ЛЕКЦИЯ 2. ЭВОЛЮЦИЯ СРЕДСТВ ЭВМ. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ ПК. ВИДЫ ПК. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПК

«Глубину сердца Распознать не дано мне, Но на родине Аромат сливы тот же, Что и в юные годы».

Ки-но Цураюки

«It is a way to...» Лозунг, написанный на дверях корпорации Intel

Если ПК имеет схожие «черты» с устройством человеческого организма, рассмотрение эволюции ЭВМ небезынтересно провести на основе сопоставления с эволюцией человеческих сообществ.

Происходит эволюция и мира природы, мира растений и животных.

Что может быть общего в эволюции мира природы и вычислительных средств?

В процессе эволюции мира природы и персональных компьютеров происходило и происходит изменение конструкции эволюционирующих объектов для адаптации к условиям существования. В случае с персональным компьютером речь идет об экономической конкуренции среди фирм-разработчиков, например, потребляющих меньшее количество энергии, имеющих меньшие габариты при более высокой производительности, способных к тиражированию и др.

Безусловно, имеются и различия в эволюции объектов природного мира и вычислительной техники. В мире природы необходимость выжить и приспособиться к изменившимся внешним условиям, передать эти способности по наследству

выживает сильнейшим и способный) определяют естественный отбор как локомотив эволюции, ее смысл. В эволюции ЭВМ эволюционное развитие осуществляют человек и его интересы.

В процессе эволюции растительного и животного мира важным является и аспект заселения особями пространства обитания в процессе естественного отбора. В вычислительной технике эти механизмы связаны с разрешением вопросов соотношения спроса и предложения, инвестированием новых технологий в производственный процесс и др.

Древнейшие подручные счетные материалы (бусинки, камушки и др.), счеты, арифмометр, калькулятор, ЭВМ - примеры эволюции счетных устройств.

1617 год. Джон Непер (Шотландия) описывает "палочки" ("косточки") для быстрого умножения чисел.

1642 год. Блез Паскаль изобретает и создает суммирующую машину («паскалин»), или первый арифмометр, механически выполняющий сложение чисел.

1673 год. Выдающийся философ и математик, языковед Готфрид Фридрих Вильгельм Лейбниц конструирует «машину четырех действий», позволяющую использовать четыре арифметических действия. Основой этого устройства были зубчатые колесики, причем один зубец всегда был длиннее остальных. Длинным зубцом зацеплялось соседнее колесико и поворачивалось на определенный угол, вследствие чего в специальном окне появлялась другая цифра, нежели набранная ранее.

Следует отметить, что гениальный ученый и философ изобрел также двоичную систему счисления.

В использовавшихся в то время счетных механических приборах не было многозадачности, возможности перенастройки на другие задачи. Арифмометр помогал человеку считать, однако не мог ему помочь думать.

В тридцатых годах XIX века английский математик, профессор Кембриджского университета Чарльз Беббидж (17911864) задался целью построить универсальное вычислительное устройство, которое должно было бы не просто считать, но и думать! Однако Чарльз Бэббидж вошел в историю не как создатель вычислительных машин, а как человек, сформулировавший основные идеи по созданию машин не только считающих, но и думающих. В основе таких механических устройств лежит последовательность взаимосвязанных действий, другими словами - программа.

Согласно идеям Ч.Бэббиджа, машина может следующее: выполнять разные функции; манипулировать информацией (при условии преобразования информации в числовой код).

Если французский физик и философ Блез Паскаль писал о своей машине (паскалине), что это «деревянные слуги, инструменты, которым недостает думающей души», то Ч.Беббидж попытался сформулировать идеи построения думающей машины.

В 1823 году Ч.Беббидж разрабатывает проект аналитической машины, являющейся прообразом современных ЭВМ. Аналитическая машина включала основные элементы современных компьютеров: память, ячейки которой содержали бы числа и арифметическое устройство, представленное рычагами и шестеренками. Интересен факт, что вплоть до самой его смерти, разностные машины, основанные на его идеях, широко выпускались, в то время как аналитическая машина так и осталась проектом, а сам ее изобретатель, иностранный член-корреспондент Петербургской АН, умер так и не оцененный современниками.

К 1850 году математик Буль вводит в научный обиход понятие математической логики. Существуют специальные команды управления или операторы И, ИЛИ, НЕ, которые осуществляют связи в логических высказываниях. Комбинации таких операторов позволяют создавать новую информацию. А это и есть элемент мышления, причем логика высказываний связана с двоичным представлением информации.

В 30-е годы XX-го века британский математик Алан Тьюринг и студент Клод Шеннон доказали, что машина, исполняющая логические инструкции, может самостоятельно манипулировать информацией.

В магистерской диссертации К.Шеннон показал, что с помощью электрических цепей компьютер выполняет логические операции, если «1» - «истина» (электрическая цепь замкнута), то «0» - «ложь» (цепь разомкнута). Другими словами, манипулируя всего лишь двумя состояниями (есть сигнал - нет сигнала), можно описывать процессы, имеющие нематематический характер.

Дальнейшие крупные вехи эволюции вычислительных машин таковы.

1941 год. Немецкий инженер Конрад Цузе конструирует вычислительную машину.

1943 год. Американец Говард Эйкен, используя идеи Ч. Бэббиджа и уровень развития техники того времени - электромеханических реле, - конструирует на одном из

предприятий фирмы IBM (International Business Machines Corporation) аналогичную машину, названную «МАРК-1». Информация обрабатывалась на этих машинах в двоичной форме путем срабатывания реле при прохождении электрического тока (на основе явления электромагнитной индукции).

В годы Второй мировой войны группа математиков из Пенсильванского университета под руководством Дж. Преспера Эккерта и Дж. Моучли разработала электронно-вычислительную машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator), которая была предназначена для потребностей войны. ENIAC имел массу 30 тонн, 17000 электронных ламп, 1500 электромеханических реле, потребляла 150 000 ватт электроэнергии, а для ее перепрограммирования на решение другой задачи требовалось вручную изменить подключение 6000 проводов. В дополнение эта машина занимала площадь огромного помещения.

1945 год. Американский математик, физик Джон фон Нейман совместно с Эккертом и Моучли предложил схему хранения программы в памяти, что значительно облегчало процесс эксплуатации машины. Нейман и придумал схему, лежащую в основе всех современных компьютеров:

Рис. 3. Устройство микропроцессора

Компьютер, прежде всего, должен иметь следующие устройства:

- Арифметическо-логическое устройство, которое выполняет

арифметические и логические операции.

- Устройство управления, которое организует процесс

выполнения программ

- Запоминающее устройство для хранения программ и данных

- Внешние устройства для ввода-вывода информации

Арифметическо-логическое устройство и устройство

управления объединены в центральном процессоре компьютера.

Сплошными стрелками указаны управляющие связи (по ним распространяются сигналы управления), а пунктирными - информационные связи (распространяется, соответственно, информация).

К устройствам ввода/вывода относятся клавиатура, мышь, монитор, дисковод, CD ROM, принтер, сканер, микрофон, звуковые колонки, плоттер и т.д.

Оперативная память названа оперативной потому, что в ней выполняются операции, и она работает достаточно быстро (оперативно) относительно долговременной памяти (жесткого диска, дискет, компакт-дисков и других носителей информации).

Один из принципов «Архитектуры фон Неймана» гласит: в компьютере не придется изменять подключения проводов, если все инструкции будут храниться в его памяти. После практического воплощения этой идеи «на свет» появился современный компьютер.

В процессе эволюции ЭВМ принято условно различать следующие поколения машин, отличающиеся друг от друга качественно новым содержанием: технологическими и

программными решениями.

Нулевое поколение (1492-1937).

Первое поколение (1938-1953).

Второе поколение (1954-1962).

Третье поколение (1963-1972).

Четвертое поколение (1972-1984).

Пятое поколение (1984-).