Появление современных компьютеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1 .Появление компьютера

2. Дальнейшее развитие

3. Новое поколение компьютеров

4. Общие принципы работы компьютера

5. Кодировка информации

6. Языки программирования

Заключение

Список литературы

Введение

Человек всегда стремился совершенствовать свой труд. Он придумывал различные приспособления, механизмы и машины, усиливающие различные физические возможности человека. Электронная Вычислительная Машина (ЭВМ) в том виде, в котором мы привыкли ее видеть появилась не сразу, а развивалась и совершенствовалась подобно тому, как развивался и совершенствовался человек. В наше современное время трудно представить себе, что без ЭВМ можно обойтись. Хотя не так давно, до начала 70-х годов прошлого столетия вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой публике.

Однако в 1971 году произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей. В том, вне всякого сомнения, знаменательном году, еще почти никому не известная фирма Intel выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса электронных вычислительных систем, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов до бухгалтеров, ученых и инженеров.

И вот уже в XXI века невозможно представить себе жизнь без компьютера, который прочно вошел в нашу жизнь, став главным помощником человека, как в быту, так и в промышленности.

На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности, поколений и назначения.

1. Появление компьютера

Слово компьютер является производным от английских слов to compute, computer, которые переводятся как «вычислять», «вычислитель» (английское слово, в свою очередь, происходит от латинского computo - «вычисляю»). Первоначально в английском языке это слово означало человека, производящего арифметические вычисления с привлечением или без привлечения механических устройств. В дальнейшем его значение было перенесено на сами машины, однако, современные компьютеры выполняют множество задач, не связанных напрямую с математикой.

Впервые трактовка слова компьютер появилась в 1897 году в Оксфордском английском словаре. Его составители тогда понимали компьютер как механическое вычислительное устройство. В 1946 году словарь пополнился дополнениями, позволяющими разделить понятия цифрового, аналогового и электронного компьютеров.

Историки утверждают, что первым человеком, сформулировавшим идею о машине, которая может производить вычисления автоматически (т. е. без непосредственного участия человека благодаря заложенной программе), был Чарльз Бэббидж. Он не просто провозгласил неочевидную в то время идею автоматической вычислительной машины, но и посвятил всю свою жизнь ее разработке. Одна из его заслуг состояла в том, что он предвосхитил функциональное устройство вычислительных устройств.

Желание механизировать вычисления возникло у Бэббиджа в связи с недовольством, которое он испытывал, сталкиваясь с ошибками в математических таблицах, используемых в самых разных областях. В 1822 г. Бэббидж построил пробную модель вычислительного устройства, назвав ее «Разностной машиной»: работа модели основывалась на принципе, известном в математике как «метод конечных разностей». Данный метод позволяет вычислять значения многочленов, употребляя только операцию сложения и не выполнять умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. При этом предусматривалось применение десятичной системы счисления (а не двоичной, как в современных компьютерах). Однако «Разностная машина» имела довольно ограниченные возможности.

Идеи Бэббиджа на десятилетия опередили появление пригодной для практической реализации вычислительных машин элементной базы - реально работающие конструкции появились лишь в середине XX века. Фундаментальные принципы архитектуры ЭВМ были обобщены и изложены в 1946 в классической статье А. Беркса, Г. Голдстейна и Дж. Неймана «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства». В ней, в частности, четко и логично обосновывалась структура ЭВМ. Все функциональные блоки ЭВМ имеют вполне естественное назначение и образуют простую и логически обоснованную структуру. Любая вычислительная машина содержит в себе следующие функциональные блоки:

- арифметико-логическое устройство (АЛУ);

- устройство управления (УУ);

- различные виды памяти;

- устройства ввода информации;

- устройства вывода информации.

Основоположниками современной компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман - автор конструкции вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров.

2. Дальнейшее развитие

В 1945-1954 годах появилось первое поколение электронно-вычислительных машин (ЭВМ) - это были компьютеры на электронных лампах. Большинство машин этого поколения были экспериментальными устройствами и создавались с целью проверки тех или иных теоретических положений. Размеры и вес этих ЭВМ требовали для себя не только отдельных помещений, но и отдельных зданий. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер.

С 1955 по 1964 г. зародилось второе поколение компьютерной техники. Вместо электронных ламп начали использовать транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали выставляться на продажу. Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программного обеспечения. В этот период впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти важные усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров. Также, расширялась и сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике; компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже компьютеризировали свою бухгалтерию.

Изобретение интегральных схем явилось очередным толчком в развитии компьютерной техники - ее третьему поколению (1965-1974) годы. Уже в 1965 году был выпущен первый миникомпьютер PDP-8. В эти годы впервые стали использоваться интегральные схемы - целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM, на основе которого в СССР была разработана серия ЕС ЭВМ. Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ. Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детали большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для настольных калькуляторов. Этому изобретению суждено было произвести в следующем десятилетии настоящую революцию - ведь микропроцессор является сердцем и душой современного персонального компьютера. Начиная с середины 70-х годов, все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. С начала 80-х годов, благодаря появлению персональных компьютеров, вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств последнего десятилетия - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой «несерьезной» технике. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, отнюдь не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.

3. Новое поколение компьютеров

Основными требованиями к компьютерам следующего поколения являются: создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов); развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; создание новых технологий в производстве вычислительной техники; создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов. Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз данных и работу с ними, были созданы специальные объектно-ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.

К классу суперкомпьютеров относят компьютеры, которые имеют максимальную на время их выпуска производительность. Первые суперкомпьютеры появились уже среди компьютеров второго поколения (1955 - 1964), они были предназначены для решения сложных задач, требовавших высокой скорости вычислений. Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами - векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном - выдаёт сразу векторные команды. До середины 80-х годов в списке крупнейших производителей суперкомпьютеров в мире были фирмы Sperry Univac и Burroughs.

В наше время, время всеобщей компьютеризации, во всем мире неуклонно происходит увеличение доли людей, работающих в информационной сфере в сравнении с производственной. Автоматизация и компьютеризация информационной сферы, в общем, отстает от автоматизации производственной сферы. Теперь для человека уже недостаточно того, что ЭВМ быстро и точно решает самые сложные расчетные задачи, сегодня человеку становится необходимой помощь ЭВМ для быстрой интерпретации, семантического анализа огромного объема информации. Эти задачи мог бы решить так называемый «искусственный интеллект». Вопрос о создании искусственного интеллекта возник почти одновременно с началом компьютерной революции. Но на пути его создания встает много вопросов: принципиальная возможность создания искусственного интеллекта на основе компьютерных систем. Будет ли искусственный интеллект ЭВМ, если его удастся создать, подобен человеческому интеллекту по форме восприятия и осмысления реального мира. Многие проблемы не решены, и среди этих проблем не последнее место принадлежит проблемам, которые могла бы помочь разрешить философия.

4. Общие принципы работы компьютера

Работу компьютера можно описать следующим образом.

Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.

После выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой.

Но такой порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления. Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился пуль и т. д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз, т. е. организовывать циклы, выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т. д., т. е. создавать сложные программы.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Так как внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

При этом следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от сформулированной фон Нейманом. В частности, арифметически-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство - центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера, - прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее, большинство современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным еще в 1945 г.

5. Кодировка информации

ЭВМ сама по себе не воспринимает информацию как люди. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме, то есть в двоичной системе - есть сигнал, нет сигнала. Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц. Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом их устройство получается значительно более простым. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной десятичной форме - все необходимые преобразования могут выполнить программы, работающие на компьютере.

Вся другая информация для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации. После этого результат можно преобразовать обратно в форму, воспринимаемую человеком. компьютер поколение кодировка программирование

Единицей информации в компьютере является один бит, т. е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Как правило, команды компьютеров работают не с отдельными битами, а с восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = 28). Более крупными единицами информации являются килобайт (сокращенно обозначаемый Кбайт), равный 1024 байтам (1024 = 210), и мегабайт (сокращенно обозначаемый Мбайт), равный 1024 Кбайтам.

На компьютере можно обрабатывать и текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся соответствующие изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

6. Языки программирования

Программы для первых компьютеров приходилось писать на машинном языке, т. е. в кодах, непосредственно воспринимаемых компьютером. Это было очень тяжелой, малопроизводительной и кропотливой работой, в ходе которой можно было весьма легко ошибиться. Для облегчения процесса программирования в начале 50-х годов были разработаны системы, позволяющие писать программы не на машинном языке, а с использованием мнемонических обозначений машинных команд, имен точек программы и т. д. Такой язык для написания программ называется автокодом, или языком ассемблера. Программы на ассемблере очень просто переводятся в машинные команды, это делается с помощью специальной программы, которая также называется ассемблером. Ассемблер и сейчас часто используется при программировании в тех случаях, когда требуется достичь максимального быстродействия и минимального размера программ либо наиболее полно учесть в программе особенности компьютера.

Однако написание программ на языке ассемблера все же весьма трудоемко. Для этого программист должен очень хорошо знать систему команд соответствующего компьютера, а в ходе работы ему приходится бороться не столько со сложностями решаемой задачи, сколько с переводом необходимых в задаче действий в машинные команды. Поэтому и после появления ассемблеров многие исследователи продолжали попытки облегчить процесс программирования, "научив" компьютеры понимать более удобные для человека языки составления программ. Такие языки стали называть языками программирования высокого уровня, а языки ассемблера и другие машинно-ориентированные "языки - языками низкого уровня. Программы на языках высокого уровня либо преобразуются в программы, состоящие из машинных команд (это делается с помощью специальных программ, называемых трансляторами или компиляторами), либо интерпретируются с помощью программ-интерпретаторов.

Языки высокого уровня позволили значительно упростить процесс написания программ, так как они ориентированы на удобство описания решаемых с их помощью задач, а не на особенности какого-то конкретного компьютера. Разумеется, для каждой программы на язык высокого уровня искусный программист может написать на языке ассемблера более компактную и быстродействующую программу для выполнения тех же функций, однако эта работа является весьма трудоемкой, поэтому она имеет смысл только в особых случаях.

Первый коммерчески используемый язык программирования высокого уровня Фортран был разработан в 1958 г. в фирме "IBM" под руководством Джона Бэкуса. Этот язык был предназначен, прежде всего, для научных вычислений, и он (в усовершенствованном варианте) до сих пор широко используется в данной области. Для других применений было разработано множество различных языков высокого уровня, но широкое распространение получили лишь немногие из них, в частности Си и Си++, Паскаль, Бейсик, Фортран, и другие. С появлением и развитием Интернета стал популярен html, Java и прочие средства, позволяющие работать с документами в электронном виде.

Заключение

В последние годы компьютер и компьютерная техника стали неотъемлемой частью нашей жизни. Ни одна фирма, не представляет свою работу без компьютера и продвинутого программного обеспечения. Двадцать лет назад компьютер считался роскошью, и увидеть его можно было крайне редко. Компьютерами пользовались только огромные предприятия. Теперь же компьютер имеется в каждом доме, практически в каждой семье. Даже школьники выполняют свои домашние задания с помощью компьютера. По мнению учёных и исследователей, в ближайшем будущем персональные компьютеры кардинально изменятся, так как уже сегодня ведутся разработки новейших технологий, которые ранее никогда не применялись. Примерно в 2020-2025 годах должны появиться молекулярные компьютеры, квантовые компьютеры, биокомпьютеры и оптические компьютеры. Компьютер будущего должен облегчить и упростить жизнь человека в десятки, если не в сотни раз.

Благодаря компьютерам и Интернет появилась виртуальная реальность, которая, пожалуй, остаётся одним из самых интересных и загадочных понятий компьютерной индустрии. Появившись ещё в прошлом веке, это понятие до сих пор притягивает к себе ученых, дизайнеров, кинорежиссёров, писателей-фантастов. Виртуальная реальность - это образ искусственного мира, моделируемый техническими средствами и передаваемый человеку через ощущения. В данный момент технологии виртуальной реальности широко применяются в различных областях человеческой деятельности: проектировании и дизайне, добыче полезных ископаемых, военных технологиях, строительстве, тренажерах и симуляторах, маркетинге и рекламе, индустрии развлечений и т. д.

Компьютерная техника развивается с сумасшедшей скоростью и иногда очень сложно уследить или идти за ней в ногу. Можно с полной уверенностью сказать, что высокие технологии - это наше будущее и это успех всего человечества. На этом процесс развития далеко не остановлен.

Список используемой литературы

1.Попова О.В. Информатика Учебное пособие / О.В.Попова. - Красноярск: Красноярский институт экономики Санкт-Петербургской академии управления и экономики (НОУ ВПО), 2007. - 186 с.

.Роганов Е.А. Практическая информатика / Е.А.Роганов. - М.: МГИУ, 2005. - 364 с.

.Украинцев Ю.Д. История связи и перспективы развития телекоммуникаций: учебное пособие / Ю.Д.Украинцев, М.А.Цветов. - Ульяновск : УлГТУ, 2009. - 128 с.

.Фефелов Н.П. Информатика. Учебное пособие / Н.П.Фефелов. - Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2005. - 252 с.

http://prodamtext.ru/show.php?portfolio=4337&cat=80

http://sernam.ru/book_history.php?id=21

http://odiplom.ru/informacionnye-tehnologii/personalnyi-kompyuter-istoriya-razvitiya-i-stanovleniya

Размещено на Allbest.ru