Урок № 2. Истории развития ЭВМ. Поколения ЭВМ.

 

Цель

- Дать сведения из истории создания ЭВМ.

- Характеристики ЭВМ различных поколений.

 

Люди всегда стремились облегчить свой труд. Для этого они придумывали разнообразные механизмы приспособления усиливающие различные физические возможности человека. Но лишь не очень многие механизмы помогали людям лучше выполнять умственную работу. С этим можно было мириться сотни лет, пока большинство людей занимались в основном физическим трудом.

Первая электронная машина появилась в США в 1946 году называлась она ЭЛИАК Электронный численный интегратор и автоматический вычислитель. Она предназначалась для расчета арифметических таблиц.

На протяжении всей истории человек стремился облегчить жизнь с помощью различных приспособлений.

Когда-то устав грести веслом изобрели пару рычагов. Рычаг увеличил силу человеческой руки. Ткацкий станок облегчил труд ткача. Паровой котел или турбина ГЭС позволили преобразовать один вид энергии в другой.

Но прошло время когда человек задумался, а нельзя ли создать себе помощника в умственной деятельности?

И как это сделать. Механизм работает с конкретным осязаемым материалом, а мысль нечто абстрактное.

Можно ли её подвергнуть обработке? Оказалось можно. Познавая мир человек познавал и себя.

Познавая себя он искал ответ на такой вопрос Как я думаю, как движутся мои мысли. И человек нашел ответ:

Мысль - это поток информации, а человек обработчик её. Информацию можно описать, найти её название, образ в виде материального воплощения, следовательно обработать. Первые попытки это сделать, принадлежат древним. Они умели вычислять орбиты планет, составлять таблицы, календари, создавали сложные технические сооружения, все это требовало колоссальных усилий, затрачиваемых на вычисления.

Естественно что самой трудоёмкой области человеческого мышления была область математических вычислений, т.е. обработка арифметической информации. В глубокой древности появился первый счетный прибор - счетчик-абак, облегчающий арифметический счёт. Само слово абак не расшифровано но известно каким он был, на небольшую дощечку или глиняную плитку насыпают слой песка или пыли, затем разлиновывали на столбцы.

Каждый столбец начиная с первого слева или справа означал соответственно разряд единиц, десятков, сотен, единиц тысяч, десятков тысяч и т.д. Соответствующее значение количества значащих величин обозначалось количеством камешков в том или ином столбце, разряде.

Прибор собирать и разбирать было легко, да и материал имелся повсюду.

Такой простой прибор пришелся по душе купцам и с ними проник во все развитые страны Востока и Запада ещё в Древнем Риме на абаке можно было производить все четыре действия сложение, вычитание, а так же умножение, как последовательное сложение и деление как последовательное вычитание.

В Древнем Риме "абак " называли в переводе на наш язык галька. Отсюда произошло слово калькулятор. Этот не хитрый счетный инструмент весьма почитался в древности.

Богатые изготавливали его из дорогостоящих материалов - слоновой кости, сандалового дерева, черного дерева и украшали золотом и дорогими камнями. На территории нынешнего Китая и Монголии появился абак в котором камешки были заменены бусами, нанизанными на нити, укрепленные вертикально в деревянную рамку. Это был прообраз нынешних счет. Очень долгое время такой абак не знали в Западной Европе, но на Руси этот прибор известен издавна и был усовершенствован так, что получил название "русские счеты".

Они имели десятичную систему счисления в отличие от пятеричной в Азии и были обязательными для изучения в школе.

В Западную Европу счеты проникли только вместе с возвратившимися пленными наполеоновскими солдатами, т.е в нач.19 века и тоже быстро распространились были и другие таблицы . Как бы не усовершенствовались таблицы от "абак " они ушли не далеко, арифметические действия с большими числами оставались трудной и утомительной задачей. Это заставило ученых искать новые приборы. Вскоре стали использовать счеты линейки, которые стали называться логарифмическими (1620-1630 г).

Первые логарифмические линейки были изготовлены в виде подвижного круга и одним или нескольких колец с нанесенными на них делениями и числами.

Затем появились прямоугольные линейки с двумя неподвижными и одной внутренней подвижной шкалой (Роберт Биссакер). Затем ее снабдил бегунком (Джон Робесон).

Процесс изобретения счетных ячеек только-только набирал силу, когда начался этап действительной механизации счетных устройств, создание вычислительных машин.

ВМ отличаются от предшествующих ВМ тем, что ранее человек за прибор выполнял большую часть работы.

Машина же делала все сама.

Творцом первой ВМ механической, счетной считается Паскаль. В этих ВМ использовалось колесо. Скажем 1 поворот колеса 1 .Два поворота колеса 2 и т. д. Если построить устройства в котором на каждые 10 оборотов одного колеса другое поворачивается на 1 оборот, то мы будем иметь счетную машину с разрядами единиц (первое колесо), разрядами десятков второе колесо и умеющую осуществлять перенос значений из разряда в разряд. На такой машине можно осуществлять сложение, вычитание, умножение, деление.

Так устроены все механические арифмометры.

Но в машине Паскаля перенос чисел из разряда в разряд осуществляется вручную. Значительный вклад в развитие механических ВМ внесли русские ученые. В 1878 г великий математик и ученый Чебышев сконструировал арифмометр считавшийся одним из самых оригинальных к тому времени.

Чебышев изобрел механизм переноса цифр из разряда в разряд непрерывного действия тогда как до него были механизмы скачкообразного действия или вообще ручного. Чебышев подарил свой арифмометр в национальный музей искусств и ремесел в Париже. Такой же можно увидеть в политехническом музее в Москве. Его схема используется рядом зарубежных фирм, выпускающих счетные машины. Человечество основательно электрифицировала свою жизнь и появилась возможность строить сначала электромеханические, а затем релейные ВМ. Электронно-механическая машина "МАРК" 1944г. Айкен. Одна из наиболее современных релейных машин 1953 год Советский инженер Бессонов. 1250 умножений в мин. Сейчас уже мало

(кто помнит как выглядело 1 порно), что основной профессией первых ЭВМ появившихся в 50 годах было испытание человеческого терпения. ЭНИАК получил начало весьма нехорошей традиции, его младшие собратья компьютеры 1 ого поколения тоже работали не ахти как хорошо.

В среднем каждые 6 месяцев какая-нибудь из 18-20тыс., радиоламп составляющая основу ЭВМ перегорала. Выходили из строя и другие детали. Машины от этого постоянно хандрили давая повод для анекдотов.

Один кибернетик чуть ли не на полном серьезе утверждал, что его машина больше других цветов любит розовый цвет и требовал чтобы задания ей давали на перфокартах розового цвета. Постепенно с накоплением некоторого опыта, становились понятными и причины таких причуд.

Десятки тысяч радиоламп резисторов конденсаторов и т.д. делали арифмометры весьма чувствительными к тысячам мелочей, к качеству картона из которых делались перфокарты (розовый оказался чуть-чуть лучше) к мельчайшему облаку пудры и электростатическому полю, которое приносила Мэри одетая в синтетическое платье. Это были первые ЭВМ. А всего несколько 10 лет назад существовала многочисленная армия людей которая всю свою трудовую жизнь занималась вычислениями. Опытный вычислитель тратил на выполнение одного арифметического действия около 20 сек. Современные ЭВМ выполняют десятки миллионов операций в сек. Всего за 60 сек. благодаря ЭВМ скорость проведения вычислений возросла в сотни миллионов операций в секунду. До появления ЭВМ решение каждой практической задачи требующей больших вычислений было научным подвигом. Так великий математик Эйлер потерял зрение после трехдневного напряженного труда по расчету траектории кометы. ЭВМ решает эту задачу всего за несколько секунд. Наверняка в истории науки вошло открытие на "кончике пера" планеты Нептун французский астроном Урбен Леверье рассчитал ее траекторию проанализировав результаты наблюдений за планетой Уран он потратил на расчеты более трех лет ЭВМ несколько часов.

Подобные вычисления ЭВМ проводит постоянно. Ведь ежедневно нужно рассчитывать траекторию полетов сотен спутников.

1-ое поколение: МЭСМ, БЭСМ ламповые первая советская электронная ВМ хранит в памяти 31 число, 63 команды 50 оп/сек.

МЭСМ-малая (модель) электронная счетная машина создана в 1949 году в Киеве под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева основоположника советской ЭВ техники.

Эта ЭВМ привлекла всеобщее внимание и получила высокую оценку, как отечественных так и зарубежных специалистов. В последствии академик Лебедев был назначен директором института точной механики и вычислительной техники в Москве, где начинались работы по созданию быстродействующей электронной машины БЭСМ в 1952 году она вошла в строй в Москве ее быстродействие 10 в 6 степени оп /сек . Большой вклад в разработку теории автоматов а так же приложений ВТ к управлению производственными процессами и экономикой внес академик Виктор Михайлович Глушков организатор и первый директор института кибернетики АН СССР.

Его многочисленные работы по математике и кибернетики созданные им метода анализа самоорганизующихся и самообучающихся систем автоматов, новые принципы построения структур ЭВМ для инженерных расчетов получил всемирную известность он сделал больше чем кто либо для того чтобы сделать диалог человека с машиной как можно более простым и доступным.

2-ое поколение: Мир 1, Мир 2, Минск 22, 32, М222, БЭСМ 5,6.

В 1967 году была создана мощная ЭВМ, БЭСМ с быстродействием 10 в 6 степени оп\сек. новая элементная база позволила резко увеличить скорость работы машины. Уменьшились габариты устройств увеличились возможности. Вскоре на смену отдельным транзисторным диодам, резисторам пришли интегральные схемы.

Это открыло неограниченные возможности для проектирования ЭВМ нового типа уже 3его поколения.

3-ие поколение: ЕС 1020, 1030, 1035, 1050, 1065 Быстродействие 5 млн. оп/сек. Это поколение отличается от предыдущих только элементной базой, если раньше почти для каждой модели ЭВМ существуют свои отличия от других способы и язык программирования, то на машинах 3 поколения можно было использовать различные машинные языки программирования. Трудно услышать четкую границу между ЭВМ 3 и 4 поколения скорей всего она проходит в области применения т.к. элементная база у них одинакова и внутренняя структура тоже.

4-ое поколение: "Эльбрус-2" М-10 ЭВМ - 4 поколения используют большие интегральные схемы, в которых количество переключаемых элементов на кристалле кремния равно десяткам тысяч.

 

Электронные вычислительные машины (ЭВМ)

В отличие от предыдущих машин в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счетно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микро-ЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

- высокая точность вычислений;

- универсальность;

- автоматический вывод информации, необходимый для решения задачи;

- разнообразие задач, решаемых ЭВМ;

- независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

- сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);

- недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;

- сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;

- требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры.

 

Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ)

АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрированность, которая выполняется с помощью цифровых интегралов.

В АЦВМ числа подставляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).