Приспособления для счета

История
развития ВТ
Введение
Вычислительная техника (ВТ) является важнейшим компонентом
процесса вычислений и обработки данных.
Вся история ВТ началась тогда, когда между людьми возникли
товарные отношения. Когда появилась необходимость считать,
прибавлять, выполнять элементарные действия с количеством
товара, появились и первые счетные машины.
Элементарные на взгляд современного и сложнейшие с точки зрения
человека древнего, они стали атрибутом, сопутствующим эпохе. Чем
сложнее был счетный прибор, тем более цивилизованным считался
народ.
Приспособления для счета
Римский абак (V—VI вв. н. э.)
Абак — это счетная доска, применявшаяся для арифметических
вычислений приблизительно с V века до н. э. в Древней Греции,
Древнем Риме.
Доска абака была разделена линиями на полосы, счет осуществлялся
с помощью размещенных на полосах камней или других подобных
предметов.
Изготовлялся абак из бронзы, камня, слоновой
кости и цветного стекла. До нашего времени
дошел бронзовый римский абак, на котором
камешки передвигались в вертикально прорезанных желобках. Внизу помещались камешки
для счета до пяти, а в верхней части имелось
Греко-римский абак
отделение для камешка, соответствующего
(реконструкция)
пятерке.
Приспособления для счета
Суаньпань (VI в. н. э.)
Суаньпань — это китайская семикосточковая разновидность абака.
Суаньпань представляет собой прямоугольную раму, в которой
параллельно друг другу протянуты проволоки или веревки числом
от девяти и более. Перпендикулярно этому направлению суаньпань
перегорожен на две неравные части. В большом отделении («земля»)
на каждой проволоке нанизано по пять шариков (косточек), в меньшем
(«небо») — по два. Проволоки соответствуют десятичным разрядам.
Китайцы разработали изощренную технику
работы на счетной доске. Их методы позволяли быстро производить над числами все
4 арифметические операции, а также извлекать квадратные и кубические корни.
Приспособления для счета
Соробан (XV-XVI вв. н. э.)
Соробан — японские счеты (абак).
Происходят от китайского суаньпаня,
завезенного в Японию в Средние века.
В настоящее время соробан продолает использоваться, несмотря на распространение практичных
и доступных населению карманных калькуляторов.
Соробан состоит из нечетного количества вертикально
расположенных спиц. Каждая спица представляет собой цифру.
Большее количество спиц позволяет набирать бо́льшие числа.
На каждой спице нанизано по 5 костяшек, причём верхняя костяшка
на каждой спице отделена от нижних рамкой. Четыре нижние
костяшки называются «земными», и каждая представляет собой
единицу. Верхняя костяшка называется «небесной» и считается
за пять «земных».
Приспособления для счета
Русские счеты (XVI в.)
Русские счеты (усовершенствованный аналог римского абака) —
простое механическое устройство для произведения арифметических
расчетов, являются одним из первых вычислительных устройств.
Счеты представляют собой раму с нанизанными на спицы
костяшками, обычно по 10 штук.
Десятичный строй — довольно веское основание
для того, чтобы признать временем возникновения этого прибора XVI век, когда десятичный
принцип счисления был впервые применен
в денежном деле России.
Приспособления для счета
Таблицы логарифмов (1614 г.)
Первые таблицы логарифмов опубликовал Джон Непер (1614 г.).
Независимо от него свои таблицы опубликовал Иост Бюрги (1620 г.).
Принцип их заключается в том, что каждому числу соответствует
специальное число — логарифм — это показатель степени, в
которую нужно возвести число (основание логарифма), чтобы
получить заданное число. Таким способом можно выразить любое
число. Логарифмы очень упрощают деление и умножение. Для
умножения двух чисел достаточно сложить их логарифмы. Благодаря
данному свойству сложная операция умножения сводится к простой
операции сложения.
Приспособления для счета
Логарифмическая линейка (1622 г.)
Принцип действия логарифмической линейки основан на том, что
умножение и деление чисел заменяется соответственно сложением
и вычитанием их логарифмов. Первый вариант линейки разработал
английский математик-любитель Уильям Отред в 1622 году.
Простейшая логарифмическая линейка состоит из двух шкал
в логарифмическом масштабе, способных передвигаться
относительно друг друга. Более сложные линейки содержат
дополнительные шкалы и прозрачный бегунок с несколькими рисками.
.
Приспособления для счета
«Часы для счета» (1623 г.)
В 1623 году Вильгельм Шикард придумал «Считающие
часы» — первый механический калькулятор, умевший
выполнять четыре арифметических действия.
Считающими часами устройство было названо потому,
что как и в настоящих часах работа механизма была основана на использовании звездочек и шестеренок. Практическое использование это изобретение
нашло в руках друга Шикарда, философа и астронома Иоганна Кеплера.
Приспособления для счета
Суммирующая машина Паскаля (1642 г.)
В 1642 г. Блез Паскаль представляет «Паскалину» —
первое реально осуществленное и получившее известность механическое цифровое восьмиразрядное вычислительное устройство.
Складываемые числа вводились в машину при помощи
соответствующего поворота наборных колесиков. На каждое
из этих колесиков были нанесены деления от 0 до 9. При вводе числа,
колесики прокручивались до соответствующей цифры. Совершив
полный оборот, избыток над цифрой 9 колесико переносило
на соседний разряд, сдвигая
соседнее колесо на 1 позицию.
Приспособления для счета
Калькулятор Лейбница (1673 г.)
В 1673 г. немецкий философ и математик Г. В. Лейбниц построил
двенадцатиразрядный механический калькулятор, который
выполнял умножение, деление, сложение и вычитание.
Позже Лейбниц описал двоичную систему счисления и обнаружил,
что существуют совершенно новые законы математики.
Он пытался применить двоичный код в механике и даже сделал
чертеж вычислительной машины, работавшей на основе его новой
математики, но вскоре понял, что технологические возможности
его времени не позволяют создать
такую машину.
Приспособления для счета
Перфокарта (1804 г.)
В 1804 году Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок,
в котором вышиваемый узор определялся перфокартами.
Перфокарта — это носитель информации, предназначенный
для использования в системах автоматической обработки данных.
Сделанная из тонкого картона, перфокарта представляет
информацию наличием или отсутствием отверстий в определенных
позициях карты.
Серия карт могла быть заменена,
и смена узора не требовала изменений
в механике станка. Это было важной
вехой в истории программирования.
Приспособления для счета
Арифмометр (1820 г.)
Первая механическая машина, нашедшая широкое применение, —
арифмометр.
Арифмометр был изобретен Карлом Томасом,
уроженцем городка Кольмар в Эльзасе. Эта
машина основана на принципе ступенчатого
валика, предложенного Лейбницем. Получив
патент на изобретение Томас организовал
промышленное производство своих машин.
Он просуществовал более 50 лет. Его механический лязг долгое время слышался везде,
где была потребность в многочисленных вычислениях.
Приспособления для счета
Перфоратор (1884 г.)
В 1884 году американец Герман Холлерит взял патент на «машину
для переписи населения». Изобретение включало перфокарту, два
вида перфораторов и сортировальную машину. Идея возникла в тот
момент, когда Холлерит обратил внимание на железнодорожного
кондуктора, который с помощью ручного компостера заносил
в какой-то бланк сведения о пассажирах.
Она состояла в том, чтобы представить подлежащие обработке
данные отверстиями в фиксированных
местах перфокарты и затем либо подсчитать отверстия на всех перфокартах,
либо отсортировать по тому же принципу.
Приспособления для счета
Аналитическая машина Беббиджа (1834 г.)
В 1834 году англичанин Чарльз Бэббидж изобретает аналитическую
машину.
Она состояла из «склада» для хранения чисел («накопитель»),
«мельницы» — для производства арифметических действий над
числами («арифметическое устройство»),
устройства, управляющее в определенной
последовательности операциями машины
(«устройство управления»), устройство ввода
и вывода данных.
В аналитической машине предусматривалось
3 различных способа вывода полученных
результатов: печатание 1 или 2 копий,
изготовление стереотипного отпечатка,
пробивки на перфокартах.
Приспособления для счета
Аналитическая машина Беббиджа (1834 г.)
Аналитическая машина не была построена.
Но Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов, около 30 вариантов общей компоновки машины, ввел более 4 тысяч «механических обозначений». Аналитическая машина Бэббиджа — первый прообраз современных
компьютеров.
Бэббидж впервые ввел память для промежуточных вычислений, предложил использовать в машине двоичную систему счисления. Проект остался незавершенным, из-за недостатка финансовых средств.
Уже после смерти Бэббиджа некоторые его идеи были использованы
при создании первых электромеханических счетных машин.
Приспособления для счета
Язык программирования
Августа Ада Лавлейс известна созданием описания
вычислительной машины, проект которой был разработан Чарльзом Бэббиджем.
Составила первую в мире программу для этой
машины. Ввела в употребление термины «цикл»
и «рабочая ячейка», считается первым программистом.
В своей единственной научной работе Ада ряд высказанных ею общих положений (принцип экономии рабочих ячеек
памяти, связь рекуррентных формул с циклическими процессами
вычислений) сохранили свое принципиальное значение и для
современного программирования.
История сохранила ее имя в названии универсального языка
программирования «Ада».
I поколение компьютеров
(1945—1955 гг.)
Элементарная база: электронная лампа.
Производительность: 10-20 тыс. операций в секунду.
Электронная лампа — это электровакуумный прибор, работа
которого осуществляется за счет изменения потока электронов,
движущихся в вакууме или разреженном газе между электродами.
Электронные лампы определяли большие габариты первых ЭВМ,
значительное энергопотребление, низкую надежность и,
как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг
пользователей, главным образом, из мира науки.
Каждые 7—8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в одной
ЭВМ их было 15—20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной
лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли
огромное количество тепла.
Ввод-вывод данных осуществлялся с помощью перфокарт.
Z3
(1941 г.)
Z3 — первая полнофункциональная программно управляемая
и свободно программируемая в двоичном коде с плавающей точкой
рабочая вычислительная машина, обладающая всеми свойствами
современного компьютера. Создана немецким инженером Конрадом
Цузе и представлена вниманию научной общественности 12 мая
1941 года. Сегодня многие считают его первым реально
действовавшим программируемым компьютером.
 вес 1 тонна;
 2 600 реле;
 операция сложения — 0,8 секунд,
умножения — 3 секунды;
 двоичная система счисления.
Mark-I
(1943 г.)
В начале 1943 года успешные испытания прошла первая
американская вычислительная машина Марк I, предназначенная
для выполнения сложных баллистических расчетов американского
ВМФ. Разработчик — Говард Айкен.
 длина 17 м, вес 5 тонн;
 75 000 электронных ламп;
 сложение — 3 секунды, деление — 2 секунды;
 десятичная система счисления.
ENIAC
(1946 г.)
ЭНИАК (ENIAC, Electronic Numerical Integrator and Computer) — это
электронный числовой интегратор и вычислитель, первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер, который можно было
перепрограммировать для решения полного диапазона задач.
Построен в 1946 году по заказу Армии США для расчетов таблиц
стрельбы. Запущен14 февраля 1946 года.
 длина 26 м, вес 35 тонн;
 17 468 электронных ламп;
 сложение — 1/5000 секунды,
деление — 1/300 секунды;
 десятичная система счисления.
UNIAC-I
(1950 г.)
UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer I) — первый
коммерческий компьютер, созданный в США.
Первый экземпляр UNIVAC был установлен в Бюро переписи
населения США 31 марта 1951 года. Пятый экземпляр использовался
вещательной компанией CBS для прогнозирования результатов
выборов президента США в 1952 году. По опросу всего 1 %
населения, имеющего право голоса, была корректно спрогнозирована
победа Эйзенхауэра.
 вес 13 тонн;
 5 200 электронных ламп;
 1905 операций в секунду.
Компьютеры Лебедева С. А.
МЭСМ (1951 г.) — малая электронно-счетная машина.
 6 000 электронных ламп;
 3 000 операций в секунду;
 двоичная система счисления.
БЭСМ (1952 г.) — большая электронно-счетная машина.
 5 000 электронных ламп;
 10 000 операций в секунду;
 двоичная система счисления.
II поколение компьютеров
(1956—1965 гг.)
Элементарная база: транзистор.
Производительность: 10-200 тыс. операций в секунду.
Транзистор — это радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным
сигналам управлять током в электрической цепи.
Один транзистор заменял 40 электронных ламп.
Благодаря транзисторам и печатным платам было достигнуто
значительное уменьшение размеров и объемов
потребляемой энергии, а также повышение надежности. Однако компьютеры второго поколения по-прежнему были довольно дороги и поэтому использовались только университетами,
правительствами, крупными корпорациями.
II поколение компьютеров
(1956—1965 гг.)
ЭВМ второго поколения обладали первыми операционными
системами.
В это время были созданы первые языки
программирования — Фортран (1957 г.)
и Алгол (1959 г.)
В качестве устройств ввода-вывода по-прежнему использовались перфокарты, но для
хранения информации стали применяться
магнитные барабаны и диски.
Магнитный барабан
IBM 608
(1957 г.)
IBM 608 был первым продуктом IBM, использовавший транзисторные
схемы без вакуумных ламп, и считается, первым полностью
транзисторным компьютером в мире, изготовленным для
коммерческого рынка.
 3 000 германиевых транзисторов;
 4 500 операций в секунду;
 может обрабатывать 80 шагов программы.
IBM 604
IBM 608
IBM 7070
PDP-1
(1960 г.)
PDP-1 (Programmed Data Processor-1) — первый компьютер
из серии PDP, произведенный Digital Equipment Corporation в 1960 г.
PDP-1 имел 9 Кб основной памяти с возможностью расширения
до 144 Кб. Большинство арифметических операций занимали 10
микросекунд (100 000 операций в секунду).
БЭСМ-6
(1966 г.)
Лучшей отечественной ЭВМ второго поколения считается БЭСМ-6,
созданная в 1966 году. БЭСМ-6 выпускалась серийно с 1968 по
1987 год, всего было выпущено 367 машин.
Элементная база БЭСМ-6 по тем временам была совершенно новой,
в ней были заложены основы схемотехники ЭВМ третьего
и четвертого поколений. Принцип разделения сложной машинной
логики, построенной на диодных блоках, от однотипной усилительной
части на транзисторах обеспечили простоту
изготовления и надежность работы.
 60 000 транзисторов;
 200 000 диодов;
 1 млн. операций в секунду;
 работали до 90-х гг.
III поколение компьютеров
(1966—1975 гг.)
Элементарная база: интегральная схема.
Производительность: 1 млн. операций в секунду.
Интегральная схема — это электронная схема произвольной
сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке
(пластине или пленке).
Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала
они использовались только в космической и военной технике. Сейчас
же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые
приборы.
Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз,
а габариты значительно уменьшились.
III поколение компьютеров
(1966—1975 гг.)
Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то,
что их производство оказалось дешевле, чем производство машин
второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли
приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело
к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные
для решения самых различных задач.
С появлением микропроцессора стало
возможным создание микрокомпьютеров — небольших недорогих компьютеров, которыми могли владеть небольшие компании или отдельные люди.
IBM 360
(1964 г.)
IBM System/360 (S/360) — семейство компьютеров класса мейнфреймов — больших универсальных компьютеров.
В отличие от предыдущих серий, IBM создала линейку компьютеров,
от малых к большим, от низкой к высокой производительности, все
модели которой использовали один и тот же набор команд. Эта
особенность позволяла заказчику использовать недорогую модель,
после чего обновиться до более крупной системы.
 конвейерная обработка команд;
 разделение времени;
 1 байт = 8 бит.
В 1970 г. берет свое начало серия
IBM System/370 (S/370).
ЕС ЭВМ
(1971—1984 гг.)
ЕС ЭВМ (Единая Система Электронных Вычислительных Машин) —
советская серия компьютеров. Аналогия серий IBM 360 и IBM 370.
Программно и аппаратно совместимы со своими американскими
прообразами.
ЕС-1020 (1971 г.):
 20 тыс. операций в секунду;
 память 256 Кб.
ЕС-1060 (1977 г.):
 1 млн. операций в секунду;
 память 8 Мб.
ЕС-1066 (1984 г.):
 5,5 млн. операций в секунду;
 память 16 Мб.
IV поколение компьютеров
(1976 г. — настоящее время)
Элементарная база: большие и сверхбольшие интегральные схемы.
Производительность: более 1 млрд. операций в секунду.
Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности
размещать на одном кристалле тысячи интегральных схем.
Для четвертого поколения характерно:
 появление суперкомпьютеров;
 появление персональных компьютеров;
 появление пользователей-непрофессионалов,
необходимость «дружественного» интерфейса;
 многопроцессорные системы;
 развитие компьютерных сетей;
 работа с мультимедиа (графика, анимация, звук).
Altair 8800
(1974 г.)
Альтаир 8800 — микрокомпьютер, разработанный компанией MITS
(Micro Instrumentation and Telemetry Systems), расположенной в Альбукерке (Нью-Мексико, США), в 1975 году на основе микропроцессора
Intel 8080. Одной из причин успеха этого
компьютера была простота архитектуры
по отношению к «большим ЭВМ».
Считается, что именно эта система привела к революции персональных компьютеров несколько лет спустя.
 частота 2 МГц;
 память 256 Кб.
Apple I
(1976 г.)
В 1976 году начался кустарный выпуск Apple I — компьютера, который послужил предтечей развития одного из современных производителей персональных компьютеров, Apple Computer.
Был разработан Стивом Возняком для личного использования.
У друга Возняка Стива Джобса появилась идея продавать компьютер.
Компьютер появился в продаже в июле 1976 года
и выпускался в 1976-1977 годах, было собрано
в общей сложности порядка 200 экземпляров
устройства. Цена компьютера в продаже составляла
666,66 доллара.
По оценке экспертов стоимость этого раритетного компьютера,
выставленного на аукцион, в 2010 году составляла от 160
до 240 тысяч долларов.
Apple II
(1977 г.)
В июне 1977 года первый серийно выпускавшийся Apple II предложил
пользователям интегрированную клавиатуру, цветную графику, звук,
пластиковый корпус и восемь слотов расширения.
В отличие от всех предыдущих компьютеров, Apple II больше
выглядел как офисный прибор, а не как набор электронного
оборудования, имел встроенный интерпретатор Бейсика, и был
значительно более дружественен по отношению к неподготовленному
пользователю.
 процессор MOS Technology 6502;
 тактовая частота 1 МГц;
 память 4 Кб.
TRS-80
(1977 г.)
TRS-80 — серия настольных микрокомпьютеров компании Tandy
Corporation. Компьютер конкурировал с Apple II и Commodore
PET 2001 и удерживал высокие продажи, во многом благодаря тому,
что продавался через сеть из 3000 магазинов Radio Shack.
Другими его сильными сторонами были полноразмерная QWERTYклавиатура, малый размер, хорошо написанный Floating BASIC,
монитор в комплекте и цена в 599 долл.
На 1979 год TSR-80 располагал самым широким
выбором программного обеспечения на рынке
микрокомпьютеров.
Commodore PET
(1977 г.)
Commodore PET (Personal Electronic Transactor) — домашний
персональный компьютер, выпускавшийся компанией Commodore
с 1977 года. Хотя это устройство не получило широкого
распространения за пределами Северной Америки и Великобритании,
это был первый полноценный компьютер Commodore, и он послужил
основой для будущего успеха компании.
 процессор MOS Technology 6502;
 частота 1 МГц;
 память 4-8 Кб;
 включает BASIC 1.0;
 9-дюймовый монохромный дисплей.
IBM PC
(1981 г.)
IBM PC — первый массовый персональный компьютер производства
фирмы IBM.
В то время фирма IBM не придавала большого значения
персональным компьютерам, поэтому в IBM PC было использовано
много «чужих» компонентов — одним из их ключевых решений было
использование разработок сторонних производителей.
 процессор Intel 8088;
 частота 4,77 МГц;
 память 64 Кб;
 операционная систем MS-DOS.
Агат
(1983 г.)
Агат — первый советский серийный универсальный 8-разрядный
персональный компьютер, ориентированный для применения в сфере
народного образования. Разработан на базе американского компьютера Apple II+ в НИИ Вычислительных Комплексов (НИИВК).
Серийное производство Агатов осуществлялось вплоть до 1993 года.
По различным сообщениям в некоторых школах
использование Агатов в учебном процессе продолжалось как минимум до 2001 года.
 процессор MOS Technology 6502;
 частота 1 МГц;
 память 64 Кб;
 операционная систем Apple DOS 3.3.
Персональный компьютер
Персональный компьютер (ПК) — это компьютер,
предназначенный для эксплуатации одним пользователем.
Персональный
компьютер
Настольный
КПК, смартфон,
компьютер
коммуникатор
Планшетный
компьютер
Ноутбук
Нетбук
Настольный компьютер
(Desktop computer)
Монитор
Системный
блок
Клавиатура
Ноутбук
(Notebook, Laptop)
Достоинства:
 малый вес и габариты;
 возможность автономной
работы;
 возможность подключения
к беспроводным сетям.
Недостатки:
 высокая цена;
 ограниченность
модернизации;
 система охлаждения;
 сложность ремонта.
Нетбук
(Netbook)
Достоинства:
 малый вес и габариты;
 низкая стоимость;
 работа от аккумулятора
(5-12 часов).
Недостатки:
 низкая
производительность;
 отсутствие DVD-привода;
 малый экран;
 сложность ремонта.
Планшетный компьютер
(Tablet PC)
Достоинства:
 компактность;
 использование беспроводных сетей;
 большой выбор приложений.
Недостатки:
 отсутствие клавиатуры
и мыши;
 высокая цена.
Прочие устройства
Карманный ПК (КПК)
Смартофон
(Personal Digital Assistant, PDA)
(Smartphone)
Коммуникатор
Электронная книга
(Communicator, PDA phone)
(E-book reader, Digital book)
V поколение компьютеров
(?)
Элементарная база: оптикоэлектроника.
Цель: создание суперкомпьютера с функциями искусственного
интеллекта.






обработка знаний с помощью логических средств (язык Пролог);
сверхбольшие базы данных;
использование параллельных вычислений;
распределенные вычисления;
голосовое общение с компьютером;
постепенная замена программных средств на аппаратные.
Технологическая
сингулярность
После изобретения интегральной схемы развитие компьютерной техники резко ускорилось. Столь же стремительно развивается и процесс
миниатюризации компьютеров.
Существует мнение, что экспоненциальное развитие компьютерной
техники в будущем может привести к технологической сингулярности.
Технологическая сингулярность — это гипотетический момент,
по прошествии которого, технический прогресс станет настолько
быстрым и сложным, что окажется недоступным пониманию.
За которым предположительно следуют создание искусственного
интеллекта и самовоспроизводящихся машин, интеграция человека
с вычислительными машинами, либо значительное скачкообразное
увеличение возможностей человеческого мозга за счет биотехнологий.