zadanie_po_Vedeniyu_v_spetsialnost

ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Древние средства счета
Первые вычислительные машины
Первые компьютеры
Принципы фон Неймана
Поколения компьютеров (Поколения компьютеров (I-IV)
Персональные компьютеры
Современная цифровая техника

Кости с зарубками
(«вестоницкая кость», Чехия, 30 тыс. лет до н.э)
Узелковое письмо (Южная Америка, VII век н.э.)
узлы с вплетенными камнями
нити разного цвета (красная – число воинов, желтая – золото)
десятичная система
Древние средства счета

о. Саламин в Эгейском море (300 лет до н.э.)
бороздки – единицы, десятки, сотни, …
количество камней – цифры
десятичная система
Саламинская доска

Абак (Древний Рим) – V-VI в.
Суан-пан (Китай) – VI в.
Соробан (Япония)
XV-XVI в.
Счеты (Россия) – XVII в.
Абак и его «родственники»

Леонардо да Винчи (XV в.) – суммирующее устройство с зубчатыми колесами:
сложение 13-разрядных чисел
Вильгельм Шиккард (XVI в.) – суммирующие «счетные часы»: сложение и умножение
6-разрядных чисел
(машина построена,
но сгорела)
Первые проекты счетных машин

Блез Паскаль (1623 - 1662)
машина построена!
зубчатые колеса
сложение и вычитание
8-разрядных чисел
десятичная система
’
«Паскалина» (1642)

Вильгельм Готфрид Лейбниц
(1646 - 1716)
сложение, вычитание, умножение, деление!
12-разрядные числа
десятичная система
Арифмометр «Феликс»
(СССР, 1929-1978) – развитие идей машины Лейбница
Машина Лейбница (1672)

Разностная машина (1822)
Аналитическая машина (1834)
«мельница» (автоматическое выполнение вычислений)
«склад» (хранение данных)
«контора» (управление)
ввод данных и программы с
перфокарт
ввод программы «на ходу»
Ада Лавлейс
(1815-1852)
первая программа – вычисление
чисел Бернулли (циклы, условные переходы)
1979 – язык программирования Ада
Машины Чарльза Бэббиджа

Основы математической логики:
Джордж Буль (1815 - 1864).
Электронно-лучевая трубка
(Дж. Томсон, 1897)
Вакуумные лампы – диод, триод (1906)
Триггер – устройство для
хранения бита (М.А. Бонч-Бруевич, 1918).
Использование математической логики в компьютерах (К. Шеннон, 1936)
Прогресс в науке

1937-1941. Конрад Цузе: Z1, Z2, Z3, Z4.
электромеханические реле
(устройства с двумя состояниями)
двоичная система
использование булевой алгебры
ввод данных с киноленты
1939-1942. Первый макет электронного лампового компьютера, Дж. Атанасофф
двоичная система
решение систем 29 линейных уравнений
Первые компьютеры

Разработчик – Говард Айкен (1900-1973)
Первый компьютер в США:
длина 17 м, вес 5 тонн
75 000 электронных ламп
3000 механических реле
сложение – 3 секунды, деление – 12 секунд
Марк-I (1944)

Хранение данных на бумажной ленте
А это – программа…
Марк-I (1944)

Принцип двоичного кодирования: вся
информация кодируется в двоичном виде.
Принцип программного управления:
программа состоит из набора команд,
которые выполняются процессором
автоматически друг за другом в
определенной последовательности.
Принцип однородности памяти:
программы и данные хранятся в одной и той же памяти.
Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в
любой момент времени доступна любая
ячейка.
(«Предварительный доклад о машине EDVAC», 1945)
Принципы фон Неймана

I. 1945 – 1955
электронно-вакуумные лампы
II. 1955 – 1965
транзисторы
III. 1965 – 1980
интегральные микросхемы
IV. с 1980 по …
большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС)
Поколения компьютеров

на электронных лампах
быстродействие 10-20 тыс. операций в секунду
каждая машина имеет свой язык
нет операционных систем
ввод и вывод: перфоленты,
перфокарты, магнитные
ленты
I поколение (1945-1955)

Electronic Numerical Integrator And Computer
Дж. Моучли и П. Эккерт
Первый компьютер общего назначения на электронных лампах:
длина 26 м, вес 35 тонн
сложение – 1/5000 сек, деление – 1/300 сек
десятичная система счисления
10-разрядные числа
ЭНИАК (1946)

1951. МЭСМ – малая
электронно-счетная
машина
6 000 электронных ламп
3 000 операций в секунду
двоичная система
1952. БЭСМ – большая
электронно-счетная
машина
5 000 электронных ламп
10 000 операций в секунду
Компьютеры С.А. Лебедева

на полупроводниковых транзисторах
(1948, Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли)
10-200 тыс. операций в секунду
первые операционные системы
первые языки программирования: Фортран (1957), Алгол (1959)
средства хранения информации:
магнитные барабаны, магнитные диски
II поколение (1955-1965)

1953-1955. IBM 604, IBM 608, IBM 702
1965-1966. БЭСМ-6
60 000 транзисторов
200 000 диодов
1 млн. операций
в секунду
память – магнитная
лента, магнитный
барабан
работали до 90-х гг.
II поколение (1955-1965)

на интегральных микросхемах
(1958, Дж. Килби)
быстродействие до 1 млн. операций в секунду
оперативная памяти – сотни Кбайт
операционные системы – управление памятью, устройствами, временем процессора
языки программирования Бэйсик (1965),
Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи)
совместимость программ
III поколение (1965-1980)

большие универсальные компьютеры
1964. IBM/360 фирмы IBM.
кэш-память
конвейерная обработка
команд
операционная система
OS/360
1 байт = 8 бит (а не 4 или 6!)
разделение времени
1970. IBM/370
1990. IBM/390
дисковод
принтер
Мэйнфреймы IBM

1971. ЕС-1020
20 тыс. оп/c
память 256 Кб
1977. ЕС-1060
1 млн. оп/c
память 8 Мб
1984. ЕС-1066
5,5 млн. оп/с
память 16 Мб
магнитные ленты
принтер
Компьютеры ЕС ЭВМ (СССР)

Серия PDP фирмы DEC
меньшая цена
проще программировать
графический экран
СМ ЭВМ – система малых
машин (СССР)
до 3 млн. оп/c
память до 5 Мб
Миникомпьютеры

компьютеры на больших и сверхбольших
интегральных схемах (БИС, СБИС)
суперкомпьютеры
персональные компьютеры
появление пользователей-непрофессионалов, необходимость «дружественного» интерфейса
более 1 млрд. операций в секунду
оперативная памяти – до нескольких гигабайт
многопроцессорные системы
компьютерные сети
мультимедиа (графика, анимация, звук)
IV поколение (с 1980 по …)

1972. ILLIAC-IV (США)
20 млн. оп/c
многопроцессорная
система
1976. Cray-1 (США)
166 млн. оп/c
память 8 Мб
векторные вычисления
1980. Эльбрус-1 (СССР)
15 млн. оп/c
память 64 Мб
1985. Эльбрус-2
8 процессоров
125 млн. оп/c
память 144 Мб
водяное охлаждение
Суперкомпьютеры

1985. Cray-2
2 млрд. оп/c
1989. Cray-3
5 млрд. оп/c
1995. GRAPE-4 (Япония)
1692 процессора
1,08 трлн. оп/c
2002. Earth Simulator (NEC)
5120 процессоров
36 трлн. оп/c
2007. BlueGene/L (IBM)
212 992 процессора
596 трлн. оп/c
Суперкомпьютеры

2009. «Ломоносов»
1300 трлн. оп/c
33072 ядра
2011. K Computer
8162 трлн. оп/c
68 544 процессора
Суперкомпьютеры

1971. Intel 4004
4-битные данные
2250 транзисторов
60 тыс. операций в секунду.
1974. Intel 8080
8-битные данные
деление чисел
Микропроцессоры

1985. Intel 80386
275 000 транзисторов
виртуальная память
1989. Intel 80486
1,2 млн. транзисторов
1993-1996. Pentium
частоты 50-200 МГц
1997-2000. Pentium-II, Celeron
7,5 млн. транзисторов
частоты до 500 МГц
1999-2001. Pentium-III, Celeron
28 млн. транзисторов
частоты до 1 ГГц
2000-… Pentium 4
42 млн. транзисторов
частоты до 3,4 ГГц
2006-… Intel Core 2
до 291 млн. транзисторов
частоты до 3,4 ГГц
Процессоры Intel

1995-1997. K5, K6 (аналог Pentium)
1999-2000. Athlon K7 (Pentium-III)
частота до 1 ГГц
MMX, 3DNow!
2000. Duron (Celeron)
частота до 1,8 ГГц
2001. Athlon XP (Pentium 4)
2003. Opteron (серверы)
Athlon 64 X2
частота до 3 ГГц
2004. Sempron (Celeron D)
частота до 2 ГГц
2006. Turion (Intel Core)
частота до 2 ГГц
Advanced Micro Devices
Процессоры AMD

1974. Альтаир-8800 (Э. Робертс)
комплект для сборки
процессор Intel 8080
частота 2 МГц
память 256 байт
1975. Б. Гейтс и П. Аллен транслятор языка Альтаир-Бейсик
Первый микрокомпьютер

1976. Apple-I С. Возняк и С. Джобс
1977. Apple-II - стандарт в школах США в 1980-х
тактовая частота 1 МГц
память 48 Кб
цветная графика
звук
встроенный язык Бейсик
первые электронные таблицы VisiCalc
Компьютеры Apple

1983. «Apple-IIe»
память 128 Кб
2 дисковода 5,25 дюйма с гибкими дисками
1983. «Lisa»
первый компьютер, управляемый мышью
1984. «Apple-IIc»
портативный компьютер
жидкокристаллический дисплей
Компьютеры Apple

1984. Macintosh
системный блок и монитор в одном корпусе
нет жесткого диска
дискеты 3,5 дюйма
1985. Excel для Macintosh
1992. PowerBook
Компьютеры Apple

2006. MacPro
процессор - до 8 ядер
память до 16 Гб
винчестер(ы) до 4 Тб
2006. MacBook
монитор 15’’ или 17’’
Intel Core 2 Duo
память до 4 Гб
винчестер до 300 Гб
2007. iPhone
телефон
музыка, фото, видео
Интернет
GPS
Компьютеры Apple

2008. MacBook Air
процессор Intel Core 2 Duo
память 2 Гб
винчестер 80 Гб
флэш-диск SSD 64 Гб
2009. Magic Mouse
чувствительная поверхность
ЛКМ, ПКМ
прокрутка в любом
направлении
масштаб (+Ctrl)
прокрутка двумя
пальцами (листание
страниц)
Компьютеры Apple

Мышь с чувствительно поверхностью
Magic Mouse (фирма Apple)
щелчок
ЛКМ и
ПКМ
прокрутка
листание страниц и фотографий
+ Ctrl = масштаб
только Mac, MacBook,
iTunes, Safari, iPhone

2010. iPad
планшетный компьютер
сенсорный экран
мультитач
ОЗУ до 512 Мбайт
флэш-память до 64 Гбайт
Компьютеры Apple

1. Монитор
2. Материнская плата
3. Процессор
4. ОЗУ
5. Карты расширения
6. Блок питания
7. Дисковод CD, DVD
8. Винчестер
9. Клавиатура
10. Мышь
Компьютеры IBM PC

Компьютер собирается из отдельных частей как конструктор.
Много сторонних производителей дополнительных устройств.
Каждый пользователь может собрать компьютер, соответствующий его личным требованиям.
Стандартизируются и публикуются:
принципы действия компьютера
способы подключения новых устройств
Есть разъемы (слоты) для подключения устройств.
Принцип открытой архитектуры

1981. IBM 5150
процессор Intel 8088
частота 4,77 МГц
память 64 Кб
гибкие диски 5,25 дюйма
1983. IBM PC XT
память до 640 Кб
винчестер 10 Мб
1985. IBM PC AT
процессор Intel 80286
частота 8 МГц
винчестер 20 Мб
Компьютеры IBM

1985. Amiga-1000
процессор Motorolla 7 МГц
память до 8 Мб
дисплей до 4096 цветов
мышь
многозадачная ОС
4-канальный стереозвук
технология Plug and Play (autoconfig)
Multi-Media – использование различных средств (текст, звук, графика, видео, анимация, интерактивность) для передачи информации
Мультимедиа

1985. Windows 1.0
многозадачность
1992. Windows 3.1
виртуальная память
1993. Windows NT
файловая система NTFS
1995. Windows 95
длинные имена файлов
файловая система FAT32
1998. Windows 98
2000. Windows 2000, Windows Me
2001. Windows XP
2006. Windows Vista
2009. Windows 7
Microsoft Windows

2012 Windows 8
интерфейс Metro
Microsoft Windows

Устройства мультимедиа

Современная цифровая техника

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
Проблемы:
идея саморазвития системы провалилась
неверная оценка баланса программных и аппаратных средств
традиционные компьютеры достигли большего
ненадежность технологий
израсходовано 50 млрд. йен
V поколение (проект 1980-х, Япония)

Проблемы:
приближение к физическому пределу быстродействия
сложность программного обеспечения приводит к снижению надежности
Перспективы:
квантовые компьютеры
эффекты квантовой механики
параллельность вычислений
2006 – компьютер из 7 кубит
оптические компьютеры
источники света – лазеры, свет проходит
через линзы
параллельная обработка (все пиксели
изображения одновременно)
военная техника и обработка видео
Проблемы и перспективы

Перспективы:
биокомпьютеры
ячейки памяти – молекулы сложного строения
(например, ДНК)
обработка = химическая реакция с участием ферментов
330 трлн. операций в секунду
Проблемы и перспективы