www.VuzLib.com

Головна arrow Інформатика, комп’ютерні науки, програмування arrow Інформатика та ЕОМ – виникнення та розвиток
Меню
Головна
Каталог освітніх сайтів

Інформатика та ЕОМ – виникнення та розвиток

Реферат

   Інформатика – одна з наймолодших дисциплін, корені якої сягають у далеке минуле. Людина живе у світі інформації, і здавна існує необхідність її збереження та передачі. Першими сховищами інформації були бібліотеки. У середині VII ст. до н.е. при палаці ассирійського царя Ашшурбаніпала було велике зібрання глиняних таблиць. До нинішніх часів дійшла слава Александрійської бібліотеки, заснованої Птолемеєм, яка нараховувала на початок I століття 700 тис. одиниць. Кожний освічений правитель вважав своїм обов’язком сприяти розвиткові бібліотек. У Давній Русі перша бібліотека була заснована в 1037 р. Ярославом Мудрим при Софійському соборі у Києві. Якщо перші бібліотеки призначалися для вищих прошарків суспільства, то у XVII-XVIII ст. Стала помітно збільшуватися кількість національних бібліотек, виникла необхідність систематизації книжкового фонду. У ті часи були закладені основи бібліотечної справи, а інформація, що зберігається у бібліотеках, стала доступною широкому колу читачів.
   Однак не всі знання, що накопичуються і зберігаються у книгах, відразу застосовуються на практиці. Можна згадати приклади незатребуваних винаходів Леонардо да Вінчі (літальний апарат, підводний човен, танк, парашут тощо), відкритих знову через 300 років. Прикладами, близькими до інформатики, є роботи французького вченого Блеза Паскаля (механічна підсумовувальна машина, XVII століття) і німецького фізика і математика Готфріда Лейбніца (арифметична лічильна машина для виконання чотирьох арифметичних дій, XVII століття). Лейбніц уперше висловив думку про можливість машинного моделювання людських функцій і ввів термін „модель”. Крім того, він розробив двійкову систему числення, що згодом широко застосовувалася в обчислювальних машинах.Ще за часів найдавніших культур людині доводилося розв’язувати задачі, які пов’язані з торговельними розрахунками, з обчисленням часу, із визначенням площі земельних ділянок тощо. Зростання обсягів цих розрахунків призводило навіть до того, що з однієї країни до іншої запрошували спеціально навчених людей, які добре володіли технікою арифметичного числення. Тому рано чи пізно мали з’явитися пристрої, що полегшують виконання повсякденних розрахунків. Так у Давній Греції й у Давньому Римі були створені пристрої для лічби, названі абак (від грецького слова abakion – „дощечка, покрита пилюкою”). Абак називають також римською рахівницею (латиною – abacus). Це були кістяні, кам’яні чи бронзові дошки із заглибленнями-смугами, у яких містилися кісточки (або камені). Лічба здійснювалася пересуванням кісточок.
   У країнах Давнього Сходу (Китаї, Японії, Індокитаї) існувала китайська рахівниця. На кожній нитці або дротині в цій рахівниці було по п’ять і по дві кісточки. Лічили одиницями і п’ятірками. У Росії для арифметичних обчислень застосовувалася руська рахівниця, що з’явилася в XVI столітті, але подекуди рахівниці можна зустріти і сьогодні.Розвиток пристроїв для лічби крокував у ногу з досягненнями математики. Незабаром після введення в обіг логарифмів у 1623 р. з’явилося логарифмічна лінійка, яку винайшов англійський математик Едмон Гантер. Логарифмічній лінійці судилося довге життя: від XVII століття до нашого часу.
   Однак наявність абака, рахівниці, логарифмічної лінійки не є механізацією процесу обчислення. У XVII столітті видатний французький учений Блез Паскаль створив принципово новий лічильний пристрій – арифметичну машину. В основу її роботи Б.Паскаль поклав відому до нього ідею виконання розрахунків за допомогою металевих шестерень. У 1645 р. він побудував першу підсумовувальну машину, а в 1675 р. Паскалю вдалося створити машину, що виконувала всі чотири арифметичні дії. Майже водночас з ним у 1670-1680 рр. відомий німецький математик Готфрід Лейбніц сконструював лічильну машину.
   Лічильні машини Паскаля і Лейбніца стали прообразом арифмометра. Перший арифмометр для чотирьох арифметичних дій, який застосовувався у практиці, вдалося сконструювати тільки через сто років, у 1790 р., німецькому годинниковому майстру Гану. Згодом пристрій арифмометра удосконалювався багатьма механіками з Англії, Франції, Італії, Росії, Швейцарії. Арифмометри застосовувалися для виконання складних розрахунків під час проектування та будівництва кораблів, мостів, будинків, проведення фінансових операцій. Але продуктивність роботи на арифмометрах залишалася невисокою, нагальною вимогою часу була автоматизація розрахунків.
   У 1833 р. Англійський вчений Чарльз Бебідж, укладач таблиць для навігації, розробив проект „аналітичної машини”. За його задумом, ця машина мала стати гігантським арифмометром із програмним керуванням. У машині Бебіджа передбачені були також арифметичний і запам’ятовуючий пристрої. Його машина стала прообразом майбутніх комп’ютерів. Але вузли, що використовувалися в ній, не були досконалими, наприклад для запам’ятовування розрядів десяткового числа в ній застосовувалися зубчасті колеса. Здійснити свій проект Бебідж не зміг через недостатній розвиток техніки, і „аналітична машина” на деякий час була забута.
   Лише через 100 років машина Бебіджа привернула увагу інженерів. Наприкінці 30-х років XX століття німецький інженер Конрад Цузе розробив першу двійкову цифрову машину Z1. У ній застосовувалися електромеханічні реле, тобто механічні перемикачі, які починають працювати під дією електричного струму. У 1941 р. К.Цузе створив машину Z3, цілком керовану за допомогою програми.
   У 1944 р. американець Говард Айкен на одному із підприємств фірми IBM побудував досить потужну на той час обчислювальну машину „Марк-1”. У цій машині для зображення чисел використовувалися механічні елементи – лічильні колеса, а для керування – електромеханічні реле.
   Різкий стрибок у розвитку обчислювальної техніки відбувся в 40-х роках, після Другої світової війни, і пов’язаний він був із появою якісно нових електронних пристроїв – електронно-вакуумних ламп. Електричні схеми, побудовані на цих лампах, працювали значно швидше, ніж схеми на електромеханічних реле. Зросла швидкодія обчислювальних машин, і релейні машини були усунуті продуктивнішими і надійнішими електронними обчислювальними машинами (ЕОМ). Застосування ЕОМ значно розширило коло розв’язуваних завдань. Доступними стали завдання, які раніше просто на ставилися: розрахунки інженерних споруд, розрахунки руху планет, балістичні розрахунки тощо.
   Перша ЕОМ створювалася в 1943-1946 рр. у США і називалася ЕНІАК (ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Calculator – електронно-числовий інтегратор і обчислювач). Ця машина містила близько 18 тисяч електронних ламп, багато електромеханічних реле, причому щомісяця виходило з ладу близько 2 тисяч ламп. У машини ЕНІАК, а також в інших перших ЕОМ був серйозний недолік – програма, що виконувалася і зберігалася не в пам’яті машини, а набиралася складним способом за допомогою зовнішніх перемичок.У 1945 р. відомий математик і фізик-теоретик фон Нейман сформулював загальні принципи роботи універсальних обчислювальних пристроїв. За фон Нейманом, обчислювальна машина повинна керуватися програмою з послідовним виконанням команд, а сама програма – зберігатися в пам’яті машини. Перша подібна ЕОМ була побудована в Англії в 1949 р.У 1951 році в СРСР була створена „МЭСМ” (малая электронно-счётная машина). Ці роботи здійснювались в Україні (м. Київ) в Інституті електродинаміки під керівництвом видатного конструктора обчислювальної техніки С.О.Лебедєва. Можна стверджувати, що”МЭСМ” була першою ЕОМ в континентальній Європі.
   ЕОМ постійно вдосконалювалися, завдяки чому до середини 50-х років їх швидкодію вдалося підвищити від кількох сотень до кількох десятків тисяч операцій за секунду. Однак при цьому електронна лампа залишалася найненадійнішим елементом ЕОМ. Використання ламп почало гальмувати подальший прогрес обчислювальної техніки.
   Згодом на зміну лампам прийшли напівпровідникові прилади. Так завершився перший етап розвитку ЕОМ. Обчислювальні машини цього етапу прийнято називати ЕОМ першого покоління. Характерними рисами ЕОМ першого покоління є застосування електронних ламп у цифрових схемах, великі габарити, а також трудомісткий процес програмування. Насправді, ЕОМ першого покоління розміщувалися у великих машинних залах, споживали багато електроенергії та вимагали охолодження за допомогою потужних вентиляторів. Програми для цих ЕОМ потрібно було складати у машинних кодах, і це могли робити тільки фахівці, що знали детально пристрій ЕОМ.
   Розробники ЕОМ завжди прямували за прогресом в електронній техніці. Коли в середині 50-х років на зміну електронним лампам прийшли напівпровідникові прилади, почалося переведення ЕОМ на напівпровідники. Напівпровідникові прилади (транзистори, діоди) були, по-перше, значно компактнішими, ніж їхні лампові попередники. По-друге, вони мали триваліший термін служби. По-третє, споживання енергії в ЕОМ на напівпровідниках було істотно нижчим.
   З упровадженням цифрових елементів на напівпровідникових приладах почалося створення ЕОМ другого покоління. ЕОМ другого покоління відрізняються застосуванням напівпровідникових елементів і використанням алгоритмічних мов програмування. Завдяки застосуванню більш досконалої елементної бази почали створюватися невеликі ЕОМ, сталося розподілення обчислювальних машин на великі, середні й малі. В Україні першою малою ЕОМ стала машина „Днепр-1”, серійне виробництво якої було налагоджено на заводі „Арсенал” (м. Київ). ЕОМ „Днепр-1” передувала унікальній за своєю архітектурою машині „Мир-1”, розробленій в 1965 р. в Інституті кібернетики (керівник В.М.Глушков). Машина „Мир-1” та її наступна модіфікація”Мир-2” передбачались для інженерних розрахунків, які виконував на ЕОМ сам користувач без допомоги оператора. У СРСР були розроблені і широко використовувалися також малі ЕОМ „Раздан” і „Наїрі”. До середніх ЕОМ належали машини серій „Урал”, „М-21”, „Минск”. Але рекордною серед вітчизняних машин другого покоління і однією з найкращих у світі була „БЭСМ-6”, створена колективом на чолі з академіком С.О.Лебедєвим. Ця машина виконувала понад 1 млн. операцій за секунду. За кордоном найпоширенішими машинами другого покоління були „Елліот” (Англія), „Сіменс” (ФРН), „Стретч” (США).
   Чергова заміна поколінь ЕОМ відбулася наприкінці 60-х років при переході від напівпровідникових приладів у пристроях ЕОМ до інтегральних схем. Інтегральна схема (мікросхема) – це невелика пластинка кристалу кремнію, на якій розміщуються сотні і тисячі елементів: діодів, транзисторів, конденсаторів, резисторів тощо. Застосування інтегральних схем надало можливість збільшити кількість електронних елементів в ЕОМ без зміни їхніх реальних розмірів. Швидкодія ЕОМ зросла до 10 мільйонів операцій за секунду. Крім того, складати програми для ЕОМ стало під силу простим користувачам, а не тільки фахівцям у галузі електроніки.
   Характерними рисами ЕОМ третього покоління є застосування інтегральних схем і можливість використання розвинутих мов програмування. У третьому поколінні з’явилися великі серії ЕОМ, що розрізняються за своєю продуктивністю і призначенням. Це родина великих і середніх машин ІВМ 360/370, розроблених у США. У Радянському Союзі й у країнах РЕВ були створені аналогічні серії машин: ЄС ЕОМ (Єдина Система ЕОМ, машини великі і середні), СМ ЕОМ (Система Малих ЕОМ) і „Електроніка” (система мікро-ЕОМ).У процесі вдосконалення мікросхем збільшувалася їхня надійність і щільність розміщених в них елементів. З’явилися великі інтегральні схеми (ВІС), у яких на один квадратний сантиметр припадає декілька десятків тисяч елементів. На основі ВІС були розроблені ЕОМ наступного – четвертого покоління. Завдяки ВІС на одному невеличкому кристалі кремнію стало можливим розмістити таку велику електронну схему, як процесор ЕОМ. Однокристальні процесори згодом почали називатися мікропроцесорами. Перший мікропроцесор був створений компанією Intel (США) у 1971 р. Це був 4-розрядний Intel 4004, що містив 2250 транзисторів і виконував 60 тис. операцій за секунду. Мікропроцесори стали основою міні-ЕОМ, а потім і персональних комп’ютерів, тобто ЕОМ, орієнтованих на одного користувача. Почалася епоха персональних комп’ютерів(ПК), що триває і досі. Однак четверте покоління ЕОМ – це не тільки покоління ПК. Крім персональних комп’ютерів, існують й інші, значно потужніші комп’ютерні системи.
   ЕОМ четвертого покоління характеризуються застосуванням мікропроцесорів, побудованих на великих інтегральних схемах. Вплив персональних комп’ютерів на уявлення людей про обчислювальну техніку виявився настільки великим, що поступово з ужитку зник термін „ЕОМ”, а його місце зайняло слово„комп’ютер”.Починаючи з 90-х років, у потужних комп’ютерах застосовуються супермасштабні ВІС, які вміщують сотні тисяч елементів на квадратний сантиметр. Багато фахівців почали говорити про комп’ютери п’ятого покоління. Характерною рисою комп’ютерів п’ятого покоління повинно бути використання штучного інтелекту і природних мов спілкування. Передбачається, що обчислювальні машини п’ятого покоління будуть легкокерованими. Користувач зможе голосом подавати команди машині.У людей завжди існувала потреба виконувати ті або інші розрахунки. Поява ЕОМ дала можливість вирішувати такі завдання, які раніше були не під силу механічним і електромеханічним обчислювальним пристроям. Перші потужні ЕОМ конструювалися заради вирішення складних прикладних науково-технічних завдань: визначення координат кораблів, космічних апаратів, розрахунку фізичних процесів, економічного планування тощо. Для виконання різних розрахунків на ЕОМ Створювалося спеціальне математичне і програмне забезпечення. Вартість цього забезпечення вже в 60-ті роки перевищила вартість матеріальної частини ЕОМ. З винаходом персональних комп’ютерів і розробкою мережних технологій з’явилися нові галузі застосування обчислювальної техніки. Наведемо лише основні напрями використання комп’ютерів за нашого часу.
   - Математичні розрахунки – виконання розрахунків за допомогою різних математичних пакетів, електронних таблиць тощо.
   - Бази і банки даних – створюються в різних галузях людської діяльності (законодавство, економіка, бізнес, медицина тощо).
   - Бізнес-додатки – бухгалтерські програми, облік руху товарів і фінансів, обслуговування банків і страхових компаній, автоматизовані системи керування підприємствами тощо.
   - Робота з текстовими матеріалами – створення документів, оптичне розпізнавання, переклад.
   - Видавництво і поліграфія – макетування книг, журналів, газет; автоматизація поліграфічного процесу.
   - Комп’ютерна графіка і живопис – опрацювання графічних зображень, створення малюнків засобами комп’ютерної графіки.
   - Інженерна графіка – різні програмні додатки в архітектурі, машинобудуванні, електронній техніці; створення геоінформаційних систем.
   - Наукові дослідження – машинне моделювання експериментів, розрахунки фізичних моделей тощо.
   - Комунікації – комп’ютерні мережі різного масштабу, Інтернет, електронна пошта, телеконференції.
   - Web- технології – підготовка публікацій, призначених для World Wide Web; електронна комерція.
   - Розваги і дозвілля – мультимедійні додатки, комп’ютерні ігри, контакти із зовнішнім світом.

 
< Попередня

При використанні матеріалів сайту активне гіперпосилання на http://vuzlib.com обов'язкове!
© 2010 www.VuzLib.com