Институт  экономики, управления и права (г. Казань) 
 
 
 

Факультет менеджмента

Кафедра «Информационных технологий и систем»

 
 
 
История вычислительной техники

(контрольная работа по дисциплине: «Информатика») 
 
 
 
 

 
Исполнитель студент: 1 курса  ОЗО группы № 681у      Хасанова Г.Ф.

Проверил: старший преподаватель      Мансурова Т. Г. 
 
 
 
 
 

Набережные Челны  – 2008 

Содержание 

Приложением 1.

Введение

     За  тридцать тысяч лет, прошедших со времени появления письменности, человечество сумело найти и применить на практике немало различных носителей информации – камень, кость, дерево, глину, папирус, бумагу. В тоже время, несмотря на существенные усовершенствование орудий материального труда, количество новых приспособлений для обработки информации практически оставалось на одном и том же уровне. Это пальцевой счет, камешки, насечки, узелковый счет в доколумбовой Америке, абак – глиняная пластинка с желобками, в которых размещались камешки, русские счеты и некоторые другие аналогичные приспособления – вот, пожалуй, и все, чем может похвастаться человечество за этот период. Тем не менее, появление письменности можно считать исторически первым этапом развития информационных технологий, которое существенно ускорило появление вычислительной техники и развитие человеческого общества.

     Современным компьютерам предшествовали механические и электромеханические устройства. Слово «компьютер» означает «вычислитель», то есть устройство для вычислений. Это связано с тем, что первые компьютеры создавались как устройства для вычислений, грубо говоря, как усовершенствованные, автоматические арифмометры. Принципиальное отличие компьютеров от арифмометров и других счетных устройств (счет, логарифмических линеек и т.д.) состояло в том, что арифмометры могли выполнять лишь отдельные вычислительные операции (сложение, вычитание, умножение и др.), а компьютеры позволяют проводить операции по заранее заданной инструкции – программе.

     В настоящее время компьютер используется во всех сферах деятельности человека. В связи с этим очень актуальным является обзор основных этапов развития вычислительной техники, что и обусловило мой выбор темы.

1. Механические и электромеханические устройства

     Первое действующее устройство для выполнения сложения было создано только в 1623 году Вильгельмом Шиккардом. Он называл свое изобретение «суммирующими часами», так как оно было создано (к сожалению в единичном экземпляре) на базе механических часов. Блез Паскаль в 1641-1645 гг. разработал суммирующую машину, которая получала широкую известность и была выпущена целой серией в 50 машин (8 экземпляров дошло до наших дней). А Готфриду Лейбницу в 1671-1674 гг. удалось построить арифмометр  - машину для выполнения всех 4-х арифметических операций.

      Так почти 350 лет тому назад появились  предшественники современных микрокалькуляторов. Вся эта группа средств обработки информации, включающая в себя и суммирующие «часы» Шиккарда и машину Паскаля и широко распространенные в конце XIX и начале XX веков арифмометры Томаса  и Орднера, и нынешние микрокалькуляторы, отличаются тем, что человек непосредственно участвует в вычислительном процессе на всех его этапах. В частности, человек не только определяет последовательность выполняемых действий, но и осуществляет собственно вычисление.

      В ходе промышленной революции появились  и стали широко использоваться бумажные ленты и карты с отверстиями – перфоленты и перфокарты, которые являются разновидностью долговременных носителей информации. С помощью определенных комбинаций отверстий на перфолентах и перфокартах задавался конкретный план работы различных устройств. Примером такого рода устройств является автоматический ткацкий станок – изобретенный во Франции в 1804-1808 гг. Жозефом Жаккардом. Работой этого станка управляла перфокарта с заранее нанесенными на нее отверстиями. Наличие или отсутствие отверстия в перфокарте заставляло подниматься или опускаться нить при одном ходе челнока. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством автоматически (т.е. без прямого вмешательства человека) работающем по заданному плану. Заметим, что план выполнения действий является особого рода информацией, использование которой позволяет достичь заданной цели.

      Таким образом, в частном случае производства роль человека свелась к составлению  плана выполнения нужных действий, а сами действия уже выполнялись без участия человека – автоматически. Естественным образом должна была возникнуть мысль о том, что машине можно поручить не только выполнение действий по изготовлению тканей. По-видимому, можно попытаться поручить ей  и выполнение некоторых вычислений, которые, как уже было отмечено ранее, представляли собой наиболее важную, в тоже время разновидность действий по обработке информации. Такая мысль возникла у английского математика Чарльза Бэббиджа в начале XIX века. В 1822 году он опубликовал статью с описанием, так называемой, «разностной» машины, предназначенной для вычисления и печати таблиц математических функций. Затем Бэббидж начал работать над проектом реализации машины, которую в последствии стали называть «аналитической». Первый эскиз этой машины появился в 1834 году. Однако не смотря на несколько десятилетий работы и затраченные усилия, Бэббиджу не удалось реализовать свою идею в основном из-за несовершенства материальной и технической базы того периода. Проект машины Бэббиджа, опередившей свое время, содержал все основные компоненты вычислительных машин, появившихся почти 100 лет спустя. Основная его идея не была забыта, она сыграла важную роль в дальнейшем развитии средств обработки информации. Эта идея полностью исключала участие человека в вычислительном процессе, сводя его роль к подготовке необходимых числовых данных и, как в случае с ткацким станком Жаккарда, составлению программы, т.е. плана выполнения вычислений, зафиксированного в некоторой специальной форме. Собственно, процесс обработки информации должен был выполняться автоматически по заданной программе. Несмотря на то, что аналитическая машина Бэббиджа имелась только в виде проекта, для нее была составлена первая в мире программа. В 1843 году Ада Лавлейс, дочь английского поэта Джорджа Байрона, опубликовала работу, в которой были заложены основы современного программирования. Ею же была составлена программа вычисления так называемых чисел Фибоначчи.

      В связи с появлением электрических  устройств и началом развития электротехники в конце XIX века начался следующий, электромеханический этап в развитии вычислительной техники. Отличительной чертой этого этапа является сочетание при выполнении вычислительных операций механических перемещений с работой электрических устройств. Первым такого рода устройством считается табулятор – машина, автоматизирующая выполнение простых решений на основе данных, нанесенных в виде пробивок на перфокарты.¹ При этом какие-либо программы вычисления в табуляторах не использовались, а вычислительные операции, как правило, сводились к считыванию с перфокарт больших массивов числовых данных и их последующему суммированию. Первый табулятор был создан Германом Холлеритом в 1887 году. Основу этого устройства составляли простейшие электромеханические реле. Табуляторы широко использовались для выполнения расчетов статистического характера, например, для проведения переписи населения в конце XIX века в США, Канаде, России и некоторых других странах. Для производства табуляторов Г.Холлерит в 1897 году организовал фирму Tabulating Machine Company, которая в последствии преобразовалась в фирму IBM признанного и широко известного в настоящее время мирового лидера в сфере компьютерного производства. Различного рода табуляторы весьма эффективно использовались во всем мире для самых разных расчетов (статистических, астрономических, экономических и т.д.) вплоть до середины ХХ века.

2. Первое поколение компьютеров

      Первая, в полном смысле этого слова, ЭВМ – универсальная программно-управляемая Электронная Вычислительная Машина (соответствующий термин англоязычного происхождения – компьютер) была разработана в 1943-1945 гг. в Пенсильванском университете США под руководством Д.Маучли и П.Эккерта. Эта машина называлась «ENIAC» - электронно-цифровой интегратор и вычислитель. Она весила 30 тонн, ее высота была 6 м, а площадь 120 м², машина состояла из 18 тыс. электронных ламп накаливания и выполняла примерно 5 тыс. арифметических операций в секунду.

      Программа работы машины «ENIAC» задавалась вручную с помощью механических переключателей и гибких кабелей со штекерами, вставляемыми в нужные разъемы.  Поэтому любые изменения в программе требовали много сил и времени. Выдающийся математик Джон фон Нейман, анализируя работу первых ЭВМ, пришел к выводу о необходимости хранения выполняющейся программы и обрабатываемых по этой программе данных внутри машины, в ее электронных схемах, а не вне ее – на перфокартах, перфолентах или разъемах со штекерами. Первой машиной с хранимой программой является компьютер «EDSAC», построенный М.Уилксом в Великобритании в 1949 году. С этой машины принято вести отсчет первого поколения ЭВМ.

      В нашей стране первые ЭВМ создавались примерно в тот же самый период. В 1947-1951 годах под руководством академика С.А.Лебедева была пущена первая советская вычислительная машина – «МЭСМ» (Малая Электронно-Счетная Машина). Кроме того, выпускались машины «Стрела», «Минск», «Урал», БЭСМ (Большая Электронно-Счетная Машина), М2, «Мир» и некоторые другие, разработанные под руководством крупных советских конструкторов и теоретиков И.С.Брука, М.А.Карцева, Б.И.Рамеева.

     Появление первого поколения компьютеров  стало возможно благодаря трем техническим новшествам: электронным вакуумным лампам, цифровому кодированию информации и созданию устройств искусственной памяти на электростатических трубках. Компьютеры первого поколения имели невысокую производительность: до нескольких тысяч операций в секунду. В компьютерах первого поколения использовалась архитектура фон Неймана. Средства программирования и программного обеспечение еще не были развиты, использовался низкоуровневый машинный язык. Область применения компьютеров была ограничена.

3.Второе поколение компьютеров (1956-1963 годы)

     Электронные вакуумные лампы выделяли большое  количество тепла, поглощали много  электрической энергии, были громоздкими, дорогими и ненадежными. Как бедствие, компьютеры первого поколения, построенные на вакуумных лампах, обладали низким быстродействием и невысокой надежностью. В 1947 году сотрудники американской компании "Белл" Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Бреттейн изобрели транзистор. Транзисторы выполняли те же функции, что и электронные лампы, но использовали электрические свойства полупроводников. Посравнению с вакуумными трубками транзисторы занимали в 200 раз меньше места и потребляли в 100 раз меньше электроэнергии. В то же время появляются новые устройства для организации памяти компьютеров - ферритовые сердечники изобретением транзистора и использованием новых технологий хранения данных в памяти появилась возможность значительно уменьшить размеры компьютеров, сделать их более быстрыми и надежными, а также значительно увеличить емкость памяти компьютеров. Машинный язык, применявшийся в первом поколении компьютеров, был крайне неудобен для восприятия человеком. Числовая кодировка операций, адресов ячеек и обрабатываемой информации, зависимость вида программы от ее места в памяти не давали возможности следить за смыслом программы. Для преодоления этих неудобств был придуман язык ассемблер. Для записи кодов операций и обрабатываемой информации в ассемблере используются стандартные обозначения, позволяющие записывать числа и текст в общепринятой форме, а для кодов команд - принятые мнемонические обозначения.

     В конце 50-х - начале 60-х годов компьютеры второго поколения стали интенсивно использоваться государственными организациями и крупными компаниями для решения различных задач. К 1965 году большая часть крупных компаний обрабатывала финансовую информацию с помощью компьютеров. Постепенно они приобретали черты современного нам компьютера. Так, в этот период были сконструированы такие устройства, как графопостроитель и принтер, носители информации на магнитной ленте и магнитных дисках и др. Расширение области применения компьютеров потребовало создания новых технологий программирования. Программное обеспечение, написанное на языке ассемблер для одного компьютера, было непригодно для работы на другом компьютере. Специалисты, использующие в своей деятельности компьютеры, вскоре ощутили потребность в более естественных языках, которые бы упрощали процесс программирования, а также позволяли переносить программы с одного компьютера на другой. Подобные языки программирования получили название языков высокого уровня. Для их использования необходимо иметь компилятор (или интерпретатор), то есть программу, которая преобразует операторы языка в машинный язык данного компьютера. Одним из первых языков программирования высокого уровня стал Фортран (FORTRAN - FORmula TRANslation), который предназначался для естественного сражения математических алгоритмов и стал необычайно популярен среди ученых. Нa Фортране можно писать большие программы, разбивая задачу на несколько частей (подпрограммы), которые программируются отдельно, а затем объединяются в единое целое. Со вторым поколением компьютеров началось развитие индустрии программного обеспечения. В целом, данный период развития вычислительной техники характеризуется применением для создания компьютеров транзисторов и памяти на ферритовых сердечниках, увеличением быстродействия компьютеров до нескольких сотен тысяч операций в секунду, возникновением новых технологий программирования, языкoв программирования высокого уровня, операционных систем. Компьютеры второго поколения получили широкое распространение, они использовались для научных, инженерных и финансовых расчетов, для обработки больших объемов данных на предприятиях, в банках, государственных организациях. Рис1.

4. Третье поколение компьютеров (1964-1971 годы)

     В 1958 инженер компании Texas Instruments Джек Килби предложил идею интегральной микросхемы - кремниевого кристалла, на который монтируются миниатюрные транзисторы и другие элементы. В том же году Килби представил первый образец интегральной микросхемы, содержащий пять транзисторных элементов на кристалле германия. Микросхема Килби занимала чуть больше сантиметра площади и была несколько миллиметров толщиной. Год спустя, независимо от Килби, Нойс разработал интегральную микросхему на основе кристалла кремния. Последствии Роберт Нойс основал компанию "Интел" по производству интегральных микросхем. Микросхемы работали значительно быстрее транзисторов и потребляли значительно меньше энергии. Первые интегральные микросхемы состояли всего из нескольких элементов. Однако, используя полупроводниковую технологию, ученые довольно быстро научились размещать на одной интегральной микросхеме сначала десятки, а затем сотни и больше транзисторных элементов.