Современные приборы вычислительной техники

Вычислительные машины

Вычислительные машины, являются неотъемлемой частью современной жизни. В повседневной жизни человек ежесекундно сталкивается с разного рода вычислениями или результатом таковых.

В процессе своего развития вычислительная техника прошла долгий путь эволюции от простейших палочек для вычисления до машин, способных выполнить любое математическое действие в тысячные доли секунды.

Самым простым примером продвинутой вычислительной машины, является компьютер, который постоянно принимает, обрабатывает и передает данные. Весь текст и картинки, которые видны на экране для компьютера, выглядят как бинарный код из «1» и «0».

В зависимости от порядка расположения «1» и «0» вычислительная машина выводит на экран тот или иной символ.

История развития вычислительных машин

История развития вычислительных машин начала еще в древние времена, когда для выполнения простейших вычислительных операций, человек использовал средства для визуализации счета.

Первыми известными приспособлениями для вычисления являются счетные палочки. Далее, в процессе эволюции счетные палочки изменили свой внешний вид. Например, во многих религиях для отсчета количества прочитанных молитв стали применять четки.

Не так давно, на одном из античных судов было найдено устройство, которое могло выполнять простые математические операции. Главной особенностью этой находки, являлось назначение устройства: механизм был создан для вычисления лунных фаз и, скорее всего, использовались как календарь.

Ученые пришли к выводу, что технология производства такой машины была утеряна, и более человеку не удавалось создать подобного аппарата вплоть до эпохи процветания.

Греческие купцы, имели при себе специальные таблички, на которых была изображена своеобразная система подсчета, отдаленно напоминающую современную таблицу умножения.

Для определения качественных характеристик таких, как килограммы, для подсчета использовались простые весы. Процесс вычислений заключался в следующем: прибор оценивал вес изделия, переводя его в числовое значение.

Процесс эволюции систем для счета происходил в следующей хронологии:

• палочки непера;
• логарифмические таблицы и линейки;
• номограммы;
• перфокарты;
• механические вычислительные машины;
• программные машины.

Разработка вычислительных машин не стоит на месте. Ученые говорят о скором появлении оптического или фотонного вычислителя, который сможет работать в 1000 раз быстрее, чем обыкновенный компьютер.

Первые механические вычислительные машины

Главное отличие механической вычислительной техники от современной заключается в использовании при вычислениях механической силы. В механических приборах алгоритмы запускались при помощи шестерней и рычагов, и требовали ручного ввода информации.

Долгий путь эволюции такой вычислительной техники отмечен созданием двух наиболее продвинутых аппаратов Паскаля и Бэббиджа. Эти механические вычислительные машины разработаны в разные времена и использовали прогрессивные методы подсчета чисел.

Вычислительная машина Бэббиджа

Машина Бэббиджа – это универсальный вычислительный прибор, который так и не был создан. До нашего времени дошли чертежи этой машины, на основе которой современные ученые собрали прототип машины и доказали, что разработка была удачной.

Английский математик Чарльз Бэббидж при создании своей машины опирался на труды предшественников 18 века. Основополагающими трактатами для разработки проекта стала работа немецкого ученого Иоганна Мюллера. Книга о механических вычислениях, изданная в 1788 году и труды Гаспара де Порни по созданию иерархической структуры для организации массовых вычислений.

Разностная машина, которая впервые была описана Бэббиджем в 1822 году в своей книге, могла считать значения многочленов до шестой степени. В том же 1822 году, ученый приступил к созданию своего аппарата, сразу по старту проекта, который спонсировало правительство, начались трудности.

Механические вычисления, требовали высочайшей точности в производстве деталей. Небольшие отклонения в расчетах могло привести к высокой погрешности в результате.

Подрядчик, который взялся изготавливать оборудование и запчасти для вычислительной машины, не смог выполнить детали с необходимой точностью. Поэтому машина так и не была собрана, а финансирование проекта в скором времени прекратилось. По оставшимся документам, вычислительный механизм собрали уже в конце 20 века.

Вычислительная машина Паскаля

Ученый Блэз Паскаль вырос в семье французского сборщика налогов. Главной мотивацией для создания суммирующей машины, стало стремление облегчить процесс подсчета налогов. В 1642 году Паскаль занялся разработкой методов и алгоритмов работы будущего устройства.

Счетная машина, которую ученый назвал «Паскалита», представляла собой ящик с наборными колесами. Путем вращения колес вводилось необходимое число, а в верхней части в специальных «окошках», пользователь мог увидеть сумму введенных чисел.

Первоначально, машина могла считать в пределах четырехзначных чисел. В процессе усовершенствования, машина снабдили 8 оконцами, что позволило вести вычисления для более крупных чисел и сложных выражений.

Несмотря на успех, который принесла Паскалю его суммирующая машина, больших объемов продаж добиться не удалось. Это было связано с высокой стоимостью запчастей и сложностями производства.

Хотя именно принцип передачи информации в машине, путем движения связанных между собой колес, более трех веков использовался в производстве и разработке счетных машин по всему миру. Машина Паскаля, была одной из первых реально работающих образцов механической вычислительной техники.

Классификация вычислительных машин

Все вычислительные машины можно разделить на три одинаковые группы, различия которых заключается в методах исчисления данных и способах обработки.

• ЦВМ – цифровая вычислительная машина, принцип действия которой направлен на работу с потоком данных, вводимых в виде цифр и чисел, такие машины являются простейшим видом вычислительной техники.
• АВМ – аналоговые вычислительные машины, принцип действия которых заключается в работе с данными выраженными в единицах величины (кг, Вт, ед.) Самым ярким примером такой вычислительной машины – является электрический счетчик.
• ГВМ – гибридные вычислительные машины, принцип действия которых основан на объединении вычислений нескольких разных величин, может выполнять действия между числами и единицами, по сути, объединяя в себе работу ЦВМ и АВМ.

Вычислительные комплексы, системы и сети

К вычислительным комплексам, системам и сетям, относится группа вычислительной техники, которая работает в одном направлении и обеспечивает расчет необходимых величин по данным из нескольких источников. Самым обычным примером вычислительной сети – является компьютерная сеть. Как правило, такие группы оборудования применяются в промышленности, для достижения оптимизации вычислений.

Механические вычислительные машины

В современном виде вычислительные механические машины – это довольно сложное и точное оборудование. Самой распространенной формой механических вычислительных машин являются разнообразные счетчики.

К примеру, в каждом автомобиле, есть прибор указывающий путь пройденный техникой и ее скорость. Движение выражено сразу в двух единицах: километрах в час и просто в километрах. В данном случае, задача вычислительной машины — конвертирование механического действия в определенные величины.

Цифровые вычислительные машины

В цифровых вычислительных машинах, алгоритм расчетов производится, благодаря поступлению определенных дискретных значений, которые в свою очередь после подсчета выводятся на экран в виде цифрового значения.

Большинство ЦВМ используют импульсы или специальный, общепринятый двоичный код. Это сделано, для того чтобы вычислительные комплексы и системы, могли обмениваться между собой информацией «понятной» для всех машин.

Аналоговые вычислительные машины

Главным отличием аналоговой машины от цифровой или механической является беспрерывность действий по обработке данных. При этом вычисления могут вести за собой какое-то механическое, гидравлическое или электронное действие.

Самым ярким примером, является автоматическая коробка передач у автомобиля, которая постоянно получает данные о режимах работы двигателя и соответственно произведенным расчетам переключает скорости.

Электромеханические вычислительные машины

История первых электромеханических машин, начинается вместе с созданием нового электронного элемента – реле. Ведущие разработчики, сразу оценили возможность переделывать механическое движение в определенный электрический код при помощи реле.

Сразу несколько групп инженеров начали заниматься такими машинами в тридцатых годах двадцатого века. В это время развитие электроники пошло быстрее и разработку электромеханических счетных машин быстро закрыли. За неполные 7 лет разработок, на основе релейного действия, было создано две машины – «Марк 1» и «Марк 2».

На современном производстве применение электромеханических машин сведено к минимуму из-за появления более продвинутого оборудования.

Релейные вычислительные машины

После того как электрические реле стали набирать популярность, было создано несколько машин, которые при помощи механической силы могли вести определенные вычисления. Через некоторое время механическую силу полностью заменили силой тока, которая и питала релейную установку.

Первая удачная и надежная машина – РВМ-1 (Релейно вычислительная машина) была создана в 1957 году. Устройство использовало в работе одновременно 550 реле. Скорость подсчета такой машины была 0,5 секунд на выполнение одной операции, при этом устройство могло работать постоянно – без остановок.

РВМ-1 применялась на протяжении 10 лет в финансовой системе. Последний раз на территории нашей страны ее запускали для пересчета финансовой системы СССР в 1967 году. Именно тогда была зафиксирована самая большая нагрузка, и за одну секунду машина смогла выполнить до 20 операций умножения крупных чисел.

Простые вычислительные машины

Примером простых вычислительных машин является самый простой калькулятор. Первые машины этого вида начали выпускаться во второй половине 20-го века. Простая вычислительная машина нуждается в помощи оператора, задачей которого является ввод цифр. Пик развития таких машин пришелся на восьмидесятые года 20 века, а их вид практически не изменился.

Простые вычислительные машины, рассчитаны на обработку таких действий, как:

Упоминание единичных простых машин, можно встретить и в более раннем периоде. Но тогда большой популярностью простые вычислительные машины не пользовались из-за высоких требований к знаниям оператора машины и большой себестоимостью.

Производители и поставщики вычислительных машин

Современные вычислительные машины, в 90% случаев являются персональными компьютерами, на которых установлены специальные программы, позволяющие выполнять необходимые вычисления мгновенно.

Среди представителей этой индустрии можно отметить компании: «НИКС», DNS, Meijin, «МЦСТ», «Т-Платформы» и другие.

Мировыми лидерами являются компании Intel и Kingston. Серверное оборудование является большой вычислительной машиной, которая постоянно обрабатывает и передает данные.

Крупным производителем серверов является компания Dell. На продукции этой компании в мире работает около 23% серверов различного профиля и назначения.

Поставками вычислительной техники занимаются крупные торговые сети, специализирующиеся на компьютерном обеспечении. Заказ партии вычислительных машин можно сделать по интернету или в самом магазине. Некоторые из этих компаний имеют собственные производства по сборке оборудования. Среди поставщиков можно выделить сеть магазинов «Кей», «Ситилинк», «Юлмарт».

Больше о производителях и поставщиках вычислительных машин можно узнать на ежегодной выставке «Связь».

Источник

Вычислительная техника — история развития, этапы и таблица поколений

Основные этапы

Процесс эволюции счетных устройств начался в древние времена и продолжается сегодня. За это время люди создали различные приспособления для счета. Краткая история их развития может быть описана с помощью основных этапов:

1. Ручной. Это самый длительный этап. Он начался в глубокой древности, а завершился в середине XVII столетия. За это время были созданы различные ручные средства для подсчета, например, финикийские фигурки, логарифмическая линейка и т. д.
2. Механический этап развития. Длился более двух столетий (вторая половина XVII — конец XIX века). Это время характеризуется быстрым развитием науки, что привело к появлению механических счетных машин. Они могли выполнять простые арифметические операции.
3. Электромеханический. Среди всех этапов эволюции вычислительных устройств он оказался самым коротким. Его длительность составила лишь 60 лет. Начало электромеханическому этапу положило создание первого табулятора (1887), а завершился период в 1946 году. Созданные на этом временном отрезке устройства использовали электрический привод и реле. С их помощью скорость и точность вычислений существенно увеличились.
4. Электронный этап начался в середине XX столетия и продолжается сегодня. Первые компьютеры имели большие размеры и существенно отличались от современных ПК.

Классификация истории развития вычислительной техники на хронологические этапы является условной. При использовании одного счетного устройства активно появлялись предпосылки для разработки следующего поколения девайсов.

Простейшие устройства

Сначала люди использовали для счета 10 пальцев на своих руках, а результаты вычислений фиксировались на камне, дереве и т. д. Когда появилась письменность, человек разработал различные способы записи цифр и системы счисления:

• в Индии использовалась десятичная;
• вавилоняне применяли шестидесятеричную систему.

На рубеже IV столетии до н. э. появился абак. Это приспособление представляло собой глиняную дощечку, на которую заостренным предметом наносились полоски. Вычисления осуществлялись посредством размещения на этих полосах различных предметов небольшого размера.

Первые счеты были изобретены в Китае — суанпан. Это приспособление представляло собой деревянную раму, на которой были натянуты нити в количестве 10 или больше. Еще одна веревочка располагалась перпендикулярно остальным и делила приспособление на 2 неравные части. В отделении большего размера (земля) на каждую ниточку нанизывалось по 5 косточек. Меньшее отделение называлось «небо», а каждая веревочка, расположенная в нем, содержала по 2 косточки.

В XVII веке математик Непер из Шотландии открыл логарифмы, основываясь на работе шотландского ученого, Гантер (Англия) смог создать логарифмическую линейку. Это устройство используется и сегодня, хотя его первоначальная конструкция претерпела серьезные изменения.

Изобретение Гантера позволяла выполнять следующие операции:

• находить логарифмы;
• операции деления и умножения;
• находить тригонометрические функции;
• возводить в степень.

Это устройство стало последним приспособлением домеханической эры развития вычислительной техники.

Механические машины

В 1673 году известный ученый Лейбниц изобрел устройство, которое, помимо простейших операций с числами, позволяло извлекать квадратный корень. Чтобы этот ступенчатый вычислитель мог функционировать, ученому пришлось разработать двоичную систему счисления.

Через 2 столетия французский математик Ксавье Тома де Кальмар, основываясь на работах Лейбница, изготовил арифмометр. Эта машина уже могла делить и перемножать числа. Английский ученый Бэббидж через 2 года начал создавать устройство, способное выполнять вычисления с точностью до 20 знаков после запятой. Однако этот проект так и не был завершен.

Впрочем, имя Бэббиджа навсегда вошло в историю развития счетных устройств. Именно этот человек разработал машину, управлять которой можно было программно. В качестве носителя информации использовались перфокарты. С этим же устройством связано и имя первого программиста на планете — Ада Лавлейс. Именно этой женщине удалось создать первые программы для машины Бэббиджа.

Компьютерная техника

Первый аналог компьютера был создан еще в 1887 году американцем Голлеритом. Он разработал табулятор, который представлял собой электромеханическую вычислительную машину. В конструкции устройства присутствовали реле, счетчики и специальный сортировочный ящик. Машина могла сортировать статистические данные, записанные на перфокартах. Компания, созданная Голлеритом, затем превратилась в известную корпорацию IBM.

Также стоит отметить основные изобретения и теории, давшие в будущем толчок к развитию компьютерной техники:

• 1930 — дифференциальный анализатор (Ванновар Буш из США);
• 1936 — создана концепция вычислительной машины (Алан Тьюринг из Англии);
• 1937 — разработана электромеханическая машина для двоичного сложения (Джордж Стибиц из США);
• 1938 год — сформулированы принципы работы логического устройства вычислительной машины (Клод Шеннон из США).

Начало эры

Во многом активное развитие ЭВМ связано со Второй мировой войной. Правительства некоторых стран-участниц этого конфликта стремились получить стратегическое преимущество перед противником и начали финансировать работы по разработке вычислительных машин. Пионером компьютеростроения стал инженер из Германии Цузе. Им была сконструирована машина Z3, которая могла оперировать числами с плавающей запятой, работая при этом в двоичной системе. В качестве носителя информации в ней использовалась перфолента.

Однако первым функционирующим компьютером следует считать новую машину немецкого инженера — Z4. Он же разработал и первый язык программирования под названием Планкалкюль. В 1942 году 2 американских исследователя (Джон Атанасов и Клиффорд Берри) создали машину, работающую на вакуумных трубках. Она использовала двоичный код и выполняла ряд логических операций.

При поддержке правительства Англии в 1943 году была построена первая ЭВМ — Колосс. Работы над этим устройством велись в условиях максимальной секретности.

В состав машины входило около 2000 электронных ламп. Колосс использовался для взлома немецких кодов, создаваемых с помощью шифровального устройства Энигма. После завершения войны ЭВМ была уничтожена в соответствии с личным приказом Черчилля.

Работа над архитектурой

Прообраз архитектуры современного ПК был создан в 1945 году американским ученым фон Нейманом. Он первым предложил записывать программу в форме кода непосредственно в память вычислительного устройства. В те времена в США активно работали над созданием первого компьютера, способного решать различные задачи — ENIAC. Эта машина весила порядка 30 тонн, а для ее размещения требовалось около 170 м² площади.

В состав конструкции машины входило 18000 ламп. В течение 1 секунды она выполняла 5000 операций сложения либо 300 умножения. На европейском континенте первый универсальный компьютер был создан в СССР. Команда под руководством Сергея Лебедева в 1950 году сконструировала МЭСМ (малая электронная счетная машина). Для ее работы требовалось порядка 6000 ламп, а быстродействие компьютера составляло 50 операций в секунду. Эта же группа ученых через 2 года создала большую электронную счетную машину. Ее быстродействие составляло 10000 операций в секунду.

Создание полупроводниковых приборов

Главным недостатком электронных ламп был невысокий срок службы. Так как эти устройства быстро выходили из строя, обслуживание вычислительной машины существенно усложнялось. Проблема была решена в 1947 году, когда был изобретен транзистор. Полупроводниковые устройства выполняли аналогичные функции, что и лампы, но при этом имели ряд преимуществ:

• занимали мало места;
• низкое энергопотребление;
• более продолжительный срок службы.

Именно появление полупроводниковых приборов позволило компьютерам приобрести вид, напоминающий современные ПК. Благодаря работе американских инженеров Кибли и Нойса мир узнал о микросхемах. Основу этих устройств составлял германиевый либо кремниевый кристалл, на котором монтировались миниатюрные полупроводниковые приборы. Их количество достигало десятки и даже сотни тысяч.

Появление микросхем дало новый толчок к развитию ЭВМ. В 1964 году корпорация IBM представила первую машину семейства SYSTEM 360. В СССР первый компьютер на микросхемах был разработан в 1972 году, а назывался он ЕС. В его основе лежали разработки американской компании IBM. Одновременно с развитием компьютеров начинает активно совершенствоваться и программное обеспечение (софт). В 1964 году был разработан язык Бейсик, предназначенный для начинающих программистов. В 1969 году появился Паскаль, с помощью которого можно было решать различные прикладные задачи.

Персональные компьютеры

В начале 70-х годов стартовал выпуск четвертого поколения компьютеров. Это время для индустрии характеризуется началом использования в производстве вычислительной техники БИС (большая интегральная схема). Благодаря этому производительность ЭВМ достигла отметки в тысячи миллионов операций в секунду. Кроме этого, существенно снизилась и себестоимость производства ПК, что сделало их более доступными для обычного потребителя.

Одним из первых массовых компьютеров стала машина, созданная компанией Apple. Произошло это в 1976 году. В разработке ПК принимали участие Стив Возняк и Стив Джобс. Его стоимость составляла лишь 500 долларов. В 1977 году вышла вторая модель этого компьютера — Apple II. Роль этих личностей в развитии компьютерной техники сложно переоценить.

Быстрое распространение недорогих компьютеров привело к значительному падению прибыли компании IBM. Это факт вызвал беспокойство у ее руководства, и в 1979 году на рынке появился первый ПК от американского концерна. В нем был установлен процессор от Интел 8088, ОЗУ в объеме 64 Кбайт и дисковод для дискет. Специально для него компания Микрософт разработала новую операционную систему, в которой все было понятно даже новичку.

В дальнейшем наблюдалось стремительное развитие компьютерной техники. Новые процессоры начинают создаваться ежегодно и каждое новое поколение превосходит в производительности прошлое. Вся история развития ПК может быть представлена в таблице:

Поколение	Элементная база	Быстродействие, операций в секунду	ПО	Применение	Примеры
I (1946−1959)	Электронные лампы	Не более 20000	Машинные языки	Расчетные задачи	ЭНИАК и МЭСМ
II (1960−1969)	Полупроводниковые приборы	От 100 до 500 тысяч	Алгоритмические языки	Экономические, инженерные и научные задачи	БЭСМ-4, IBM 701
III (1970−1979)	ИМС (интегральные микросхемы)	Около 1 миллиона	Операционные системы	САПР, научные и технические задачи, АСУ	ЕС 1060, IBM 360
IV (с 1980 и до настоящего времени)	Микропроцессоры и БИС	Минимум десятки миллионов	Базы данных (БД)	АРМ, работа с графикой и текстами	Серверы и ПЭВМ
V (с 1990 до настоящего времени)	СБИС	Более миллиарда	Мощные вычислительные системы, искусственный интеллект	Все области	Ноутбуки, рабочие станции

Сейчас компьютер можно найти практически в каждом доме, а жизнь современного человека сложно представить без ПК.

Источник