История всех поколений ЭВМ

Выполнила студентка 1 курса

заочного факультета,

специальности ПИЭ,

шифр 080801

Крылова Алиса Алексеевна

Принял Громов Николай Викторович

Ржев, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. История ЭВМ

2. Развитие элементарной базы компьютеров

3. История вычислительных машин

4. Появление персональных компьютеров

Заключение

Список литературы

Введение

Темой моего реферата по дисциплине «история науки и техники» я выбрала «историю всех поколений ЭВМ», так как мне захотелось больше узнать о компьютерах и вообще, об ЭВМ в целом. В своем реферате я постараюсь проследить путь развития электронно-вычислительных машин от предпосылок их возникновения до создания современного ПК. Я считаю данную тему наиболее интересной и актуальной в современном обществе.

Еще не так давно, всего три десятка лет назад, ЭВМ представляла собой целый комплекс огромных шкафов, занимающих несколько больших помещений. А всего и делала-то, что довольно быстро считала. Нужна была буйная фантазия журналистов, чтобы увидеть в этих гигантских арифмометрах «думающие» агрегаты, и даже пугать людей тем, что ЭВМ вот-вот станут разумнее человека.

Широко известно, что первые ЭВМ создавались для проведения расчетов в ядерной физике, в летательной и ракетной технике. Последовавшее далее внедрение ЭВМ в область административного управления и экономики дало не только экономический эффект, но и привело к созданию и бурному росту новой отрасли - средств и обработки электронной информации. история создание эвм

Появились новые ЭВМ, новые методы и средства общения с ними. Возникла новая информационная промышленность, производящая дорогостоящую и малоосязаемую продукцию. Информация стала товаром. Электронно-вычислительные машины, созданные первоначально для решения вычислительных задач, стали обрабатывать числовую, текстовую, графическую и другую информацию.

Вычислительная техника сразу же показала свою эффективность в тех областях человеческой деятельности, где широко использовались методы человеческого моделирования - точные количественные методы. Развитие электронно-вычислительной техники, средств и методов общения с ней, создание автоматизированных информационно-поисковых систем, методов распознавания образов привели к тому, что ЭВМ стали способны проводить описательный анализ изучаемых объектов. Появилось новое направление исследований - разработка машинного (искусственного) интеллекта.

В развитии ЭВМ можно выделить три этапа: вычислительный, общеинформационный, интеллектуальный. Наука и технология находятся сейчас на пороге третьего этапа - развития машинного интеллекта. Машинный интеллект войдет в жизнь в виде ЭВМ, выполняющих такие функции, которые раньше были привилегией работников умственного труда. Рождаются новые машины, создаются более совершенные программы, «растет» машинный интеллект - появляются новые возможности для исследования и познания окружающего мира.

1. История ЭВМ

Развитие торговли и науки повлекло за собой увеличение потребности в вычислениях. Причем сами вычисления становились все сложнее и сложнее. Устный счет и простые приспособления не могли удовлетворить эти потребности.

Поэтому многие математики и инженеры потратили годы труда на создание машин, облегчающих счет.

Однако основным потребителем таких машин в ХХ веке стали военные.

Расчеты траекторий ракет и снарядов, обсчет аэродинамики самолетов, навигационные расчеты становились все сложнее, и делать их нужно было все быстрее.

«Крестной матерью» вычислительной техники в современном ее понимании стала Вторая мировая война.

Для расшифровки кодов шифровальной машины «Энигма», которой пользовались немецкие военно-морские силы для передачи секретных сообщений в Блечли-Парк, в Англии были собраны лучшие математики Великобритании и США.

Они не только сумели создать дешифровальные машины, которые практически моментально расшифровали коды «Энигмы», но и заложили основу для развития вычислительной техники в послевоенный период.

После Второй мировой войны долгое время только военные были основными заказчиками работ по созданию вычислительных машин в силу их высокой стоимости.

Но чем дальше продвигалась работа, чем совершеннее и дешевле становились создаваемые машины, тем больше появлялось среди заказчиков совершенно мирных организаций: научных институтов, университетов, метеорологических центров и пр. Но лишь с появлением персонального компьютера основным потребителем, финансирующим ученых и инженеров, стали обычные граждане.

2. Развитие элементарной базы компьютеров

В 1883 г. Томас Альва Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью, ввел в ее вакуумный баллон платиновый электрод и положительное напряжение и выяснил, что в вакууме между электродом и нитью начинает протекать ток. Не найдя никакого объяснения столь необычному явлению, Эдисон ограничился тем, что подробно описал его, на всякий случай взял патент и отправил лампу на Филадельфийскую выставку. Американский изобретатель не распознал открытия исключительной важности (по сути, это было его единственное фундаментальное открытие - термоэлектронная эмиссия). Он не понял, что его лампа накаливания с платиновым электродом по существу была первой в мире электронной лампой.

Первым, кому пришла в голову мысль о практическом использовании «эффекта Эдисона», был английский физик Дж. А. Флеминг (1849-1945 гг.). Работая с 1882 г. консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он узнал о «явлении» из первых уст - от самого Эдисона. Свой диод - двухэлектродную лампу - Флеминг создал в 1904 году.

В октябре 1906 г. американский инженер Ли де Форест изобрел электронную лампу-усилитель, или аудион, как он ее тогда назвал, имевший третий электрод - сетку. Им был предложен принцип, на основе которого строились все дальнейшие электронные лампы, - управление током, протекающим между анодом и катодом, с помощью других вспомогательных элементов.

В 1910 г. немецкие инженеры Либен, Рейнс и Штраус сконструировали триод, сетка, которая выполнялась в форме перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, а чтобы увеличить эмиссионный ток, они предложили покрыть нить накала слоем окиси бария и кальция.

В 1911 г. американский физик Ч. Д. Кулидж предложил применить в качестве покрытия вольфрамовой нити накала окись тория - оксидный катод - и получил вольфрамовую проволоку, которая осуществила переворот в ламповой промышленности.

В 1915 г. американский физик Ирвинг Ленгмюр сконструировал двухэлектронную лампу - кенотрон, применяемую в качестве выпрямительной лампы в источниках питания. В 1916 г. ламповая промышленность стала выпускать особый тип конструкции ламп - генераторные лампы с водяным охлаждением.

Идея лампы с двумя сотками - тетрода - была высказана в 1919 г. немецким физиком Вальтером Шоттки и независимо от него в 1923 г. - американцем Э. У. Халлом, а реализована эта идея англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х годов прошлого века.

В 1929 г. голландские ученые Г. Хольст и Б. Теллеген создали электронную лампу с тремя сетками - пентод. В 1932 г. был создан гептод, в 1933г. - гексод и пентагрид, в 1935г. появились лампы в металлических корпусах. Дальнейшее развитие электронных ламп шло по пути улучшения их функциональных характеристик, по пути многофункционального использования.

В 1940-х-50-х годах компьютеры создавались на основе электронных ламп. Поэтому компьютеры были очень большими (они занимали огромные залы), дорогими и ненадежными, ведь электронные лампы, как и обычные лампочки, часто перегорают. Но в 1948 году были изобретены транзисторы - миниатюрные и недорогие электронные приборы, которые смогли заменить электронные лампы. Это привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и повышению их надежности.

Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 1950-х годов, а в середине 1960-х годов были созданы и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 году первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тысяч долларов (для сравнения - компьютеры 40-х - 50-х годов стоили миллионы долларов.).

После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров было соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Но в 1959 году Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968 году фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единице площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год, что и обеспечивало постоянное уменьшение стоимости компьютеров и увеличения их быстродействия.

В середине 1960-х годов председатель Intel Gordon Moore вывел принцип, или закон, который остается верным уже более трех десятилетий: количество транзисторов в каждом чипе кремниевой интегрированной микросхемы процессора удваивается каждые два года, а стоимость каждого чипа процессора уменьшается вдвое.

Процессор 8086, выпущенный в 1978г., содержал 29000 транзисторов, 80386 (1985г.) - 275000, Pentium (1993г.) - 3.1 млн., Pentium 3 (1999г.) - 18 млн., а Pentium 4 (2001г.) - 42 млн. транзисторов.

3. История вычислительных машин

Первым устройством, предназначенным для облегчения вычислений, стали счеты. С помощью костяшек счетов можно было совершать операции сложения и вычитания и несложные умножения. Однако счеты совершенно не могут производить сложных операций. А потребности человечества в вычислениях все увеличивались.

В 1642 году французский математик Блез Паскаль сконструировал первую механическую счетную машину «Паскалина», которая могла механически выполнять сложение чисел. В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия. Начиная с XIX века арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия - счетчик - человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно - даже десятки счетчиков должны были работать по нескольку недель и месяцев. Причина проста: при таких расчетах выбор выполняемых действий и записи результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

Еще в первой половине XIX века английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство, то есть компьютер. Бэббидж называл его аналитической машиной. Именно Бэббидж впервые додумался до того, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Бэббидж хотел построить свой компьютер как механическое устройство, а программы собирался задавать посредством перфокарт - карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий (они в то время уже широко применялись в ткацких станках). Однако довести до конца эту работу Бэббидж не смог: она оказалась слишком сложной для техники того времени.

Первым реализовал идею перфокарт Холлерит. Он изобрел машину для обработки результатов переписи населения. В своей машине он впервые применил электричество для расчетов.

В 40-х годах ХХ века сразу несколько групп исследователей повторили попытку Бэббиджа на основе техники ХХ века - электромеханических реле. Некоторые из этих исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и переоткрыли его идеи заново. Первым из них был немецкий инженер Конрад Цузе, который в 1941 году построил небольшой компьютер на основе нескольких электромеханических реле. Но из-за войны работы Цузе не были опубликованы. А в США в 1943 году на одном из предприятий фирмы IBM (International Business Machines Corporation) американец Говард Эйкен создал более мощный компьютер под названием «Марк-1». Он уже проводил вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью арифмометра) и реально использовался для военных расчетов. В нем применялось сочетание электрических сигналов и механических приводов. «Марк-1» имел размеры 15х2,5 м и содержал 750000 деталей, он мог перемножить два 23-разрядных числа за 4 секунды.

Однако электромеханические реле работают весьма медленно и недостаточно надежно. Поэтому, начиная с 1943 года в США группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать компьютер ENIAC на основе электронных ламп. Созданный ими компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1». Но обнаружилось, что большую часть времени этот компьютер простаивал, ведь для задания метода расчетов (программы) в этом компьютере приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. А сам расчет после этого мог занять всего лишь несколько минут или даже секунд.

Чтобы упростить и ускорить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить программу в своей памяти. В 1945 году к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. Доклад был разослан многим ученым и стал широко известен, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, то есть универсальных вычислительных устройств. И до сих пор подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 году Джон фон Нейман. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом.

Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947г. Экертом и Мочли, основавшими в декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец машины (UNIVAC-1) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2.25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп.

Внутреннее запоминающее устройство с емкостью 1000 12-разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки. Вскоре после ввода в эксплуатацию UNIVAC-1 ее разработчики выдвинули идею автоматического программирования.

Она сводилась к тому, чтобы машина сама могла подготавливать такую последовательность команд, которая нужна для решения данной задачи.

Сильным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 1950-х годов было отсутствие быстродействующей памяти. Поэтому исследователи сосредоточили свои усилия на запоминающих свойствах ферритовых колец, нанизанных на проволочные матрицы.

В разработку электронных компьютеров включилась фирма IBM.

В 1952г. она выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM 701, который представлял собой синхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12000 германиевых диодов. Усовершенствованный вариант машины - IBM 704 - отличался высокой скоростью работы, в ней использовались индексидные 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.

В 1956г. 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, состоящий из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12000 об./мин. На поверхности диска размещалось сто дорожек для записи данных, по 10000 знаков каждая.

Фирма IBM сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953г. для машины IBM 701 «Систему быстрого кодирования». В СССР А. А. Ляпунов предложил один из первых языков программирования. В 1957г. группа под руководством Д. Бэкуса завершила работу над ставшим впоследствии популярным языком программирования высокого уровня, получившим название ФОРТРАН.

Язык, реализованный впервые на ЭВМ IBM 704, способствовал расширению сферы применения компьютеров.

В 1951г. в Великобритании М. Уилкс представил доклад «Наилучший метод конструирования автоматической машины», который стал пионерской работой по основам микропрограммирования.

В том же году М. Уилкс совместно с Д. Уиллером и С. Гиллом написали первый учебник по программированию «Составление программ для электронных счетных машин».

Свою идею микропрограммирования Уилкс реализовал при создании машины EDSAC-2.

4. Появление персональных компьютеров

Вначале микропроцессоры использовались в различных специализированных устройствах, например в калькуляторах. Но в 1974г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера, т. е. устройства, выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя. В начале 1975г. появился первый коммерчески распространяемый персональный компьютер «Альтаир-8800» на основе микропроцессора Intel-8008. Этот компьютер продавался по цене около 500долларов. И хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом: в первые месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели снабжали этот компьютер дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т. д. Скоро эти устройства стали выпускаться другими фирмами. В конце 1975г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также поспособствовало росту популярности персональных компьютеров. Появились коммерчески распространяемые программы, например программа для редактирования текстов WordStar и табличный процессор VisiCalc (1978г. и 1979г. соответственно). Эти и другие программы сделали покупку персональных компьютеров весьма выгодной для бизнеса: с их помощью стало возможно выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т. д. Использование же больших компьютеров для этих целей было слишком дорого.

В конце 1970-х годов рост спроса на большие компьютеры стал снижаться, что вызвало огромное беспокойство фирмы IBM - ведущей компании по производству больших компьютеров. И в 1979 году IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 мегабайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 килобайтами.

В августе 1981г. новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике, и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через пару лет компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке, вытеснив все модели 8-битовых компьютеров.

Перспективность и популярность IBM PC сделала весьма привлекательным производство различных комплектующих и дополнительных устройств для IBM PC. Конкуренция между производителями привела к удешевлению стоимости комплектующих и устройств. Очень скоро многие фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать компьютеры, совместимые с IBM PC. Поскольку этим фирмам не требовалось нести огромные издержки фирмы IBM на исследования и поддержание структуры громадной фирмы, они смогли продавать свои компьютеры значительно дешевле (иногда в 2 - 3 раза) аналогичных компьютеров фирмы IBM. Совместимые с IBM PC компьютеры вначале презрительно называли «Клонами», но эта кличка не прижилась, так как многие фирмы-производители IBM PC-совместимых компьютеров стали реализовывать технические достижения быстрее, чем сама IBM. Пользователи получили возможность самостоятельно модернизировать свои компьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен различных производителей.

Заключение

В своем реферате я проследила историю развития всех поколений электронно-вычислительных машин. Подробно описала процесс и предпосылки создания ЭВМ. Рассказала об использовании компьютеров человеком.

Сегодня компьютер стал обыденностью, таким же бытовым прибором, как телевизор или пылесос. Ни одна область техники не развивается столь стремительно, как ЭВМ. Новые, более производительные компьютеры в среднем появляются раз в два года. Понятие «современный» в вычислительной технике теряет свой смысл удивительно быстро. Однако, нельзя не сказать, что современные компьютеры оснащены многими полезными «органами»: руками-манипуляторами, экранами дисплеев, печатающими, рисующими и чертящими устройствами, анализаторами образов, звуков, синтезаторами речи и многими другими!

На всемирной выставке в Оксаке компьютеризированные роботы уже ходили по лестнице, перенося вещи с этажа на этаж, играли с листа на фортепьяно, беседовали с посетителями. Так и кажется, что вот-вот они сравняются по своим способностям с человеком. Или даже превзойдут его…

Но, несмотря на все это, любой компьютер, каким бы совершенным он ни был, является продуктом человеческого разума и реализует лишь запрограммированные им задачи. Говорят: «Автоматизировать можно все, что программируется, однако, не все можно запрограммировать…»

Список литературы

1. Апокин И. А., Развитие вычислительных машин., М., 1999г.

2. Джородейн Р., Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM PC., М. Финансы и статистика, 1999г.

3. Очерки истории вычислительной техники. http: //www.osp.ru/os/2000/01/69.htm

4. Трейзер Р., Краткая история развития ЭВМ, Microsoft Press., 1999г.

5. Левин А., Самоучитель работы на компьютере., М. KnowLedge, 2000г.

6. Энциклопедия Курсы программирования., М. АСТ., 2002г.

Размещено на Allbest.ru