Слайд 2
« Вычислительная машина ценна ровно настолько, насколько ценен использующий
её человек. Но он обязан иметь идеи. »
Норберт Винер.
Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине
Норберт Винер - американский учёный, основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта
Слайд 3
В развитии вычислительной техники можно выделить предысторию и
4 поколения электронных вычислительных машин (ЭВМ). У нас на
глазах рождается пятое поколение. Развитие компьютеров ярче всего отражает динамику научно-технического прогресса второй половины XX начала XI веков.
Предыстория развития вычислительной техники начинается с глубокой древности.
Слайд 4
Развитие у людей количественных представлений об окружающем мире
и прежде всего методов техники счета уходит в глубокую
даль веков.
Слайд 5
Цель WEB- квеста:
расширить и закрепить
знания обучающихся
по теме «История развития
вычислительной техники»,
которая входит
в раздел «Компьютер
как универсальное устройство для работы
с информацией».
Слайд 7
В длительном процессе развития арифметических знаний у наших
далеких предков огромную роль сыграл самый древний на земле
вычислительный инструмент – пальцы человека.
Слайд 8
Счёт на пальцах составлял основу примитивного математического учения,
которое было обнаружено в самых древних цивилизациях. Дошедшие до
нас египетские «Тексты пирамид», в которых содержится, вероятно, наиболее раннее упоминание о счёте на пальцах, свидетельствуют о том , что в тем времена счёт на пальцах считался трудной частью знания, имеющей магический смысл, подобный знанию имени Бога и умению его писать.
Слайд 9
Для счёта также использовались всевозможные зарубки на камнях
и костях животных, палочки и камешки.
Слайд 10
На смену счету на пальцах пришли различные инструменты.
Одним из древнейших вычислительных инструментов, созданных человеком, является абак,
который использовался в Древнем Египте, Вавилоне и других странах Ближнего Востока, а оттуда попал в Грецию, Рим, Китай и другие страны.
Слайд 11
Абак представлял собой доску с желобками, в которых
по позиционному принципу размещались какие-либо предметы – камешки, косточки
и т.п. Счетные камешки древние римляне называли калькулями, от латинского слова calculus – камешек, которое в связи с абаком стало означать вычисление вообще и в той или другой форме проникло в языки других народов.
Слайд 12
Широкое распространение абак получил в Китае под именем
суан-пан (счетная доска)
и Японии (серобян).
Слайд 13
Доски делались из дерева, меди, камня, слоновой кости,
цветного стекла. Впоследствии абак был усовершенствован – доска была
заменена рамкой, камешки – шариками или дисками, нанизанными на нитки или прутики. Эти устройства сохранились до эпохи Возрождения.
Слайд 14
В России абак в видоизменном виде появился на
рубеже XVI-XVII веков сначала как «дощатый щот»
и как
русские счёты до нашего
времени.
Слайд 15
Абак не очень был приспособлен для умножения и
деления. Поэтому блестящим достижением математики явилось изобретение логарифмов Джоном
Непером (1550-1617). Это дало возможность заменить умножение и деление сложением и вычитанием.
Слайд 16
Изобретение логарифмов привело к созданию намного более совершенного
и полезного инструмента –логарифмической линейки. Её создают Роберт Биссакар
и С. Патридж в 1654 году.
Слайд 17
Эта линейка сохранилась до наших дней. Вычисления с
помощью логарифмической линейки производятся быстро, просто, но приближенно. И,
следовательно, она не годится для точных, например, финансовых расчётов.
Слайд 18
Эскиз механического суммирующего устройства был разработан еще Леонардо
да Винчи – великим творцом эпохи Возрождения, художником, скульптором,
математиком, строителем каналов.
Слайд 19
Рукописи Леонардо да Винчи были обнаружены в 1967
году в архиве, хранящемся в национальной библиотеке Мадрида. По
этим чертежам в наши дни американская фирма по производству компьютеров IBM в целях рекламы построила работоспособную машину.
Слайд 20
Первая механическая счетная машина была изготовлена в 1623
году профессором математики Тюбингенского университета Вильгельмом Шиккардом. Данных о
построении этой машины недостаточно, она вскоре сгорела после пожара, но в начале 60-х годов прошлого столетия ее восстановили ученые американского университета. В ней были механизированы операции сложения и вычитания, а умножение и деление выполнялись с элементами механизации.
Слайд 21
И всё-таки биография механических вычислительных устройств ведется от
суммирующей машины, изготовленной в 1642 году молодым 18-летним французским
математиком и физиком Блезом Паскалем. Автоматическая машина получает название «Паскалина» или «Паскалево колесо». Машина была построена на основе зубчатых колес.
Слайд 22
В 1649 году Б. Паскаль получает королевскую привилегию
на изготовление и продажу своей машины – до наших
дней сохранились восемь его машин.
Но машина Паскаля могла только складывать и вычитать числа.
Слайд 23
Другой великий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц после посещения
в Париже голландского математика и астронома Христиана Гюйгенса, который
многочисленные вычисления производил вручную, писал: «… это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машин».
Г.В. Лейбниц
Х. Гюйгенс фон Цюйлихен
Слайд 24
Лейбниц построил вычислительную машину (1673 год), работающую в
десятичной системе счисления, которая обошлась ему в крупную сумму
– 24 000 талеров, тогда он пришел к важному выводу, что вычислительные машины должны строиться на двоичной системе счисления.
Эта идея Лейбница останется забытой в течение 250 лет, и только в 1931 году французский ученый Р.Вальта покажет на преимущества двоичных вычислений для построения механических вычислительных устройств.
Слайд 25
Значимость заслуг Лейбница высоко оценил основатель кибернетики Норберт
Винер: «Если бы мне пришлось в анналах истории наук
святого – покровителя кибернетики, то я выбрал бы Лейбница».
Вычислительная машина Лейбница послужила прототипом арифмометров.
Слайд 26
В начале XVIII века появились первые арифмометры –
механические вычислительные машины, предназначенные для выполнения четырех арифметических действий
и широко применявшиеся во всех странах до середины прошлого века. Серийно они стали производиться с 1820 года.
В России арифмометры стали выпускаться с 1894 года и производились более 70 лет.
Слайд 27
Все существующие вычислительные устройства были ручными, т.е. требовали
участия человека в процессе вычислений. Для выполнения каждой операции
нужно было набрать исходные данные и привести в движение счётные элементы механизма. Результаты почти всех операций необходимо было записать.
Слайд 28
Впервые состав и назначение функциональных частей автоматической вычислительной
машины определил в 1834 году английский математик и экономист
Чарльз Беббидж (1792-1871) в своем неосуществленном проекте аналитической машины.
Слайд 29
Проект содержал более 200 чертежей различных узлов. Нужно
особо отметить такие механические составные части, как хранилище для
чисел (в современном понятии – память); устройство для производства арифметических действий над числами (Беббидж назвал его фабрикой); устройство, управляющее операциями машины в нужной последовательности (теперь это устройство управления); устройство для ввода и вывода чисел.
Слайд 30
С 1834 года и до конца жизни Беббидж
работал над проектом аналитической машины, не пытаясь ее построить.
Только в 1906 году его сын выполнил демонстрационные модели некоторых частей машины. Проект этой машины реализовывался 70 лет, но его воплощение так и не было завершено.
Слайд 31
Однако вычислительные программы для этой машины были созданы!
Их составила дочь поэта Джорджа Байрона, герцогиня Ада Лавлейс.
Она стала первым программистом на планете.
Слайд 32
Заслуги Беббиджа и Лавлейс значительны: они стали предвестниками
компьютерной эры, наступившей только через столетие. Потомки по достоинству
оценили их вклад в вычислительную науку, присвоив их имена двум современным языкам программирования – АДА и БЕББИДЖ.
Слайд 33
После Беббиджа значительный вклад в технику автоматизации обработки
информации внес американский изобретатель Герман Холлерит, основоположник счетно-перфорационной техники
– непосредственной предшественницы релейных машин.
Им построена в 1887 году суммирующая машина, названная табулятором.
Носитель данных Холлерита – 80-колонная перфокарта не претерпела существенных изменений до настоящего времени.
Слайд 34
В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму
Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и
перфокарт. В дальнейшем эта фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), которая являлась в прошлом веке одним из крупнейших разработчиков компьютеров.
1981 г. IBM PC
Слайд 35
ПЕРВЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Слайд 36
Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный
Конрад Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а
через три года им построена модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, перфокарты и программирование. В качестве элементной базы Цузе выбирает реле, которые к тому времени давно применялись в различных областях техники.
Слайд 37
В 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1,
в следующем году – модель Z2, и еще через
год он построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением (модель Z3). Ввод данных осуществлялся с помощью десятичной клавиатуры. Все эти образцы машин были уничтожены во время бомбардировок в ходе второй мировой войны. После войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5.
Z1
Z3
Z4
Слайд 38
Независимо от Цузе построением релейных автоматических вычислительных машин
занимались в США Д.Штибиц и Г.Эйкен.
В 1937 году
идеями аспиранта Гарвардского университета Г. Эйкена заинтересовалась фирма IBM. В помощь ему подключили бригаду инженеров. Работа по проектированию и постройке машины, которая в дальнейшем стала называться «Марк I», началась в 1939 году и продолжалась 5 лет.
Слайд 39
Марк I – первый американский программируемый компьютер, разработанный
и построенный в 1944 году на основе идей Чарльза
Беббиджа.
Машина не имела операций условного перехода, это было ее недостатком, но свою жизнеспособность она доказала в течение 15 лет непрерывной работы.
Слайд 41
Рассматривая историю создания компьютеров, принято делить вычислительные машины
на поколения.
В основе этого деления лежит элементная база,
на которой построен та или иная модель компьютера.
Слайд 42
Проектирование компьютеров первого поколения началось после 1946 года.
К особенностям этих компьютеров относится применение вакуумно-ламповой технологии, в
них была реализована концепция хранимой программы. Несмотря на ограниченные возможности и низкую надежность, компьютеры первого поколения сумели хорошо зарекомендовать себя при решении сложнейших задач, таких как прогнозирование погоды, энергетических задач, задач военного характера
и др.
Слайд 43
В 1942 году профессор электротехнической школы Пенсильванского университета
Дж. Моучли положил начало созданию первой электронной вычислительной машины
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США.
Слайд 44
В группу создателей первой ЭВМ входил один из
самых выдающихся ученых ХХ века – Джон фон Нейман,
который и предложил основные принципы построения и функционирования универсальных программируемых вычислительных машин. Именно в соответствии с его идеями современные компьютеры состоят из процессора, устройств ввода-вывода и памяти.
Дж. фон Нейман
Слайд 45
В 1943 году под руководством Дж. Моучли и
Дж. Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, а
демонстрация работы машины состоялась 15 февраля 1946 года.
Новая машина имела впечатляющие параметры: примерно 18000 электронных ламп. Потребовалось помещение площадью 200 кв. м, масса – 30 т, энергопотребление – 150 кВт. Операции на ней выполнялись на три порядка быстрее, чем на релейных машинах. Надежность такой машины была очень низка – поиск неисправностей занимал от нескольких часов до нескольких суток.
Слайд 46
В 1944 году Д. Моучли и Д.
Эккерт, не ожидая завершения работ по вводу в эксплуатацию
ENIAC, приступили по заказу военных к созданию нового компьютера – EDVAC (Electronic Variable Automatic Computer), свободного от недостатков своего первого детища. По ряду причин работы закончились только в 1950 году, а эксплуатация началась в 1952 году.
Слайд 47
Развитие электронной вычислительной техники в СССР тесно связано
с именем академика С.А. Лебедева, под руководством которого были
созданы первые отечественные ЭВМ: в 1951 году в Киеве – МЭСМ (Малая электронная счетная машина); в 1952 году в Москве – БЭСМ (Быстродействующая электронная счетная машина). По тем временам БЭСМ была весьма производительной машиной – 8000 операций в секунду. Серийно машина стала выпускаться в 1956 году.
Лебедев Сергей Алексеевич
Слайд 48
Первые ЭВМ были слишком дорогими, громоздкими и потому
не имели массового применения: они использовались только в крупных
научных центрах, в космосе, обороне, в метеорологии.
Такие машины размещались в нескольких металлических шкафах, занимавших целые залы, и требовала сложнейшей системы охлаждения, Работа на ЭВМ проводилась за пультом, где можно было видеть состояние каждой ячейки памяти и любого регистра.
Слайд 49
Успехи полупроводниковой техники предопределили смену элементной базы вычислительных
машин. Немаловажно обстоятельство для перехода от вакуумно-ламповой технологии к
полупроводниковой заключалось в недостатках, свойственных электронным лампам. Большие габариты, значительное потребление энергии и недостаточная надежность – все это стало тормозом в развитии вычислительной техники. Достаточно вспомнить, что из 18000 ламп в машине Эниак ежемесячно заменялось 2000.
Слайд 50
Второе поколение компьютеров, появившееся в 1955 году, характеризовалось
заменой электронных ламп как основных компонентов компьютера на транзисторы.
Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось.
Слайд 51
Стоимость компьютера всё ещё оставалась пока высокой. Для
компьютеров второго поколения характерно использование языков программирования высокого уровня,
алфавитно-цифровых печатающих устройств, бумажных перфокарт, магнитных лент.
Слайд 52
В 1959 году фирма IBM выпустила полупроводниковую машину
IBM 1401, к которой в дальнейшем был проявлен интерес
во всем мире. Конец 60-х годов прошлого века ознаменовался созданием транзисторных компьютеров во многих странах: Англии, Германии, Японии, СССР и др.
Слайд 53
В 1960 году коллектив НИИ математических машин в
Ереване во главе с Е.Л. Брусиловским разработал первую в
нашей стране полупроводниковую машину Раздан-2. Минским заводом вычислительных машин в 1963 году была выпущена транзисторная ЭВМ МИНСК-2. Эти машины играли одну из главных ролей в автоматизации различных отраслей народного хозяйства.
Слайд 54
Компьютеры третьего поколения, работавшие на малых интегральных схемах,
вышли на арену в 1964 году. Интегральная схема –
это миниатюрная электронная схема, которая содержит на кремниевой пластинке несколько крошечных транзисторов с другими элементами и выполняет определённую функцию. Все элементы такой схемы заключаются в герметичный пластмассовый корпус.
Слайд 55
В машинах третьего поколения стали использовать видеотерминальные устройства
– дисплеи, неотъемлемой частью стали операционные системы. Прямой доступ
к машине получили основные пользователи: ученые, инженеры, экономисты, студенты и др.
Слайд 56
К концу 60-х годов прошлого века появились мини-ЭВМ.
В рамках этого поколения в 1971 году был разработан
первый микропроцессор, как неожиданный результат работы фирмы Intel над схемами калькуляторов. Ореол таинственности, окружавший вычислительные машины, был рассеян.
Слайд 57
Наиболее типичные представители машин третьего поколения:
IBM-360
IBM-370
В нашей стране
созданы аналоги этих ЭВМ – машины единой системы (ЕС),
которые выпускались как семейство машин различной производительности: ЕС-1022, ЕС-1035, ЕС-1066 и т.п.
Слайд 58
Мини-компьютеры стали тем поворотным моментом, после которого произошло
неизбежное появление микроЭВМ и персональных компьютеров.
Слайд 59
В 1971 году в США, СССР и других
странах были созданы принципиально новые интегральные схемы – большие
интегральные схемы. В каждой из них, на кристалле площадью около 1 см2, располагаются сотни тысяч транзисторов. На таких микросхемах реализуются целые узлы ЭВМ.
Слайд 60
Компьютеры четвертого поколения характеризуются использованием при их создании
больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС).
Слайд 61
Началом четвертого поколения считается 1975 год, когда фирмой
Amdahl Corp. были выпущены шесть компьютеров, в которых впервые
были применены интегральные схемы.
Одним из революционных достижений в области вычислительной техники явилось создание персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения.
Слайд 62
Появление персональных компьютеров справедливо считают грандиозной научно-технической революцией,
сравнимой по масштабам с изобретением радио. Старые ЭВМ были
отделены от массового пользователя, с ними работали только специалисты. Рождение ПК сделало ЭВМ массовым инструментом (как часы, как холодильник, как телевизор).
Слайд 63
Облик ЭВМ кардинально изменился: она стала дружественной и
очень надежной. Персональные компьютеры предоставили индивидуальному пользователю практически такие
же вычислительные возможности, какими в 60-е годы обладали большие компьютеры. Иногда четвертое поколение называют поколением пользователей.
Слайд 64
Компьютеры пятого поколения. В соответствии с идеологией
развития компьютерных технологий, после четвёртого поколения, построенного на сверхбольших
интегральных схемах, ожидалось создание следующего поколения, ориентированного на распределенные вычисления, одновременно считалось, что пятое поколение станет базой для создания устройств, способных к имитации мышления.
Слайд 65
В начале 80-х годов прошлого столетия в Японии
был опубликован проект новой ЭВМ, эффективно названный авторами «японский
вызов миру». Эта вычислительная машина, выпуск которой был намечен на 90-е годы ХХ века, получила название компьютер пятого поколения. Ее принципиальное отличие от предшественников – высокой интеллектуальный уровень.
Сам термин «компьютеры пятого поколения» в настоящий момент является неопределенным и применяется во многих смыслах. Некоторые специалисты считают точкой отсчета создание двухъядерного ПК в 2005 году.
Слайд 66
Если с первого по четвертое поколение прогресс
был связан в основном с развитием элементной базы, то
здесь внимание активизируется не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, обеспечивающей обработку знаний. Обработка знаний – это одна из областей практического применения искусственного интеллекта.
Слайд 68
Планы японского проекта были грандиозны, но по прошествии
многих лет (несмотря на щедрое финансирование и передовые позиции
японской технологии) компьютеров пятого поколения создать не удалось.
Главные надежды в этом направлении связаны с оптическими (фотонными) ЭВМ.