| 7 классы | Планирование уроков на учебный год (ФГОС) | Основные компоненты компьютера и их функции

Урок 10
Основные компоненты компьютера и их функции

2.1.1. Компьютер

Ключевые слова:

компьютер процессор память устройства ввода информации устройства вывода информации

Одним из важных объектов, изучаемых на уроках информатики, является компьютер, получивший своё название по основной функции - проведению вычислений (англ. computer - вычислитель).

Первый компьютер был создан в 1945 г. в США. Познакомиться с историей компьютеров вы можете, совершив виртуальное путешествие по музеям вычислительной техники. Так, много интересной информации о компьютерах можно узнать, посетив . Обратите внимание, что для обозначения компьютерной техники 1940-1970-х годов часто используется аббревиатура ЭВМ (электронная вычислительная машина).

Современный компьютер - универсальное электронное программно управляемое устройство для работы с информацией.

Универсальным устройством компьютер называется потому, что он может применяться для многих целей - обрабатывать, хранить и передавать самую разнообразную информацию, использоваться человеком в разных видах деятельности.

Современные компьютеры могут обрабатывать разные виды информации : числа, текст, изображения, звуки. Информация любого вида представляется в компьютере в виде двоичного кода - последовательностей нулей и единиц. Некоторые способы двоичного кодирования представлены на рис. 2.1.

Информацию, предназначенную для обработки на компьютере и представленную в виде двоичного кода, принято называть двоичными данными или просто данными. Одним из основных достоинств двоичных данных является то, что их копируют, хранят и передают с использованием одних и тех же универсальных методов, независимо от вида исходной информации.

Способы двоичного кодирования текстов, звуков (голоса, музыки), изображений (фотографий, иллюстраций), последовательностей изображений (кино и видео), а также трёхмерных объектов были придуманы в 80-х годах прошлого века. Позже мы рассмотрим способы двоичного кодирования числовой, текстовой, графической и звуковой информации более подробно. Теперь же главное - знать, что последовательностям 1 и 0 в компьютерном представлении соответствуют электрические сигналы - «включено» и «выключено». Компьютер называется электронным устройством , потому что он состоит из множества электронных компонентов, обрабатывающих эти сигналы.

Обработку данных компьютер проводит в соответствии с программой - последовательностью команд, которые необходимо выполнить над данными для решения поставленной задачи. Как и данные, программы представляются в компьютере в виде двоичного кода. Программно управляемым устройством компьютер называется потому, что его работа осуществляется под управлением установленных на нём программ. Это программный принцип работы компьютера .

Современные компьютеры бывают самыми разными: от мощных компьютерных систем, занимающих целые залы и обеспечивающих одновременную работу многих пользователей, до мини-компьютеров, помещающихся на ладони (рис. 2.2).

Сегодня самым распространённым видом компьютеров является персональный компьютер (ПК) - компьютер, предназначенный для работы одного человека.

Слово «компьютер» уже давно и плотно укоренилось в мозгах даже самых «темных» слоев населения. Что это такое, на сегодняшний день хотя бы в общих чертах представляют даже папуасы Новой Гвинеи, что уж говорить о жителях нашей необъятной родины. Однако словосочетания «российский процессор» или «советский компьютер», к сожалению, вызывают ряд специфических ассоциаций. Допотопные устройства, громоздкие, слабые, неудобные, да и вообще, отечественная техника - это всегда повод для сарказма и иронии. К сожалению, мало кто знает, что СССР в определенные моменты истории вычислительной техники был «впереди планеты всей». И еще меньше информации вы найдете о современных отечественных разработках в этой области.

«Нет пророка в своем отечестве»

Советский Союз называют страной, обладавшей одной из самых сильных научных школ в мире, не только «квасные» патриоты. Это объективный факт, основанный на глубоком анализе системы образования экспертами Британской ассоциации педагогов. Исторически в СССР особый упор делался на подготовку специалистов в области естественных наук, инженеров и математиков. В середине XX века в стране Советов существовало несколько школ разработки вычислительной техники, и недостатка квалифицированных кадров для них не наблюдалось. Десятки талантливых ученых и инженеров участвовали в создании различных систем электронных счетных машин.

Разработки велись сразу в нескольких направлениях, от вычислительной техники высокой производительности до внедрения новых способов хранения данных. Здесь можно отметить и работы выдающегося ученого В.М.Глушкова, впервые выдвинувшего идею создания глобальной информационной инфраструктуры, и проектирование узкоспециализированных ЭВМ Н.Я.Матюхиным и М.А.Карцевым, и создание нетрадиционных архитектур вычислительных машин, в том числе уникального компьютера «Сетунь» на основе троичной логики, разработанного под руководством Н.П.Бруснецова.

Сергея Алексеевича Лебедева (1902 - 1974 гг.) небезосновательно называют основоположником развития вычислительной техники в Советском Союзе - под его руководством были разработаны 15 типов ЭВМ, от простейших ламповых до суперкомпьютеров на интегральных схемах.

Заря новой эпохи

Первые образцы электронных вычислительных машин были созданы примерно в одно и то же время в США и Великобритании. Чуть позже ЭВМ появились и в СССР. Разумеется, советские ученые знали, что на Западе такая техника уже существует, но, как и любая другая информация, просачивавшаяся в Россию во времена холодной войны, эти данные были весьма скудными и невнятными. Основная часть информации поступала от разведчиков, однако у них в те времена приоритетной задачей был военный шпионаж и исследования в области ядерного оружия. ЭВМ их интересовали только потому, что они находились в ведении американского военно-промышленного комплекса и были строго засекречены. Поэтому разговоры о том, что советская вычислительная техника копировалась с западных образцов, - не более чем инсинуации. Да и о каких «образцах» может идти речь, если действующие модели компьютеров в то время занимали два-три этажа и доступ к ним имел лишь весьма ограниченный круг лиц? Максимум, который могли получить отечественные шпионы, - отрывочные сведения из технической документации и стенограммы с научных конференций.

В конце 40-х годов в СССР сформировались основные научные школы, создававшие ЭВМ первого и второго поколений, появились первые проекты и их практическое воплощение. Это Пензенский НИИ математических машин, под руководством Б.И.Рамеева, занимавшийся разработкой универсальной вычислительной техники общего назначения. Это школа И.С.Брука, под руководством которого создавались малые и управляющие ЭВМ. И, конечно, коллектив выдающегося ученого академика С.А.Лебедева, являющегося основоположником центральных вычислительных машин в нашей стране.

Именно под руководством Лебедева была создана универсальная электронная счетная машина - первая в Европе.

МЭСМ И БЭСМ

В СССР было известно о создании американцами в 1946 году машины ENIAC - первой в мире ЭВМ с электронными лампами в качестве элементной базы и автоматическим программным управлением. В конце 1948 года Лебедев начал работу над своей машиной. Через год была разработана архитектура (практически с нуля, без каких-либо заимствований), а также принципиальные схемы отдельных блоков. В 1950 году ЭВМ была в рекордные сроки смонтирована силами всего лишь 12 научных сотрудников и 15 техников.

Свое детище Лебедев назвал «Малая электронная счетная машина», или МЭСМ. «Ребеночек», состоявший из шести тысяч электронных ламп, занял целое крыло двухэтажного здания. По сути это был лишь первый пробный шар в создании советских ЭВМ, можно сказать макет (кстати, буква «М» в аббревиатуре «МЭСМ» первоначально и означала «макет»). Однако вычислительные мощности этой машины сразу оказались востребованными - к ней выстраивались целые очереди из математиков с различными задачами, для решения которых требовался быстродействующий вычислитель.

При создании МЭСМ были использованы все основополагающие принципы создания компьютеров, такие как наличие устройств ввода и вывода, кодирование и хранение программы в памяти, автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой в памяти программы и т.д. Наконец, это была ЭВМ на основе использующейся и в настоящее время в вычислительной технике двоичной логики (ENIAC использовал десятичную систему).

Вслед за малой электронно-счетной машиной последовала и большая - БЭСМ-1. Разработка была завершена осенью 1952 года, после чего Лебедев стал действительным членом Академии наук СССР.

В новой машине был учтен опыт создания МЭСМ и применена улучшенная элементная база. Компьютер обладал быстродействием в 8-10 тысяч операций в секунду (против всего лишь 50 операций в секунду у МЭСМ), внешние запоминающие устройства были выполнены на основе магнитных лент и магнитных барабанов. Несколько позже ученые экспериментировали с накопителями на ртутных трубках, потенциалоскопах и ферритовых сердечниках.

Если в СССР о западных ЭВМ знали мало, то в Европе и США о советских компьютерах не знали практически ничего. Поэтому доклад Лебедева на научной конференции в Дармштадте стал настоящей сенсацией: оказалось, что собранная в Советском Союзе БЭСМ-1 является самым производительным компьютером в Европе и одним из самых мощных в мире.

Первые вычислительные машины в Союзе работали без продыху. Сверхбыстрые вычисления требовались математикам, конструкторам, ученым-термоядерщикам и многим-многим другим специалистам.

Результатом дальнейшей работы коллектива под руководством Лебедева стало развитие и усовершенствование БЭСМ-1. Был создан серийный образец суперкомпьютера М-20, выполнявший до 20 тысяч операций в секунду. Кроме того, специально для нужд военных, в том числе для Центра контроля космического пространства, было разработано несколько моделей ЭВМ с большей производительностью.

1958 год стал еще одной важной, хоть и малоизвестной вехой в развитии вычислительной техники. Под руководством В.С.Бурцева, ученика Лебедева, комплекс, состоявший из нескольких машин М-40 и М-50 (глубокая модернизации М-20), в том числе расположенных на мобильной платформе, был объединен между собой в беспроводную сеть, работавшую на расстояниях до 200 км. При этом официально считается, что первая в мире компьютерная сеть заработала только в 1965 году, когда были соединены компьютеры TX-2 Массачусетского технологического института и Q-32 корпорации SDC в Санта-Монике.

Второе поколение

К концу 50-х годов (с серьезным отставанием по времени от США) в СССР был налажен серийный выпуск транзисторов, ставших основой новой элементной базы ЭВМ взамен громоздких и ненадежных ламп. Первыми машинами на полупроводниках были БЭСМ-3М и БЭСМ-4. Правда, они почти полностью копировали архитектуру М-20, разница была лишь в использовании транзисторов вместо ламп.

Первой же полноценной машиной второго поколения стала БЭСМ-6. Эта машина обладала рекордным для того времени быстродействием - около миллиона операций в секунду. Многие принципы ее архитектуры и структурной организации стали настоящей революцией в вычислительной технике того периода и, по сути, были уже шагом в третье поколение ЭВМ.

В БЭСМ-6 было реализовано расслоение оперативной памяти на блоки, допускающие одновременную выборку информации, что позволило резко увеличить скорость обращений к системе памяти. Был впервые внедрен метод буферизации запросов, создан прообраз современной кэш-памяти, реализована эффективная система многозадачности и обращения к внешним устройствам и многие другие инновации, некоторые из которых применяются до сих пор. БЭСМ-6 оказалась настолько удачной, что серийно выпускалась в течение 20 лет и эффективно работала в различных государственных структурах и институтах.

Покорение Эльбруса

Следующим этапом стали работы по созданию супер-ЭВМ, семейство которых получило название «Эльбрус». Этот проект был начат еще Лебедевым, а после его смерти был возглавлен Бурцевым.

Первый многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус-1» был запущен в 1979 году. Он включал в себя 10 процессоров и обладал быстродействием порядка 15 миллионов операций в секунду. Эта машина на несколько лет опередила ведущие западные образцы ЭВМ. В «Эльбрус-1» была впервые в мире реализована так называемая симметричная многопроцессорная система с общей памятью, принцип которой используется по сей день в современных суперкомпьютерах.

«Эльбрусы» вообще внесли в теорию вычислительных машин ряд революционных новшеств. Это суперскалярность (обработка за один такт более одной инструкции), реализация защищенного программирования с аппаратными типами данных, конвейеризация (параллельная обработка нескольких инструкций) и др. Все эти возможности впервые появились в советских компьютерах. Еще одним основным отличием системы «Эльбрус» от ей подобных, выпускавшихся в Союзе ранее, является ориентация на языки программирования высокого уровня. Базовый язык («Автокод Эльбрус Эль-76») был создан В. М. Пентковским, который впоследствии стал главным архитектором процессоров Pentium.

Новое время, новые реалии

Из всего вышесказанного может сложиться впечатление, что история советской вычислительной техники - это череда побед и эпохальных достижений. Однако это не так. Инженеры, ученые и конструкторы, создававшие компьютеры в СССР, безусловно, были фатально недооценены как историей вообще, так и родным государством в частности. Основным заказчиком ЭВМ был военно-промышленный комплекс со своими специфическими задачами, и он дал жизнь множеству гениальных технических решений и поистине выдающимся образцам вычислительной техники. Но, к сожалению, зачастую это были узкоспециализированные машины, а требования, предъявляемые государством к компьютерам, носили декларативный характер.

Переход страны к новому времени и вовсе превратился в страшный кошмар для научно-исследовательских институтов и ученых. Работа коллективов, занимавшихся разработкой вычислительной техники, фактически остановилась на несколько лет. Многие ученые уехали за границу, где их таланты послужили развитию компьютерных технологий других стран.

По словам Кейта Диффендорфа, редактора бюллетеня Microprocessor Report, вместе с Пентковским в Intel переехал огромный опыт и совершенные технологии, разработанные в Советском Союзе, в том числе основополагающие принципы современных архитектур, такие как SMP (симметричная мультипроцессорная обработка), суперскалярная и EPIC (Explicitly Parallel Instruction Code - код с явным параллелизмом инструкций) архитектуры. На основе этих принципов в Союзе уже выпускались компьютеры, в то время как в США эти технологии только «витали в умах ученых».

Но история не терпит сослагательного наклонения, так что случилось так, как случилось, и сегодня мир пользуется не «Эльбрусами», а Pentium’ами.

Тем не менее, не все еще потеряно. В России по-прежнему ведутся разработки компьютерной техники. Информация о них отрывочна и противоречива. Так, немало уже копий сломано вокруг продолжающего свою историю «Эльбруса».

Взбудоражила общественность вышедшая в 1999 году статья все того же Кейта Диффендорфа «Русские идут» («The Russians Are Coming»), в которой он дал высокую оценку разработке российской компании МЦСТ (Московский центр SPARC-технологий), созданной на базе отделений Института точной механики и вычислительной техники имени С. А. Лебедева. Речь идет о микропроцессоре «Эльбрус-2000».

Основной отличительной чертой этого изделия является наиболее глубокое на сегодняшний день распараллеливание ресурсов для одновременно выполняющихся инструкций. В целом с этой разработкой есть множество неясностей и противоречий. Официальная версия гласит, что на реализацию проекта у МЦСТ не хватило средств. В то же время интригующие характеристики нереализованного процессора взбудоражили умы совета директоров компании Intel. Так, еще в 2002 году Борис Бабаян (руководитель группы разработчиков) в интервью ExtremeTech сообщил что «при технологических нормах 0,1 мкм процессор будет иметь тактовую частоту 3 ГГц и обеспечит производительность порядка 500 SPECint95 и 1200 SPECfp95». Согласитесь, в 2002 году тактовая частота в 3 ГГц не могла не привлечь внимания. Да и заявленные показатели производительности поражают воображение. Насколько эта информация верна - неизвестно, однако вскоре корпорация Intel заключила договор с компанией «Эльбрус МЦСТ» и объявила о зачислении их сотрудников в свой штат.

Однако история «Эльбруса» на этом не закончилась. 27 октября 2007 года появилась официальная информация о том, что российский микропроцессор «Эльбрус Е3М» прошел государственные испытания. Наиболее интригующая часть звучит следующим образом: «По архитектурно-логическим и программным решениям вычислительный комплекс «Эльбрус-3М1» находится на современном мировом уровне, а по ряду решений превосходит его». Заявлено, что по абсолютному быстродействию новый процессор ЕЗМ в среднем аналогичен Pentium 4 с частотой 2 ГГц. Что же касается архитектурного быстродействия, то новая разработка превосходит знаменитый Itanium в 2,5 раза, а Pentium 4 и Xeon - в 6,5 раз.

Какова будет дальнейшая судьба «Эльбруса», как обычно, покажет время.

История развития ЭВМ связана с именами выдающихся ученых, которые уверенно шли к своей цели - облегчить вычислительную с помощью машин.

История развития ЭВМ. Счетные машины

Блез Паскаль (1623-1662). В течение нескольких лет молодой ученый разработал более пятидесяти моделей счетных машин, стараясь помочь отцу считать налоги. В 1645 году создал «паскалину», которая выполняла сложение и вычитание.

Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) предложил которую назвал арифмометром. Она выполняла все арифметические действия.

Чарльз Беббидж (1792-1872) - первая программно-управляемая машина была почти закончена и состояла из двух частей: вычисляющей и печатающей. Выдвинул перспективные идеи о памяти машины и процессоре. Помощница ученого Огаста Ада Лавлейс разработала первую в мире программу для

История развития ЭВМ. Новые идеи, новые изобретения.

ЭВМ второго поколения (60-65 годы ХХ века). Элементная база - полупроводниковые транзисторы. Объем памяти (на магнитных сердечках) возрос в 32 раза, скорость увеличилась в 10 раз. Уменьшились размер и масса машин, повысилась их надежность. Были разработаны новые языки важные программирования: Algol, FORTRAN, COBOL, которые сделали возможным дальнейшеесовершенствование программ. В этот период создается процессор ввода-вывода, начинается использование операционных систем.

ЭВМ третьего поколения ((1965-1970 годы) поменяла транзисторы на интегральные микросхемы. Значительно снижены габариты ЭВМ, их стоимость. Появилась возможность использовать несколько программ на одной машине. Активно развивается программирование.

ЭВМ четвертого поколения (1970-1984 гг.) Смена элементной базы - размещение на одном кристалле десятки тысяч элементов. Значительное расширение пользовательской аудитории.

Дальнейшая история развития ЭВМ и ИКТ связана с совершенствованием микропроцессоров, разработкой микрокомпьютеров, которыми могут владеть отдельные люди. Стив Возняк разработал первый массовый домашний компьютер, а затем - первый персональный компьютер.

выберите шаблон, позволяющий правильно объединить все файлы имя которых заканчивается буквосочетанием "фы" и имеющих расширение из двух символов,в одну

группу?
А)*фы*.??
Б) *фы.??
В)фык*.??
Г)фф*фы.*????

Документ объёмом 8 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой

двумя способами:
А) сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать;
Б) передать по каналу связи без использования архиватора.
Какой способ быстрее и на сколько, если:
скорость передачи данных по каналу связи составляет 221 бит/с;
объём сжатого архиватором документа равен 50 % от исходного;
время, требуемое на сжатие документа, – 10 секунд, на распаковку –
3 секунды?
В ответе напишите букву А, если быстрее способ А, или Б, если быстрее
способ Б. Сразу после буквы напишите число, обозначающее, на сколько
секунд один способ быстрее другого.
Так, например, если способ Б быстрее способа А на 23 секунды, в ответе
нужно написать Б23.
Единицы измерения «секунд», «сек.», «с» к ответу добавлять не нужно.

Помогите решить на с++ или pascale срочно

Таймер - это часы, которые умеют подавать звуковой сигнал по прошествии некоторого периода времени. Напишите программу, которая определяет, когда должен быть подан звуковой сигнал.Входные данныеВ первой строке входного файла INPUT.TXT записано текущее время в формате ЧЧ:ММ:СС (с ведущими нулями). При этом оно удовлетворяет ограничениям: ЧЧ - от 00 до 23, ММ и СС - от 00 до 60.Во второй строке записан интервал времени, который должен быть измерен. Интервал записывается в формате Ч:М:С (где Ч, М и С - от 0 до 109, без ведущих нулей). Дополнительно если Ч=0 (или Ч=0 и М=0), то они могут быть опущены. Например, 100:60 на самом деле означает 100 минут 60 секунд, что то же самое, что 101:0 или 1:41:0. А 42 обозначает 42 секунды. 100:100:100 - 100 часов, 100 минут, 100 секунд, что то же самое, что 101:41:40.

ПОЖАЛУЙСТА! СРОЧНО!

У Толи есть доступ к сети Интернет по высокоскоростному одностороннему радиоканалу,обеспечивающему скорость получения информации 220 бит в секунду. У Миши нет скоростного доступа вИнтернет, но есть возможность получать информацию от Толи по низкоскоростному телефонному каналусо средней скоростью 213 бит в секунду. Миша договорился с Толей, что тот будет скачивать для негоданные объемом 10 Мбайт по высокоскоростному каналу и ретранслировать их Мише понизкоскоростному каналу. Компьютер Толи может начать ретрансляцию данных не раньше, чем им будутполучены первые 1024 Кбайт этих данных. Каков минимально возможный промежуток времени (всекундах) с момента начала скачивания Толей данных до полного их получения Мишей? В ответе укажитетолько число, слово «секунд» или букву «с» добавлять не нужно

2
Документ обьемом 10мбайт можно передать с одного компьютера на другой 2 способами а-сжать архиватором по каналу связи и распаковать
б-передать по каналу связи без использования архиватора
какой способ быстрее если
-средняя скорость передачи данных составляет 2^18бит в секунду
-объем сжатого архиватором документа равен 30% от исходного
-время требуемое на сжатие документа 7 секунд, на распаковку 1 секунда?
в ответе указать решение и на сколько их разница в секундах будет больше.

Как только человек открыл для себя понятие "количество", он сразу же принялся подбирать инструменты, оптимизирующие и облегчающие счёт. Сегодня сверхмощные компьютеры, основываясь на принципах математических вычислений, обрабатывают, хранят и передают информацию - важнейший ресурс и двигатель прогресса человечества. Нетрудно составить представление о том, как происходило развитие вычислительной техники, кратко рассмотрев основные этапы этого процесса.

Основные этапы развития вычислительной техники

Самая популярная классификация предлагает выделить основные этапы развития вычислительной техники по хронологическому принципу:

• Ручной этап. Он начался на заре человеческой эпохи и продолжался до середины XVII столетия. В этот период возникли основы счёта. Позднее, с формированием позиционных систем счисления, появились приспособления (счёты, абак, позднее - логарифмическая линейка), делающие возможными вычисления по разрядам.
• Механический этап. Начался в середине XVII и длился почти до конца XIX столетия. Уровень развития науки в этот период сделал возможным создание механических устройств, выполняющих основные арифметические действия и автоматически запоминающих старшие разряды.
• Электромеханический этап - самый короткий из всех, какие объединяет история развития вычислительной техники. Он длился всего около 60 лет. Это промежуток между изобретением в 1887 году первого табулятора до 1946 года, когда возникла самая первая ЭВМ (ENIAC). Новые машины, действие которых основывалось на электроприводе и электрическом реле, позволяли производить вычисления со значительно большей скоростью и точностью, однако процессом счёта по-прежнему должен был управлять человек.
• Электронный этап начался во второй половине прошлого столетия и продолжается в наши дни. Это история шести поколений электронно-вычислительных машин - от самых первых гигантских агрегатов, в основе которых лежали электронные лампы, и до сверхмощных современных суперкомпьютеров с огромным числом параллельно работающих процессоров, способных одновременно выполнить множество команд.

Этапы развития вычислительной техники разделены по хронологическому принципу достаточно условно. В то время, когда использовались одни типы ЭВМ, активно создавались предпосылки для появления следующих.

Самые первые приспособления для счёта

Наиболее ранний инструмент для счёта, который знает история развития вычислительной техники, - десять пальцев на руках человека. Результаты счёта первоначально фиксировались при помощи пальцев, зарубок на дереве и камне, специальных палочек, узелков.

С возникновением письменности появлялись и развивались различные способы записи чисел, были изобретены позиционные системы счисления (десятичная - в Индии, шестидесятиричная - в Вавилоне).

Примерно с IV века до нашей эры древние греки стали вести счёт при помощи абака. Первоначально это была глиняная плоская дощечка с нанесёнными на неё острым предметом полосками. Счёт осуществлялся путём размещения на этих полосах в определённом порядке мелких камней или других небольших предметов.

В Китае в IV столетии нашей эры появились семикосточковые счёты - суанпан (суаньпань). На прямоугольную деревянную раму натягивались проволочки или верёвки - от девяти и более. Ещё одна проволочка (верёвка), натянутая перпендикулярно остальным, разделяла суанпан на две неравные части. В большем отделении, именуемом "землёй", на проволочки было нанизано по пять косточек, в меньшем - "небе" - их было по две. Каждая из проволочек соответствовала десятичному разряду.

Традиционные счёты соробан стали популярными в Японии с XVI века, попав туда из Китая. В это же время счёты появились и в России.

В XVII столетии на основании логарифмов, открытых шотландским математиком Джоном Непером, англичанин Эдмонд Гантер изобрёл логарифмическую линейку. Это устройство постоянно совершенствовалось и дожило до наших дней. Оно позволяет умножать и делить числа, возводить в степень, определять логарифмы и тригонометрические функции.

Логарифмическая линейка стала прибором, завершающим развитие средств вычислительной техники на ручном (домеханическом) этапе.

Первые механические счётные устройства

В 1623 году немецким учёным Вильгельмом Шиккардом был создан первый механический "калькулятор", который он назвал считающими часами. Механизм этого прибора напоминал обычный часовой, состоящий из шестерёнок и звёздочек. Однако известно об этом изобретении стало только в середине прошлого столетия.

Качественным скачком в области технологии вычислительной техники стало изобретение суммирующей машины "Паскалины" в 1642 году. Её создатель, французский математик Блез Паскаль, начал работу над этим устройством, когда ему не было и 20 лет. "Паскалина" представляла собой механический прибор в виде ящичка с большим количеством взаимосвязанных шестерёнок. Числа, которые требовалось сложить, вводились в машину поворотами специальных колёсиков.

В 1673 году саксонский математик и философ Готфрид фон Лейбниц изобрёл машину, выполнявшую четыре основных математических действия и умевшую извлекать квадратный корень. Принцип её работы был основан на двоичной системе счисления, специально придуманной учёным.

В 1818 году француз Шарль (Карл) Ксавье Тома де Кольмар, взяв за основу идеи Лейбница, изобрёл арифмометр, умеющий умножать и делить. А ещё спустя два года англичанин Чарльз Бэббидж приступил к конструированию машины, которая способна была бы производить вычисления с точностью до 20 знаков после запятой. Этот проект так и остался неоконченным, однако в 1830 году его автор разработал другой - аналитическую машину для выполнения точных научных и технических расчётов. Управлять машиной предполагалось программным путём, а для ввода и вывода информации должны были использоваться перфорированные карты с разным расположением отверстий. Проект Бэббиджа предугадал развитие электронно-вычислительной техники и задачи, которые смогут быть решены с её помощью.

Примечательно, что слава первого в мире программиста принадлежит женщине - леди Аде Лавлейс (в девичестве Байрон). Именно она создала первые программы для вычислительной машины Бэббиджа. Её именем впоследствии был назван один из компьютерных языков.

Разработка первых аналогов компьютера

В 1887 году история развития вычислительной техники вышла на новый этап. Американскому инженеру Герману Голлериту (Холлериту) удалось сконструировать первую электромеханическую вычислительную машину - табулятор. В её механизме имелось реле, а также счётчики и особый сортировочный ящик. Прибор считывал и сортировал статистические записи, сделанные на перфокартах. В дальнейшем компания, основанная Голлеритом, стала костяком всемирно известного компьютерного гиганта IBM.

В 1930 году американец Ванновар Буш создал дифференциальный анализатор. В действие его приводило электричество, а для хранения данных использовались электронные лампы. Эта машина способна была быстро находить решения сложных математических задач.

Ещё через шесть лет английским учёным Аланом Тьюрингом была разработана концепция машины, ставшая теоретической основой для нынешних компьютеров. Она обладала всеми главными свойствами современного средства вычислительной техники: могла пошагово выполнять операции, которые были запрограммированы во внутренней памяти.

Спустя год после этого Джордж Стибиц, учёный из США, изобрёл первое в стране электромеханическое устройство, способное выполнять двоичное сложение. Его действия основывались на булевой алгебре - математической логике, созданной в середине XIX века Джорджем Булем: использовании логических операторов И, ИЛИ и НЕ. Позднее двоичный сумматор станет неотъемлемой частью цифровой ЭВМ.

В 1938 году сотрудник университета в Массачусетсе Клод Шеннон изложил принципы логического устройства вычислительной машины, применяющей электрические схемы для решения задач булевой алгебры.

Начало компьютерной эры

Правительства стран, участвующих во Второй мировой войне, осознавали стратегическую роль вычислительных машин в ведении военных действий. Это послужило толчком к разработкам и параллельному возникновению в этих странах первого поколения компьютеров.

Пионером в области компьютеростроения стал Конрад Цузе - немецкий инженер. В 1941 году им был создан первый вычислительный автомат, управляемый при помощи программы. Машина, названная Z3, была построена на телефонных реле, программы для неё кодировались на перфорированной ленте. Этот аппарат умел работать в двоичной системе, а также оперировать числами с плавающей запятой.

Первым действительно работающим программируемым компьютером официально признана следующая модель машины Цузе - Z4. Он также вошёл в историю как создатель первого высокоуровневого языка программирования, получившего название "Планкалкюль".

В 1942 году американские исследователи Джон Атанасов (Атанасофф) и Клиффорд Берри создали вычислительное устройство, работавшее на вакуумных трубках. Машина также использовла двоичный код, могла выполнять ряд логических операций.

В 1943 году в английской правительственной лаборатории, в обстановке секретности, была построена первая ЭВМ, получившая название "Колосс". В ней вместо электромеханических реле использовалось 2 тыс. электронных ламп для хранения и обработки информации. Она предназначалась для взлома и расшифровки кода секретных сообщений, передаваемых немецкой шифровальной машиной "Энигма", которая широко применялась вермахтом. Существование этого аппарата ещё долгое время держалось в строжайшей тайне. После окончания войны приказ о его уничтожении был подписан лично Уинстоном Черчиллем.

Разработка архитектуры

В 1945 году американским математиком венгерско-немецкого происхождения Джоном (Яношем Лайошем) фон Нейманом был создан прообраз архитектуры современных компьютеров. Он предложил записывать программу в виде кода непосредственно в память машины, подразумевая совместное хранение в памяти компьютера программ и данных.

Архитектура фон Неймана легла в основу создаваемого в то время в Соединённых Штатах первого универсального электронного компьютера - ENIAC. Этот гигант весил около 30 тонн и располагался на 170 квадратных метрах площади. В работе машины были задействованы 18 тыс. ламп. Этот компьютер мог произвести 300 операций умножения или 5 тыс. сложения за одну секунду.

Первая в Европе универсальная программируемая ЭВМ была создана в 1950 году в Советском Союзе (Украина). Группа киевских учёных, возглавляемая Сергеем Алексеевичем Лебедевым, сконструировала малую электронную счётную машину (МЭСМ). Её быстродействие составляло 50 операций в секунду, она содержала около 6 тыс. электровакуумных ламп.

В 1952 году отечественная вычислительная техника пополнилась БЭСМ - большой электронной счётной машиной, также разработанной под руководством Лебедева. Эта ЭВМ, выполнявшая в секунду до 10 тыс. операций, была на тот момент самой быстродействующей в Европе. Ввод информации в память машины происходил при помощи перфоленты, выводились данные посредством фотопечати.

В этот же период в СССР выпускалась серия больших ЭВМ под общим названием "Стрела" (автор разработки - Юрий Яковлевич Базилевский). С 1954 года в Пензе началось серийное производство универсальной ЭВМ "Урал" под руководством Башира Рамеева. Последние модели были аппаратно и программно совместимы друг с другом, имелся широкий выбор периферических устройств, позволяющий собирать машины различной комплектации.

Транзисторы. Выпуск первых серийных компьютеров

Однако лампы очень быстро выходили из строя, весьма затрудняя работу с машиной. Транзистор, изобретённый в 1947 году, сумел решить эту проблему. Используя электрические свойства полупроводников, он выполнял те же задачи, что и электронные лампы, однако занимал значительно меньший объём и расходовал не так много энергии. Наряду с появлением ферритовых сердечников для организации памяти компьютеров, использование транзисторов дало возможность заметно уменьшить размеры машин, сделать их ещё надёжнее и быстрее.

В 1954 году американская фирма "Техас Инструментс" начала серийно производить транзисторы, а два года спустя в Массачусетсе появился первый построенный на транзисторах компьютер второго поколения - ТХ-О.

В середине прошлого столетия значительная часть государственных организаций и крупных компаний использовала компьютеры для научных, финансовых, инженерных расчётов, работы с большими массивами данных. Постепенно ЭВМ приобретали знакомые нам сегодня черты. В этот период появились графопостроители, принтеры, носители информации на магнитных дисках и ленте.

Активное использование вычислительной техники привело к расширению областей её применения и потребовало создания новых программных технологий. Появились языки программирования высокого уровня, позволяющие переносить программы с одной машины на другую и упрощающие процесс написания кода ("Фортран", "Кобол" и другие). Появились особые программы-трансляторы, преобразовывающие код с этих языков в команды, прямо воспринимаемые машиной.

Появление интегральных микросхем

В 1958-1960 годах, благодаря инженерам из Соединённых Штатов Роберту Нойсу и Джеку Килби, мир узнал о существовании интегральных микросхем. На основе из кремниевого или германиевого кристалла монтировались миниатюрные транзисторы и другие компоненты, порой до сотни и тысячи. Микросхемы размером чуть более сантиметра работали гораздо быстрее, чем транзисторы, и потребляли намного меньше энергии. С их появлением история развития вычислительной техники связывает возникновение третьего поколения ЭВМ.

В 1964 году фирмой IBM был выпущен первый компьютер семейства SYSTEM 360, в основу которого легли интегральные микросхемы. С этого времени можно вести отсчёт массового выпуска ЭВМ. Всего было произведено более 20 тыс. экземпляров данного компьютера.

В 1972 году в СССР была разработана ЕС (единая серия) ЭВМ. Это были стандартизированные комплексы для работы вычислительных центров, имевшие общую систему команд. За основу была взята американская система IBM 360.

В следующем году компания DEC выпустила мини-компьютер PDP-8, ставший первым коммерческим проектом в этой области. Относительно низкая стоимость мини-компьютеров дала возможность использовать их и небольшим организациям.

В этот же период постоянно совершенствовалось программное обеспечение. Разрабатывались операционные системы, ориентированные на то, чтобы поддерживать максимальное количество внешних устройств, появлялись новые программы. В 1964 году разработали Бейсик - язык, предназначенный специально для подготовки начинающих программистов. Через пять лет после этого возник Паскаль, оказавшийся очень удобным для решения множества прикладных задач.

Персональные компьютеры

После 1970 года начался выпуск четвёртого поколения ЭВМ. Развитие вычислительной техники в это время характеризуется внедрением в производство компьютеров больших интегральных схем. Такие машины теперь могли совершать за одну секунду тысячи миллионов вычислительных операций, а ёмкость их ОЗУ увеличилась до 500 миллионов двоичных разрядов. Существенное снижение себестоимости микрокомпьютеров привело к тому, что возможность их купить постепенно появилась у обычного человека.

Одним из первых производителей персональных компьютеров стала компания Apple. Создавшие её Стив Джобс и Стив Возняк сконструировали первую модель ПК в 1976 году, дав ей название Apple I. Стоимость его составила всего 500 долларов. Через год была представлена следующая модель этой компании - Apple II.

Компьютер этого времени впервые стал похожим на бытовой прибор: помимо компактного размера, он имел изящный дизайн и интерфейс, удобный для пользователя. Распространение персональных компьютеров в конце 1970 годов привело к тому, что спрос на большие ЭВМ заметно упал. Этот факт всерьёз обеспокоил их производителя - компанию IBM, и в 1979 году она выпустила на рынок свой первый ПК.

Два года спустя появился первый микрокомпьютер этой фирмы с открытой архитектурой, основанный на 16-разрядном микропроцессоре 8088, производимом компанией "Интел". Компьютер комплектовался монохромным дисплеем, двумя дисководами для пятидюймовых дискет, оперативной памятью объемом 64 килобайта. По поручению компании-создателя фирма "Майкрософт" специально разработала операционную систему для этой машины. На рынке появились многочисленные клоны IBM PC, что подтолкнуло рост промышленного производства персональных ЭВМ.

В 1984 году компанией Apple был разработан и выпущен новый компьютер - Macintosh. Его операционная система была исключительно удобной для пользователя: представляла команды в виде графических изображений и позволяла вводить их с помощью манипулятора - мыши. Это сделало компьютер ещё более доступным, поскольку теперь от пользователя не требовалось никаких специальных навыков.

ЭВМ пятого поколения вычислительной техники некоторые источники датируют 1992-2013 годами. Вкратце их основная концепция формулируется так: это компьютеры, созданные на основе сверхсложных микропроцессоров, имеющие параллельно-векторную структуру, которая делает возможным одновременное выполнение десятков последовательных команд, заложенных в программу. Машины с несколькими сотнями процессоров, работающих параллельно, позволяют ещё более точно и быстро обрабатывать данные, а также создавать эффективно работающие сети.

Развитие современной вычислительной техники уже позволяет говорить и о компьютерах шестого поколения. Это электронные и оптоэлектронные ЭВМ, работающие на десятках тысяч микропроцессоров, характеризующиеся массовым параллелизмом и моделирующие архитектуру нейронных биологических систем, что позволяет им успешно распознавать сложные образы.

Последовательно рассмотрев все этапы развития вычислительной техники, следует отметить интересный факт: изобретения, хорошо зарекомендовавшие себя на каждом из них, сохранились до наших дней и с успехом продолжают использоваться.

Классы вычислительной техники

Существуют различные варианты классификации ЭВМ.

Так, по назначению компьютеры делятся:

• на универсальные - те, которые способны решать самые различные математические, экономические, инженерно-технические, научные и другие задачи;
• проблемно-ориентированные - решающие задачи более узкого направления, связанные, как правило, с управлением определёнными процессами (регистрация данных, накопление и обработка небольших объёмов информации, выполнение расчётов в соответствии с несложными алгоритмами). Они обладают более ограниченными программными и аппаратными ресурсами, чем первая группа компьютеров;
• специализированные компьютеры решают, как правило, строго определённые задачи. Они имеют узкоспециализированную структуру и при относительно низкой сложности устройства и управления достаточно надёжны и производительны в своей сфере. Это, к примеру, контроллеры или адаптеры, управляющие рядом устройств, а также программируемые микропроцессоры.

По размерам и производительной мощности современная электронно-вычислительная техника делится:

• на сверхбольшие (суперкомпьютеры);
• большие компьютеры;
• малые компьютеры;
• сверхмалые (микрокомпьютеры).

Таким образом, мы увидели, что устройства, сначала изобретённые человеком для учёта ресурсов и ценностей, а затем - быстрого и точного проведения сложных расчётов и вычислительных операций, постоянно развивались и совершенствовались.