Лекция

Тема: «Роль математиков в развитии программировании»

План

1. Домеханический (ручной) этап

2. Механический этап

3. Электромеханический этап

4. Электронный этап

 

Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени.

Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства: абак (счёты), логарифмическая линейка, арифмометр, компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счётов даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств уже давно превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.

Выделяют четыре этапа развития вычислительной техники: домеханический, механический, электромеханический, электронный.

 

1. Домеханический (ручной) этап –  40–30-го тысячелетия до н. э.

Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами: пальцевый счет, нанесение засечек, узелки и т.д.

 

Рисунок 1 – Засечки

 

Рисунок 2 – Узелки

 

Рисунок 3 – Финикийские глиняные фигурки

 

Первым устройством, предназначенным для облегчения счета, были счеты (абак). Впервые абак появился, вероятно, в Древнем Вавилоне. 3 тыс. лет до н. э. Первоначально представлял собой доску, разграфлённую на полосы или со сделанными углублениями. Счётные метки (камешки, косточки) передвигались по линиям или углублениям. 

Аба́к применялся для арифметических вычислений в Древней Греции, Древнем Риме и Древнем Китае, и ряде других. Пользователь абаки называется абакистом.

В Египте вместо линий и углублений стали использовать палочки и проволоку с нанизанными камешками. С помощью костяшек счетов можно было совершать операции сложения и вычитания и несложные умножения.

Рисунок 4 – Абак

 

Рисунок 5 – Реконструкция римского абака

 

Десятичный абак, или русские счеты, в которых используется десятичная система счисления и возможность оперировать четвертями, десятыми и сотыми дробными долями появились в России на рубеже XV – XVI веков и активно применялись в торговле вплоть до последнего десятилетия XX века.

 

Рисунок 6 – Русские счеты

 

Сравнительно сложным приспособлением для счёта могли быть чётки, применяемые в практике многих религий. Верующий как на счётах отсчитывал на зёрнах чёток число произнесённых молитв, а при проходе полного круга чёток передвигал на отдельном хвостике особые зёрна-счётчики, означающие число отсчитанных кругов.

 

2. Механический этап – с середины XVII в.

С изобретением зубчатых колёс появились и гораздо более сложные устройства выполнения расчётов. Звёздочки и шестерёнки были сердцем механических устройств для счёта.

 

Вильгельм Шиккард (1592-1635) – немецкий ученый, астроном, математик – создатель первого механизма арифмометра (1623) с названием «Считающие часы». Считающими часами устройство было названо потому, что как и в настоящих часах работа механизма была основана на использовании звёздочек и шестерёнок.

Машина содержала суммирующее и множительное устройства, а также механизм для записи промежуточных результатов. Первый блок – шестиразрядная суммирующая машина – представлял собой соединение зубчатых передач. На каждой оси имелись шестерня с десятью зубцами и вспомогательное однозубое колесо – палец. Палец служил для того, чтобы передавать единицу в следующий разряд (поворачивать шестерёнку на десятую часть полного оборота, после того как шестерёнка предыдущего разряда сделает такой оборот). При вычитании шестерёнки следовало вращать в обратную сторону. Контроль хода вычислений можно было вести при помощи специальных окошек, где появлялись цифры. Для перемножения использовалось устройство, чью главную часть составляли шесть осей с «навёрнутыми» на них таблицами умножения. 

Но машина Шиккарда вскоре сгорела во время пожара. Поэтому биография механических вычислительных устройств ведется от суммирующей машины, изготовленной в 1642 г. Блезом Паскалем.

 

Рисунок 7 – «Считающие часы» Шиккарда

 

Блез Паскаль (1623-1662) – выдающийся французский математик, механик, физик, литератор и философ. Классик французской литературы, один из основателей математического анализа, теории вероятностей и проективной геометрии, создатель первых образцов счётной техники, автор основного закона гидростатики.

Паскаль – удивительно разносторонний гений. Прожив всего 39 лет, большую часть из которых он тяжело болел, он сумел оставить значимый след в науке и литературе. Его уникальная способность проникать в самую суть вещей позволила ему не только стать одним из величайших ученых всех времен, но и помогла запечатлеть свои мысли в бессмертных литературных творениях.

В них Паскаль предвосхитил ряд идей Лейбница, П.Бейля, Руссо, Гельвеция, Канта, Шопенгауэра, Шелера и многих других.

В честь Паскаля названы:

    кратер на Луне;

    единица измерения давления и напряжения (в механике) в системе СИ;

    язык программирования Pascal.

    лдин из двух университетов в Клермон-Ферране.

    ежегодная французская научная премия.

    архитектура видеокарт GeForce 10, разработанная компанией Nvidia.

Отец Блеза занимался утомительными расчётами в распределении податей, пошлин и налогов.

Видя, как отец работает с традиционными способами вычислений и, находя их неудобными, Паскаль задумал создать вычислительное устройство, которое могло бы существенно упростить расчёты.

В 1642 году 19-летний Блез Паскаль начал создание своей суммирующей машины «паскалины», в этом, по его собственному признанию, ему помогли знания, полученные в ранние годы.

Машина Паскаля (1646), ставшая прототипом калькулятора, выглядела как ящик, наполненный многочисленными связанными друг с другом шестерёнками, и производила расчеты с шестизначными числами. Чтобы гарантировать точность работы своего изобретения, Паскаль лично присутствовал при изготовлении всех её составляющих.

Вскоре машина Паскаля была подделана в Руане одним часовщиком, который не видел оригинала и построил копию, руководствуясь лишь рассказами о «счётном колесе» Паскаля. Несмотря на то, что поддельная машина была совершенно непригодна для выполнения математических операций, Паскаль, задетый этой историей, оставил работу над своим изобретением.

Чтобы побудить его продолжить совершенствование машины, друзья привлекли к ней внимание одного из самых высокопоставленных чиновников Франции – канцлера Сегье. Тот, изучив проект, порекомендовал Паскалю не останавливаться на достигнутом. В 1645 году Паскаль преподнёс Сегье готовую модель машины, а через 4 года получил королевскую привилегию на свое изобретение.

 

Рисунок 8 – «Паскалина»

 

Изобретённый Паскалем принцип связанных колёс почти на три столетия стал основой создания большинства арифмометров, а самого изобретателя стали называть французским Архимедом.

 

Лейбниц Готфрид Вильгельм (1646-1716) – немецкий ученый (философ, математик, физик, языковед); предвосхитил принципы современной математической логики («Об искусстве комбинаторики», 1666). В 1673 г. Лейбниц изобрёл собственную конструкцию арифмометра, гораздо лучше паскалевской, – он умел выполнять умножение, деление, извлечение квадратных и кубических корней, а также возведение в степень. Предложенные Готфридом ступенчатый валик и подвижная каретка легли в основу всех последующих арифмометров вплоть до XX столетия. «Посредством машины Лейбница любой мальчик может производить труднейшие вычисления», – сказал об этом изобретении Готфрида один из французских учёных.

, Предложив двоичную систему счисления, ученый наделял ее мистическим смыслом: цифру 1 он ассоциировал с Богом, а 0 с пустотой. Лейбниц предположил, что двоичная система может стать универсальным логическим языком.

Лейбниц хотел выделить простейшие понятия, с помощью которых можно бы сформулировать понятия любой сложности. Он мечтал о создании универсального языка, на котором можно было бы записывать любые мысли в виде математических формул. Ученый думал о машине, которая могла бы выводить теоремы из аксиом, о превращении логических утверждений в арифметические.

 

Рисунок 9 – «Ступенчатый вычислитель»

 

Рисунок 10 – Арифмометр Лейбница

 

Рисунок 11 – Механический калькулятор Лейбница



 В 1819 году Чарльз Бэббидж (1791-1871), английский математик, приступил к созданию малой разностной машины, а в 1822 году он закончил её строительство и выступил перед Королевским Астрономическим обществом с докладом о применении машинного механизма.  Малая машина была полностью механической и состояла из множества шестерёнок и рычагов. В ней использовалась десятичная система счисления. Она оперировала 18-разрядными числами с точностью до восьмого знака после запятой и обеспечивала скорость вычислений 12 членов последовательности в 1 минуту. Малая разностная машина могла считать значения многочленов 7-й степени.

Составные части разностной машины:

1. «Память» – несколько регистров для хранения чисел.

2. Счетчик числа операций со звонком – при выполнении заданного числа шагов вычислений раздавался звонок.

3. Печатающее устройство – результаты выводились на печать, причем по времени эта операция совмещалась с вычислениями на следующем шаге. Движение механических частей машины должен был осуществлять паровой двигатель. Но вычисления были полностью автоматизированы (вплоть до автоматической печати результатов).

За создание разностной машины Бэббидж был награждён первой золотой медалью Астрономического общества. Однако малая разностная машина была экспериментальной, так как имела небольшую память и не могла быть использована для больших вычислений.

 

Рисунок 12 – Малая разностная машина

 

В 1823 году по рекомендации Королевского общества правительство Великобритании выделило ему субсидии в размере 1500 фунтов стерлингов на создание разностной машины.

К сожалению, изобретатель не смог при своей жизни построить полностью работающую версию задуманной им машины. Вместо трёх лет он потратил на неё более 9 лет, бюджет её создания вырос в 10 раз, но он не смог предвидеть всех трудностей, связанных с реализацией своей идеи.

После того, как правительство отказалось выделять дополнительные средства на финансирование неудавшегося проекта, Бэббидж занялся более общей версией механического компьютера, «аналитической машиной», которую он назвал «Разностная машина №2» – аналитическая машина.

По архитектуре аналитическая машина была механическим прототипом современного компьютера. Она содержала следующие устройства:

1) «склад» (или мельница) – устройство для хранения цифровой информации (теперь это запоминающее устройство или память);

2) «мельница» или «фабрика» – устройство, выполняющее операции над числами, взятыми на «складе» (ныне это – арифметическое устройство);

3) устройство, для которого Бэббидж не придумал названия и которое управляло последовательностью действий машины. Сейчас это устройство называется устройством управления. Следуя терминологии Ч. Бэббиджа, это устройство можно было бы назвать «конторой»;

4) устройство ввода информации;

5) устройство вывода информации.

По оценке Бэббиджа, его машина могла выполнять 60 сложений в минуту или одно умножение двух 50-значных чисел или деление 100-значного числа на 50-значное. В 1840 г. Бэббидж предложил окончательный вариант машины. У нее было три устройства ввода с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке. Объем памяти составлял 50 машинных слов по 40 цифр (разрядов) каждое. Компьютер имел два регистра-аккумулятора – «быструю» память, в которой накапливался результат арифметических действий.

После его смерти во второй половине 19-го века другие изобретатели по его чертежам сумели построить работающие версии разностных машин.

В 1991 г., к двухсотлетию со дня рождения ученого, сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам разностную машину. 29 ноября 1991 г. она впервые произвела серьезные вычисления и с тех пор функционирует без ошибок. Машина весит 3 т, а ее стоимость почти 500 000 долл. В 2000 г. был воссоздан еще и 3,5-тонный принтер Бэббиджа.

 

Рисунок 13 – Аналитическая машина, построенная по чертежам Беббиджа

 

  Исследователи работ Чарльза Бэббиджа непременно отмечают особую роль в разработке проекта аналитической машины графини Ады Августы Лавлейс. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций. Ада Августа Байрон (1815–1852), в замужестве графиня Лавлейс, была дочерью поэта Джорджа Байрона. Она с детства увлекалась математикой и астрометрией.

Наслышанная о создаваемой разностной машине, она с группой студентов посетила лабораторию Ч. Бэббиджа. С этого визита Ада увлеклась вычислительными машинами. Сам изобретатель отметил незаурядную девушку, которая не только понимала, как работает машина, но и была в состоянии оценить перспективы ее развития. После того, как итальянский инженер Л. Менабри составил подробный инструктаж по конструкции аналитической машины, Ада перевела его на английский язык. Она же нашла некоторые ошибки в рассуждениях Ч. Бэббиджа, проработала комментарии к тексту. В частности, использовать двоичное представление чисел в памяти предложила именно Ада. Ей же принадлежит изобретение циклов и подпрограмм – Ада поняла, что при использовании условных переходов можно будет использовать один и тот же набор перфокарт для повторяющихся последовательностей команд. Проработке аналитической машины Ада уделяла много времени, называя это устройство «своим первенцем».

Лавлейс, одна из немногих понимала, как работает машина и каковы потенциальные области ее применения. Говоря об аналитической машине, Бэббидж отмечал, что графиня «по-видимому, понимает ее лучше меня, а уж объясняет ее устройство во много-много раз лучше». Ада приложила немало усилий, чтобы воплотить изобретение Бэббиджа в реальном аппарате. Нехватка денег преследовала его постоянно. Астрономическое общество в свое время предоставило ему грант в 1,5 тыс. фунтов на построение разностной машины, но в действительности требовалась сумма, в пятьдесят раз большая. Не помогли ни дополнительные правительственные субсидии, ни стотысячное наследство. Аналитическая машина требовала еще больших расходов.

Чтобы добыть денег на закупку необходимых материалов (стали и латуни, потребность в которых измерялась тоннами), а также на изготовление деталей, они решили сыграть на скачках. Методика игры была их собственной и основывалась на законах вероятности. Первое время казалось, что новая система работает. Но дело кончилось плохо, и, чтобы заплатить долги, были проданы фамильные драгоценности семейства Лавлейс. Аналитическая машина в XIX в. была технологически невыполнима, и Ада Лавлейс умерла, так и не попробовав запустить свои программы. Аду Лавлейс называют первым программистом. В ее честь назван язык программирования АДА.

 

3. Электромеханический этап – с 90-х годов XIX в. – 1946г.

Электромеханический этап – самый короткий из всех, какие объединяет история развития вычислительной техники. Он длился всего около 60 лет. Машины, действие которых основывалось на электроприводе и электрическом реле, позволяли производить вычисления со значительно большей скоростью и точностью, однако процессом счёта по-прежнему должен был управлять человек.

 

 В конце XIX в. были созданы более сложные механические устройства. Самым важным из них было устройство, разработанное американцем Германом Холлеритом. Исключительность его заключалась в том, что в нем впервые была употреблена идея перфокарт и расчеты велись с помощью электрического тока.

К 1890 г. Г. Холлерит закончил работу над машиной – табулятором. В её механизме имелось реле, а также счётчики и особый сортировочный ящик. Прибор считывал и сортировал статистические записи, сделанные на перфокартах. В дальнейшем компания, основанная Голлеритом, стала костяком всемирно известного компьютерного гиганта IBM.

При испытаниях, проведенных в бюро переписи, статистический табулятор Холлерита оказался лучшим по сравнению с другими системами. С изобретателем был заключен контракт на проведение переписи 1890 г.

Для сравнения: над результатами предыдущей 10 переписи 7 лет работали 500 сотрудников статистической службы. Данные 11 переписи были обработаны 43 сотрудниками на 43 табуляторах Холлерита за 4 недели (!). Помимо скорости новая система давала возможность сравнения статистических данных по самым различным параметрам.

 

Рисунок 14 – Табулятор Холлерита

 

В 1930 году американец Ванновар Буш создал дифференциальный анализатор. В действие его приводило электричество, а для хранения данных использовались электронные лампы. Эта машина способна была быстро находить решения сложных математических задач.

 

Ещё через шесть лет английским учёным Аланом Тьюрингом была разработана концепция машины, ставшая теоретической основой для нынешних компьютеров. Она обладала всеми главными свойствами современного средства вычислительной техники: могла пошагово выполнять операции, которые были запрограммированы во внутренней памяти.

 

Спустя год после этого Джордж Стибиц, учёный из США, изобрёл первое в стране электромеханическое устройство, способное выполнять двоичное сложение. Его действия основывались на булевой алгебре – математической логике, созданной в середине XIX века Джорджем Булем: использовании логических операторов И, ИЛИ и НЕ. Позднее двоичный сумматор станет неотъемлемой частью цифровой ЭВМ.

 

В 1938 году сотрудник университета в Массачусетсе Клод Шеннон изложил принципы логического устройства вычислительной машины, применяющей электрические схемы для решения задач булевой алгебры.

 Правительства стран, участвующих во Второй мировой войне, осознавали стратегическую роль вычислительных машин в ведении военных действий. Это послужило толчком к разработкам и параллельному возникновению в этих странах первого поколения компьютеров. Пионером в области компьютеростроения стал Конрад Цузе – немецкий инженер. В 1941 году им был создан первый вычислительный автомат, управляемый при помощи программы. Машина, названная Z3, была построена на телефонных реле, программы для неё кодировались на перфорированной ленте. Этот аппарат умел работать в двоичной системе, а также оперировать числами с плавающей запятой.

Z3 первым среди вычислительных машин Цузе получил практическое применение и использовался для расчётов параметров стреловидных крыльев самолёта и расчётов для управляемых ракет немецким Исследовательским институтом аэродинамики.

Все три машины:Z1, Z2 и Z3 - были уничтожены в ходе бомбардировок Берлина в 1944 году. А в следующем, 1945 году, и сама созданная Цузе компания прекратила своё существование. Чуть ранее частично законченный Z4 был погружен на подводу и перевезён в безопасное место в баварской деревне.

Z4 официально признана первым действительно работающим программируемым компьютером.

 

Рисунок 15 – Z4

 

Цузе также вошёл в историю как создатель первого высокоуровневого языка программирования, получившего название "Планкалкюль".

 

В 1942 году американские исследователи Джон Атанасов (Атанасофф) и Клиффорд Берри создали вычислительное устройство, работавшее на вакуумных трубках. Машина также использовала двоичный код, могла выполнять ряд логических операций.

В 1943 году в английской правительственной лаборатории, в обстановке секретности, была построена первая ЭВМ, получившая название "Колосс". В ней вместо электромеханических реле использовалось 2 тыс. электронных ламп для хранения и обработки информации. Она предназначалась для взлома и расшифровки кода секретных сообщений, передаваемых немецкой шифровальной машиной "Энигма", которая широко применялась вермахтом. Существование этого аппарата ещё долгое время держалось в строжайшей тайне. После окончания войны приказ о его уничтожении был подписан лично Уинстоном Черчиллем.

 

Рисунок 16 – «Колосс»

 

4. Электронный этап – с 1946г.

Поколения ЭВМ

 

 

I поколение

II поколение

III поколение

IV поколение

Годы применения  

1946-1955

1955-1960

1960-1972

1972 - настоящее время

Основной элемент  

Электрические лампа

Транзистор

Интегральные схемы

Большие интегральные схемы

Количество ЭВМ

в мире (шт.)

Десятки

Тысячи

Десятки тысяч

Миллионы

Носитель информации

Перфокарта,

Перфолента

Магнитная лента

Диск

Гибкий и

лазерный диски

Размеры ЭВМ  

Большие

Значительно меньше

Мини-ЭВМ

Микро-ЭВМ

 

I поколение (1946-1955)

Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными - лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

Эти неудобства начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

 

В 1945 году американским математиком венгерско-немецкого происхождения Джоном фон Нейманом был создан прообраз архитектуры современных компьютеров. Он предложил записывать программу в виде кода непосредственно в память машины, подразумевая совместное хранение в памяти компьютера программ и данных.

 

1946г. ENIAC

Архитектура фон Неймана легла в основу создаваемого в то время в Соединённых Штатах первого универсального электронного компьютера – ENIAC. Этот гигант весил около 30 тонн и располагался на 170 квадратных метрах площади. В работе машины были задействованы 18 тыс. ламп. Этот компьютер мог произвести 300 операций умножения или 5 тыс. сложения за одну секунду. Американская пресса немедленно окрестила его "Гигантский мозг". Вычисления производились в десятичной системе. Построен в по заказу Армии США в Лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. Использовался для расчетов при создании водородной бомбы. Программирование машины могло занять несколько недель.

1949г. ЭДСАК

Первая машина с хранимой программой – ”Эдсак” – была создана в Кембриджском университете (Англия) в 1949 г. Она имела запоминающее устройство на 512 ртутных линиях задержки. Время выполнения сложения было 0,07 мс, умножения - 8,5 мс.

 

Рисунок 17 – «Эдсак»

 

1951г. МЭСМ

В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев (СССР-Украина) предложил проект первой на континенте Европы ЭВМ -  Малой электронной счетно-решающей машины (МЭСМ). В 1951г. МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются вычислительные задачи. Машина оперировала с 20­разрядными двоичными кодами с быстродействием 50 операций в секунду, имела оперативную память в 100 ячеек на электронных лампах.

1951г. UNIVAC-1. (Англия)

В 1951 г. была создана машина “Юнивак” (UNIVAC) – первый серийный компьютер с хранимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации.

1952г. БЭСМ-2

Вводится в эксплуатацию БЭСМ-2 (большая электронная счетная машина) с быстродействием около 10 тыс. операций в секунду над 39-разрядными двоичными числами. Оперативная память на электронно-акустических линиях задержки - 1024 слова, затем на электронно-лучевых трубках и позже на ферритовых сердечниках. ВЗУ состояло из двух магнитных барабанов и магнитной ленты емкость свыше 100 тыс. слов. Эта ЭВМ, выполнявшая в секунду до 10 тыс. операций, была на тот момент самой быстродействующей в Европе. Ввод информации в память машины происходил при помощи перфоленты, выводились данные посредством фотопечати.

Рисунок 18 – Большая электронная счетная машина – 2 (БЭСМ-2)

 

С 1954 года в Пензе началось серийное производство универсальной ЭВМ "Урал" под руководством Башира Рамеева. Последние модели были аппаратно и программно совместимы друг с другом, имелся широкий выбор периферических устройств, позволяющий собирать машины различной комплектации.

 

II поколение (1955-1960)

В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.

Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты ("БЭСМ-6", "Минск-2","Урал-14") и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.  

В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

 

Рисунок 19 – Razdan-3

 

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

 

III поколение (1960-1972)

Произошел перевод компьютеров с ламп и полупроводников на интегральные схемы.

Эти аппаратные компоненты позволили, прежде всего, значительно уменьшить габариты ЭВМ. В результате произошло существенное повышение производительности компьютеров. Третье поколение ЭВМ характеризовалось выпуском ЭВМ с тактовой частотой, выражаемой уже в мегагерцах. Уменьшилось также и энергопотребление компьютеров.

Стали более совершенными технологии записи данных и обработки их в модулях ОЗУ. Появились сначала прототипы, а затем и первые версии дискет. В архитектуре ПК появилась кэш-память. Стандартной средой взаимодействия пользователя и компьютера стало окно дисплея.

Происходило дальнейшее совершенствование программных компонентов. Появились полноценные операционные системы, стало разрабатываться самое разнообразное прикладное ПО, были внедрены концепции многозадачности в работу ЭВМ. Появляется все больше языков программирования и сред.

В 1960 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. ИС - это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. Одна ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. 1 кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения. Затраты на разработку IBM System/360 составили около 5 млрд долларов США (что соответствует 30 млрд в ценах 2005 г., если сравнивать с 1964).

 

Рисунок 20 – IBM-360

 

Примеры машин третьего поколения — семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.  

 

IV поколение (1972-1992)

Четвертое поколение ЭВМ характеризуется появлением интегральных схем, относящихся к классу больших, а также так называемых сверхбольших. В архитектуре ПК появилась ведущая микросхема – процессор. ЭВМ по своей конфигурации стали ближе к рядовым гражданам. Модули ОЗУ стали выпускаться не на основе ферритовых элементов, а на базе CMOS-микросхем. К четвертому поколению ЭВМ принято относить и первый компьютер Apple, собранный в 1976 году Стивом Джобсом и Стефаном Возняком. Многие IT-эксперты считают, что Apple – первый в мире персональный компьютер.

Рисунок 21 – Macintosh

 

Четвертое поколение ЭВМ также совпало с началом популяризации Интернета. В этот же период появился самый известный сегодня бренд софт-индустрии - Microsoft. Возникли первые версии операционных систем, которые мы знаем сегодня - Windows, MacOS. Компьютеры стали активно распространяться по всему миру.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош” (64 килобайт ОЗУ, поддерживала вывод растрового изображения на монохромный дисплей разрешением 256×256 пикселей.). Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

В 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры - IBM PC.

 

V поколение ЭВМ

Считалось, что пятое поколение станет базой для создания устройств, способных к имитации мышления.

Широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта была предпринята в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта. Начало разработок – 1982, конец разработок – 1992, стоимость разработок – около  500 млн $. Программа закончилась провалом, так как не опиралась на чёткие научные методики, более того, даже её промежуточные цели оказались недостижимы в технологическом плане.

Споры о том, корректно ли признавать 5 поколение компьютеров как нечто революционно новое, ведутся давно. Если разделять поколения ЭВМ по элементной базе, то выясняется, что даже между третьим и четвертым поколениями грань весьма тонкая, но здесь можно говорить хотя бы о появлении микропроцессоров. Сам термин «компьютеры пятого поколения» в настоящий момент является неопределенным и применяется во многих смыслах. Некоторые специалисты считают точкой отсчета создание двухъядерного ПК в 2005 году.

 

VI поколение ЭВМ

Электронные и оптоэлектронные многоядерные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем, распознающие сложные образы.

Нейрокомпьютинг - научное направление, которое занимается разработкой вычислительных систем шестого поколения - нейрокомпьютеров, состоящих из большого числа параллельно работающих простых вычислительных элементов (нейронов). Элементы связаны между собой, образуя нейронную сеть. Они выполняют единообразные вычислительные действия и не требуют внешнего управления.

Нейросеть – это обучаемая система. Она действует не только в соответствии с заданным алгоритмом и формулами, но и на основании прошлого опыта.

Большое число параллельно работающих вычислительных элементов обеспечивают высокое быстродействие. Нейрокомпьютеры позволяют с высокой эффективностью решать целый ряд интеллектуальных задач, причем заданный алгоритм для этого совершенно не нужен. Место программирования занимает обучение (воспитание) – машина учится решать задачи, изменяя параметры нейронов и связей между ними.