история развития вычислительной техники. Лекция № 1 История развития вычислительной техники. Лекция1. История развития вычислительной техники Историю вычислительной техники принято делить на три основных этапа

Название	Лекция1. История развития вычислительной техники Историю вычислительной техники принято делить на три основных этапа
Анкор	история развития вычислительной техники
Дата	06.06.2022
Размер	26.34 Kb.
Формат файла
Имя файла	Лекция № 1 История развития вычислительной техники.docx
Тип	Лекция #571713

Лекция№1. История развития вычислительной техники

Историю вычислительной техники принято делить на три основных этапа: домеханический, механический и электронно-вычислительный. Эти три периода включают в себя весь прогресс человечества, который начинается от счета на пальцах и развивается до вычислений на компьютерах.

1. Счетные инструменты домеханического этапа (презентация)

Вестоницкая кость. Самым древним из найденных счетных инструментов считается кость с зарубками, найденная в древнем поселении Дольни Вестоници в Чехии. Находке 30 тыс. лет.
Абак. Изготовленная из камня или других материалов плита с линиями или желобками, в которые помещались и использовались для счета камешки или шарики. Инструмент получил распространение в странах Средиземноморья в V-VI веках н.э., но создан был значительно раньше. Самым древним инструментом плиточной формы является Саламинская доска, найденная на острове Саламин в Эгейском море и изготовленная примерно за 300 лет до н.э.
Узелковое письмо. Это несколько связанных между собой шерстяных или хлопчатобумажных ниток, знаками на этих нитях служили узлы с вплетенными в них камнями или цветными ракушками. Узелковое письмо использовалось для передачи письменных сообщений, наиболее широкое распространение получило в области Центральных Анд в XV-XVI веках н.э. Инки такой способ записи называли кипу (узел).
Суан-пан и соробан. Представляет собой прямоугольную раму с натянутыми параллельно друг другу нитями, на которые нанизаны шарики. Китайская разновидность инструмента появилась в VI веке н.э. и называлась суан-пан. В Японии инструмент появился в средние века под названием соробан, который известен в настоящее время как японские счеты.
Дощаный счет. Рамка с горизонтальными веревочками, на которые нанизывались сливовые или вишневые косточки. Инструмент получил распространение на Руси примерно с XV века, позже на его основе были созданы счеты.
Логарифмическая линейка. Первая логарифмическая линейка, пригодная для выполнения инженерных расчетов, была сконструирована в 1779 году английским механиком Джоном Ваттом и явилась переходным инструментом на пути к механическим счетным устройствам.

Несмотря на кажущуюся простоту, все инструменты домеханического этапа не только дожили до наших дней, но кое-где используются до настоящего времени.

2. Вычислительная техника на механическом этапе развития

Первым механическим счетным устройством принято считать тринадцатиразрядное суммирующее устройство на основе зубчатых колес, созданное Леонардо да Винчи в виде рисунка в XV веке.
Первая действующая механическая счетная машина была изготовлена в 1623 г. профессором математики Вильгельмом Шиккардом, в машине были механизированы операции сложения и вычитания.
Счетное устройство, на котором можно было выполнять четыре арифметических действия (арифмометр), была создана великим математиком Готфридом Лейбницом в 1673 г.
Арифмометр с зубчаткой и переменным количеством зубцов был разработан в России в 1873 г. Автором устройства был Вильгодт Однер, в 1890 году он наладил массовый выпуск арифмометров, которые в первой четверти XIX века были основными математическими машинами во всем мире.
Арифмометр «Феликс», разработанный В. Однером, с 1925 года до середины XX века производился в СССР и был широко распространенным механическим счетным устройством.

Все вычислительные устройства механического этапа были ручными и не могли использоваться без участия человека в процессе вычислений. Для выполнения каждой операции нужно было набирать исходные данные, приводить в движение счетный механизм, результаты всех операций записывать.

3. Электронно-вычислительный этап

В начале XX века были созданы технические предпосылки для разработки электронных вычислительных машин (ЭВМ):

ламповый диод, изобретенный в 1904 г. Дж. Флемингом в Англии;
ламповый триод, который создал в 1906 г. Ли де Форест (США);
ламповый триггер – устройство, которое сохраняет одно из двух устойчивых состояний и по сигналу переключается из одного состояния в другое. Открытие триггера было сделано независимо друг от друга М. А. Бонч-Бруевичем (СССР, 1918) и учеными У. Экклзом и Ф. Джорданом (Англия, 1919).

Первые образцы вычислительной техники начали создаваться в 30-х годах прошлого века, а в середине XX века разработкой ЭВМ занимались независимо в Германии, Великобритании, США и СССР. К ЭВМ первого поколения относятся, например:

электромеханическое устройство ЭНИГМА (Германия, 30-е годы), предназначенное для шифрования военных донесений;
электронная счетная машина COLOSSUS (Англия, 1943) для расшифровки кодированных сообщений;
электронный цифровой интегратор ЭНИАК (США, 1944), отличающийся 30-тонным весом и содержащий 18000 электронных ламп.

После Второй мировой войны были созданы ЭВМ с электронной памятью, в том числе, ЭВМ МЭСМ и БЭСМ (СССР, 1951, 1953). В 1965 году в СССР было налажено серийное производство ЭВМ ЕС.

Переход с электронных ламп на транзисторы и в дальнейшем на микропроцессоры значительно ускорил прогресс в развитии ЭВМ. Одним из примечательных результатов развития стало появление первого персонального компьютера Альтаир 8800 (США, 1970).

Можно выделить общие тенденции развития компьютеров:

Увеличение количества элементов на единицу площади.
Уменьшение размеров.
Увеличение скорости работы.
Снижение стоимости.
Развитие программных средств, с одной стороны, и упрощение, стандартизация аппаратных – с другой.

НУЛЕВОЕ ПОКОЛЕНИЕ. Механические вычислители

Предпосылки к появлению компьютера формировались, наверное, с древних времен, однако нередко обзор начинают со счетной машины Блеза Паскаля, которую он сконструировал в 1642 г. Эта машина могла выполнять лишь операции сложения и вычитания. В 70-х годах того же века Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, умеющую выполнять операции не только сложения и вычитания, но и умножения и деления.

В XIX веке большой вклад в будущее развитие вычислительной техники сделал Чарльз Бэббидж. Его разностная машина, хотя и умела только складывать и вычитать, зато результаты вычислений выдавливались на медной пластине (аналог средств ввода-вывода информации). В дальнейшем описанная Бэббиджем аналитическая машина должна была выполнять все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода-вывода (прямо таки компьютер … только механический), а главное могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась в устройстве ввода). Программы для аналитической машины писала Ада Ловлейс (первый известный программист). На самом деле машина не была реализована в то время из-за технических и финансовых сложностей. Мир отставал от хода мыслей Бэббиджа.

В XX веке автоматические счетные машины конструировали Конрад Зус, Джорж Стибитс, Джон Атанасов. Машина последнего включала, можно сказать, прототип ОЗУ, а также использовала бинарную арифметику. Релейные компьютеры Говарда Айкена: «Марк I» и «Марк II» были схожи по архитектуре с аналитической машиной Бэббиджа.

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ. Компьютеры на электронных лампах (1942-1955)

Быстродействие: несколько десятков тысяч операций в секунду.

Особенности:

Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тысячи, то машины имели огромные размеры.
Поскольку ламп много и они имеют свойство перегорать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышедшей из строя лампы.
Лампы выделяют большое количество тепла, следовательно, вычислительные машины требуют специальные мощные охладительные системы.

ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ. Компьютеры на транзисторах (1955-1965)

Быстродействие: сотни тысяч операций в секунду.

По сравнению с электронными лампами использование транзисторов позволило уменьшить размеры вычислительной техники, повысить надежность, увеличить скорость работы (до 1 млн. операций в секунду) и почти свести на нет теплоотдачу. Развиваются способы хранения информации: широко используется магнитная лента, позже появляются диски. В этот период была замечена первая компьютерная игра.

Первый компьютер на транзисторах TX стал прототипом для компьютеров ветки PDP фирмы DEC, которые можно считать родоначальниками компьютерной промышленности, т.к появилось явление массовой продажи машин. DEC выпускает первый миникомпьютер (размером со шкаф). Зафиксировано появление дисплея.

Фирма IBM также активно трудится, производя уже транзисторные версии своих компьютеров.

Компьютер 6600 фирмы CDC, который разработал Сеймур Крей, имел преимущество над другими компьютерами того времени – это его быстродействие, которое достигалось за счет параллельного выполнения команд.

ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ. Компьютеры на интегральных схемах (1965-1980)

Быстродействие: миллионы операций в секунду. Интегральная схема представляет собой электронную схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На такой схеме умещаются тысячи транзисторов. Следовательно, компьютеры этого поколения были вынуждены стать еще мельче, быстрее и дешевле.

Последнее свойство позволяло компьютерам проникать в различные сферы деятельности человека. Из-за этого они становились более специализированными (т.е. имелись различные вычислительные машины под различные задачи).

Появилась проблема совместимости выпускаемых моделей (программного обеспечения под них). Было реализовано мультипрограммирование (это когда в памяти находится несколько выполняемых программ, что дает эффект экономии ресурсов процессора).

ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)

Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.

Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось развитие программного обеспечения, чтобы личность могла использовать компьютер в соответствие со своей фантазией.

В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.

Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.

ПЯТОЕ ПОКОЛЕНИЕ?

Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и др.) или карманные компьютеры.

Также существует мнение, что к пятому поколению следует относить компьютеры с двуядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение началось примерно с 2005 года.

4. Закрепление изученного материала

Перечислите тенденции развития компьютерной техники?
Опишите нулевое поколение компьютерной техники?
Опишите первое поколение компьютерной техники?
Опишите второе поколение компьютерной техники?
Опишите третье поколение компьютерной техники?
Опишите четвертое поколение компьютерной техники?
Опишите пятое поколение компьютерной техники?

5. Подведение итогов урока.

6. Домашнее задание. Знать предпосылки и этапы развития вычислительной техники, элементную базу для каждого этапа. Конспект лекции.

Литература

1. Гельман В.Я. Медицинская информатика: Практикум. - 2-е изд. - СПб: Питер, 2014. - 480 с.

2. Информационные системы в здравоохранении / А.В. Гусев, Ф.А. Романов, И.П. Дуданов и др. - Петрозаводск, ПетрГУ, 2012 - 120 с.

3. Медицинская информатика: учебное пособ. / В.И. Чернов, О.В. Родионов, И.С. Есауленко и др. - Воронеж, 2016.- 282 с.

4. Назаренко Г.И., Гулиев Я.И., Ермаков Д.Е. Медицинские информационные системы: теория и практика / под ред. Г.И. Назаренко, Г.С. Осипова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2015. - 320 с.