История развития эвм. Поколения эвм
Электронная вычислительная машина (ЭВМ) — это устройство, которое призвано помочь человеку в выполнении рутинной работы. Это всего-навсего инструмент в руках человека, такой же, как калькулятор, станок и т.д. Но пользоваться этим инструментом необходимо уметь. Поскольку с помощью ЭВМ можно эффективно обрабатывать большие объемы информации, принципы использования ЭВМ и приемы работы с ними изучают именно в курсе информатики.
2.1. История развития вычислительной техники
Первые ЭВМ появились в середине ХХ века, хотя с древних времен человек пытался сделать устройства, помогающие ему в выполнении рутинной работы, какой является, например, арифметический счет. Считается, что к созданию первой ЭВМ привело слияние двух направлений развития человеческой мысли. Первоначально эти направления были взаимонезависимы. В дальнейшем их объединение привело к формированию принципов построения ЭВМ, а затем, при наличии надлежащей технической базы, ЭВМ стали реальностью.
Первое направление — стремление к автоматизации арифметического счета. В далекой древности в Средиземноморье существовало простейшее приспособление для счета абак. Он представлял собой дощечку, разделенную на полосы, по которым перемещались камешки. Абак использовался для ручного счета. В Древнем Риме подобные приспособления назывались calculi или abaculi. Слово calculus означает «галька», «голыш». От этого слова произошло латинское слово calculatore (вычислять), а затем слово «калькуляция». Необходимо отметить, что абак помогал только запомнить результат, а все арифметические действия должен был выполнять человек.
С
амая
первая механическая машина, автоматизирующая
счет, была построена немецким ученым
Вильгельмом Шиккардом (предположительно
в 1623г.). Машина была реализована в
единственном экземпляре и предназначалась
для выполнения арифметических операций.
Из-за недостаточной известности машины
Шиккарда более 300 лет считалось, что
первую суммирующую машину сконструировал
Блез Паскаль.
В 1642 году Б. Паскаль изобрел механическую машину для сложение чисел. В 1673 году машина Паскаля была доработана Г. Лейбницем. Арифметическая машина Лейбница, могла складывать и перемножать, делить числа и извлекать квадратный корень. С 1820 года начался серийный выпуск механических арифмометров.
Вторым направлением развития человеческой мысли, приведшим к построению ЭВМ, был принцип программной управляемости. Устройства, работающие согласно заранее заданной программе также существовали с глубокой древности. Ярким примером такого устройства является шарманка. «Программа», несущая информацию о последовательности извлечения звуков наносилась на вращающийся диск в виде помощью шипов. В эпоху первых буржуазных революций принцип программной управляемости был применен к ткацким станкам.
Предвестником идеи построения ЭВМ был английский математик и экономист Чарлз Бэббидж (Charles Babbage) (1791 --1871) и его ученица Ада Лавлейс (Ada Lovelace). Они впервые сформулировали идею создания программируемой счетной машины и в 1834 создали проект «аналитической машины».
В проекте аналитической машины Беббиджа были упомянуты все основные узлы современной ЭВМ, в том числе и принцип управления с помощью запоминающей программы.
Ч. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные части:
«склад» для хранения чисел (память);
«мельница» для производства арифметических действий (арифметико-логическое устройство);
устройство, управляющее последовательностью выполнения операций (устройство управления);
устройства ввода и вывода данных.
Однако этот проект остался нереализованным в силу отсутствия технической базы для его реализации.
Тем не менее, работа Ч. Бэббиджа была очень важна, поскольку впервые затрагивались вопросы программирования. Например, был разработан принцип «условной передачи управления». Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором со временем были построены ЭВМ.
Для аналитической машины были разработаны также первые программы. Ада Лавлейс в качестве примера составила программу вычисления чисел Бернулли.
В 1888 г. Германом Холлеритом (Herman Hollerith) была сконструирована первая электромеханическая машина для сортировки и подсчета перфокарт. Эта машина была использована при подведении итогов переписи населения в США.
Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем за десять лет до этого занимались 500 сотрудников в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.
В 1896 г. Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulation Company. Спустя несколько лет это предприятие переименовали в известнейшую теперь фирму International Business Machine Corporation (IBM).
Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse) был первым, кто успешно осуществил идею создания автоматической электромеханической вычислительной машины на основе двоичной системы счисления. В 1936 г. он начал конструировать вычислительный аппарат, работающий в двоичной системе счисления, который впоследствии был назван Zuse 1 (Z1).
В 1941 г. Цузе сумел построить действующую модель Zuse3, которая состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти.
В 1944 г. (по другим источникам, в 1943 г.) в Англии было разработано полностью автоматическое вычислительное устройство Colossus II. Основным его назначением была дешифровка перехваченных сообщений военного противника.
Еще одна полностью автоматическая вычислительная машина, изобретенная профессором Гарвардского университета Говардом Айкеном (Aiken Howard, 1900—1973), при участии группы инженеров фирмы IBM, была построена в 1944 г. Она была названа ASCC (другое название Mark 1) и была электромеханической (построена на реле), состоящей приблизительно из 750 тысяч компонентов. На умножение она тратила около 4 секунд. До знакомства с работами Цузе научная общественность считала машину ASCC первой электромеханической машиной.
В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию электронной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. Совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC (Atanasoff-Berry Computer).
Электронная вычислительная машина, разработанная Эккертом и Маучли (John W. Mauchly and J. Presper Eckert, Jr.) в США в 1946 г., была названа ENIAC. При создании этой машины Эккерт и Маучли заимствовали основные идеи у Дж. Атанасова. ENIAC была примерно в 1000 раз быстрее, чем ASCC. Она состояла из 18 тысяч электронных ламп, 1,5 тысячи реле, имела вес более 30 тонн, потребляла мощность более 150 кВт.
Первоначально ENIAC программировалась путем соединения проводами соответствующих гнезд на коммутационной панели, что делало составление программы очень медленным и утомительным занятием. Американский математик и физик венгерского происхождения Джон фон Нейман (1903—1957) предложил хранить программу — последовательность команд управления ЭВМ— в памяти ЭВМ, что позволяло оперировать с программой так же, как с данными.
Последующие ЭВМ строились с большим объемом памяти, с учетом того, что там будет храниться программа.
В докладе фон Неймана, посвященном описанию ЭВМ, выделено пять базовых элементов компьютера:
• арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство управления (УУ);
запоминающее устройство (ЗУ);
система ввода информации;
• система вывода информации.
Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.