Презенация по информатике: "История развития вычислительной техники"

История развития  вычислительной  техники Гребенникова Л.В. ГОУ СПО «Таштагольский многопрофильный техникум»

Цели урока: • систематизировать знания об истории  систематизировать знания об истории  развития вычислительной техники; развития вычислительной техники; • знать поколения ЭВМ; знать поколения ЭВМ; • знать принципы фон Неймана знать принципы фон Неймана • уметь определять поколения ЭВМ по  уметь определять поколения ЭВМ по  основным характеристикам. основным характеристикам.

Основные этапы развития ВТ • 1. Вычисления в доэлектронную эпоху. • 2. ЭВМ первого поколения. • 3. ЭВМ второго поколения. • 4. ЭВМ третьего поколения. • 5. Персональные компьютеры. • 6. Современные супер­ЭВМ.

Древние средства счета Кости с зарубками  («вестоницкая кость», Чехия,  30 тыс. лет до н.э) Узелковое письмо (Южная Америка, VII  век н.э.)  узлы с вплетенными камнями  нити разного цвета (красная – число  воинов, желтая – золото)  десятичная система

Саламинская доска о. Саламин в Эгейском море (300 лет до н.э.)  • бороздки – единицы, десятки, сотни, … • количество камней – цифры • десятичная система

Абак и его «родственники» Абак (Древний Рим) – V­VI в. Суан­пан (Китай) – VI в. Соробан  (Япония)  XV­XVI в. Счеты (Россия) – XVII в.

Первые проекты счетных машин Леонардо да Винчи (XV в.) – суммирующее устройство с  зубчатыми колесами:  сложение 13­разрядных чисел Вильгельм Шиккард (XVI в.) – суммирующие «счетные  часы»: сложение и умножение  6­разрядных чисел (машина построена,  но сгорела)

’ «Паскалина» (1642) Блез Паскаль (1623 ­ 1662) • машина построена! • зубчатые колеса • сложение и вычитание  8­разрядных чисел • десятичная система

Машина Лейбница (1672) Вильгельм  Готфрид Лейбниц  (1646 ­ 1716) • сложение, вычитание,  умножение, деление! • 12­разрядные числа • десятичная система Арифмометр «Феликс» (СССР, 1929­1978) –  развитие идей машины  Лейбница

Машины Чарльза Бэббиджа Разностная машина (1822) Аналитическая машина (1834) • «мельница» (автоматическое выполнение  вычислений) • «склад» (хранение данных) • «контора» (управление) • ввод данных и программы с  перфокарт • ввод программы «на ходу» Ада Лавлейс  (1815­1852) первая программа – вычисление чисел Бернулли (циклы, условные переходы) 1979 – язык программирования Ада

Прогресс в науке • Основы математической логики:  Джордж Буль (1815 ­ 1864). • Электронно­лучевая трубка  (Дж. Томсон, 1897) • Вакуумные лампы – диод, триод (1906) • Триггер – устройство для хранения  бита (М.А. Бонч­Бруевич, 1918). • Использование математической логики  в компьютерах (К. Шеннон, 1936)

Первые компьютеры 1937­1941. Конрад Цузе:   Z1, Z2, Z3, Z4. • электромеханические реле  (устройства с двумя состояниями) • двоичная система • использование булевой алгебры • ввод данных с киноленты 1939­1942. Первый макет электронного  лампового компьютера, Дж. Атанасофф • двоичная система • решение систем 29 линейных уравнений

Марк­I (1944) Разработчик – Говард Айкен (1900­1973) Первый компьютер в США: – длина 17 м, вес 5 тонн – 75 000 электронных ламп – 3000 механических реле – сложение – 3 секунды, деление – 12 секунд

Марк­I (1944) Хранение данных на  бумажной ленте А это – программа… А это – программа…

Принципы фон Неймана («Предварительный доклад о машине EDVAC», 1945) • Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном  виде.   • Принцип программного управления:  программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.  • Принцип однородности памяти:  программы и данные хранятся в одной и той же  памяти.  • Принцип адресности: память состоит из         пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.

Поколения компьютеров I. 1945 – 1955 электронно­вакуумные лампы II. 1955 – 1965 транзисторы III. 1965 – 1980 интегральные микросхемы IV. с 1980 по … большие и сверхбольшие  интегральные схемы (БИС и СБИС)

I поколение (1945­1955) • на электронных лампах • быстродействие 10­20 тыс. операций в секунду • каждая машина имеет свой язык • нет операционных систем • ввод и вывод: перфоленты,  перфокарты, магнитные  ленты

ЭНИАК (1946) Electronic Numerical Integrator And Computer  Дж. Моучли и П. Эккерт Первый компьютер общего назначения на  электронных лампах: • длина 26 м, вес 35 тонн • сложение – 1/5000 сек, деление – 1/300 сек • десятичная система счисления • 10­разрядные числа

Компьютеры С.А. Лебедева 1951. МЭСМ – малая  электронно­счетная  машина  • 6 000 электронных ламп • 3 000 операций в секунду • двоичная система 1952. БЭСМ – большая  электронно­счетная  машина • 5 000 электронных ламп • 10 000 операций в секунду

II поколение (1955­1965) • на полупроводниковых транзисторах  (1948, Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли) • 10­200 тыс. операций в секунду • первые операционные системы • первые языки программирования: Фортран  (1957), Алгол (1959) • средства хранения информации:  магнитные барабаны, магнитные диски

II поколение (1955­1965) 1953­1955. IBM 604, IBM 608, IBM 702 1965­1966. БЭСМ­6 • 60 000 транзисторов • 200 000 диодов • 1 млн. операций в секунду • память – магнитная  лента, магнитный  барабан • работали дл 90­х гг.

III поколение (1965­1980) • на интегральных микросхемах  (1958, Дж. Килби) • быстродействие до 1 млн. операций в секунду • оперативная памяти – сотни Кбайт • операционные системы – управление  памятью, устройствами, временем процессора • языки программирования Бэйсик (1965),  Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи) • совместимость программ

Мэйнфреймы IBM большие универсальные компьютеры 1964. IBM/360 фирмы IBM. • кэш­память • конвейерная обработка  команд • операционная система  OS/360 • 1 байт = 8 бит (а не 4 или 6!) • разделение времени 1970. IBM/370 1990. IBM/390 дисково д принтер

Компьютеры ЕС ЭВМ (СССР) 1971. ЕС­1020 • 20 тыс. оп/c • память 256 Кб 1977. ЕС­1060 • 1 млн. оп/c • память 8 Мб 1984. ЕС­1066 • 5,5 млн. оп/с  • память 16 Мб магнитные ленты принтер

Миникомпьютеры Серия PDP фирмы DEC • меньшая цена • проще программировать • графический экран СМ ЭВМ – система  малых  машин (СССР) • до 3 млн. оп/c • память до 5 Мб

IV поколение (с 1980 по …) • компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах (БИС, СБИС)   • суперкомпьютеры • персональные компьютеры • появление пользователей­непрофессионалов,  необходимость «дружественного» интерфейса • более 1 млрд. операций в секунду • оперативная памяти – до нескольких гигабайт • многопроцессорные системы • компьютерные сети • мультимедиа (графика, анимация, звук)

Суперкомпьютеры 1972. ILLIAC­IV (США) • 20 млн. оп/c • многопроцессорная  система 1976. Cray­1 (США) • 166 млн. оп/c • память 8 Мб • векторные вычисления 1980. Эльбрус­1 (СССР) • 15 млн. оп/c • память 64 Мб 1985. Эльбрус­2 • 8 процессоров • 125 млн. оп/c • память 144 Мб • водяное охлаждение

Суперкомпьютеры 1985. Cray­2 2 млрд. оп/c 1989. Cray­3 5 млрд. оп/c 1995. GRAPE­4 (Япония) 1692 процессора 1,08 трлн. оп/c 2002. Earth Simulator (NEC) 5120 процессоров 36 трлн. оп/c 2007. BlueGene/L (IBM) 212 992 процессора 596 трлн. оп/c

V поколение (проект 1980­х, Япония) Цель – создание суперкомпьютера с функциями  искусственного интеллекта • обработка знаний с помощью логических средств (язык Пролог) • сверхбольшие базы данных • использование параллельных вычислений • распределенные вычисления • голосовое общение с компьютером • постепенная замена программных средств на аппаратные Проблемы: • идея саморазвития системы провалилась • неверная оценка баланса программных и аппаратных средств • традиционные компьютеры достигли большего • ненадежность технологий • израсходовано 50 млрд. йен

Проблемы и перспективы Проблемы: • приближение к физическому пределу  быстродействия • сложность программного обеспечения приводит к  снижению надежности Перспективы: • квантовые компьютеры  ▫ эффекты квантовой механики ▫ параллельность вычислений ▫ 2006 – компьютер из 7 кубит  • оптические компьютеры («замороженный свет») • биокомпьютеры на основе ДНК ▫ химическая реакция с участием ферментов ▫ 330 трлн. операций в секунду