Лекция №5 Краткая история развития вычислительной техники

Основные вопросы лекции:

Предыстория развития ВТ.

Механические первоисточники.

Математические первоисточники.

Электромеханические вычислительные машины. Идея Беббиджа.

Принцип Фон-Неймана.

Поколения компьютеров.

Электронные вычислительные машины открыли новую страницу в истории человеческих знаний и возможностей, высвободили тысячи вычислителей, в невиданных масштабах подняли производительность труда ученных, дали возможность изучать сложнейшие процессы. Современная ЭВМ не только вычисляет, она редактирует тексты, пишет стихи и музыку, играет в шахматы и другие игры, продает билеты на самолеты и поезда. Сейчас нет ни одной отрасли народного хозяйства, где нельзя было бы применить ЭВМ. Но вычислительная техника не сразу достигла такого уровня. В ее развитии отмечают предысторию и поколения ЭВМ.

Предыстория начинается в глубокой древности с различных приспособлений для счета. Древнейшим счетным инструментом, который дала природа человеку, была его собственная рука. От пальцевого счета берут начало пятеричная (одна рука) и десятеричная (две руки) системы счисления.

Абак – наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представлявшее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н.э., местом появления считается Азия. В середине века в Европе абак сменился разграфлеными таблицами, а в России в XVI - XVII веках. Появилось намного более передовое изобретение, применяющееся и поныне – русские счеты. Главное его отличие - десятичный принцип счисления. В XVII в появились и первые логарифмические линейки.

Механические первоисточники. С развитием общества росли потребности в различных вычислениях, которые становились более трудоемкими. Это явилось причиной появления механических счетных устройств. Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). Изобретатель называл машину «суммирующими часами». Рабочая модель устройства была воспроизведена в наши дни по чертежам и подтвердила свою работоспособность. В 1642 году французский механик Блез Паскаль разработал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно. В нем часовой механизм был превращен в счетный и вместо стрелок двигался диск с нанесенными на нем числами. Машина предназначалась для работы с 6-8 разрядными числами и могла только складывать и вычитать, а также имела лучший, чем все до этого, способ фиксации результата. Но они не получили практического применения: устройства были ненадежны, пользоваться ими без специальной подготовки было невозможно. Тем не менее, значение суммирующих устройств Паскаля огромно, они послужили переходным инструментом от простых приборов к машинам.

В России первое суммирующее устройство было изобретено в 1770 году Е. Якобсоном - часовым мастером и механиком.

Параллельно с развитием счетных суммирующих устройств создавались «арифмометры». В 17 веке году немецким математиком и философом Г.В. Лейбницом (Готфрид Вильгельм Лейбниц) был создан первый в мире арифмометр, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания. В 1878 г в России арифмометр был создан академиком П.Л. Чебышевым.

В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж (1792-1871) начал работать над так называемой разностной машиной, которая должна была вычислять любые функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять таблицы. Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году и рассчитывал на ней таблицу квадратов, таблицу значений функции у=х² +х+41 и ряд других таблиц. Бэббидж впервые автоматизировал вычислительный процесс – создав первообраз современных ЭВМ. В его Аналитической машине (1833г) (которая, к сожалению, так и не было до конца построена изобретателем при жизни, но была воспроизведена в наши дни по его чертежам) впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Исследователи творчества Ч.Бэббиджа отмечают особую роль в разработке проекта аналитической машины графини Огасты Ады Лавлейс (1815-1852), дочери известного поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций (1843). Леди Ада Лавлейс является самым первым в мире программистом. Сегодня ее именем назван один из известных языков программирования.

Первая счетная машина, использующая электрическое реле,была создана американцем немецкого происхождения Германом Холлеритом в 1888 г. и уже в 1890 г. применялась при переписи населения. Здесь в качестве носителей информации использовались перфокарты. Они были настолько удачными, что без изменений просуществовала до наших дней.