Этапы развития вычислительной техники.

1. Первые попытки создания инструментов для обработки информации связаны со стремлением упростить выполнение действий над числами.

В древнем Китае (около 4 тыс. лет назад) были изображены счеты. Греки и римляне более 2 тыс. лет назад начали использовать абак – счетную доску, на которой числа изображались определенным количеством камешков, а действия над числами – передвижением камушков.

2. В 1642 году известный французский физик и математик Б.Паскаль изобрел математическое устройство для сложения и вычитания чисел, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускающимся серийно. А 20 лет спустя (в 1673 г.) немецкий математик Г.Лейбниц сконструировал арифмометр, выполнявший все 4 арифметические действия.

Арифмометры несколько столетий верно служили людям, являясь незаменимыми помощниками в расчетах. Однако арифмометры обладали ограниченными возможностями – скорость вычислений невелика, памяти нет.

Возможность представления любых чисел, да и не только чисел, двоичными цифрами впервые была предложена Готфридом Вильгельмом Лейбницем в 1666 году

3. На протяжении XVIII века, известного как эпоха Просвещения, появились новые, более совершенные модели, но принцип механического управления вычислительными операциями оставался тем же. Использовалось жесткое программирование – одна и та же операция выполнялась в одно и то же время. Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда,

4. В конце XIX века американский инженер Г.Холлерит сконструировал табулятор – электромеханическое вычислительное устройство. Табулятор в несколько раз превосходил арифмометр по скорости вычислений и имел память на перфокартах. Определенная система отверстий изображала число.

Табуляторы нашли широкое применение и явились предшественниками вычислительной машины нашего времени.

Идеи, положенные в основу принципа действия современных ЭВМ были сформулированы англичанином Ч.Беббиджем в 30-х годах XIX века

Предложенный им проект «аналитической машины» содержал устройства, характерные и для современных ЭВМ. Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Осуществить проект Беббиджу не удалось, т.к. не позволил технический уровень того времени.

5. Сто лет спустя американский ученый Джон фон Нейман развил идею Беббиджа и сформулировал принципы программно управляемой вычислительной машины. Эти принципы были реализованы в первой ЭВМ «ЭНИАК», построенной в США в 1946 году.

В нашей стране первая ЭВМ «МЭСМ-1» была разработана в 1951 году под руководством академика В.А.Лебедева.

Первые компьютеры были дорогостоящие и громоздкие, требующие для эксплуатации больших, специально оборудованных помещений. Их обслуживали десятки программистов и инженеров.

Средства общения человек-машина были ограничены. Все данные набивались на перфокарты. Сложными машинными языками владели лишь профессиональные программисты.

Область применения ограничивалась выполнением огромного объема вычислительной работы, например, вычисление траектории движения спутников или начисление зарплаты на больших предприятиях.

6. В 70-е годы, благодаря разработке новой технологии, удалось в сотни раз уменьшить размеры и стоимость электронных элементов ЭВМ. Компьютер, предназначенный для использования одним человеком, стал помещаться на письменном столе. Такие компьютеры получили название ПЭВМ.

Во-вторых, изменились средства общения с компьютером. Теперь можно обращаться к ЭВМ с помощью клавиатуры, а машина выдает решения в виде текста на экране.

В-третьих, получили дальнейшее развитие языки общения с компьютером. В настоящее время они все больше приближаются к естественному человеческому языку. Наборы прикладных программ, созданных профессиональными программистами, позволяют пользоваться компьютером специалисту для решения своих задач, не владеющему программированием.

В-четвертых, расширилась сфера применения компьютеров. В настоящее время компьютеры применяются не только для обработки числовой, но и другой различной информации.

Принципы работы компьютера.

В 1945 году американский математик Джон фон Нейман сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. Он описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации.

С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в 1945 году Джон фон Нейман.

Связи между устройствами компьютера.

Процессор

Компьютер должен иметь следующие устройства:

§ арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

§ устройство управления – организует процесс выполнения программ;

§ запоминающее устройство или память для хранения программ и данных;

§ внешние устройства для ввода-вывода информации.

Принципы работы компьютера.

Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая команда программы и организует ее выполнение арифметико-логическим устройством. После выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера.

Память компьютера

Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых, могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

В памяти хранятся программы и обрабатываемая информация для текущего и будущего использования. Память хранит информацию, передает ее на обработку процессору и принимает от него полученную информацию.

Память ЭВМ по особенностям организации и использования подразделяется на внутреннюю и внешнюю.

Память вычислительной машины подразделяется на оперативную (оперативное запоминающее устройство, или ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)и внешнюю (внешнее запоминающее устройство, или ВЗУ). Оперативная память служит для временного хранения программ и данных непосредственно во время вычислений. Это память с быстрым доступом относительно небольшого объема. Содержимое оперативной памяти сохраняется только во время работы компьютера. Такая память называется энергозависимой. В ПЗУ информация не уничтожается при выключении питания компьютера, но ее нельзя изменять. Информация в ПЗУ заносится один раз при изготовлении компьютера. Процессор лишь читает ее с высокой скоростью, однако изменять и дополнять не может. Обычно в ПЗУ заносят инструкции по запуску компьютера. Внешняя память имеет значительно больший объём и служит для долговременного хранения программ и данных. Она является энергонезависимой. Данные во внешней памяти хранятся в виде файлов, являющихся последовательностями байтов. Для того чтобы программа могла быть выполнена, она должна быть загружена в оперативную память машины.

На устройствах внешней памяти (магнитных носителях) информация представлена в двоичном коде состоянием намагниченных и ненамагниченных участков на дорожках диска.

В современных персональных компьютерах есть быстрая память еще одного вида, имеющая специальное назначение. Это видеопамять. Видеопамять хранит код изображения, выводимого на дисплей.

Для ускорения доступа к данным используется специальное устройство, называемое кэш-памятью. Кэш-память – это «сверхоперативная» память сравнительно небольшого объема. В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативной памяти, то среднее время доступа к памяти уменьшается.