История развития вычислительной техники - раздел Компьютеры, Хранение данных в компьютере Потребность В Автоматизации Обработки Данных, В Том Числе Вычислений, Возникл...
Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Считается, что исторически первым и, соответственно, простейшим счетным устройством был абак, который относится к ручным приспособлениям для счета.
| Абак – счётная доска, применявшаяся для арифметических вычислений в Древней Греции, Риме, затем в Западной Европе до 18 в. Доска разделялась на бороздки. Одна бороздка соответствовала единицам, другая – десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде. В странах Дальнего Востока был распространён китайский аналог абака – суан-пан (в основе счета лежала не десятка, а пятерка), в России – счёты.
| 
Абак
| |
| 
|
| Суан-пан. Положено 1930
| Счеты. Положено 401,28
|
| | | | |
Первой дошедшей до нас попыткой решить задачу по созданию машины умеющей складывать многоразрядные целые числа был эскиз 13-разрядного суммирующего устройства разработанный Леонардо да Винчи около 1500 г.
В 1642 году Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел. В основе принципа действия счетчиков в машине Паскаля лежит идея обыкновенной зубчатой пары – двух зубчатых колес, сцепленных между собой. Для каждого разряда имеется колесо (шестеренка) с десятью зубцами, представляющими одну из цифр от 0 до 9. С прибавлением в данном разряде каждой единицы счетное колесо поворачивается на один зубец, т. е. на одну десятую оборота. Требуемую цифру можно установить, поворачивая колесо до тех пор, пока зубец, представляющий эту цифру, не встанет против указателя или окошка. Ознакомившись с трудами Паскаля и изучив его арифметическую машину, Готфрид Вильгельм Лейбниц внес в нее значительные усовершенствования, и в 1673 году сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических операции. Начиная с 19 века, арифмометры получили очень широкое распространение и применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала специальная профессия- счетчик.
Первая фирма, специализировавшаяся по выпуску счётных машин, была основана в США в 1887 году. В России арифмометры начали выпускаться с 1894 года и производились более 70 лет.
Несмотря на явный прогресс по сравнению с абаком и подобными ему приспособлениями для ручного счета, данные механические вычислительные устройства требовали постоянного участия человека в процессе вычислений. Человек, производя вычисления на таком устройстве, сам управляет его работой, определяет последовательность выполняемых операций.
Мечтой изобретателей вычислительной техники было создание считающего автомата, который бы без вмешательства человека производил расчеты по заранее составленной программе.
В первой половине 19 века английский математик Чарльз Бэббидж попытался создать универсальное вычислительное устройство – Аналитическую машину, которая должна была выполнять арифметические операции без участия человека. В Аналитическую машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники, и были предусмотрены все основные компоненты, имеющиеся в современном компьютере. Аналитическая машина Бэббиджа должна была состоять из следующих частей:
1. «Фабрика» – устройство, в котором производиться все операции по обработке всех видов данных (АЛУ).
2. «Контора» – устройство, обеспечивающие организацию выполнения программы обработки данных и согласованную работу всех узлов машины в ходе этого процесса (УУ).
3. «Склад» – устройство, предназначенное для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки данных (ЗУ, или просто память).
4. Устройства, способные преобразовывать данные в форму, доступную компьютеру (кодирование). Устройства ввода.
5. Устройства, способные преобразовывать результаты обработки данных в форму, понятную человеку. Устройства вывода.
В окончательном варианте машины у нее было три устройства ввода с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке.
Бэббидж не смог довести работу до конца - это оказалось слишком сложно на основе механической техники того времени. Однако он разработал основные идеи, и в 1943 году американец Говард Эйкен на основе уже техники 20 века – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические. Еще раньше идеи Бэббиджа были независимо переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 году построил аналогичную машину.
Подлинная революция в вычислительной техники произошла в связи с применением электронных устройств. Первая машина первого поколения ЭВМ ENIAC была создана в США группой специалистов под руководством Джона Моучли и Преспера Эккерта (1945 – 1946 г.г.). Эта машина работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода.
Большой вклад в теорию и практику создания ЭВТ на начальном этапе ее развития внес крупнейший американский математик Джон фон Нейман. Совокупность «принципов фон Неймана» породила классическую (фон Неймановскую) архитектуру ЭВМ. Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы (программы закладываются в память машины, также как и исходная информация).
Первая ЭВМ, построенная по принципам фон Неймана (EDSAC), появилась в Англии в 1949 году.
Развитие электронной 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) и в 1952 году в Москве – БЭСМ (большая электронная счетная машина). Лебедев руководил и созданием БЭСМ-6 – лучшей в мире ЭВМ второго поколения (ЭВМ, работавшие на полупроводниковых схемах), уровень которой, по мнению экспертов, на несколько лет опередил уровень зарубежных аналогов. По своей архитектуре она была ближе к ЭВМ третьего поколения и серийно выпускалась вплоть до 1981 года. В машинах второго поколения появилось замечательное изобретение - алфавитно-цифровое печатающее устройство.
ЭВМ третьего поколения (ЭВМ, работавшие на малых интегральных схемах) появились в конце 60-х годов. В этих машинах в качестве средства общения с ЭВМ стали использовать видео терминальные устройства – дисплеи (IBM-360 , IBM-370 , EC ЭВМ (машины единой системы) – ЕС-1022 и т.п.).
Новые технологии создания интегральных схем (большие интегральные схемы) позволили разработать в конце 70-х начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения, к которым относятся различного рода микро и мини ЭВМ. И, конечно, венцом развития вычислительной техники (на тот момент времени!!!) стало создание персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения. Именно с этого момента в нашем языке вместо ЭВМ утвердился термин персональный компьютер (ПК). И вычислительная техника устремилась «в массы».
Все темы данного раздела:
Информатика. Предмет и задачи
Термин информатика возник в 60-х годах во Франции для названия области человеческой деятельности, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных м
Структура информатики
Информатику можно рассматривать с разных позиций. В узком смысле она состоит из трех взаимосвязанных частей – технических (hardware), программных (software) и алгоритмических (brainware) средств. В
Измерение и представление информации
Существование области и предмета информатики немыслимо без ее основного ресурса – информации. Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает осведомление, р
Сигналы ® Данные ® Методы ® Информация
С позиции материалистической философии информация есть отражение реального мира.
Все объекты в окружающем нас мире являются материальными. Материя существует в двух формах: в виде материал
Методы воспроизведения и обработки данных
Естественные методы. Методы, основанные на органах чувств. Логическое мышление. Воображение, сравнение, сопоставление, анализ, прогнозирование и т.п.
Аппаратные методы. Аппар
Информационный процесс
Информация динамична, она существуют непродолжительное время – столько, сколько продолжается взаимодействие данных и методов во время ее создания, потребления или преобразования. Как только взаимод
Меры информации
Понимая информацию как один из стратегических ресурсов общества, необходимо уметь его оценивать как с качественной, так и с количественной стороны. Здесь возникают проблемы из-за нематериальной при
Единицы измерения информации
В компьютерной технике используется двоичная система счисления. Ее выбор определяется реализацией аппаратуры ЭВМ (электронными схемами), в основе которой лежит использование двоичного элемента хран
Качественные свойства информации
Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств объекта.
Содержательность информации отражает семантическ
Хранение информации
Хранение информации — это способ распространения информации в пространстве и времени.
Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга — библиотека, картина — музей, фотография — а
Кодирование данных двоичным кодом
Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления. Для этого обычно используют прием кодирования, т.е. выражение данных одного тип
Системы счисления
При работе с компьютерами приходится параллельно использовать несколько позиционных систем счисления – двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную.
Системы счисления – принятый способ
Перевод из десятичной системы в двоичную
Целая и дробная части переводятся порознь. Для перевода целой части числа необходимо ее разделить на основание системы счисления 2 и продолжать делить частные от деления до тех пор пока частное не
Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления
Перевод чисел из десятичной системы в восьмеричную производится также как и в двоичную с помощью умножения и деления, только не на 2, а на 8.
Например, 58,32(10)
Кодирование числовых данных
Кодирование числовых данных по сути представляет собой перевод чисел, записанных в общепринятой десятичной системе счисления в двоичную систему счисления. В этом случае двоичную форму записи десяти
Кодирование текстовых данных
Начиная с конца 60-х годов, компьютеры все больше стали использоваться для обработки текстовых данных и в настоящее время большая часть персональных компьютеров в мире (и наибольшее время) занято о
Кодирование графических данных
С 80-х годов интенсивно развивается технология обработки на компьютере графических данных. Компьютерная графика позволяет создавать и редактировать рисунки, схемы, чертежи, преобразовывать изображе
Кодирование звуковых данных
С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуком. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату (аудиоадаптер), микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспр
Послесловие к лекции о кодировании данных в компьютере
Каждый новый вид данных, добавляемый к компьютерной обработке, исторически тем или иным способом сводился к числовому представлению.
Исходя из принципов устройства компьютера, можно утверж
Хранение данных в компьютере
Для хранения и обработки данных в компьютере используется совокупность определенного количества разрядов, которая называется разрядной сеткой. При этом число элементарных ра
Представление и обработка числовой информации в компьютере
Представление целых чисел без знака.Целоечисло без знака располагается в регистре (слове, полуслове или двойном слове) так, что его самый младший двоичный разряд записываетс
Поколения цифровых ЭВМ
Показатель
Поколения
Первое
Второе
Третье
Четвертое
Пятое
1951-1954
Архитектура ЭВМ
Архитектура- это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.
Общие принципы построения ЭВМ
Структура современных ЭВМ
Начало изменений в классической архитектуре относится к 3-му поколению ЭВМ (переход от транзисторов к интегральным схемам). Это было обусловлено возникновением противоречия между высокой скоростью
Тенденции в развитии структуры современных ЭВМ
1. постоянно расширяется и совершенствуется набор внешних устройств, что приводит к усложнению связей между узлами ЭВМ;
2. вычислительные машины перестают быть однопроцессорными, для осуще
Структура и виды команд
Решение задач на компьютере реализуется программным способом, путем выполнения последовательно во времени отдельных операций над данными, предусмотренных алгоритмом решения задачи.
Алго
Состав машинных команд
Стандартный набор современных ПК содержит около 240 машинных команд. Их можно разделить на группы по видам выполняемых операций:
- операции пересылки данных внутри компьютера;
- а
Основной цикл работы компьютера
Вся деятельность компьютера – это непрерывное выполнение тех или иных программ, которые в свою очередь могут загружать новые программы и т.д.
Каждая программа состоит их отдельных машинных
Обработка прерываний
Выполнение основной программы иногда может приостанавливаться для осуществления неотложных действий, связанных, например, с реакцией на щелчок мыши или со сбоем в цепи электропитания. Такой режим р
Аппаратное обеспечение
К аппаратному обеспечению относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию.
По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства ра
Системное программное обеспечение
Базовое программное обеспечение (base software) — минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. Самый низкий уровень программного обеспечения. Отвечает за в
ОС как расширенная машина
ОС ограждает пользователя от непосредственной работы с аппаратурой, составляющей реальную машину. Например, при работе с диском пользователю достаточно представлять его в виде некоторого набора фай
ОС как система управления ресурсами
ОС должна управлять всеми ресурсами компьютера таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Что включает в себя:
- планирование ресурса – кому, когда, а
Функции ОС
Обеспечение интерфейса пользователя. По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операционные сист
Понятие многозадачности
Работа с приложениями составляет наиболее важную часть работы операционной системы. С точки зрения управления исполнением приложений, различают однозадачные и многозадачные операционные сист
Установка приложений
Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти операцию, называемую установкой. Необходимость в установке связана с тем, что разработчики программного обеспечения не могут
Удаление приложений
Процесс удаления приложений, как и процесс установки, имеет свои особенности и может происходить под управлением вычислительной системы. В таких операционных системах, где каждое приложение самообе
Обслуживание компьютера
Предоставление основных средств обслуживания компьютера – одна из функций операционной системы. Обычно она решается внешним образом – включением в базовый состав операционной системы первоочередных
Прочие функции операционных систем
Кроме основных (базовых) функций операционные системы могут предоставлять различные дополнительные функции. Конкретный выбор операционной системы определяется совокупностью предоставляемых функций
Файловые системы FAT и FAT32
FAT представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Ее название происходит от названия метода, применяемого для организации файлов — та
Файловая система NTFS
Файловая система NTFS обеспечивает такое сочетание производительности, надежности и эффективности, которое невозможно предоставить с помощью любой из реализаций FAT. Основными целями разработки NTF
Физическая структура NTFS
Раздел NTFS, теоретически, может быть почти какого угодно размера. Максимальный размер раздела NTFS в данный момент ограничен лишь размерами жестких дисков.
Структура раздела - общий вз
MFT и его структура.
Файловая система NTFS представляет собой выдающееся достижение структуризации: каждый элемент системы представляет собой файл – даже служебная информация. Самый главный файл на NTFS называется MFT,
МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ
Окружающий нас мир состоит из множества различных объектов по своим размерам сравнимых с человеком – это макромир. Макрообъекты разделяются на живые, неживые и искусственные. Макрообъекты со
Моделирование как метод познания
Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и поэтому многократно бо
Материальные и информационные модели
Все модели можно разбить на два больших класса: материальные и информационные.
Материальные модели. Предметные модели позволяют представить в наглядной материальной форме объекты и
Формализация модели
На начальном этапе моделирования выделяются существенные признаки изучаемого объекта и дается развернутое содержательное описание связей между ними (системный анализ), то есть осуществляется неформ
Математическое моделирование
Основные этапы математического моделирования:
1. Создание качественной модели. Выясняется характер законов и связей, действующих в системе. В зависимости от природы модели эти законы могут
Компьютерное моделирование
Огромный толчок развитию математического моделирования дало появление ЭВМ, хотя сам метод зародился одновременно с математикой тысячи лет назад.
Математическая модель исследуемого процесса
Этапы и цели компьютерного математического моделирования
Общая схема процесса компьютерного математического моделирования
Первый этап – определ
Понятие алгоритма и его свойства
Понятие алгоритма является одним из основных понятий современной информатики. Термин алгоритм происходит от algorithmi – латинской формы написания имени выдающегося математика IX века аль-Хо
Определение алгоритма на основе рекурсивных функций
Рекурсия – процесс определения функции, при котором ее значение для произвольных значений аргументов выражается известным образом через значения функции для меньших значений аргументов.
Способы записи алгоритмов
Существует несколько способов записи алгоритмов, отличающихся друг от друга наглядностью, компактностью, степенью формализации. Наибольшее распространение получили: словесный, графический, программ
Разветвляющийся алгоритм
Разветвляющийся алгоритм (ветвление) обеспечивает выбор между двумя альтернативами. Выполняется проверка, а затем выбирается один из путей.
Подобная структура называется также «ЕСЛИ
Циклический алгоритм
Циклический алгоритм (Цикл) содержит некоторую последовательность операций, выполняемую многократно. Основной блок цикла, тело цикла, производит требуемые вычисления. Остальные блоки организ
Объекты алгоритма
Решение любой задачи предполагает наличие реальных объектов – объектов задачи.
Например. При решении задачи о начислении зарплаты сотрудникам предприятия объектом задачи могут быть: табель
Языки и системы программирования
Программа – это логически упорядоченная последовательность команд, необходимых для управления компьютером (выполнения им конкретных операций), поэтому программирование сводится к созданию по
Алгоритмические (процедурные) языки программирования
Старейшим языком высокого уровня, не утратившим своей актуальности и сегодня, является ФОРТРАН (FORTRAN), хотя от исходной версии в нем мало что сохранилось. Название ФОРТРАН соста
Декларативные (описательные) языки программирования
Предназначены для решения задач искусственного интеллекта, к ним относят такие языки, которые способны в зависимости от набора исходных данных модифицировать алгоритм работы, т.е. «на ходу» менять
Объектно-ориентированные языки программирования
Это направление стало разрабатываться в середине 70-х гг. Керниганом и Риччи. Представляет собой отображение объектов реального мира, их свойств (атрибутов) и связей между ними при помощи специальн
Языки программирования баз данных
Эта группа языков отличается от алгоритмических языков, прежде всего решаемыми задачами. База данных – это файл (или группа файлов), представляющий собой упорядоченный набор записей, имеющих единоо
Языки моделирования
При создании программ и формировании структур баз данных нередко применяются формальные способы их представления – форматные нотации, с помощью которых можно визуально (в виде диаграмм) представить
Поколения языков программирования
Языки программирования принято делить на пять поколений:
- Первое поколение. Начало 50-х годов, когда первые компьютеры только появились на свет. Первый язык ассемблера, соз
Системы программирования и их компоненты
Системы программирования для компилируемых языков. В самом общем случае для создания программы на выбранном компилируемом языке программирования нужно иметь компоненты, способные реализовыва
Архитектура программных систем
В то время как большинство автономных приложений: офисные программы, среды разработки, системы подготовки текстов и изображений – выполняются на одном компьютере, крупные информационные комплексы (
Технологии программирования
Технологией программирования называют совокупность методов и средств, используемых в процессе разработки программного обеспечения. Как любая другая технология она представляет собой набор те
Основные этапы развития технологии программирования
Первый этап – «стихийное» программирование (от появления первых вычислительных машин до середины 60-х годов XX в). Первые программы имели простейшую структуру. Они состояли из собственно про
Модули и их свойства
При проектировании достаточно сложного программного обеспечения после определения его общей структуры выполняют декомпозицию компонентов в соответствии с выбранным подходом до получения элементов,
Нисходящая и восходящая разработка программного обеспечения
При проектировании, реализации и тестировании компонентов структурной иерархии, полученной при декомпозиции, применяют два подхода:
- восходящий;
- нисходящий.
Восходя
Структурное и «неструктурное» программирование
Одним из способов обеспечения высокого уровня технологичности разрабатываемого программного обеспечения является структурное программирование.
Различают три вида вычислительного процесса,
Новости и инфо для студентов