История развития средств вычислительной техники

История развития средств вычислительной техники

Первые счетные средства человека – пальцы.

Абак – доска, разделенная на полосы, где передвигались камушки, кости. Использовалась для арифметических вычислений. Получил распространение в древней Греции, Риме, а затем в западной Европе до 18 века.

Конец XV – начало XVI века – Леонардо да Винчи создал 13-ти разрядное суммирующее устройство.

XVII век – Джон Непер создал устройство для перемножения чисел: палочки Непера.

Механические первоисточники

XVII век: 1623 год - Вильгельм Шиккард (Германия) разработал первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения на базе механических часов.

1642 год – французский механик Блез Паскаль разработал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно.

В 1673 году немецкий математик Вильгельм Лейбниц создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления, извлечение из корня. Впервые была использована двоичная система счисления.

Затем в 1823 году английский математик и изобретатель Чарльз Бэббидж создал Аналитическую машину, в которой впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Первой программисткой была графиня Ада Лавлейс – дочь известного поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций. 

Математические первоисточники

Возможность представления любых чисел двоичными цифрами впервые была предложена Лейбницем в 1666 году. Он пришел к двоичной системе счисления, занимаясь исследованиями философской концепции единства и борьбы противоположностей. Попытка представить мироздание в виде непрерывного взаимодействия двух начал «черного и белого, добра и зла и т.д.» и применить к его изучению методы математики подтолкнули Лейбница к изучению свойств двоичного представления данных с помощью нулей и единиц.

XIX век: Вильгот Однер создал первый арифмометр. Арифмометр  — настольная (или портативная) механическая вычислительная машина, предназначенная для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания. Чаще всего арифмометры были настольные или «наколенные» (как современные ноутбуки), изредка встречались карманные модели. Числа вводятся в арифмометр, преобразуются и передаются пользователю (выводятся в окнах счётчиков или печатаются на ленте) с использованием только механических устройств. 

Электронно-вычислительные машины: XX век

В истории вычислительной техники существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально был положен физико-технологический принцип: машину относят к тому или иному поколению в зависимости от используемых в ней физических элементов или технологии изготовления.

50-ые годы: ЭВМ 1 поколения изготавливались на основе вакуумных электронных ламп. Программы составлялись в машинных кодах  - в виде длинных последовательностей двоичных чисел. Имели 8-ми разрядный процессор, 86 (одновременно обрабатываются 8 потоков информации).

Первая ЭВМ «ЭНИАК» была создана после Второй мировой войны, в 1946 году в США. Машина содержала 18 тысяч электронных ламп, весила 30 тонн и занимала площадь 100 м2.  Ее энергопотребление равнялось 150 кВт, что вполне достаточно для обеспечения небольшого завода. В группу создателей этой первой ЭВМ входил один из самых выдающихся ученых 20 века Джон фон Нейман. Именно в соответствии с его идеями современные ЭВМ состоят из процессора, арифметического устройства, устройств ввода/вывода и памяти для хранения данных и программ. Одновременно над проектом ЭВМ работали в Англии, где первая универсальная ЭВМ появилась в 1949 году, и  в СССР, где в 1950 году была разработана первая ЭВМ, под руководством академика Сергея Александровича Лебедева.  

В 60-х годах появляется второе поколение ЭВМ. В этих машинах логические элементы реализовывались не на радиолампах, а на базе полупроводниковых приборов – транзисторов. Это позволило значительно увеличить надежность машин (примерно в 10 раз), сократить их размеры и потребление электроэнергии. В составе ЭВМ второго поколения появились печатающие устройства для вывода, телетайпы для ввода и магнитные накопители для хранения информации. Диалог человека с ЭВМ стал более естественным благодаря появлению языком программирования Фортран, Алгол, Бейсик и т.д. процессор 16-ти разрядный, 286.

Через 10 лет появились ЭВМ третьего поколения. Основу этих компьютеров составляли интегральные микросхемы (чипы – все электронные компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластины). В состав ЭВМ третьего поколения были включены удобные устройства ввода/вывода и накопления информации (дисплеи) на основе электронно-лучевых трубок, накопители на магнитных лентах и дисках. В этот период времени появляются первые операционные системы и базы данных, системы автоматизированного управления и проектирования. Процессор 32-х разрядный, 386.  

В 1968 году создана компания Intel.

В 1975 году появилась компания Microsoft.

На рубеже 80х годов  были созданы и выпущены в массовое производство ЭВМ четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные микросхемы, в которых на одном кристалле кремния размещались уже десятки и сотни тысяч логических элементов. В этот же период времени появляются первые ПК. В состав ПК включаются удобные средства накопления, ввода и предоставления информации: накопители на гибких магнитных дисках, цветные графические дисплеи. Впервые на 486 процессоре появилось понятие КЭШ-память (cache memory – память немедленного доступа) 1-го уровня – для хранения данных, используемых внутри самого процессора при создании промежуточных данных или команд.

Пятое поколение ЭВМ: 1990 по настоящее время. Основная концепция ЭВМ пятого поколения: компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы.

1993 год: появились процессоры класса Pentium – размер КЭШ памяти увеличен, кроме того, появилось понятие КЭШ память второго уровня – для хранения данных, курсирующих между  процессором и памятью, эта память расположена непосредственно на материнской плате.

1996 год: Pentium MMX – поддерживает мультимедийные технологии. В процессоре появились дополнительные команды для обработки звуков, графики.

1997 год: Pentium2 – КЭШ память 1-го и 2-го уровня встроена в сам микрочип, изготовленный по новой технологии с точностью 0,25 микрон.

1999 год: Pentium3 – появление новой технологии выполнения микрочипа  0,18 микрон.

2000 год: Pentium4 – до 0,09мкм.

Летом 2003 года был выпущен компьютер Power Mac G5, базирующийся на первом в индустрии 64-разрядном процессоре PowerPC. Это совместная разработка компаний Apple и IBM. Он функционирует на тактовых частотах 2 ГГЦ, имеет совершенно новую архитектуру и полностью поддерживает симметричную многопроцессорность. Два сопроцессора предназначены для вычислений с плавающей запятой, а один обеспечивает обработку векторной графики. При изготовлении PowerPC G5 применялись самые современные технологии, в частности микросхемы, минимальные размеры элементов которых примерно в 800 раз меньше толщины человеческого волоса.