Конспект лекций по информатике, страница 2

Они представляли собойдеревянную доску или глиняную плитку. Важно, что наабаке отмечались места (колонки или строчки) дляотдельных разрядов чисел (впервые они упомянутыГеродотом).В 9 веке н. э. математик аль-Хорезми ввел понятиеалгоритма и предложил десятичную систему счисления.В начале XVI века Леонардо да Винчи создал эскиз 13разрядного суммирующего устройства с десятизубовымикольцами, по его чертежам это устройств было построено вХХ веке фирмой IBM.В 1623 году профессор Тюбингенского университетаВильгельм Шиккард в письме к польскому астрономуИ.

Кеплеру приводит рисунок счетной машины для9суммирования и умножения шестиразрядных десятичныхчисел и излагает, как она должна быть устроена. МашинаШиккарда состояла не только из суммирующего имножительного устройства, а также из механизма длязаписи промежуточных результатов. Правильность выборачисел и все промежуточные результаты можно былопроверить с помощью специальных окошек, в которыхпоявлялись цифры.Была ли создана такая машина – неизвестно, ранняясмерть ее изобретателя от чумы, охватившей Европу,привела к тому, что его изобретение как и изобретениеЛеонардо да Винчи стали известны лишь в наше время,современникам они были не известны.В 1642 году девятнадцатилетний Блез Паскаль создалдействующую суммирующую машину Паскалину сединственной целью – помочь отцу в работе при сбореналогов.

Машина могла выполнять сложение и вычитаниечисел механическим способом. В своей машине Б. Паскальвоплотил немало остроумных инженерных решений.Предусмотрел он также удобный способ фиксациирезультатов. Машина Паскаля имела размеры 36138сантиметров, этот небольшой латунный ящичек былоудобно носить с собой. Все построенные Паскалемварианты машин предназначались для работы с 6-8 разрядными числами.Выдающийся немецкий математик и философ ГотфридВильгельм Лейбниц высказал в 1672 году идеюмеханического умножения без последовательного сложенияпри помощи двоичной системы исчисления. Уже черезгод он представил машину в Парижскую академию.Арифмометр позволял механически выполнять четыреарифметических действия. Машина Лейбница требовала дляустановки специального стола, так как имела внушительные10размеры:1003020сантиметров.Устройство,выполняющееарифметическиеоперации,получилоназвание арифметического и позднее по мере добавлениялогических действий стало называться арифметикологическим (АЛУ).

Оно явилось прообразом основногоустройства современных компьютеров.В 1812 году английский математик Чарльз Бэббиджначал работать над так называемой разностной машиной,которая должна была вычислять любые функции, в томчисле и тригонометрические, а также составлять таблицы.Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822году и рассчитывал на ней таблицу квадратов, и ряд таблицнекоторых функций. Из-за нехватки средств эта машина небыла закончена.Однако эта неудача не остановила Бэббиджа, и в 1834году он приступил к новому проекту – созданиюАналитическоймашины,способнойвыполнятьвычисления без участия человека. Для этого она должнабыла исполнять программы, вводимые с помощьюперфокарт (карт из плотной бумаги с информацией,наносимой с помощью отверстий, они в то время ужешироко употреблялись в ткацких станках), и иметь "склад"для запоминания данных и промежуточных результатов (всовременной терминологии - память).

С 1842 по 1848 годБэббидж упорно работал, расходуя собственные средства.В окончательном варианте машина должна былавключать три блока. Первый, хранящий информацию нарегистрах из цифровых колес, автор назвал "складом". Всовременныхкомпьютерахемусоответствуетзапоминающееустройство.Второйблокдолженосуществлять различные операции с числами, взятыми изсклада; Бэббидж назвал его "фабрикой".

Соответствующийблок компьютера называется процессором. Наконец, третий11блок предназначался для автоматического управленияпоследовательностью операций во время вычислений,своевременной доставкой со склада нужных чисел, выводомрезультатов на печать. Бэббидж не дал этому блокуспециального названия, в компьютере ему соответствуетустройство управления.К сожалению, он не смог довести до конца работу посозданию Аналитической машины - она оказалась слишкомсложной для техники того времени. Механический принциппостроения устройств и использование десятичной системысчисления привели к тому, что машину по своим размерамможно сравнить с локомотивом, а для приведения ее вдействие требовался паровой двигатель. Но именноАналитическая машина по своей сути явилась прототипомсовременного компьютера.В 1842 году первая в мире программистка – дочь лордаБайрона – леди Августа Ада Лавлейс делает описание работБэббиджа и пишет программы для его машины, которыепоразительно схожи с программами, составленнымивпоследствии для первых ЭВМ.В 1847 году Джордж Буль разработал алгебру логики,котораяявиласьматематическимаппаратомдляпроектирования схем ЭВМ, использующих двоичнуюсистему счисления.Мощнейший толчок развитию вычислительных машиндала Вторая мировая война.1.2 Первое поколение вычислительных машин –электромеханические и электронно-ламповые(1937-1956)В Германии инженер Конрад Цузе в 1937 году построилпервую машину Z1, которую считают первым компьютеромв мире.

Машина была механической, но использование12двоичной системы и подобия булевой алгебры сотвориличудо - машина занимала всего два квадратных метра.В 1938 году австрийский инженер Гельмут Шрайерпредложил использовать электронные лампы вместо реле.В 1942 году в Англии была построена и успешноэксплуатировалась первая в мире вычислительная машина«Колоссус» на электронных лампах. Она успешноиспользовалась для расшифровки шифрограмм немецкоймеханической шифровальной машины Энигма.В 1944 году в США был построен компьютер МАРК-1.По своим характеристикам (производительность, объемпамяти) он был близок к немецкой вычислительноймашине Z3, но существенно отличался размерами (длина 17м, высота 2,5 м, вес 5 тонн, 500 тысяч механическихдеталей), т.к.

в машине использовалась десятичная системасчисления.В 1945 году в США была создана вычислительнаямашина ЭНИАК. По размерам она была впечатляющей:26 м в длину, 6 м в высоту, вес 35 тонн и содержала 18 000радиоламп. Но поражали не размеры, а производительность– она в 1000 раз превышала производительность МАРК-1!Таков был результат использования электронных ламп.В 1946 году Джон фон Нейман, участникМатхеттенского проекта по созданию атомной бомбы,совместносдругимиученымисоставилотчет«Предварительноеобсуждениелогическогоконструированияустройства»,которыйсодержалразвернутое и детальное описание принципов построениецифровыхэлектронныхвычислительныхмашин.Изложенные принципы получили название принципов фонНеймана:1. Машины на электронных элементах должны работать нев десятичной, а в двоичной системе исчисления.132. Программа должна размещаться в одном из блоковмашины – в запоминающем устройстве, обладающемдостаточной емкостью и соответствующими скоростямивыборки и записи команд программы.3.

Программа, так же как и числа, с которыми оперируетмашина, должна записываться в двоичном коде. Такимобразом, по форме представления команды и числаоднотипны. Это приводит к следующим важнымпоследствиям: промежуточные результаты вычислений, константыи другие числа могут размещаться в том жезапоминающем устройстве, что и программа, числовая форма записи программы позволяетмашине производить операции над величинами,которыми закодированы команды программы.4. Физическая реализация запоминающего устройства,быстродействие которого соответствует скоростиработы логических схем, требует иерархическойорганизации памяти.5.

Арифметическое устройство машины конструируется наоснове схем, выполняющих операцию сложения,создание специальных устройств для выполнениядругих операций нецелесообразно.6. В машине используется параллельный принципорганизации вычислительного процесса (операции надсловами производятся одновременно по всем разрядам).В соответствии с вышесказанным компьютер должениметь следующие устройства, связанные управляющими иинформационными связями (рисунок 1.1):- арифметическо-логическое устройство,- устройство управления,- оперативная память,- внешние устройства.14С помощью внешних устройств в память компьютеравводится информация, устройство управления организует ееобработку по заданной программе. Управляющееустройство выполняет инструкции автоматически, безвмешательства человека.

Управляющее устройство можетприостановить выполнение программы до завершенияоперации ввода-вывода, т.к. внешние устройства работаютмедленнееостальныхустройств.Всовременныхкомпьютерах арифметическо-логическое устройство иустройство управления объединены в единое устройство –центральный процессор.Рисунок 1.1 Схема компьютераВ 1951 году заработала первая советская электроннаявычислительнаямашинаМЭСМ,созданнаяподруководством Сергея Алексеевича Лебедева.В 1952 году IBM выпустила IBM 701 EDPM – свойпервый серийный компьютер с хранимой программой.В 1953 году советские конструкторы ввели вэксплуатацию БЭСМ – самую быстродействующую машину15в Европе. В том же году в СССР начала работать "Стрела" первая в Европе серийная машина высокого класса. Средисоздателей отечественных машин в первую очередь следуетназвать имена С.А. Лебедева, Б.Я.

Базилевского, И.С. Брука,Б.И. Рамеева, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, А.Н. Мямлина.Возможности машин первого поколения былидостаточно скромны. Так, быстродействие их по нынешнимпонятиям было малым: от 100 ("Урал-1" в 1957 году) до20 000 операций в секунду (М-20 в 1959 году).1.3 ЭВМ второго поколения – транзисторные(1956-1964)В 1947 году сотрудники Bell Telephone Laboratoriesвпервыепродемонстрировалисвоеизобретение,получившее название транзистор.

За свою работу ВильямШокли, Джон Бардин и Уолтер Бретейн были удостоеныНобелевской премии. Это устройство спустя десять летпривело к появлению следующего поколения компьютеров.В 1956 году в США был разработан первыйэкспериментальный компьютер TX-O, в которомиспользовались транзисторы.В 1961 году в США был выпущен первый в миреминикомпьютер PDP-1.Наиболее яркими представителями второго поколениябылимашиныСТРЕТЧ(США,1961),"Атлас"(Великобритания, 1962), PDP-8 (США, 1965), БЭСМ-6(СССР, 1966), работавшие на транзисторах.В СССРв это время были выпущены первыебезламповые машины: "Сетунь", "Раздан" и "Раздан-2",созданные в 1959-1961 годах. В 60-х годах советскиеконструкторы разработали около 30 моделей транзисторныхкомпьютеров, большинство которых стали выпускатьсясерийно. Наиболее мощный из них – "Минск-32" выполнял1665 тысяч операций в секунду.