| Главная » Файлы » Для учня/студента » Інформатика | [ Добавить материал ] |
Історія розвитку обчислювальної техніки і застосування ЕОМ Реферат (КНИЖКА)
| [ · Скачать удаленно (226 Kb) ] | 30.07.2010, 16:18 |
| § 5. Історія розвитку обчислювальної техніки і застосування ЕОМ У цьому параграфі ви вивчите: - історію появи перших лічильних пристроїв; - розвиток механічних засобів обчислювальної техніки; - характеристики різних поколінь ЕОМ; - галузі застосування ЕОМ. Лічильні пристрої до появи ЕОМ Ще за часів найдавніших культур людині доводилося розв'язувати задачі, пов'язані з торговельними розрахунками, з обчисленням часу, із визначенням площі земельних ділянок тощо. Зростання обсягів цих розрахунків призводило навіть до того, що з однієї країни до іншої запрошували спеціально навчених людей, які добре володіли технікою арифметичного числення. Тому рано чи пізно мали з'явитися пристрої, що полегшують виконання повсякденних розра-хунків. Так у Давній Греції й у Давньому Римі були створені пристрої для лічби, названі абак (від грецького слова abakion — «дощечка, покрита пилюкою»). Абак називають також римською рахівницею (латиною — abakus). Це були кістяні, кам'яні чи бронзові дошки із заглибленнями-смугами, у яких містилися кісточки (або камені). Лічба здійснювалася пересуванням кісточок. У країнах Давнього Сходу (Китаї, Японії, Індокитаї) існувала китайська рахівниця (на малюнку показано музейний екземпляр «Дракон»). На кожній нитці або дротині в цій рахівниці було по п'ять і по дві кісточки. Лічили одини¬цями і п'ятірками. У Росії для арифметичних обчислень застосовувалася руська рахівниця, що з'явилися в XVI столітті, але подекуди рахівниці можна зустріти і сьогодні. Розвиток пристроїв для лічби крокував у ногу з досягненнями математики. Незабаром після введення в обіг логарифмів у 1623р. з’явилася логарифмічна лінійка, яку винай¬шов англійський математик Едмонд Гантер. Логарифмічній лінійці судилося довге життя: від XVII століття до нашого часу. Однак наявність абака, рахівниці, логарифмічної лінійки не є механізацією процесу обчислення. У XVII столітті видатний французький учений Блез Паскаль створив принципово новий лічильний пристрій — арифметичну машину. В основу її роботи Б. Паскаль поклав відому до нього ідею виконання розрахунків за допомогою металевих шестерень. У 1645 р. він побуду¬вав першу підсумовувальну машину, а в 1675 р. Паскалю вдалося створити машину, що виконувала всі чотири арифметичні дії, майже водночас з ним у 1670-1680 рр. відо¬мий німецький математик Готфрід Лейбніц сконструював лічильну машину. Лічильні машини Паскаля і Лейбніца стали прообразом арифмометра. Перший ариф¬мометр для чотирьох арифметичних дій, який застосовувався у практиці, вдалося сконст¬руювати тільки через сто років, у 1790 р., ні¬мецькому годинниковому майстру Гану. Згодом пристрій арифмометра удосконалювався багатьма механіками з Англії, Франції, Італії, Росії, Швейцарії. Арифмометри застосовувалися для виконання складних розрахунків під час проектування та будівництва кораблів, мостів, будинків, проведення фінансових операцій. Але продуктивність роботи на арифмометрах залишалася невисокою, нагальною вимогою часу була автоматизація розрахунків. У 1833 р. англійський вчений Чарльз Бебідж, укладач таблиць для навігації, розробив проект «аналітичної машини». За його задумом, ця машина мала стати гігантським арифмометром із програмним керуванням. У машині Бебіджа передбачені були також арифметичний і запам'ятовуючий пристрої. Його машина стала прообразом майбутніх комп'ютерів. Але вузли, що використовувалися в ній, не були досконалими, наприклад для запам'ятовування розрядів десяткового числа в ній застосовувалися зубчасті колеса. Здійснити свій проект Бебідж не зміг і через недостатній розвиток техніки, і «аналітична машина» на деякий час була забута. Лише через 100 років машина Бебіджа привернула увагу інженерів. Наприкінці 30-их років XX століття німецький інженер Конрад Цузе розробив першу двійкову цифрову машину Z1. У ній застосовувалися електромеханічні реле, тобто механічні перемикачі, які починають працювати під дією електричного струму. У 1941 р. К. Цузе створив машину Z3, цілком керовану за допомогою програми. У 1944 р. американець Говард Айкен на одному із підприємств фірми ІВМ будував досить потужну на той час обчислювальну машину «Марк-1». У цій машині для зображення чисел використовувалися механічні елементи — лічильні колеса, а для керування — електромеханічні реле. Покоління ЕОМ Історію розвитку ЕОМ варто описувати, використовуючи знання про покоління обчислювальних машин. Кожне покоління ЕОМ характеризується своїми конструктивними особливостями і можливостями. Зробимо опис кожного з поко¬лінь, однак пам'ятатимемо, що розподіл ЕОМ на покоління є умовним, оскільки водночас випускалися машини різного рівня. Перше покоління Різкий стрибок у розвитку обчислювальної техніки відбувся в 40-х роках, після Другої світової війни, і пов'язаний він був із появою якісно нових електронних пристроїв — електронно-вакуумних ламп. Електричні схеми, побудовані на цих лампах, працювали значно швидше, ніж схеми на електромеханічних реле. Зросла швидкодія обчислювальних машин, і релейні машини були усунуті продуктивнішими і надійнішими електронними обчислювальними машинами (ЕОМ). Застосування ЕОМ значно розширило коло розв'язуваних завдань. Доступними стали завдання, які раніше просто не ставилися: розрахунки інженерних споруд, розрахунки руху планет, балістичні розрахунки тощо. Перша ЕОМ створювалася в 1943-1946 рр. у США і називалася ЕНІАК (ENIAC — Ефесtrоnіс Numerical Integrator and Сalculator — електронно-числовий інтегратор і обчислювач). Ця машина містила близько 18 тисяч електронних ламп, багато елек¬тромеханічних реле, причому щомісяця виходило з ладу близько 2 тисяч ламп. У машини ЕНІАК, а також в інших перших ЕОМ був серйозний недолік — програма, що виконувалася і зберігалася не в пам'яті машини, а набиралася складним способом за, допомогою зовнішніх перемичок. У 1945 р. відомий математик і фізик-теоретик фон Нейман сформулював загальні принципи роботи універсальних обчислювальних пристроїв. За фон Нейманом, обчислювальна машина повинна керуватися програ¬мою з послідовним виконанням команд, а сама програма — зберігатися в пам'яті машини. Перша подібна ЕОМ була побудована в Англії в 1949 р. У 1951 році в СРСР була створена «МЭСМ» (малая электронно-счетная машина). Ці роботи здійснювались в Україні (м. Київ) в Інституті електродинаміки під керівництвом видатного конструктора обчислювальної техніки С.О. Лебедєва. Можна стверджувати, що «МЭСМ» була першою ЕОМ в континентальній Європі. ЕОМ постійно вдосконалювалися, завдяки чому до середини 50-х років їх швидкодію вдалося підвищити від кількох сотень до кількох десятків тисяч операцій за секунду. Однак при цьому електронна лампа залишалася найненадійнішим елементом ЕОМ. Використання ламп почало гальмувати подальший прогрес обчислювальної техніки. Згодом на зміну лампам прийшли напівпровідникові прилади. Так завершився перший етап розвитку ЕОМ. Обчислювальні машини цього етапу прийнято називати ЕОМ першого покоління. Характерними рисами ЕОМ першого покоління є застосування електронних ламп у цифрових схемах, великі габарити, а також трудомісткий процес програмування. Насправді, ЕОМ першого покоління розміщувалися у великих машинних залах, споживали багато електроенергії та вимагали охолодження за допомогою потужних вентиляторів. Програми для цих ЕОМ потрібно було складати у машинних кодах, і це могли робити тільки фахівці, що знали детально пристрій ЕОМ. Друге покоління Розробники ЕОМ завжди прямували за прогресом в електронній техніці. Коли в середині 50-х років на зміну електронним лампам прийшли напівпро-відникові прилади, почалося переведення ЕОМ на напівпровідники. Напівпровідникові прилади (транзистори, діоди) були, по-перше, значно компактнішими, ніж їхні лампові попередники. По-друге, вони мали триваліший термін служби. По-третє, споживання енергії в ЕОМ на напівпровідниках було істотно нижчим. З упровадженням цифрових елементів на напівпровідникових приладах почалося створення ЕОМ другого покоління. ЕОМ другого покоління відрізняються застосуван¬ням напівпровідникових елементів і використанням алгоритмічних мов програмування. Завдяки застосуванню більш досконалої елементної бази почали створюватися невеликі ЕОМ, сталося розподілення обчислювальних машин на великі, середні й малі. В Україні першою малою ЕОМ стала машина «Днепр-1», серійне виробництво якої було налагоджено на заводі «Арсенал» (м. Київ). ЕОМ «Днепр-1» передувала унікальній за своєю архітектурою машині «Мир-1», розробленій в 1965 р. в Інституті кібернетики (керівник В.М. Глушков). Машина «Мир-1» та ЇЇ наступна модифікація «Мир-2» передбачались для інженерних розрахунків, які виконував на ЕОМ сам користувач без допомоги оператора. У СРСР були розроблені і широко використовувалися також малі ЕОМ «Раздан» і «Наїрі». До середніх ЕОМ належали машини серій «Урал», «М-20» і «Минск». Але рекордною серед вітчизняних машин другого покоління і однією з найкращих у світі була «БЭСМ-6», створена колективом на чолі з академіком С. О. Лебедєвим. Ця машина виконувала понад 1 млн. операцій за секунду. За кордоном найпоширенішими машинами другого покоління були «Елліот» (Англія), «Сіменс» (ФРН), «Стретч» (США). Третє покоління Чергова зміна поколінь ЕОМ відбулася напри¬кінці 60-х років при переході від напівпровідникових приладів у пристроях ЕОМ до інтегральних схем. Інтегральна схема (мікросхема) — це невелика пластинка кристалу кремнію, на якій розміщуються сотні і тисячі елементів: діодів, транзисторів, кон-денсаторів, резисторів тощо. Застосування інтегральних схем надало можливість збільшити кількість електронних елементів в ЕОМ без зміни їхніх реальних розмірів. Швидкодія ЕОМ зросла до 10 мільйонів операцій за секунду. Крім того, складати програми для ЕОМ стало під силу простим користувачам, а не тільки фахівцям у галузі електроніки. Характерними рисами ЕОМ третього покоління є застосування інтегральних схем і можливість використання розвинутих мов програмування (мов високого рівня). У третьому поколінні з'явилися великі серії ЕОМ, що розрізняються за своєю продуктивністю і призначенням. Це родина великих і середніх машин ІВМ 360/370, розроблених в США. У Радянському Союзі й у країнах РЕВ були створені аналогічні серії машин: ЄС ЕОМ (Єдина Система ЕОМ, машини великі і середні), СМ ЕОМ (Системи Малих ЕОМ) і «Електроніка» (система мікро-ЕОМ). Четверте покоління У процесі вдосконалення мікросхем збільшувалася їхня надійність і щільність розміщених в них елементів. З'явилися великі інтегральні схеми (ВІС), яких на один квадратний сантиметр припадає декілька десятків тисяч елементів. На основі ВІС були розроблені ЕОМ наступного - четвертого покоління. Завдяки ВІС на одному невеличкому кристалі кремнію стало можливим розмістити таку велику електронну схему, як процесор ЕОМ (про процесори йтиметься пізніше). Однокристальні процесори згодом почали називати мікропроцесорами. Перший мікропроцесор був створений компанією Іntel (США) 1971 р. Це був 4-розрядний Іntel 4004, що містив 2250 транзисторів і виконував 60 тис. операцій за секунду. Мікропроцесори стали основою міні-ЕОМ, а потім і персональних комп'ютерів, тобто ЕОМ, орієнтованих на одного користувача. Почалася епоха персональних комп'ютерів (ПК), що триває і досі. Однак четверте покоління ЕОМ — це не тільки покоління ПК. Крім персональних комп'ютерів, існують й інші значно потужніші комп'ютерні системи. ЕОМ четвертого покоління характеризуються застосуванням мікропроцесорів, побудованих на великих інтегральних схемах. Вплив персональних комп'ютерів на уявлення людей про обчислювальну техніку виявився настільки великим, що поступово з ужитку зник термін «ЕОМ», а його місце зайняло слово «комп'ютер». П'яте покоління Починаючи із середини 90-х років, у потужних комп'ютерах застосовуються супермасштабні ВІС, які вміщують сотні тисяч елементів на квадратний сантиметр. Багато фахівців почали говорити про комп'ютери п'ятого покоління. Характерною рисою комп'ютерів п'ятого покоління повинно бути використання штучного інтелекту і природних мов спілкування Передбачається, що обчислювальні машини п'ятого покоління будуть легкокерованими. Користувач зможе голосом подавати команди машині. Галузі застосування обчислювальних машин У людей завжди існувала потреба виконувати ті або інші розрахунки. Поява ЕОМ дала можливість вирішувати такі завдання, які раніше були не під силу механічним і електромеханічним обчислювальним пристроям. Перші потужні ЕОМ конструювалися заради вирішення складних прикладних науково-технічних завдань: визначення координат кораблів, космічних апаратів, розрахунку фізич¬них процесів, економічного планування тощо. Для виконання різних розрахунків на ЕОМ створювалося спеціальне математичне і програмне забезпечення. Вартість цього забезпечення вже в 60-ті роки перевищила вартість матеріальної частини ЕОМ. З винаходом персональних комп'ютерів і розробкою мережних технологій з'явилися нові галузі застосування обчислювальної техніки. Наведемо основні напрями використання комп'ютерів за нашого часу. Математичні розрахунки — виконання розрахунків за допомогою різних математичних пакетів, електронних таблиць тощо. Бази і банки даних — створюються в різних галузях людської діяльності (законодавство, економіка, бізнес, медицина та інше). Бізнес-додатки — бухгалтерські програми, облік руху товарів і фінансів, обслуговування банків і страхових компаній, автоматизовані системи керування підприємствами тощо. Робота з текстовими матеріалами — створення документів, оптичне розпіз¬навання, переклад. Видавництво і поліграфія — макетування книг, журналів, газет; автома-тизація поліграфічного процесу. Комп'ютерна графіка і живопис — опрацювання графічних зображень, ство¬рення малюнків засобами комп'ютерної графіки. Інженерна графіка — різні програмні додатки в архітектурі, машинобудуванні, електронній техніці; створення геоінформаційних систем. Наукові дослідження — машинне моделювання експериментів, розрахунки фізичних моделей тощо. Комунікації — комп'ютерні мережі різного масштабу, Інтернет, електронна пошта, телеконференції. Web-технології — підготовка публікацій, призначених для World Wide Web; електронна комерція. Розваги і дозвілля — мультимедійні додатки, комп'ютерні ігри, контакти із зовнішнім світом. | |
| Просмотров: 327 | Загрузок: 127 | | |