Презентація на тему "Позиційні системи числення" з інформатики у форматі PowerPoint. У цій презентації для школярів розглянуті різні позиційні системи числення, які у різні історичні періоди. Автор презентації: Іванова Галина Анатоліївна.

Фрагменти із презентації

Чудова сімка

• Те, що 7 – число особливе, люди вважали дуже давно. Адже ще давні мисливці, а потім і давні землероби та скотарі спостерігали за небом. Їхню увагу здавна привертало сузір'я Великої Ведмедиці - зображення семи зірок цього сузір'я часто зустрічаються на найдавніших
• Існував ще глибший зв'язок між небом і "сімкою". Спостерігаючи зміни форми місячного диска, люди помітили, що через сім днів після молодика на небі видно половинку цього диска. А ще за сім днів увесь Місяць сяє на північному небі. Так прийшли вони до поняття про місячний місяць, що складався із чотирьох сім днів.

Жива лічильна машина

• Для рахунку потрібні стали назва, що дозволяли називати не одиниці, а десятки та сотні. І старі методи рахунку витіснив новий – рахунок на пальцях. Пальці виявилися чудовою обчислювальною машиною. З їхньою допомогою можна було рахувати до 5, а якщо взяти дві руки, то й до 10. А в країнах, де люди ходили босоніж, на пальцях легко було рахувати до 20. Тоді цього практично вистачало для більшості потреб людей.
• А навчившись рахувати на пальцях до десяти, люди зробили наступний крок уперед і почали рахувати десятками. І якщо одні папуаські племена вміли рахувати лише до шести, то інші доходили в рахунку до кількох десятків.
• У багатьох мовах слова "два" та "десять" співзвучні. Можливо, це пояснюється тим, що колись слово "десять" означало "дві руки". І зараз є племена, які говорять "дві руки" замість "десять" та "руки та ноги" замість "двадцять". А в Англії перші десять чисел називають загальним ім'ям – "пальці". Значить, і англійці колись рахували на пальцях

Абак та пальцевий рахунок

• Греки та римляни проводили обчислення за допомогою спеціальної рахункової дошки – абака. Дошка абака була поділена на смужки. Кожна смужка призначалася для відкладання тих чи інших розрядів чисел: у першу смужку ставили стільки камінчиків чи бобів, як у числі одиниць, у другу смужку - скільки у ньому десятків, у третю - скільки сотень, і таке інше. На малюнку показано число 510742. Один і той же камінчик на абаку міг означати і одиниці, і десятки, і сотні, і тисячі - вся справа лише в тому, на якій смужці він лежав. Найчастіше абаком користувалися для грошових розрахунків
• Рахунок на абаку змінив давніший рахунок на пальцях. Прихильники стародавнього способу стали його вдосконалювати. Вони навчилися навіть множити на пальцях однозначні числа від 6 до 9. Для цього на одній руці витягували стільки пальців, на скільки перший множник перевершує число 5, а на другій робили те саме для другого множника. Інші пальці загинали. Потім бралося число витягнутих пальців і множилося на 10, далі перемножувалися числа, які показували, скільки загнуто пальців на руках. До витягнутих пальців, помноженому на 10, додавалася отриманий твір.

Сорок і шістдесят

• Стрибок від десятка до сотні було зроблено не відразу. Спочатку наступним за десятьма числом стало в одних народів число 40, а в інших - 60. Те, що це число відігравало велику роль у росіян та їх предків, можна пояснити тим, що раніше в їхньому житті особливе значення мало число 4. Тому, коли почали вважати десятками, то саме чотири десятки вважалося найбільшим числом.
• Були народи, у яких у найглибшій старовині рахунок йшов до шести. Коли вони перейшли на рахунок десятками, то особливе становище отримали не чотири, а шість десятків. Так сталося у шумерів та давніх вавилонян. Від них шанування числа 60 перейшло до давніх греків
• Сліди рахунку шістдесятками збереглися до наших днів. Адже й досі ми ділимо годину на 60 хвилин, а хвилину на 60 секунд. Коло ділять на 360, тобто 6*60 градусів, градус – на 60 хвилин, а хвилину – на шістдесят секунд. Так що найточніший годинник і кутомірні прилади зберігають у собі пам'ять про давню давнину.

Вавилон

• Економічнішою була система запису, що застосовувалася у Вавилоні. Числа від 1 до 59 писалися приблизно так само, як і в Єгипті: одиниця позначалася клином, а десяток - знаком, складеним із двох косих клинів. А далі вавилоняни чинили майже так само, як це робимо зараз ми. Щоб написати, наприклад, число 205, тобто 3*
• 60 + 25 вони зображали. Перші три клини означали, що три рази береться одиниця вищого розряду (тобто 3 рази по 60), а далі йшло позначення 25.

Дюжини та гроси

• Серйозним суперником десяткової системи рахунку виявилася дванадцяткова. Замість десятків застосовували за рахунку дюжини, тобто групи із дванадцяти предметів. У багатьох країнах навіть тепер деякі товари, наприклад, виделки, ножі, ложки продають дюжинами
• А ще на початку 20-го століття у торгівлі застосовували і дюжину дюжин, яку називали "гросом", тобто "великою дюжиною", і навіть дюжину грос - "масу". Отже, перерахувавши предмети у дванадцятковій системі, можна було сказати: п'ять гроссів, вісім дюжин та ще шість картоплин.

Глядачі піднімають руки і викрикують щойно вигадані числа. Або пишуть їх на дошці, на табличках. У цей час на арені стоїть артист, який миттєво складає їх, віднімає, множить – робить усе, хоч би що захотіла публіка.

Такі живі «калькулятори» теж дуже популярні в цирку. Вони викликають захоплення як здатністю зробити у думці складні обчислення, а й швидкістю. Щойно на дошці білів стовпчик із трьох- і чотиризначних чисел, а вже за кілька секунд людський лічильник видав результат.

Але що ж стоїть за разючими здібностями?

Наполеглива праця із самого дитинства. Як правило, здатність швидко і легко рахувати в умі виявляється ще в ранньому віці. Так було у випадку з Вовочкою Зубрицьким - семирічним хлопчиком, який виступав у Петербурзі. Після цього артист починає її розвивати. Спочатку він складає прості числа, які бачить перед очима на аркуші паперу. Як тільки він це освоює досконало, числа стають більшими, стовпчик збільшується, йому потрібно швидко зробити кілька дій: скласти, помножити, витягти корінь.

Володимир Зубрицький

Значення були більшими, але часу на їхній підрахунок давалося все менше. Так циркові «математики» вчилися, побіжно подивившись на числа, швидко їх прорахувати в умі, запам'ятати кількість, колір та розташування потрібних предметів. Навіть якщо на вирішення завдання йому давалося всього кілька секунд, «феноменальна» пам'ять глядача дозволяла йому бачити ці цифри в розумі. Отже, списані дошка чи аркуш паперу йому вже не потрібні.

Відомими рахівниками, перед якими схилялися навіть цифри, були всесвітньо неймовірні Роман Арраго, Хейфіц, Яків Острін із дружиною та асистенткою Маргаритою Ждановою. Одне можна сказати точно: всі вони мали колосальну зорову пам'ять. Але без багаторічних тренувань зразками для наслідування вони не стали б.

Робота додана на сайт сайт: 2015-07-05

Замовити написання унікальної роботи

" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Лекція 2. Еволюція обчислювальної техніки

;font-family:"Times New Roman"" Теорія еволюції комп'ютерів

Сучасний стан обчислювальної техніки (ВТ) являє собою результат багаторічної еволюції. Останнім часом питання розвитку ВТ стали предметом особливо пильної уваги вчених, свідченням чого служить нова галузь знань, що активно розвивається, отримала назву «Теорія еволюції комп'ютерів» (Computer evolution theory).

Автори теорії звернули увагу на подібність закономірностей еволюції обчислювальної техніки та еволюції в біології. В основу нової науки покладено наступні постулати :

• самозародження «живих» обчислювальних систем з «неживих» елементів (у біології це явище відоме як абіогенез);
• поступальне просування по дереву еволюції від протопроцесорних (однопроцесорних) обчислювальних машин до поліпроцесорних (багатопроцесорних) обчислювальних систем;
• ;font-family:"Times New Roman"" прогрес в технології обчислювальних систем як наслідок корисних мутацій і варіацій;
• відмирання застарілих технологій в результаті природного відбору;
• ;font-family:"Times New Roman"" закон Мура як підтвердження еволюції обчислювальних систем.

На думку фахівців у галузі теорії еволюції комп'ютерів, вивчення закономірностей розвитку обчислювальних машин і систем може, як і в біології. привести до відчутних практичних результатів.

;font-family:"Times New Roman"" закон: Мура

19 квітня 1965 р., в журналі «Electronics» (vol. 39, № 8) у рубриці « Експерти дивляться в майбутнє" вийшла нині всесвітньо знаменита стаття Гордона Мура (Gordon Moore) "Cramming more components onto integrated circuits" (Об'єднання більшої кількості компонентів в інтегральних схемах). У цій статті Мур (майбутній співзасновник корпорації Intel), який працював тоді директором відділу розробок компанії Fairchild Semiconductors, дав прогноз розвитку мікроелектроніки на найближчі десять років на підставі аналізу шестирічного розвитку мікроелектроніки, передбачивши, що кількість елементів на кристалах електронних мікросхем буде й надалі подвоюватись щороку.

;font-family:"Times New Roman"" Існує кілька інтерпретацій закону Мура:

• найвигідніша кількість транзисторів на кристалі подвоюється щороку;
• число транзисторів у чіпах, що виробляються, подвоюється кожні два роки;
• технологічно можливе число транзисторів на кристалі мікропроцесора подвоюється кожні два роки;
• продуктивність мікропроцесорів подвоюється кожні 18 міс.;
• тактова частота мікропроцесорів подвоюється кожні 18 міс.

Заради справедливості, слід визнати, що так званий закон Мура не виконується з точністю, достатньою для того, щоб вважати його не лише законом, а й емпіричною залежністю.

;font-family:"Times New Roman"" Думалізм у розвитку техніки

Розвиток людини і суспільства нерозривно пов'язаний з прогресом у техніці взагалі та техніці для обчислень, зокрема. Мала і має місце тенденція до постійного посилення фізичних та обчислювальних можливостей людини шляхом створення знарядь, машин та систем машин.;font-family:"Times New Roman"" дуалізм у розвитку техніки;font-family:"Times New Roman"", який ілюструється двома еволюційними «рядами»:

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="-none-" lang="-none-">Фізичний ряд

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="-none-"

;font-family:"Times New Roman"" В історії обчислювальної техніки (ВТ) ясно виділяються два періоди:

1. найпростіші механічні та електромеханічні прилади та машини для обчислень (можна назвати «передісторією» або «давньою історією»);
2. ;font-family:"Times New Roman"" ЕОМ і паралельні обчислювальні системи («нова і новітня історія»).

Механічна ера обчислень

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Арифмометри

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Арифмометр;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK"> (від грец. arithmos ?число і метрів ¦ міра, вимірювач) настільна механічна лічильна машина з ручним управлінням до виконання чотирьох арифметичних дій.

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK"

;font-family:"Times New Roman"" 1492 рік.В одному зі своїх щоденників Леонардо да Вінчі наводить малюнок тринадцятирозрядного десяткового підсумовуючого пристрою на основі зубчастих коліс.

;font-family:"Times New Roman"" 1642 рік.Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623 1663) представляє «Паскалін» перше реально здійснене і отримало популярність механічне цифровий обчислювальний пристрій Прототип пристрою підсумовував та вичитав п'ятирозрядні десяткові числа.

;font-family:"Times New Roman"" 1673 рік.Готтфрід Вільгельм Лейбніц (Gottfried Wilhelm Leibniz, 1646 1716) створює «покроковий обчислювач» десятковий пристрій для виконання всіх чотирьох арифметичних операцій над 12-розрядними десятковими числами.

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" 1786 рік.Німецький військовий інженер Йоганн Мюллер (Johann Mueller, 1746 1830) висуває ідею «різницевої машини» спеціалізованого калькулятора для табулювання логарифмів, що обчислюються різницевим методом.

;font-family:"Times New Roman"" Широке поширення мав арифмометр, сконструйований в;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">1874;font-family:"Times New Roman"" петербурзьким механіком В. Т. Однером. Виробництво таких арифмометрів було налагоджено і в Росії (1890 р.), і за кордоном.Арифмометр В. Т. Однера послужив прототипом наступних моделей (зокрема, для моделі Фелікс, що випускалася в СРСР до 60-х років минулого століття).

;font-family:"Times New Roman"" Слід підкреслити, що будь-який;font-family:"Times New Roman"" арифмометр забезпечував не автоматизацію, а лише механізацію обчислень;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK"> (завдяки таким засобам як лічильник та регістри).

Рахунково-аналітичні машини

;font-family:"Times New Roman"" Рахунково-аналітичні машини з'явилися в кінці 19 і початку 20 століть.

Були ВМ для виконання бухгалтерських та фінансово-банківських операцій, статистичні ВМ, машини для вирішення завдань обчислювальної математики.

;font-family:"Times New Roman"" У таких машинах не тільки був досягнутий максимальний рівень механізації обчислень, але і була закладена можливість автоматизації при введенні чисел і при реалізації цілих серій операцій, у яких використовувалися перфокарти для введення даних та управління роботою.

;font-family:"Times New Roman""

1. ;font-family:"Times New Roman"" машини для виконання арифметичних дій над числами, нанесеними на перфокарти:

• ;font-family:"Times New Roman"" підсумуючі машини (табулятори),
• ;font-family:"Times New Roman"" розмножувальні машини (множні перфоратори або мультиплеєри);

1. ;font-family:"Times New Roman"" машини (сортувальні та розкладальні або сортувально-розкладальні) для реалізації інформаційно-логічних операцій: класифікації, вибірки карт з необхідними числами та ознаками, розташування карт у певному порядку, порівняння чисел тощо;
2. ;font-family:"Times New Roman"" перфоратори, тобто машини, які дозволяли людині наносити на карти отвори (виконувати перфорування карт);
3. додаткові машини, наприклад, контрольні апарати, репродуктори для перенесення пробивок з одних карт на інші.

Перша обчислювальна машина для вирішення диференціальних рівнянь була створена в Росії в 1904 р. кораблебудівником, механіком і математиком А. Н. Криловим (1863? 1945; академік Петербурзької АН з 1916 р.).

Конкретний комплекс лічильно-аналітичної техніки може складатися з різного числа пристроїв, але в нього обов'язково входять наступні чотири пристрої: перфоратор, контрольник, сортувальна машина та табулятор Перфоратор служить для пробивання отворів у перфокартах, а контрольник - для перевірки правильності цієї пробивки, тобто правильності перенесення інформації з вихідного документа на перфокарту.Зазвичай контрольник конструюється на основі перфоратора із заміною пробивного пристрою Основною функцією сортувальної машини є угруповання перфокарт за ознаками для подальшої обробки на табуляторі.

Основна машина рахунково-аналітичного комплексу - табулятор. Незалежно від конструкції його обов'язковими частинами є механізми, що забезпечують подачу перфокарт, сприйняття пробивок, рахунок пробивок та друкування результатів, а також пристрій керування.

Поряд з перерахованими до складу лічильно-аналітичного комплексу могли входити так звані доповнюючі, або спеціальні, машини, в тому числа підсумкові перфоратори (для перфорації нових перфокарт за підсумковими даними табулятора), перфоратори-репродуктори (для дублювання перфокарт, а також роботи як підсумкові перфоратори при їх з'єднанні з табуляторами), обчислювальні приставки до табуляторів і т. д.

До 1930 р. загальна кількість рахунково-аналітичних комплексів у світі досягла 6-8 тис. штук. Період розвитку перфораційної техніки вона застосовувалася головним чином у статистиці, з часом дедалі більше зростає застосування для бухгалтерського обліку, і, наприклад, у 40-ті роки в СРСР у статистиці використовувалося близько 10% лічильно-аналітичних машин, а понад 80% - у бухгалтерському обліку. .

Обчислювальна машина Ч.Беббіджа

Ідея створення універсальної великої обчислювальної машини (Great Calculating Engine) належить професору математики Кембриджського університету (Великобританія), члену Лондонського Королівського Товариства Чарльзу Беббеджу (Charles Babbage, 1792 1871; чл.-корр. Петербурзької АН з 1832 р.) По суті він мав задум створити;font-family:"Times New Roman"" автоматичниймеханічний цифровий комп'ютер (або, інакше кажучи, арифмометр з програмним управлінням) Проект ВМ був розроблений в 1833 р. .

Механічна машина Ч. Беббеджа за своєю функціональною структурою була досить близька до перших електронних ВМ. У ВМ передбачалися арифметичне і запам'ятовуючі пристрої, пристрої управління та введення-виведення інформації Автоматизація обчислень забезпечувалася пристроєм управління, який працював відповідно до програми послідовністю закодованих дій на перфокартах. ¦ команда умовного переходу).

;font-family:"Times New Roman"" Машина повинна була бути побудована з декількох тисяч рахункових коліс, мати запам'ятовуючий пристрій ємністю 1000 50-розрядних чисел і вбудовані таблиці логарифмів та інших елементарних функцій, яка повинна була розміщуватися на площі кілька квадратних метрів.

У 1835 р. була побудована найпростіша конфігурація ВМ, яка застосовувалася для логарифмування та розв'язання алгебраїчних рівнянь. Як писали сучасники , машина шукала рішення рівнянь за хвилини (проти досвідченим математиком, якому знадобилися дні).

Проект Ч. Беббеджа випереджав запити часу, технічні та технологічні можливості реалізації, він був дорогим. Саме тому Британський Парламент у 1842 р. припинив оплату проекту за грантом, Ч. Беббедж продовжував роботу над проектом понад 30 років і розробив 239 детальних креслень.

Обчислювальні машини Конрада Цузе

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Модель;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Z1;font-family:"Times New Roman"" була побудована в 1938 році; це була побудована в 1938 році;;font-family:"Times New Roman"" Перший у світі цифровий механічний комп'ютер з програмним управлінням;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" .;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Z1були також: двійкове кодування і система представлення чисел з плаваючою комою (або “напівлогарифмічна” система, якщо використовувати термінологію К. Цузе).При цьому довжина числа становила 21 розряд, з яких 1 розряд відводився під знак числа, 7 розрядів призначалися для порядку та його знака, 13 розрядів для мантиси.

Обчислювальна машина Z1 По суті тестова модель, яка ніколи не застосовувалася для практичних цілей. Ця машина була реконструйована в Берліні самим К.Цузе у 1980-х роках, зараз вона експонується у Берлінському музеї транспорту та технології.

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Модель Z2;font-family:"Times New Roman"" була створена в 1940 році, в ній вперше були застосовані електромеханічні реле. У машині Z2 арифметичний пристрій і пристрій управління було реалізовано на реле, а пам'ять залишалася механічною (від моделі Z1).

Така гібридна конфігурація ВМ була недостатньо надійною і практичного застосування не знайшла.

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Модель Z3;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">;font-family:"Times New Roman"" перша у світі двійкова електромеханічна ВМ з програмним;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" керуванням.Роботи зі створення машини Z3 були розпочаті в 1939 р., а її монтаж був повністю завершений 5 грудня 1941 р. .

Розглянемо архітектурні можливості ВМ Z3 При цьому, слідуючи традиції аналізу комп'ютерів, наведемо технічні характеристики та функціональну структуру машини Z3. .

;font-family:"Times New Roman"" Машина Z3 призначалася для виконання операцій складання, віднімання, множення, поділу, вилучення квадратного кореня і допоміжних функцій (в зокрема, двійково-десяткових перетворень чисел) Для подання чисел використовувалася двійкова система з плаваючою комою Довжина числа 22 двійкових розряду, з яких 1 розряд знак числа, 7 розрядів порядок або експонента (у додатковому коді), 14 розрядів мантиса (в нормалізованій формі.) Швидкодія ВМ при виконанні складання 3 або 4 операції в 1 сек., а час множення двох чисел становив 4 5 сек.

Принципи фон-Неймана

Архітектура фон Неймана (англ. Von Neumann architecture) широко відомий принцип спільного зберігання програм і даних у пам'яті комп'ютера; Обчислювальні системи такого роду часто позначають терміном "Машина фон Неймана", однак, відповідність цих понять не завжди однозначно.У загальному випадку, коли говорять про архітектуру фон Неймана, мають на увазі фізичне відділення процесорного модуля від пристроїв зберігання програм та даних.

Канонічну функціональну структуру ЕОМ (вище на схемі), пов'язують з ім'ям Дж. фон Неймана. Структура ЕОМ включає арифметико -логічний пристрій (АЛУ), пам'ять або запам'ятовуючий пристрій (ЗУ), пристрої введення (УВв) та виведення (УВив) інформації та пристрій управління (УУ) Функціональне призначення пристроїв ЕОМ: АЛУ служить для виконання арифметичних та логічних операцій над даними (операндами) : числами або словами, зокрема, літерними послідовностями), а також операцій умовного та безумовного переходів, ЗУ використовується для зберігання програм і даних; );УУ координує роботу всіх інших пристроїв при виконанні програм.

Конструкція ЕОМ базується на реченнях, висунутих Дж. фон Нейманом (John von Neumann, 1903 ? 57). час розробки машини EDVAC, в середині 1945 р., Дж. фон Нейман написав 100-сторінковий звіт, що підсумовує результати робіт над ЕОМ. Цей звіт став відомий як перший "малюнок". був недописаний, у ньому не вистачає багатьох посилань, однак у своєму звіті Дж. фон Нейман досить ясно виклав принципи роботи та функціональну структуру ЕОМ. перемикачів, що використовуються при програмуванні ENIAC, і зберігати програму роботи ЕОМ в її оперативному пристрої (пам'яті) і модифікувати програму за допомогою самої ж машини.

; font-family: "Times New Roman"" Опишемо архітектурні принципи побудови ЕОМ.

1. ;font-family:"Times New Roman"" Програмне управління роботою ЕОМПрограми складаються з окремих кроків команд, команда здійснює одиничний акт перетворення інформації.
2. ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Умовний перехідЦе можливість переходу в процесі обчислень на ту чи іншу ділянку програми в залежності від проміжних, одержуваних в ході обчислень. результатів (зазвичай залежно від знака результату після завершення арифметичної операції чи результату виконання логічної операції).
3. ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Принцип програми, що зберігається;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK"> визначає її запам'ятовування разом з вихідними даними в одній і тій же оперативній пам'яті.
4. ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Використання двійкової системи численняДля подання інформації в ЕОМ Це істотно розширило номенклатуру фізичних приладів і явищ, для застосування в ЕОМ.
5. ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Ієрархічність пам'яті (ЗП).;font-family:"Times New Roman"" З самого початку розвитку ЕОМ існувала невідповідність між швидкодіями АУ та оперативної пам'яті. ємністю, швидкодією, відносною дешевизною та надійністю.

Ці принципи Дж. фон Неймана, не дивлячись на свою простоту і очевидність, є фундаментальними положеннями, що визначили на багато хто. роки бурхливий розвиток обчислювальної техніки та кібернетики.

Покоління ЕОМ

Як вузлові моменти, що визначають появу нового покоління ВТ, зазвичай вибираються революційні ідеї або технологічні прориви, що кардинально змінюють подальше розвиток засобів автоматизації обчислень Однією з таких ідей прийнято вважати концепцію обчислювальної машини з програмою, що зберігається в пам'яті, сформульовану Джоном фон Нейманом, взявши її за точку відліку, історію розвитку ВТ можна представити у вигляді трьох етапів:

1. ;font-family:"Times New Roman"" до Нейманівського періоду;
2. ;font-family:"Times New Roman"" Ери обчислювальних машин і систем з фон-нейманівською архітектурою;
3. Пост Неймановської епохи ¦ епохи паралельних і розподілених обчислень, де поряд з традиційним підходом все більшу роль починають грати відмінні від фон-нейманівські принципи організації обчислювального процесу.

Значно більшого поширення, проте, отримала прив'язка поколінь до зміни технологій. Прийнято говорити про «механічну» еру (нульове) покоління) і наступних за нею п'яти поколіннях ЗС Перші чотири покоління традиційно пов'язують з елементною базою обчислювальних систем: електронні лампи, напівпровідникові прилади, інтегральні схеми малого ступеня інтеграції (ІМС), великі (ВІС), надвеликі (СВІС) та ультравеликі (УБС) інтегральні мікросхеми П'яте покоління в загальноприйнятій інтерпретації асоціюють не стільки з новою елементною базою, скільки з інтелектуальними можливостями ЗС. З огляду на те, що жодна з програм не призвела до очікуваних результатів, розмови про ВС п'ятого покоління потроху вщухають. З іншого боку, зарахування всіх ЗС з урахуванням надвеликих інтегральних схем (НВІС) до четвертого покоління не відбиває важливих змін у архітектурі ЗС, які сталися останніми роками. Щоб певною мірою простежити роль таких змін, скористаємося дещо відмінним трактуванням. Виділимо шість поколінь НД. Спробуємо коротко охарактеризувати кожне їх, виділяючи найбільш значущі події.

;font-family:"Times New Roman"" Перше покоління (1937?1953)

;font-family:"Times New Roman"" На роль першої в історії електронної обчислювальної машини в різні періоди претендувало кілька розробок. електронно-вакуумних ламп замість електромеханічних реле Передбачалося, що електронні ключі будуть значно надійнішими, оскільки в них відсутні рухомі частини, проте технологія того часу була настільки недосконалою, що за надійністю електронні лампи виявилися не набагато кращими, ніж реле. одна важлива перевага: виконані на них ключі могли перемикатися приблизно в тисячу разів швидше за свої електромеханічні аналоги.

Першою електронною обчислювальною машиною найчастіше називають спеціалізований калькулятор ABC (Atanasoff Berry Computer). Розроблений він був у період з 1939 по 1942 рік професором Джоном Атанасовим (John V. Atanasoff, 1903?1995) спільно з аспірантом Кліффордом Беррі (Clifford Berry, 1918?1963) і призначався для вирішення системи лінійних рівнянь9. на 50 слів довжиною 50 біт, а запам'ятовуючими елементами служили конденсатори з ланцюгами регенерації.В якості вторинної пам'яті використовувалися перфокарти, де отвори не перфорувалися, а пропалювалися.ABC став вважатися першою електронною ВМ, після того як судовим рішенням були анульовані патенти ENIAC Необхідно все ж відзначити, що ні ABC, ні ENIAC не є обчислювальними машинами в сучасному розумінні цього терміна і їх правильніше класифікувати як калькулятори.

Другим претендентом на першість вважається обчислювач Colossus, побудований в 1943 році в Англії біля Кембриджу, винахідником машини був професор Макс. Ньюмен (Max Newman, 19871984), а виготовив його Томмі Флауерс (Tommy Flowers, 19051998).Colossus був створений для розшифровки німецьких кодів.До складу команди розробників входив також Алан Тьюрінг. ,3 м, а загальна довжина її становила 5,5 м. У логічних схемах машини і в системі оптичного зчитування інформації використовувалося 2400 електронних ламп.

Нарешті, третій кандидат на роль першої електронної ВМ - вже згадуваний програмований електронний калькулятор загального призначення ENIAC (Electronic Numerical Integrator). and Computer (електронний цифровий інтегратор і обчислювач) Ідея калькулятора, висунута в 1942 році Джоном Мочлі (John J. Mauchly, 1907, 1980) з університету Пенсільванії, була реалізована ним спільно з Преспером Еккертом (9.1) У 1946 р. З самого початку ENIAC активно використовувався в програмі розробки водневої бомби, машина експлуатувалася до 1955 р. і застосовувалася для генерування випадкових чисел, передбачення погоди та проектування аеродинамічних труб.

Обчислювальну машину ENIAC характеризували такі показники: тактова частота 100 КГц; швидкодія 5000 і 350 операцій в секунду відповідно при складанні та множенні десятирозрядних десяткових чисел, кількості електронних ламп і електромагнітних реле 18000 і 1500, відповідно, споживана потужність 150 кіловат, вага 27 тонн, займана площа 200 м;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">2Створення машини ENIAC оцінюється в 486000 дол., ця сума перевищила початковий бюджет на 225%.

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Машина ENIAC ¦ це вручну конфігурація, що перебудовується, що складалася з трьох підсистем: керуючої, власне обчислювальної і введення-виводу. Керуюча підсистема була представлена ​​композицією з головного програмного пристрою (ГПУ) та двох додаткових програмних пристроїв (ДПУ). трьох пристроїв зберігання таблиць (УХТ) Підсистема введення-виводу складалася з пристроїв введення (УВВ) та виведення (УВВ) інформації.

Коли всі лампи працювали, інженерний персонал міг налаштувати ENIAC на нове завдання, вручну змінивши підключення 6000 проводів. При пробній експлуатації з'ясувалося, що надійність машини надзвичайно низька - пошук несправностей займав від кількох годин до кількох діб.За своєю структурою ENIAC нагадував механічні обчислювальні машини.10 тригерів з'єднувалися в кільце, утворюючи десятковий лічильник, який виконував роль лічильного колеса механічної машини. два тригери для представлення знака числа представляли запам'ятовуючий регістр.(Усього в ENIAC було 20 таких регістрів - УНС.) Система перенесення десятків у накопичувачах була аналогічна попередньому перенесення в машині Беббіджа.

;font-family:"Times New Roman"" Аналіз ENIAC

Зазначимо архітектурні переваги машина ENIAC:

• SIMD-архітектура, розподіленість та ієрархія засобів управління, змішаний синхронно-асинхронний спосіб управління обчисленнями;
• паралелізм при обробці даних (допускалася одночасна робота кількох обчислювальних пристроїв і паралельна обробка десяткових розрядів чисел);
• ручна реконфігурованість структури (ручне програмування «неспеціалізованої» машини під структуру розв'язуваної задачі);
• ;font-family:"Times New Roman"" однорідність, модульність і масштабованість (варіювання кількості пристроїв).

;font-family:"Times New Roman"" Отже, машина ENIAC мала сукупність архітектурних властивостей, які притаманні сучасним високопродуктивним паралельним обчислювальним системам. Проект ENIAC випереджав можливості елементної бази (лампової електроніки).

Якщо виходити з характеристик елементної бази 1940-х років (а в той час лампові елементи були швидкодіючими), то можна вказати на такі недоліки машини ENIAC:

• ;font-family:"Times New Roman"" ручне («механічне») трудомістке програмування ВМ під структуру розв'язуваною задачею (таке програмування тривало кілька годин або навіть днів );
• низька надійність, обумовлена ​​застосуванням великої кількості ламп, електромагнітних реле, механічних перемикачів і кабелів, а також і ручним програмуванням. структури машини;
• ;font-family:"Times New Roman"" мала ємність оперативної пам'яті (334 десятирозрядних десяткових чисел);
• ;font-family:"Times New Roman"" громіздкість і дорожнеча машини (18000 електронних ламп, 486000 доларів!):
• ;font-family:"Times New Roman"" апаратурна надмірність.

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK"Ця перша електронна ВМ, яка знайшла практичне застосування і була для свого часу інструментом розв'язання складних завдань.

У 1945 році групою Д. Мочлі виконували роботи з конструювання машини EDVAC. У розробці з 1945 року брав участь Дж. фон Нейман як консультант У 1947 р. група Д. Мочлі розпалася, тим не менш, інші фахівці Електротехнічної школи Мура завершили проект.

Відзначимо деякі показники EDVAC: тактова частота | 1 МГц (на порядок вище, ніж у ENIAC); швидкодія | 1000 операцій за секунду над 32-розрядними двійковими числами, ємність оперативної пам'яті 32768 байт, кількість електронних ламп 3000.

;font-family:"Times New Roman"" Функціональна структура машини EDVAC

Машина EDVAC складалася з центрального арифметичного пристрою (АУ), оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗУ), зовнішніх пристроїв (ОЗУ) ( ВЗУ), вхідного та вихідного вузлів (УВх, УВих) та центрального керуючого пристрою (УУ) На відміну від ENIAC, дана ЕОМ була послідовною машиною, вона не могла виконувати двох логічних або арифметичних операцій одночасно, на той час це було техніко-економічно обґрунтовано. .

Арифметичний пристрій призначався для виконання операцій складання, віднімання, множення, поділу, вилучення квадратного кореня, для перетворення чисел з двійкової системи числення в десяткову і назад, для пересилань чисел з одних регістрів АУ до інших, а також між ОЗП та регістрів АУ та для здійснення вибору;font-family:"Times New Roman"" одного з двох чисел в залежності від знака третього числа;font-family:"Times New Roman"" XML:lang="uk-UK" lang="uk-UK">.;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">(умовного переходу);font-family:"Times New Roman"" від однієї команди програми до іншої. Числа в АУ оброблялися послідовно, починаючи з останнього значущого розряду, і в кожен момент часу виконувалась лише одна операція: реєстри АУ - це лінії затримки на одне 32-розрядне двійкове слово.

Пристрій управління призначався для координації роботи інших пристроїв ЕОМ, зокрема, воно формувало потік команд в АУ. Синхронізація роботи всіх пристроїв ЕОМ здійснювалася від єдиного джерела імпульсів, названого "годинником" (зараз, це генератор тактових або синхронізуючих імпульсів).

;font-family:"Times New Roman"" У машині EDVAC перший двійковий розряд кожного слова використовувався для ідентифікації команд і чисел, причому одиниця відповідала команді, а нуль числу В EDVAC використовувалися одноадресні команди, для завдання коду операції та адреси операнда в ОЗУ відводилося відповідно 8 і 13 розрядів.

;font-family:"Times New Roman"" Таким чином, машина;font-family:"Times New Roman"" EDVAC була повністю автоматичним програмованим обчислювальним засобом;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">.

;font-family:"Times New Roman"" Аналіз машини EDVAC

;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Машина EDVAC мала жорстку функціональну структуру. За своєю архітектурою EDVAC відноситься до класу SISD (Single Instruction stream / Single Data stream), якщо слідувати класифікації М. Флінна.У EDVAC одиночний потік команд обробляв одиночний потік даних.Три покоління ЕОМ - це по суті еволюційні модифікації машини з архітектурою SISD.

Підкреслимо архітектурні особливості машини EDVAC:

• ;font-family:"Times New Roman"" SISD-архітектура, синхронний метод керування пристроями;
• ;font-family:"Times New Roman"" автоматизація обчислень (можливість зберігання програми в пам'яті та її автоматичної модифікації);
• ;font-family:"Times New Roman"" послідовний спосіб обробки інформації;
• ;font-family:"Times New Roman"" фіксованість структури (неможливість навіть ручного реконфігурування, за винятком ВЗП);
• ;font-family:"Times New Roman"" конструктивна неоднорідність.

Архітектурні рішення, покладені в основу ЕОМ, призвели до простоти її реалізації: знадобилося близько 3000 електронних ламп (замість 18000). в ENIAC) Рівень складності та досягнуті технічні характеристики (показники продуктивності, ємності пам'яті та надійності) ЕОМ цілком відповідали рівню техніки та потребам 50-х років 20 століття.

• ;font-family:"Times New Roman"" кількість двійкових розрядів для представлення чисел 32,
• ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">тактова частота |
• ;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">ємність оперативної пам'яті біт = 32 Кбайт.

Незважаючи на послідовний характер роботи, обчислювальна машина EDVAC не поступалася за продуктивністю ENIAC. Наприклад, швидкодії ENIAC і EDVAC при виконання операцій множення оцінювалися відповідно величинами: 357 опер./с (над 10-розрядними десятковими числами) та 1000 опер./с (над 32-розрядними двійковими числами).

;font-family:"Times New Roman""xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">Таким чином,електронні обчислювальні машини ENIAC і EDVAC відображають дуалізм у розвитку цифрових засобів інформатики, інакше кажучи, констатують неминучість двох початків: паралельних та послідовних архітектур;font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK">.

;font-family:"Times New Roman"" Друге покоління (1954?1962)

Друге покоління характеризується рядом досягнень в елементній базі, структурі та програмному забезпеченні. Прийнято вважати, що приводом для виділення нового покоління ВМ стали технологічні зміни, і, головним чином, перехід від електронних ламп до напівпровідникових діодів та транзисторів з часом перемикання близько 0,3 мс.

Першою ВМ, виконаною повністю на напівпровідникових діодах і транзисторах, стала TRADIC (TRAnisitor DIgital Computer), побудована в Bell Labs на замовлення військово-повітряних сил США як прототип бортовий ВМ.Машина складалася з 700 транзисторів і 10 000 германієвих діодів.За два роки експлуатації TRADIC відмовили тільки 17 напівпровідникових елементів, що говорить про прорив в області надійності, порівняно з машинами на електронних лампах Другою гідною згадки повністю напівпровідникової ВМ стала TX-0, створена в 1957 році в Массачусетському технологічному інституті.

Технічний прогрес доповнюють важливі зміни в архітектурі ВМ. Перш за все це стосується появи в складі процесора ВМ індексних регістрів, що дозволило спростити доступ до елементів масивів.Першому, при циклічній обробці елементів масиву, необхідно було модифікувати код команди, зокрема зберігається в ньому адреса елемента масиву. індексних регістрів адреса елемента масиву обчислюється як сума адресної частини команди та вмісту індексного регістру, що дозволяє звернутися до будь-якого елемента масиву, не торкаючись коду команди, а лише модифікуючи вміст індексного регістру.

Другою принциповою зміною в структурі ВМ стало додавання апаратного блоку обробки чисел у форматі з плаваючою комою. До цього обробка речових чисел проводилася за допомогою підпрограм, кожна з яких імітувала виконання якоїсь однієї операції з плаваючою комою (складання, множення тощо), використовуючи для цієї мети звичайний цілий арифметико-логічний пристрій.

Третє значуще нововведення в архітектурі ВМ Поява в складі обчислювальної машини процесорів введення/виводу, що дозволяють звільнити центральний процесор від рутинних операцій з керування введенням/виводом і забезпечують більш високу пропускну здатність тракту «пам'ять пристрою введення/виводу» (УВВ).

Нарешті, не можна не відзначити значні події у сфері програмного забезпечення, а саме створення мов програмування високого рівня: Фортрана ( 1956), Алгола (1958) та Кобола (1959).

Третє покоління (1963?1972);

Третє покоління ознаменувалося різким збільшенням обчислювальної потужності ВМ, що стало наслідком великих успіхів у галузі архітектури, технології та програмного забезпечення. Основні технологічні досягнення пов'язані з переходом від дискретних напівпровідникових елементів до інтегральних мікросхем і початком застосування напівпровідникових пристроїв, що починають витісняти ЗП на магнітних сердечниках, що відбулися і в архітектурі ВМ. а також настання ери конвеєризації та паралельної обробки В області програмного забезпечення визначальними віхами стали перші операційні системи та реалізація режиму поділу часу.

У перших ВМ третього покоління використовувалися інтегральні схеми з малим ступенем інтеграції (small-scale integrated circuits, SSI), де на одному кристалі розміщується близько 10 транзисторів Ближче до кінця періоду, що розглядається, на зміну SSI стали приходити інтегральні схеми середнього ступеня інтеграції (medium-scale integrated circuits, MSI), в яких число транзисторів на кристалі збільшилося на порядок. застосування багатошарових друкованих плат Все ширше потрібні переваги паралельної обробки, що реалізуються за рахунок множинних функціональних блоків, суміщення в часі роботи центрального процесора та операцій вводу/виводу, конвеєризації потоків команд та даних.

У 1964 році Сеймур Крей (Seymour Cray, 1925?1996) побудував обчислювальну систему CDC 6600, в архітектуру якої вперше було закладено функціональний паралелізм, завдяки наявності 10 незалежних функціональних блоків, здатних працювати паралельно, і 32 незалежних модулів пам'яті вдалося досягти швидкодії в 1 MFLOPS (мільйон операцій з плаваючою комою в секунду).П'ятьма роками пізніше Крей створив CDC 7600 з конвеєрами Швидкодія 10 MFLOPS CDC 7600 називають першою конвеєрною обчислювальною системою (конвеєрним процесором) Революційною віхою в історії ВТ стало створення сімейства обчислювальних машин IBM 360, архітектура і програмне забезпечення яких на довгі роки служили еталоном для наступних великих машин. цього сімейства знайшли втілення багато нових для того періоду ідеї, зокрема: попередня вибірка команд, окремі блоки для операцій з фіксованою та плаваючою комою, конвеєризація команд, кеш-пам'ять. До третього покоління ВС відносяться також перші паралельні обчислювальні системи: SOLOMON корпорації Westinghause та ILLIAC IV – спільна розробка Іллінойського університету та компанії Burroughs. Третє покоління ВТ ознаменувалося також появою перших конвеєрно-векторних ЗС: TI-ASC (Texas Instruments Advanced Scientific Computer) та STAR-100 фірми СВС.

;font-family:"Times New Roman"" Четверте покоління (1972?1984)

Відлік четвертого покоління зазвичай ведуть з переходу на інтегральні мікросхеми великий (large-scale integration, LSI) і надвеликий ( very large-scale integration, VLSI) ступеня інтеграції До перших відносять схеми, що містять близько 1000 транзисторів на кристалі, в той час як число транзисторів на одному кристалі VLSI має порядок 100 000. При таких рівнях інтеграції стало можливим вмістити в одну мікросхему не тільки центральний процесор, а й обчислювальну машину (ЦП, основну пам'ять і систему вводу/вывода).

Кінець 70-х і початок 80-х років - це час становлення і подальшої переможної ходи мікропроцесорів і мікроЕОМ, що, однак, не знижує важливості змін, що відбулися в архітектурі інших типів обчислювальних машин та систем.

Одним з найбільш значущих подій в галузі архітектури ВМ стала ідея обчислювальної машини зі скороченим набором команд (RISC, Redused Instruction). Set Computer), висунута в 1975 році і вперше реалізована в 1980. У спрощеному викладі суть концепція RISC полягає у зведенні набору команд ВМ до найуживаніших найпростіших команд, що дозволяє спростити схемотехніку процесора і домогтися різкого скорочення часу виконання кожної з «простих» команд Більш складні команди реалізуються як підпрограми, складені зі швидких «простих» команд.

У ВМ і ВС четвертого покоління практично йдуть зі сцени ЗУ на магнітних сердечниках і основна пам'ять будується з напівпровідникових пристроїв, що запам'ятовують пристроїв. (ЗУ) До цього використання напівпровідникових ЗУ обмежувалося лише регістрами та кеш-пам'яттю.

У сфері високопродуктивних обчислень домінують векторні обчислювальні системи, більш відомі як суперЕОМ.Розробляються нові паралельні архітектури, проте подібні роботи Поки що носять експериментальний характер.На заміну великим ВМ, що працюють в режимі поділу часу, приходять індивідуальні мікроЕОМ і робочі станції (цим терміном позначають мережевий комп'ютер, що використовує ресурси сервера).

;font-family:"Times New Roman"" П'яте покоління (1984?1990)

Головним приводом для виділення обчислювальних систем другої половини 80-х років у самостійне покоління став стрімкий розвиток ЗС з сотнями процесорів. , що стало спонукальним мотивом для прогресу в області паралельних обчислень Раніше паралелізм обчислень виражався лише у вигляді конвеєризації, векторної обробки та розподілу роботи між невеликим числом процесорів. окремого користувача.

;font-family:"Times New Roman"" У рамках п'ятого покоління в архітектурі обчислювальних систем сформувалися два принципово різних підходи: архітектура з спільно використовуваною пам'яттю і архітектура з розподіленою пам'яттю.

Шосте покоління (1990);

;font-family:"Times New Roman"" На ранніх стадіях еволюції обчислювальних засобів зміна поколінь асоціювалася з революційними технологічними проривами. Відмінні ознаки і цілком певні хронологічні рамки: наступне поділ на покоління вже не настільки очевидне і може бути зрозуміле лише при ретроспективному погляді на розвиток обчислювальної техніки. головним чином в архітектурі обчислювальних систем і, дещо меншою мірою, у сфері технологій.

Приводом для початку відліку нового покоління стали значні успіхи в галузі паралельних обчислень, пов'язані з широким поширенням обчислювальних систем з масовим. паралелізмом Особливості організації таких систем, що позначаються абревіатурою MPP (massively parallel processing), будуть розглянуті в наступних лекціях. успішно конкурують з суперЕОМ, які, як раніше зазначалося, за своєю суттю є векторними ВС.;font-family:"Times New Roman";vertical-align:super" xml:lang="uk-UK";font-family:"Times New Roman"" xml:lang="uk-UK" lang="uk-UK"> операціям з плаваючою комою в секунду).

Друга характерна риса шостого покоління - різко зрослий рівень робочих станцій. У процесорах нових робочих станцій успішно поєднуються RISC-архітектура , конвеєризація та паралельна обробка Деякі робочі станції за продуктивністю порівняні з суперЕОМ четвертого покоління Вражаючі характеристики робочих станцій породили інтерес до гетерогенних (неоднорідних) обчислень, коли програма, запущена на одній робочій станції, може знайти в локальній мережі не зайняті в даний момент інші станції, після чого обчислення розпаралелюються і на ці станції, що простоюють.

Нарешті, третьою прикметою шостого покоління в еволюції ВТ стало вибухове зростання глобальних мереж. Завершуючи обговорення еволюції ВТ, зазначимо, що верхня межа шостого покоління хронологічно поки що не визначена і подальший розвиток обчислювальної техніки може внести в його характеристику нові корективи, не виключено також, що наступні події дадуть привід говорити про чергове покоління.

Історія розвитку обчислювальної техніки

Розвиток обчислювальної техніки можна розбити нанаступні періоди:

Ø Ручний(VI століття до н.е. – XVII століття н.е.)

Ø Механічний(XVII століття – середина XX століття)

Ø Електронний(середина XX століття - теперішній час)

Хоча Прометей у трагедії Есхіла стверджує: «Подумайте, що смертним зробив я: число їм винайшов і букви навчив з'єднувати», поняття числа виникло задовго до появи писемності. Люди вчилися рахувати протягом багатьох століть, передаючи та збагачуючи з покоління в покоління свій досвід.

Рахунок, або ширше - обчислення, може бути здійснений у різних формах: існує усний, письмовий та інструментальний рахунок . Кошти інструментального рахунку у різні часи мали різні можливості та називалися по-різному.

Ручний етап (VI століття до н.е. – XVII століття н.е.)

Виникнення рахунку в давнину - "Це було початком почав..."

Імовірний вік останньої генерації людства – 3-4 мільйони років. Саме стільки років тому людина стала на ноги і взяв до рук виготовлений ним самим інструмент. Проте, здатність рахувати (тобто здатність розбивати поняття «більше» і «менше» на конкретну кількість одиниць) сформувалася у людини значно пізніше, а саме 40-50 тисяч років тому (пізній палеоліт). Цей етап відповідає появі сучасної людини (кроманьйонця). Таким чином, однією з основних (якщо не головною) характеристикою, що відрізняє кроманьйонця від більш давнього ступеня людини, є наявність у нього лічильних здібностей.

Неважко здогадатися, що першим Рахунковим пристроєм людини були його пальці.

Пальці виявилися чудовимиобчислювальною машиною. З їхньою допомогою можна було рахувати до 5, а якщо взяти дві руки, то й до 10. А в країнах, де люди ходили босоніж, на пальцях легко було рахувати до 20. Тоді цього практично вистачало для більшостіпотреб людей. Пальці виявилися настільки тісно пов'язаними з рахунком, що давньогрецькою мовою поняття " рахувати " виражалося словом"уп'ятірити". Та й у російській мові слово "п'ять" нагадує "п'ясть" - частина кисті руки (слово "п'ясть" зараз згадують рідко, але похідне від нього - "зап'ясті" - часто використовують і зараз).Кисть руки, п'ясть - синонім і фактично основа чисельного «П'ЯТЬ» у багатьох народів. Наприклад, малайське "ЛИМА" означає одночасно і "рука" і "п'ять". Проте відомі народи, які мають одиницями рахунку були не пальці, а їхні суглоби.

Навчившись рахувати на пальцях додесяти, люди зробили наступний крок уперед і почали рахувати десятками. І якщо одні папуаські племена вміли рахувати лише до шести, то інші доходили в рахунку до кількох десятків. Тільки для цього доводилось запрошувати одразу багато лічильників.

У багатьох мовах слова "два" та "десять" співзвучні. Можливо, це пояснюється тим, що колись слово "десять" означало "дві руки". І зараз є племена, які кажуть"дві руки" замість "десять" та "руки та ноги" замість "двадцять". А в Англії перші десять чисел називають загальним ім'ям – "пальці". Значить, і англійці колись рахували на пальцях.

Пальцевий рахунок зберігся десь і понині, наприклад, історик математики Л.Карпінський у книзі «Історія арифметики» повідомляє, що на найбільшій світовій хлібній біржі в Чикаго пропозиції та запити, як і ціни, оголошуються маклерами на пальцях без жодного слова.

Потім з'явився рахунок із перекладанням каменів, рахунок за допомогою чіток… Це був суттєвий прорив у лічильних здібностях людини – початок абстрагування цифри.

Створений ними комп'ютер працював у тисячу разів швидше, ніж "Марк-1". Але виявилося, що більшу частину часу цей комп'ютер простоював, адже для завдання методу розрахунків (програми) у цьому комп'ютері доводилося протягом кількох годин або навіть днів під'єднувати потрібним чином дроти. А сам розрахунок після цього міг зайняти лише кілька хвилин або навіть секунд.

Щоб спростити та прискорити процес завдання програм, Моклі та Еккерт стали конструювати новий комп'ютер, який міг би зберігати програму у своїй пам'яті. У 1945 р. до роботи було залучено знаменитого математика Джона фон Неймана, який підготував доповідь про цей комп'ютер. Доповідь була розіслана багатьом ученим і стала широко відома, оскільки в ній фон Нейман ясно і просто сформулював загальні принципи функціонування комп'ютерів, тобто універсальних обчислювальних пристроїв. І досі переважна більшість комп'ютерів зроблено відповідно до тих принципів, які виклав у своїй доповіді у 1945 р. Джон фон Нейман. Перший комп'ютер, у якому було втілено принципи фон Неймана, було побудовано 1949 р. англійським дослідником Морісом Уилксом .

Розробка першої електронної серійної машини UNIVAC (Universal Automatic Computer) розпочато приблизно 1947 р. Еккертом і Мокли, які у грудні цього року заснували фірму ECKERT-MAUCHLI. Перший зразок машини (UNIVAC-1) був побудований для бюро перепису США і пущений в експлуатацію навесні 1951 р. Синхронна, послідовної дії обчислювальна машина UNIVAC-1 створена на базі ЕОМ ENIAC та EDVAC. Працювала вона з тактовою частотою 2.25 МГц та містила близько 5000 електронних ламп. Внутрішній пристрій з ємністю 1000 12-розрядних десяткових чисел було виконано на 100 ртутних лініях затримки.

Незабаром після введення в експлуатацію UNIVAC-1 машини її розробники висунули ідею автоматичного програмування. Вона зводилася до того, щоб машина сама могла готувати таку послідовність команд, яка потрібна на вирішення цього завдання.

Сильним стримуючим чинником у роботі конструкторів ЕОМ початку 1950-х років було швидкодіючої пам'яті. За словами одного з піонерів обчислювальної техніки Д. Еккерта, "архітектура машини визначається пам'яттю". Дослідники зосередили свої зусилля на запам'ятовують властивості феритових кілець, нанизаних на дротяні матриці.

У 1951 р. Дж. Форрестер опублікував статтю застосування магнітних сердечників для зберігання цифрової інформації. У машині "Whirlwind-1" вперше була застосована пам'ять на магнітних сердечниках. Вона являла собою 2 куби 32 х 32 х 17 із сердечниками, які забезпечували зберігання 2048 слів для 16-розрядних двійкових чисел з одним розрядом контролю на парність.

Незабаром у розробку електронних комп'ютерів включається фірма IBM. У 1952 р. вона випустила свій перший промисловий електронний комп'ютер IBM 701, який був синхронною ЕОМ паралельної дії, що містить 4000 електронних ламп і 12 000 германієвих діодів. Удосконалений варіант машини IBM 704 відрізнявся високою швидкістю роботи, в ній використовувалися індексні регістри і дані подавалися у формі з плаваючою комою.

IBM 704
Після ЕОМ IBM 704 була випущена машина IBM 709, яка, в архітектурному плані, наближалася до машин другого та третього поколінь. У цій машині вперше було застосовано непряму адресацію та вперше з'явилися канали введення-виведення.

У 1956 р. фірмою IBM було розроблено плаваючі магнітні головки на повітряній подушці. Винахід їх дозволило створити новий тип пам'яті - дискові пристрої (ЗУ), значимість яких була повною мірою оцінена в наступні десятиліття розвитку обчислювальної техніки. Перші ЗУ на дисках з'явилися у машинах IBM 305 та RAMAC. Остання мала пакет, що складався з 50 металевих дисків з магнітним покриттям, що оберталися зі швидкістю 12 000 об/хв. На поверхні диска розміщувалося 100 доріжок для запису даних, 10 000 знаків кожна.

Слідом за першим серійним комп'ютером UNIVAC-1 фірма Remington-Rand у 1952 р. випустила ЕОМ UNIVAC-1103, яка працювала у 50 разів швидше. Пізніше у комп'ютері UNIVAC-1103 вперше було застосовано програмні переривання.

Співробітники фірми Rernington-Rand використовували форму алгебри запису алгоритмів під назвою «Short Code» (пррвий інтерпретатор, створений в 1949 р. Джоном Моклі). Крім того, необхідно відзначити офіцера ВМФ США та керівника групи програмістів, на той час капітана (надалі єдина у ВМФ жінка-адмірал) Грейс Хоппер, яка розробила першу програму-компілятор. До речі, термін «компілятор» вперше запровадила Г. Хоппер у 1951 р. Ця компілююча програма здійснювала трансляцію машинною мовою всієї програми, записаної у зручній для обробки алгебраїчній формі. Г. Хоппер належить також авторство терміна "баг" у застосуванні до комп'ютерів. Якось через відкрите вікно в лабораторію залетів жук (англійською - bug), який, сівши на контакти, замкнув їх, чим спричинив серйозну несправність у роботі машини. Обгорілий жук був підклеєний до адміністративного журналу, де фіксувалися різні несправності. Так було задокументовано перший баг у комп'ютерах.

Фірма IBM зробила перші кроки в області автоматизації програмування, створивши в 1953 для машини IBM 701 «Систему швидкого кодування». У СРСР А. А. Ляпунов запропонував одну з перших мов програмування. У 1957 р. група під керівництвом Д. Бекуса завершила роботу над популярною першою мовою програмування високого рівня, що отримала назву ФОРТРАН. Мова, реалізована вперше на ЕОМ IBM 704, сприяла розширенню сфери застосування комп'ютерів.

Олексій Андрійович Ляпунов
У Великій Британії в липні 1951 р. на конференції в Манчестерському університеті М. Вілкс представив доповідь «Найкращий метод конструювання автоматичної машини», яка стала піонерською роботою з основ мікропрограмування. Запропонований ним метод проектування пристроїв керування знайшов широке застосування.

Свою ідею мікропрограмування М. Вілкс реалізував у 1957 р. під час створення машини EDSAC-2. М. Вілкс спільно з Д. Віллером та С. Гіллом у 1951 р. написали перший підручник з програмування «Складання програм для електронних рахункових машин».

У 1956 р. фірма Ferranti випустила ЕОМ "Pegasus", в якій вперше знайшла втілення концепція регістрів загального призначення (РОН). З появою РОН було усунуто різницю між індексними регістрами і акумуляторами, й у розпорядженні програміста виявився не один, а кілька регістрів-акумуляторів.

Поява персональних комп'ютерів

Спочатку мікропроцесори використовувалися у різних спеціалізованих пристроях, наприклад, у калькуляторах . Але в 1974 р. кілька фірм оголосили про створення на основі мікропроцесора Intel-8008 персонального комп'ютера, тобто пристрою, що виконує ті ж функції, що і великий комп'ютер, але розрахований на одного користувача. Спочатку 1975 р. з'явився перший комерційно розповсюджуваний персональний комп'ютер "Альтаїр-8800" на основі мікропроцесора Intel-8080. Цей комп'ютер продавався за ціною близько 500 дол. І хоча можливості його були дуже обмежені (оперативна пам'ять становила всього 256 байт, клавіатура та екран були відсутні), його поява була зустрінута з великим ентузіазмом: у перші місяці було продано кілька тисяч комплектів машини. Покупці постачали цей комп'ютер додатковими пристроями: монітором виведення інформації, клавіатурою, блоками розширення пам'яті тощо. буд. Незабаром ці пристрої почали випускатися іншими фірмами. Наприкінці 1975 р. Пол Аллен і Білл Гейтс (майбутні засновники фірми Microsoft) створили для комп'ютера Альтаїр інтерпретатор мови Basic, що дозволило користувачам досить просто спілкуватися з комп'ютером і легко писати для нього програми. Це також сприяло зростанню популярності персональних комп'ютерів.

Успіх "Альтаїр-8800" змусив багато фірм також зайнятися виробництвом персональних комп'ютерів. Персональні комп'ютери стали продаватися вже в повній комплектації, з клавіатурою та монітором, попит на них склав десятки, а потім сотні тисяч штук на рік. З'явилося кілька журналів, присвячених персональним комп'ютерам. Зростанню обсягу продажу дуже сприяли численні корисні програми практичного значення. З'явилися і комерційно поширені програми, наприклад програма для редагування текстів WordStar та табличний процесор VisiCalc (1978 і 1979 відповідно). Ці та багато інших програм зробили купівлю персональних комп'ютерів дуже вигідною для бізнесу: з їх допомогою стало можливо виконувати бухгалтерські розрахунки, складати документи і т. д. Використання великих комп'ютерів для цих цілей було занадто дорого.

Наприкінці 1970-х років поширення персональних комп'ютерів навіть призвело до деякого зниження попиту великі комп'ютери і міні-комп'ютери (міні-ЕОМ). Це стало предметом серйозного занепокоєння фірми IBM - провідної компанії з виробництва великих комп'ютерів, і в 1979 р. IBM вирішила спробувати свої сили на ринку персональних комп'ютерів. Однак керівництво фірми недооцінило майбутню важливість цього ринку і розглядало створення персонального комп'ютера лише як дрібний експеримент - щось на кшталт однієї з десятків робіт, що проводилися у фірмі, зі створення нового обладнання. Щоб не витрачати на цей експеримент надто багато грошей, керівництво фірми надало підрозділу, відповідальному за проект, небачену у фірмі свободу. Зокрема, йому було дозволено не конструювати персональний комп'ютер з нуля, а використовувати блоки, виготовлені іншими фірмами. І цей підрозділ сповна використав наданий шанс.

Як основний мікропроцесор комп'ютера був обраний найновіший тоді 16-розрядний мікропроцесор Intel-8088. Його використання дозволило значно збільшити потенційні можливості комп'ютера, так як новий мікропроцесор дозволяв працювати з 1 мегабайтом пам'яті, а всі комп'ютери, що були тоді, були обмежені 64 кілобайтами.

У серпні 1981 р. новий комп'ютер під назвою IBM PC був офіційно представлений публіці, і незабаром після цього він набув великої популярності у користувачів. Через кілька років комп'ютер IBM PC зайняв чільне місце на ринку, витіснивши моделі 8-бітових комп'ютерів.

IBM PC
Секрет популярності IBM PC у цьому, що фірма IBM зробила свій комп'ютер єдиним неразъемным пристроєм і стала захищати його конструкцію патентами. Навпаки, вона зібрала комп'ютер із незалежно виготовлених частин і стала тримати специфікації цих частин 17-ї та способи їх з'єднання у секреті. Навпаки, принципи конструкції IBM PC були доступні всім охочим. Цей підхід, званий принципом відкритої архітектури, забезпечив приголомшливий успіх комп'ютера IBM PC, хоч і позбавив фірму IBM можливості одноосібно користуватися результатами цього успіху. Ось як відкритість архітектури IBM PC вплинула розвиток персональних комп'ютерів.

Перспективність та популярність IBM PC зробила досить привабливим виробництво різних комплектуючих та додаткових пристроїв для IBM PC. Конкуренція між виробниками призвела до здешевлення комплектуючих та пристроїв. Незабаром багато фірм перестали задовольнятися роллю виробників комплектуючих для IBM PC і почали збирати комп'ютери, сумісні з IBM PC. Оскільки цим фірмам не потрібно було нести величезні витрати фірми IBM на дослідження та підтримку структури величезної фірми, вони змогли продавати свої комп'ютери значно дешевше (іноді в 2-3 рази) аналогічних комп'ютерів фірми IBM.

Сумісні з IBM PC комп'ютери спочатку презирливо називали «клонами», але це прізвисько не прижилася, оскільки багато фірм-виробники IBM PC-сумісних комп'ютерів стали реалізовувати технічні досягнення швидше, ніж сама IBM. Користувачі отримали можливість самостійно модернізувати свої комп'ютери та оснащувати їх додатковими пристроями сотень різних виробників.

Персональні комп'ютери майбутнього

Основою комп'ютерів майбутнього стануть не кремнієві транзистори, де передача інформації здійснюється електронами, а оптичні системи. Носієм інформації стануть фотони, оскільки вони легші і швидші за електрони. В результаті комп'ютер стане дешевшим і компактнішим. Але найголовніше, що оптоелектронне обчислення набагато швидше, ніж те, що застосовується сьогодні, тому комп'ютер буде набагато продуктивнішим.

ПК буде малий за розмірами і матиме потужність сучасних суперкомп'ютерів. ПК стане сховищем інформації, що охоплює всі аспекти нашого повсякденного життя, він не буде прив'язаний до електричних мереж. Цей ПК буде захищений від злодіїв завдяки біометричному сканеру, який впізнаватиме свого власника за відбитком пальця.

Основним способом спілкування з комп'ютером буде голосове. Настільний комп'ютер перетвориться на «моноблок», вірніше, на гігантський комп'ютерний екран - інтерактивний фотонний дисплей. Клавіатура не знадобиться, оскільки всі дії можна буде робити дотиком пальця. Але для тих, хто віддає перевагу клавіатурі, будь-якої миті на екрані може бути створена віртуальна клавіатура і видалена тоді, коли в ній не буде потреби.

Комп'ютер стане операційною системою будинку, і будинок почне реагувати на потреби господаря, знатиме його переваги (приготувати каву о 7 годині, запустити улюблену музику, записати потрібну телепередачу, відрегулювати температуру та вологість тощо).

Розмір екрана не відіграватиме жодної ролі в комп'ютерах майбутнього. Він може бути більшим, як ваш робочий стіл, або маленьким. Великі варіанти комп'ютерних екранів будуть засновані на рідких кристалах, що збуджуються фотонним способом, які матимуть набагато нижче енергоспоживання ніж сьогоднішні LCD-монітори. Кольори будуть яскравими, а зображення – точними (можливі плазмові дисплеї). Фактично сьогоднішня концепція «роздільна здатність» буде значною мірою атрофована.