Электронные счетные машины

ЛЕКЦИЯ

по дисциплине «Информационные системы в экономике»

для обучающихся по направлению подготовки (специальности) 080101.65

«Экономическая безопасность»

специализация (профиль) специалист

Тема № 1 «Введение в информационные системы и логические

основы компьютера»

Занятие № 1.2 «История развития и классификация ЭВМ»

Обсуждена на заседании ПМК (секции)

Протокол №18 от «29» марта 2013 г.

Санкт-Петербург

I. Цели занятия

1. Учебные.

Рассмотреть историю развития ЭВМ, принципы фон Неймана, платформы и классификацию вычислительных систем.

1. Воспитательные

Воспитывать у обучаемых стремление к углубленному изучению учебного материала.

II. Расчёт учебного времени

III. Литература

Основная

1. Информатика. Базовый курс. 2-е изд. Под ред. С.В. Симоновича. СПб.: Питер, 2005.

Дополнительная

1. Теоретические основы информатики. Учебное пособие. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002.

IV. Учебно-материальное обеспечение

1. Технические средства обучения: мультимедийный проектор, компьютер.

2.Слайды:

· Название темы.

· Учебные вопросы.

· Рекомендуемая литература.

· История развития ЭВМ.

· Принципы фон Неймана.

· Основные устройства ЭВМ.

· Классификация средств вычислительной техники

· Классификация ПК.

V. Текст лекции

Вводная частьОбъявление темы лекции, цели занятия и учебных вопросов.

Учебные вопросы

История развития вычислительных систем

Как был изобретен компьютер.

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно — сразу же, как только люди стали продавать и покупать товары. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Одно из первых устройств — абак, похожее на русские счеты, было создано около пяти тысяч лет назад в Вавилоне (на территории нынешних Ирана и Ирака).

Электронные счетные машины.

Современные вычислительные средства начинают свою историю с электронных счетных машин.

В 1937 г. Алан Тьюринг предложил универсальную схему вычислений. Его результаты были сформулированы в терминах гипотетической "машины" с удивительно простой структурой, которая обладала всеми необходимыми признаками универсальной вычислительной машины.

В 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX в. — электромеханических реле — смог построить на одном из предприятий фирмы IBM (International Business Machine corp.) вычислительную машину под названием «Марк—1». Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.

В 1946 г. Джон П. Экерт (род. 1919) и Джон В. Могли (1907—1980) разработали один из первых компьютеров для армии США— ENIAC (электронный числовой интегратор и калькулятор) на электронных лампах. По сравнению с современными ЭВМ он был очень громоздок — занимал целый зал и при этом выполнял гораздо меньше операций. ENIAC работал в 1000 раз быстрее чем «Марк—1», однако, для задания программы приходилось в течении нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить этот процесс, Могли и Экерт стали конструировать ЭВМ, которая могла бы хранить программу в своей памяти.

В 1945 г. к работе Могли и Экерта был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

В 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом был построен первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана.

Принципы фон Неймана

1. Принцип двоичного кодирования. Это означает, что вся информация в компьютере передается и хранится в двоичном виде.

2. Принцип программного управления. Тут речь идет о том, что программа представляет собой набор команд, которые процессор выполняет автоматически и в определенной последовательности.

3. Принцип однородности памяти. Разнотипная информация различается по способу использования, а не по способу кодирования.

4. Принцип адресности. Информация размещается в ячейках памяти, которые имеют точный адрес. Зная адрес, ЦП может получить доступ к нужной информации в любой момент времени.

Технология ЭВМ постепенно совершенствовалась, габариты компьютеров уменьшались, а их возможности увеличивались. Они стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

Технология ЭВМ постепенно совершенствовалась, габариты компьютеров уменьшались, а их возможности увеличивались. На первых компьютерах применялись электронные лампы. В 1948 г их заменили транзисторы, которые изобрели трое американских ученых — Джон Бардин (род. 1908), Уолтер Браттэйн (1902-1987) и Уильям Шокли (1910-1989). За свое изобретение они получили в 1956 г Нобелевскую премию по физике. В наши дни компактные калькуляторы и компьютеры используют микросхемы, состоящие из многих тысяч транзисторов. Они стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

Устройства компьютера.

Прежде всего компьютер должен иметь следующие устройства:

· арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

· устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

· запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

· внешние устройства для ввода-вывода информации.

Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек. В каждой ячейке могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

Вот каковы должны быть связи между устройствами компьютера (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные — информационные):

Арифметическо- логическое устройство		Устройство управления		Внешние устройства
		Запоминающие устройства

Рис.1. Устройства ЭВМ

Принципы работы компьютера.

В общих чертах работу компьютера можно описать так:

· с помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

· Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая команда (инструкция) программы, и организует ее выполнение.

· Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой.

Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Это позволяет организовать выполнение одной и той же последовательности команд в программе много раз (цикл) и создавать достаточно сложные программы (ветвление).

· Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода.

· Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит в режим ожидания сигналов от внешних устройств.

История ПЭВМ

Компьютеры 1-го и 2-го поколений были очень большими устройствами — огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием. Все это стоило очень дорого, поэтому компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям. Однако в борьбе за покупателей фирмы, производившие компьютеры и электронное оборудование для них, стремились сделать свою продукцию быстрее, компактнее и дешевле. Благодаря достижениям современной технологии на этом пути были достигнуты поистине впечатляющие результаты. К середине 60-х годов появились компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый миникомпьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол. Но к тому времени был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров.

В 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов.

В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами.

В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах.

В 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В том же году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру — Маршиан Эдвард Хофф из той же фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ.

Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в конце 1970 г. Конечно, возможности Intel-4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, — он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита одновременно).

В 1973 г. фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel-8008.

В 1974 г. — его усовершенствованную версию Intel-8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.

В 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 компьютера, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и большая ЭВМ.

В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый компьютер Альтаир-8800, построенный на основе микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер, разработанный фирмой MITS, продавался по цене около 500$. Хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом.

В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовало популярности компьютеров.

Успех фирмы MITS заставил многие фирмы также заняться производством персональных компьютеров. Появилось и несколько журналов, посвященных персональным компьютерам. Компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых применений. Появились и коммерчески распространяемые программы, например программа для редактирования текстов WordStar и табличный процессор VisiCalc (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти (и многие другие) программы сделали для Делового мира покупку компьютеров весьма выгодным вложением денег: с их помощью стало возможно значительно эффективнее выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т.д. В результате оказалось, что для многих организаций необходимые им расчеты стало возможно выполнять не на больших ЭВМ или миниЭВМ, а на персональных компьютерах, что значительно дешевле.

Платформы ЭВМ.

Платформа ЭВМ – это комплекс базовых аппаратно-программных средств на которых строится ЭВМ.

Платформа Digital

Корпорация Digital Equipment, некогда признанный лидер в области разработки и производства мини-ЭВМ. В конце 80 - начале 90-х годов фирма сосредоточила немалые силы на разработке революционного по тем временам 64-разрядного RISC-процессора Alpha AXP. Эта 64-разрядная суперскалярная архитектура, впервые увидев свет в 1992 г. (133-МГц процессор Alpha 21064), в сочетании с новой полностью 64-разрядной UNIX-подобной операционной системой OSF-1 на какое-то время обеспечила корпорации Digital лидерство в области мощных рабочих станций и серверов, в первую очередь предназначенных для научных расчетов, моделирования, САПР и других отраслей, требующих большого количества вычислений с плавающей точкой.

К сегодняшнему дню на рынок вступает уже третье поколение процессоров Alpha (21264). Их тактовые частоты возросли до 700 МГц, а быстродействие - до 50 и более единиц SPECfp95 (тесты производительности, широко применяемые для оценки скорости выполнения операций с плавающей точкой UNIX-серверами и рабочими станциями). Современные Alpha-серверы и рабочие станции строятся на процессорах 21164 и оснащаются одной из трех операционных систем - Digital UNIX ("наследница по прямой" версии 3.0 OSF-1), Windows NT или OpenVMS.

Платформа IBM

Корпорация IBM, в начале 80-х гг. не в первый (и, будем надеяться, не в последний) раз инициировавшая революцию в области информационных технологий, выпустив IBM PC, не переставала работать и по двум другим основным направлениям - разработке и изготовлению больших машин (мейнфреймов) и малых ЭВМ, предназначенных в первую очередь для обслуживания коммерческих организаций. В 1990 г., следуя за возникшей тогда "модой", фирма создает UNIX-рабочую станцию RS/6000 на RISC-процессоре POWER собственной разработки. Так родилось четвертое направление ее деятельности, интенсивно и весьма успешно развивающееся по сей день. Примерно в тот же период времени линия малых вычислительных систем для бизнеса System/36, развиваемая IBM с середины 70-х гг., была переведена на 64-разрядные процессоры PowerPC AS и под названием AS/400 начала триумфальное шествие по отделам автоматизации крупных и средних компаний. С тех пор "дерево" процессоров с архитектурой POWER и PowerPC сильно разрослось и стало довольно ветвистым, а сама архитектура подверглась значительным усовершенствованиям.

Платформа Apple

Технологические новинки, которые появились в течение прошедшего года, можно перечислять очень долго. Здесь и 350-МГц системы, и Mac OS 8, и совсем новые компьютеры на базе процессора PowerPC G3. Чтобы подробно их описать, не хватит не только этого, но и, пожалуй, еще двух-трех номеров журнала, поэтому мы ограничимся лишь кратким описанием современных моделей Macintosh.

Заметим сразу, что "комплектность" моделей у Apple идет по нарастающей, и если в одной из систем появилось некое устройство, то, значит, все последующие тоже будут им оснащены. Во избежание повторений функциональные возможности такого рода описываются лишь один раз, в той модели, в которой они впервые появляются.

Поиск по сайту: