История развития компьютера

История вычислительной техники

Информационная революция — кардинальное изменение инструментальной основы, способов передачи и хранения информации, а также объёма информации, доступной активной части населения.

Человечество прошло через несколько информационных революций, связанных с появлением речи, письменности, книгопечатания, средств коммуникации (телеграф, телефон, радио, телевизор) и вычислительной техники. Всего их насчитывается пять.

Первая – Появление и распространение языка.

Передача информации во времени и в пространстве с помощью устной речи. Запоминание информации.

Вторая – Изобретение письменности.

Принципиальное улучшение возможностей хранения информации. Накапливание знаний и их передача от поколения к поколению с помощью письменных документов.

Третья – Изобретение книгопечатания как одной из первых информационных технологий.

Не только сохранение информации, но и повышение её доступности и расширение сферы её распространения за счёт увеличения тиражей. Широкое распространение информации, научных знаний, информационной культуры.

Четвертая – Открытие электричества и создание средств коммуникации (телеграф, телефон, радио, телевизор).

Появление широкого спектра способов хранения информации. Оперативная передача и накапливание информации в достаточном объёме.

Пятая – Изобретение микропроцессорной технологии и появление персонального компьютера.

Создание систем накапливания и передачи данных, внедрение компьютерных сетей, применение компьютерных информационных технологий. Формирование личности с высоким уровнем информированности и информационной культуры.

История устройств для вычислений

Существует несколько этапов развития вычислительной техники.

Домеханический и механический этапы:

Электромеханический и электронный этапы:

Поколения ЭВМ

Первое поколение ЭВМ

Элементная база: электронная лампа

Быстродействие процессора: 20 000 опер./сек.

Емкость ОЗУ: 100 Кбайт

Периферийные устройства: перфокарты, перфоленты, магнитная лента, цифровая печать

Использование: для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных

Программное обеспечение: программы писались на языках машинных команд

Примеры моделей: ENIAC (1945), EDSAC (1949), МЭСМ (1951), БЭСМ-1 (1952)

Второе поколение ЭВМ

Элементная база: транзистор

Быстродействие процессора: 100 000 – 1 000 000 опер./сек.

Емкость ОЗУ: 1000 Кбайт

Периферийные устройства: перфоносители, магнитная лента, алфавитно-цифровая печать

Использование: информационно-справочные и поисковые системы, нуждающиеся в длительном хранении больших объёмов информации

Программное обеспечение: языки программирования высокого уровня, например, Фортран

Примеры моделей: CDC 1604 (1960), IBM 7030 (1961), БЭСМ-6 (1966)

Третье поколение ЭВМ

Элементная база: интегральные схемы

Быстродействие процессора: 10 000 000 опер./сек.

Емкость ОЗУ: 10 000 Кбайт

Периферийные устройства: консоли, магнитные диски, дисплеи, графопостроители

Назначение: широкая область применения

Программное обеспечение: операционные системы, сетевые, прикладные программы для решения задач в разных областях

Примеры моделей: IBM 360/370 (1964/1970), ЕС ЭВМ (1971)

Четвертое поколение ЭВМ

Элементная база: большие и сверхбольшие интегральные схемы

Быстродействие процессора: 10 9 – 10 12 опер./сек.

Емкость ОЗУ: 10 000 000 – 100 000 000 Кбайт

Периферийные устройства: цветной графический дисплей, клавиатуры, принтеры, модемы, устройства ввода с голоса, сканеры,…

Назначение: компьютер стал универсальным устройством обработки информации и применяется в разных областях человеческой деятельности

Примеры моделей: Apple II (1977), IBM PC (1980)

суперЭВМ: Cray -1 (1976), Эльбрус-1 (1980), Tianhe -2 (2013), Sunway TaihuLight (2017)

Основные тенденции в развитии ВТ

– возрастание вычислительной мощности компьютеров от поколения к поколению

– изменение целей использования компьютеров от сугубо военных и научно-технических расчётов к техническим и экономическим расчётам, коммуникационному и информационному обслуживанию, управлению

– изменение в режиме работы компьютеров от однопрограммного к пакетной обработке, работе в режиме разделения времени, персональной работе и сетевой обработке данных

– движение от машинного языка к языкам высокого уровня

– повышение удобства работы пользователя за счёт усовершенствования аппаратного и программного обеспечения, возможности произвольного мобильного расположения

– неуклонное расширение областей применения и круга пользователей компьютерной техники

Понятие «вычислительная техника» сегодня тесно связывается с компьютерами, которые до 80-х годов прошлого века у нас в стране называли электронными вычислительными машинами.

Поколения компьютеров – история развития вычислительной техники

В короткой истории компьютерной техники выделяют несколько периодов на основе того, какие основные элементы использовались для изготовления компьютера. Временное деление на периоды в определенной степени условно, т.к. когда еще выпускались компьютеры старого поколения, новое поколение начинало набирать обороты.

Можно выделить общие тенденции развития компьютеров:

1. Увеличение количества элементов на единицу площади.
2. Уменьшение размеров.
3. Увеличение скорости работы.
4. Снижение стоимости.
5. Развитие программных средств, с одной стороны, и упрощение, стандартизация аппаратных – с другой.

Нулевое поколение. Механические вычислители

Предпосылки к появлению компьютера формировались, наверное, с древних времен, однако нередко обзор начинают со счетной машины Блеза Паскаля, которую он сконструировал в 1642 г. Эта машина могла выполнять лишь операции сложения и вычитания. В 70-х годах того же века Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, умеющую выполнять операции не только сложения и вычитания, но и умножения и деления.

В XIX веке большой вклад в будущее развитие вычислительной техники сделал Чарльз Бэббидж. Его разностная машина, хотя и умела только складывать и вычитать, зато результаты вычислений выдавливались на медной пластине (аналог средств ввода-вывода информации). В дальнейшем описанная Бэббиджем аналитическая машина должна была выполнять все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода-вывода (прямо таки компьютер … только механический), а главное могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась в устройстве ввода). Программы для аналитической машины писала Ада Ловлейс (первый известный программист). На самом деле машина не была реализована в то время из-за технических и финансовых сложностей. Мир отставал от хода мыслей Бэббиджа.

В XX веке автоматические счетные машины конструировали Конрад Зус, Джорж Стибитс, Джон Атанасов. Машина последнего включала, можно сказать, прототип ОЗУ, а также использовала бинарную арифметику. Релейные компьютеры Говарда Айкена: «Марк I» и «Марк II» были схожи по архитектуре с аналитической машиной Бэббиджа.

Первое поколение. Компьютеры на электронных лампах (194х-1955)

Быстродействие: несколько десятков тысяч операций в секунду.

Особенности:

• Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тысячи, то машины имели огромные размеры.
• Поскольку ламп много и они имеют свойство перегорать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышедшей из строя лампы.
• Лампы выделяют большое количество тепла, следовательно, вычислительные машины требуют специальные мощные охладительные системы.

Примеры компьютеров:

Колоссус – секретная разработка британского правительства (в разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это первый в мире электронный компьютер, хотя и не оказавший влияние на развитие компьютерной техники (из-за своей секретности), но помог победить во Второй мировой войне.

Эниак. Создатели: Джон Моушли и Дж. Преспер Экерт. Вес машины 30 тонн. Минусы: использование десятичной системы счисления; множество переключателей и кабелей.

Эдсак. Достижение: первая машина с программой в памяти.

Whirlwind I. Слова малой длины, работа в реальном времени.

Компьютер 701 (и последующие модели) фирмы IBM. Первый компьютер, лидирующий на рынке в течение 10 лет.

Второе поколение. Компьютеры на транзисторах (1955-1965)

Быстродействие: сотни тысяч операций в секунду.

По сравнению с электронными лампами использование транзисторов позволило уменьшить размеры вычислительной техники, повысить надежность, увеличить скорость работы (до 1 млн. операций в секунду) и почти свести на нет теплоотдачу. Развиваются способы хранения информации: широко используется магнитная лента, позже появляются диски. В этот период была замечена первая компьютерная игра.

Первый компьютер на транзисторах TX стал прототипом для компьютеров ветки PDP фирмы DEC, которые можно считать родоначальниками компьютерной промышленности, т.к появилось явление массовой продажи машин. DEC выпускает первый миникомпьютер (размером со шкаф). Зафиксировано появление дисплея.

Фирма IBM также активно трудится, производя уже транзисторные версии своих компьютеров.

Компьютер 6600 фирмы CDC, который разработал Сеймур Крей, имел преимущество над другими компьютерами того времени – это его быстродействие, которое достигалось за счет параллельного выполнения команд.

Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах (1965-1980)

Быстродействие: миллионы операций в секунду.

Интегральная схема представляет собой электронную схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На такой схеме умещаются тысячи транзисторов. Следовательно, компьютеры этого поколения были вынуждены стать еще мельче, быстрее и дешевле.

Последнее свойство позволяло компьютерам проникать в различные сферы деятельности человека. Из-за этого они становились более специализированными (т.е. имелись различные вычислительные машины под различные задачи).

Появилась проблема совместимости выпускаемых моделей (программного обеспечения под них). Впервые большое внимание совместимости уделила компания IBM.

Было реализовано мультипрограммирование (это когда в памяти находится несколько выполняемых программ, что дает эффект экономии ресурсов процессора).

Дальнейшее развитие миникомпьютеров (PDP-11).

Четвертое поколение. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)

Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.

Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось развитие программного обеспечения, чтобы личность могла использовать компьютер в соответствие со своей фантазией.

В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.

Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.

Пятое поколение?

Сюда относят неудавшийся проект Японии (хорошо описан в Википедии). Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и др.) или карманные компьютеры.

Также существует мнение, что к пятому поколению следует относить компьютеры с двухядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение началось примерно с 2005 года.

1. История развития компьютеров

Сегодня мы с тобой начинаем изучать компьютер. Ты узнаешь, что это такое, откуда он появился, для чего используется и как работает. Но сначала немного истории.

Давным-давно, тысячи лет назад, у человека появилась необходимость вести подсчёты. Связано это было с развитием экономики — производства продовольственных и непродовольственных товаров, а также торговых отношений. Известно, что считали тогда на счётах, носивших название «абак». Внешне они отличались, но принцип работы на них — ведение подсчётов — был одинаков.

Рис. \(1\). Китайский абак суаньпань

И считали на абаках почти до \(XVII\) века. Но потребность в более сложных и быстрых расчётах росла. С \(1614\) по \(1623\) год появляются такие устройства, как Палочки Непера, логарифмические таблицы, логарифмические линейки, механические арифмометры.

В \(1623\) году Вильгельм Шиккард придумал свои «считающие часы» — первое механическое устройство, выполнявшее \(4\) арифметических действия (арифмометр).
Это дало толчок развитию вычислительной техники: Блез Паскаль создал свою «Паскалину» в \(1624\) году, Готфрид Вильгельм Лейбниц — арифмометр Лейбница и двоичную систему счисления.

Следующие значительные изобретения в области вычислительной техники произошли лишь в \(XIX\) веке. Тогда, в \(1804\) году, Жозеф Мари Жаккар придумал и использовал в своих изобретениях перфокарты, которые без значительных изменений будут инструментом хранения и ввода информации в устройства вплоть до \(2012\)(!) года, как это ни удивительно.

Принцип записи информации на перфокарты был прост: записанные данные — отверстие, а пустая ячейка — нет отверстия.
А на заре своего существования перфокарты и перфоленты использовались для механических устройств: ткацкий станок, делающий вышивку на ткани согласно узору на перфокарте; механические пианино и т. п.

Рис. \(2\). Серия из перфокарт, использовавшихся в ткацких станках Жаккара

В \(1832\) году русский изобретатель Семён Корсаков применил перфокарты в своих «интеллектуальных машинах», предназначавшихся для поиска информации. Это были прообразы современных баз данных и экспертных систем.
С \(1832\) года по начало \(XX\) века совершались попытки спроектировать и создать программируемую «аналитическую машину». Этим в разное время и независимо друг от друга занимались Чарльз Бэббидж и Перси Лудгет .

На протяжении \(50\)–\(60\) лет \(XX\) века в результате научных открытий, развития как гражданских, так и военных технологий создавались и вычислители-компьютеры.

Первое поколение компьютеров (ламповое) было основано на архитектуре фон Неймана. Если кратко описать идею фон Неймана, то заключалась она в том, чтобы хранить данные и инструкции в одной памяти. Представителем первого поколения был Mark \(I\) . До Mark \(I\) тоже были созданы различные компьютеры: серия компьютеров Z Конрада Цузе, Colossus , Model K от Bell Labs и Джорджа Стибица, ABC Джорджа Атанасова и Клиффорда Берри, ENIAC Джона Мокли. Все они содержали в себе те или иные инновации, но первое поколение компьютеров началось с Mark \(I\) — он сочетал в себе большинство передовых на тот момент разработок.

Рис. \(3\). Компьютер ЭНИАК

Второе поколение компьютеров появилось после изобретения в \(1947\) году транзистора — радиоэлектронного компонента, выполненного из полупроводникового материала и имеющего три контакта. Особенностью транзистора оказалась его универсальность — использовать его можно для преобразования сигналов, их генерирования, усиления или коммутации. Кроме того, транзистор гораздо прочнее вакуумных ламп, которые использовали в первом поколении, и работает дольше.

Рис. \(4\). Транзистор

Кроме увеличения надёжности и скорости работы использование транзистора позволило уменьшить габариты компьютеров. Если первое поколение компьютеров строилось на электронных лампах и занимало иногда по несколько комнат, то размеры компьютеров второго поколения уменьшились до размеров письменного стола.

За \(50\)–\(60\)-е годы \(XX\) века в области вычислительной техники было сделано очень много открытий, прорывов, изобретений. Совершенствовались как процессоры компьютеров, так и периферийные устройства. Магнитная лента начинает вытеснять перфокарту и перфоленту из сферы носителей информации.

Создание третьего поколения компьютеров ознаменовало появление интегральных схем . Идея состояла в интеграции (объединении) множества электронных компонентов в одном монолитном, целом кристалле полупроводника.

Рис. \(5\). Интегральные схемы
Размеры продолжили уменьшаться, а скорость — увеличиваться.

Четвёртое поколение начало своё развитие в \(1969\) году с реализации предложения Тэда Хоффа, сотрудника компании Intel, о создании центрального процессора на одном кристалле. То есть вместо использования нескольких интегральных схем Хофф предложил использовать одно устройство (своего рода интегральная схема интегральных схем) для выполнения всех операций: арифметических, логических, управления. Это устройство получило название микропроцессор .

Рис. \(6\). Микропроцессор

Это нововведение позволило в дальнейшем Стиву Возняку (сооснователь компании Apple) собрать первый массовый домашний компьютер, а чуть позже и первый массовый персональный компьютер.

При подготовке материала использовались источники:
https://skobelevserg.jimdofree.com/%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0-1/10-%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%81-%D1%84%D0%B3%D0%BE%D1%81/%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F-%D0%B2%D1%8B%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9-%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8/
https://inf1.info/computergeneration
https://www.yaklass.ru/p/informatika/7-klass/tcifrovaia-gramotnost-7279385/ustroistvo-kompiutera-6756503/re-332fcee4-0b96-45e5-bb74-4aa96fad10e9