МИРЭА - Российский технологический университет МИРЭА Институт Информационных Технологий Кафедра Вычислительной Техники Доклад по предмету «Специализация научной и профессиональной деятельности» На тему Зарождение вычислительной техники. Первые ЭВМ. Выполнил: С.Э. Дизиндорф Группа ИВМО-3-18 Москва - 2019 Первые вычислительные приспособления древности Счетные палочки Глиняные фигурки для счета Простейшие балансирные весы Первые вычислительные приспособления древности Римский абак или счеты Антикитерский механизм Развитие вычислительной техники в новое время Палочки Непера Логарифмические таблицы Логарифмические линейки Первые арифмометры Палочки Непера Палочки Непера, или неперовы палочки, — счётный прибор, изобретённый шотландским математиком Джоном Непером (описан им в трактате 1617 года). Состоит из 10 палочек, имеющих форму удлинённого прямоугольного параллелепипеда. Логарифмические таблицы Развивая тему упрощения умножения и деления многозначных чисел, Неперу и нескольким его современникам пришла идея заменить трудоёмкое умножение на простое сложение. Так он пришел к понятию логарифма, изложенному им в сочинении под названием «Описание удивительной таблицы логарифмов», изданном в 1614 году. 1. Переход к новому основанию 2. Вычитание или сложение показателей 3. Возведение в степень по таблице логарифмов Логарифмические линейки Если нанести логарифмическую шкалу на линейку — получится механический вычислитель, логарифмическая линейка. Такую идею высказал в начале XVII века Эдмунд Гюнтер. Принцип действия логарифмической линейки основан на том, что умножение и деление чисел заменяется соответственно сложением и вычитанием их логарифмов. Пример умножения 2×3 или деления 6/3. Для умножения на нижней (неподвижной) шкале находим число 2, совмещаем с ним 1 на верхней шкале (движке), находим на движке число 3 и напротив него считываем на нижней шкале результат умножения, 6. Для деления находим 6 на неподвижной шкале, выставляем напротив число 3 на движке, напротив единицы на движке считываем на нижней шкале результат деления, число 2 Номограммы Идея использования графического представления функции, чтобы избавиться от вычислений была известна давно. Тем не менее разработка теории номографических построений началась лишь в XIX веке. Первой была создана теория построения прямолинейных сетчатых номограмм французским математиком Л. Л. Лаланном (1843). Основания общей теории номографических построений дал М. Окань (1884—1891) — в его же работах впервые появился термин «номограмма», установленный для применения в 1890 году Международным математическим конгрессом в Париже. Номограмма из выровненных точек. Таблица умножения. В качестве примера показано умножение 6·8. Номограмма вычисления электрического сопротивления при параллельном включении Появление арифмометров «Паскалина» Блеза Паскаля, 1642 год «Считающие часы» Вильгельма Шиккарда, 1623 год «Арифмометр Лейбница» Готфрида Вильгельма Лейбница, 1673 год Развитие арифмометров в XIX веке Арифмометр Карла Ксавье Томаса – первый серийно выпускающийся арифмометр, 1820 год. Вычислительная машина Израиля Штаффеля, 1845 год, помимо 4 основных операций могла извлекать квадратный корень. Изобретения Чарльза Беббиджа В состав Аналитической машины должно было войти: 1. «Мельница» – арифметико-логическое устройство, которое выполняло операции над переменными и хранило их в специальных регистрах 2. «Склад» - память, в которой хранились значения переменных 3. Барабан, управляющий операциями машины – прообраз современного устройства управления 4. Устройство ввода-вывода, оперирующее тремя видами перфокарт: числовыми, операторами и программируемыми. Первая полностью построенная разностная машина Беббиджа Z – серия Конрада Цузе. Z1. 1936-1938. Система счисления: двоичная Элементная база: механический вычислитель с электрическим приводом Память: Конденсатор, чередующий слои стекла и металлические пластины, хранил 64 22-х битных слова Процессор: тактовая частота 1 Гц Быстродействие: в среднем одно умножение за 5 секунд. Устройство ввода: Клавиатура от пишущей машинки, устройство для чтения перфокарт Модель вычислительной машины Z1 в Немецком техническом музее Берлина Устройство вывода: Маленькая панель на лампочках. Z – серия Конрада Цузе. Z3. 1941. Система счисления: двоичная Элементная база: электромеханический вычислитель, выполненный на 2600 реле Память на реле, хранила 64 22-х битных слова Процессор: тактовая частота 5.3 Гц Быстродействие: в среднем одно умножение за 3 секунд, сложение – 0.8 сек. Воссозданный Z3 в Немецком музее г. Мюнхена Z – серия Конрада Цузе. Z4. 1944. Система счисления: двоичная Элементная база: электромеханический вычислитель, выполненный на 21 ступенчатых 2600 реле Память на реле, хранила 64 32-х битных слова Процессор: тактовая частота 40 Гц Быстродействие: в среднем одно умножение за 3 секунд, сложение – 0.4 сек. Z4 в экспозиции Немецкого музея в Мюнхене Британские дешифровальные машины Электромеханическая Bombe 1940 год Colossus, 1944 Построен на базе 1500(2500) электровакуумных ламп Тактовая частота 1.2(6) МГц Американские разработки. Harvard Mark I, 1941 Система счисления: десятеричная Элементная база: 765 тысяч деталей, включая переключатели и электромеханические реле Память: 72 слова по 23 десятеричных разряда Быстродействие: Сложение и вычитание – 0.3 секунды, умножение – 6 секунд, деление 15.3 секунды. Harvard Mark I Американские разработки. Atanasoff-Berry Computer, 1942 Система счисления: двоичная Компьютер для решения систем 30 на 30 линейных уравнений Элементная база: 300 электровакуумных ламп Длина слова: 50 бит Память: два барабана с прикрепленными маленькими конденсаторами 30 идентичных арифметических устройств сумматоров Копия компьютера Атанасова — Берри Американские разработки. ENIAC 1944 - 1947 Система счисления: десятеричная Элементная база: 17 468 ламп, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70 000 резисторов, 10 000 конденсаторов. Память: 20 число-слов, длиной 20 разрядов Быстродействие: 357 операций умножения и 5000 операций в секунду Тактовая частота: 100кГц Устройство ввода-вывода данных — табулятор перфокарт компании IBM: 125 карт/минуту на ввод, 100 карт/минуту на вывод ENIAC Разработки АВМ и ЭВМ в СССР. МЭСМ, 1950 Система счисления: двоичная Элементная база: 6000 ламп Память: 31 число-слова, длиной 16 разрядов, 63 команды Быстродействие: 3000 операций в минуту Тактовая частота: 5кГц Оперативная память и арифметическое устройство на триггерных ячейках МЭСМ Разработки АВМ и ЭВМ в СССР. М-1, 1950 Система счисления: двоичная Элементная база: 730 электровакуумных ламп Память: 256 слов, длиной 25 разрядов на электростатических трубках и 256 слов на магнитном барабане Быстродействие: 15-20 операций в секунду Один из узлов М-1 Итоги развития вычислительной техники: появление первого поколения ЭВМ. Принципы архитектуры почти всех современных ЭВМ, начиная с 1 поколения: • принцип однородности памяти – все команды и данные хранятся в одной памяти и внешне в памяти неразличимы. Отличается лишь способ их использования; • принцип адресности - структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причём процессору в произвольный момент доступна любая ячейка; • принцип программного управления - все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Также иногда выделяют еще 2 принципа: • принцип использования двоичной системы счисления; • принцип возможности условного перехода в процессе выполнения программы. Также было доказано, что ламповая элементная база для того времени была наиболее эффективна. Вскоре было создано множество ЭВМ именно с этой архитектурой и элементной базой, которые сегодня называются ЭВМ первого поколения. БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ ! Использованная литература 1. [Электронный ресурс] Википедия https://ru.wikipedia.org 2. [Электронный ресурс] http://www.nsc.ru/win/elbib/data/show_page.dhtml?77+87 3. [Электронный ресурс] http://www.computermuseum.ru/histussr/avmniism.htm
