённых позициях карты.

Перфокарты впервые начали применяться в ткацких станках Жаккарда для управления узорами на тканях.

То есть перфокарта помещалась в аналитическую машину, которая считывала расположение отверстий и выполняла вычислительные операции в соответствии с заданной программой.

История электронных вычислительных машин I поколения (40-е годы) связана с изобретением в 1906 году американским инженером Ли де Форестом вакуумного триода.

I поколение – это поколение компьютеров-монстров, которые занимали целые комнаты и потребляли мощность, которой было бы достаточно для работы небольшого завода.

Несмотря на это, производительность таких машин была весьма скромной. Их скорость составляла несколько тысяч операций в секунду. Последовательность выполнения вычислений задавалась программами. Программы же писались на машинном языке, алфавит которого состоял из двух знаков: 0 и 1. То есть при составлении программы программисты использовали команды процессора. Помимо составления самой программы, программист должен был распределять ячейки памяти под данные и под команды программы.

Таким образом программисту необходимо было знать систему команд процессора и коды всех команд. Все исходные данные и команды нужно было представлять в форме двоичного кода.

Программа вводилась в ЭВМ с помощью перфокарт или перфолент. Наличие отверстия обозначал знак 1. Его отсутствие – 0.

Результат выводился с помощью специальных печатающих устройств и представлял собой последовательность нулей и единиц. Писать и считывать программы на машинном языке могли только высококвалифицированные специалисты, которых было не так уж и много, так как машинный язык был очень сложен для изучения.

Следующее изменение ЭВМ, которое отразилось на качестве, произошло после изобретения в 1947 году Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли полевого транзистора.

Таким образом, II поколение появилось в 60-е года XX века, когда вместо вакуумных ламп (триодов) в ЭВМ начали использовать полупроводниковые транзисторы, что позволило существенно уменьшить размеры и энергопотребление машин, а также повысить их быстродействие и надёжность.

В 1950-х годах возникает такое направление, как автоматизация программирования. Основной целью этого направления является создание средств, которые облегчат и ускорят процесс создания программы для ЭВМ. Начинают появляться первые языки программирования. К первым языкам программирования относятся машинно-ориентированные автокоды. Позднее их начали называть ассемблеры.

Изначально ассемблером называли программу-переводчик с языка ассемблера в машинные команды. При использовании ассемблера программисту не нужно было распределять память под данные и команды программ и помнить внутренние коды всех программ процессора.

Чуть позже работа программистов на таких машинах существенно упростилась, так как для написания программ стали использовать языки программирования высокого уровня. К примерам можно отнести Algol, Basic и другие.

Дальнейшее развитие компьютеров связано с использованием интегральных схем.

Впервые такие схемы были изготовлены в 1960 году американским инженером Робертом Нойсом.

Интегральная схема – это множество, от десятков до миллионов, транзисторов, размещённых на одном кристалле полупроводника. Такие схемы использовались на всех моделях ЭВМ III поколения. Компьютеры III поколения начали выпускаться, начиная с 70-х годов XX века. В них использовалась архитектура с одним центральным процессором и периферийными процессорами внешних устройств.

Благодаря такой архитектуре появилась возможность реализовать мультипрограммный режим работы. Соответственно, к преимуществам можно отнести то, что с появлением в архитектуре интегральных схем, размеры самих компьютеров значительно уменьшились, быстродействие увеличилось, а цена за такой компьютер уменьшилась. Такие мини-ЭВМ производились большими сериями и были доступными для большинства научных институтов и высших учебных заведений.

Персональный компьютер (ПК) является самым распространённым типом компьютеров в наше время.

Компьютер – это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.

Персональные компьютеры начали появляться благодаря развитию микропроцессоров в 80-х годах.

До недавнего времени в устройстве персонального компьютера был один центральный процессор.

Первым массово выпускаемым персональным компьютером был Apple II, который был создан в 1977 году.

В 1982 году фирма IBM приступила к изготовлению персональных компьютеров IBM PC.

Современные компьютеры компактны по своим размерам, но в то же время их производительность очень высока. Также они доступны по цене для массового потребителя.

В настоящее время персональные компьютеры бывают настольными, портативными (ноутбуки и нетбуки) и карманными (наладонники).

А сейчас давайте подведём итоги урока. Сегодня мы с вами вспомнили, какие существовали ранее немеханические вычислительные устройства. Также изучили, чем отличаются компьютеры I, II, III поколения и персональные компьютеры.