_

Счет на пальцах.
Счет на пальцах, несомненно, самый древний и наиболее простой способ вычисления.
Обнаруженная в раскопках так называемая "вестоницкая кость" с зарубками, оставленная древнем человеком ещё 30 тыс. лет до нашей эры, позволяет историкам предположить, что уже тогда предки современного человека были знакомы с зачатками счета.
У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития.
К числу этих народов принадлежали и греки, сохраняющие счет на пальцах в качестве практического средства очень долгое время.

Счет на камнях.
Чтобы сделать процесс счета более удобным, первобытный человек начал использовать вместо пальцев небольшие камни.
Он складывал из камней пирамиду и определял, сколько в ней камней, но если число велико, то подсчитать количество камней на глаз трудно.
Поэтому он стал складывать из камней более мелкие пирамиды одинаковой величины, а из-за того что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней.

Счет на Абаке.
Следующим шагом было создание древнейших из известных счетов – "саламинская доска" по имени острова Саламин в Эгейском море – которые у греков и в Западной Европе назывались "абак", у китайцев – "суан - пан", у японцев – "серобян".
Вычисления на них проводились путем перемещения счетных костей и камешков (калькулей) в полосковых углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости, цветного стекла.

Абак был «походным инструментом» греческого купца. О его коммерческом назначении свидетельствует то обстоятельство, что значения, приписываемые камешку в различных колонках, не выдержаны в постоянном числовом отношении друг к другу, а сообразованы с отношениями различных денежных единиц.

Русские счеты
В видоизмененном виде сначала как "дощатый щот", а потом как русские счеты абак дожил до настоящего времени.

Механический период
Эскиз механического тринадцатиразрядного суммирующего устройства с десятью колесами был разработан еще Леонардо да Винчи (1452— 1519). По этим чертежам в наши дни фирма IBM в целях рекламы построила работоспособную машину.
В 1673 г. другой великий математик Готфрид Лейбниц разработал счетное устройство, на котором уже можно было умножать и делить.
В 1880г. В.Т. Однер создает в России арифмометр с зубчаткой с переменным количеством зубцов, а в 1890 году налаживает массовый выпуск усовершенствованных арифмометров, которые в первой четверти 19-ого века были основными математическими машинами, нашедшими применение во всем мире. Их модернизация "Феликс" выпускалась в СССР до 50-х годов.

Станок Жаккарда
Следующая ступень в развитии вычислительных устройств как будто не имела ничего общего с числами, по крайней мере вначале.
На протяжении всего XVIII в. на французских фабриках по производству шелковых тканей велись эксперименты с различными механизмами, управлявшими станком при помощи перфорационной ленты, перфорационных карт или деревянных барабанов. Во всех трех системах нить поднималась и опускалась в соответствии с наличием или отсутствием отверстий - так создавался желаемый рисунок ткани.
В 1804 г. инженер Жозеф Мари Жаккар построил полностью автоматизированный станок, способный воспроизводить сложнейшие узоры. Работа станка программировалась при помощи целой колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока. Переходя к новому рисунку, оператор просто заменял одну колоду перфокарт другой.
Самую важную роль перфокартам суждено было сыграть в програм-мировании компьютеров.

Станок Жаккарда

Чарльз Беббидж и его машина
В 1822 г. Бебидж приступил к осуществлению проекта так называемой разностной машины, предназначенной для расчета навигационных и астрономических таблиц.
Машину эту строили десять лет, но так и не закончили. Машина обладала серьезным недостатком. Чтобы перейти от вычисления одной функции к другой, необходимо вмешательство человека: он должен ввести в регистры машины новые исходные данные. Эту операцию Бебидж пытался автоматизировать, но к тому времени у него возникла идея создания другой, более совершенной машины.

Чарльз Беббидж и его машина
И вот в 1833 г., Бебидж начал осуществлять проект универсальной автоматической машины для любых вычислений. Это устройство, обеспечивающее автоматическое выполнение заданной программы вычислений, он назвал аналитической машиной.
Бебидж решил, что его машина будет состоять из нескольких блоков:
Усторйства ввода и вывода данных
«накопителя» («склада») для хранения проме-жуточных результатов
«Мельницы» для поведения вычислений
Контролирующего устройства для управления всеми частями машины
Наверное, Бэббидж и сам прекратил бы работу над этой грандиозной идеей (опередившей свое время лет на 50), если бы в дело не вмешалась женщина — юная Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона.
Увлеченная математикой до безумия, она буквально гнала Бэббиджа вперед, не только придавая его идеям законченную и гармоничную форму, но и подбрасывая ему новые ценные мысли.
Собственно, именно Ада Лавлейс всего за пару лет разработала принципы программирования и даже написала несколько программ для не существующей еще машины Бэббиджа...

Чарльз Беббидж и его машина

Электромеханический этап
Одним из первых, кто использовал электричество при вычислениях был Герман Холлерит. Хотя к «вычислителям» его устройство можно отнести с трудом. Скорее это был сумматор.
Главная заслуга Холлерита не в том, что с его подачи вычислительное устройство было впервые применено для решения задач общенационального масштаба(перепись населения).
Главное - кодирование на перфокартах статистических данных: состав семьи, вероисповедание, пол и т. д.
Теперь вычислитель работал не с цифрами, а с закодированными данными!

Релейные машины
Первое электромеханическое устройство, которое заставили работать в счетной машине, было реле.
Реле - устройство несложное: катушка, намотанная на сердечник и железная пластинка-якорь. Когда по катушке идет ток, якорь притягивается к сердечнику и замыкает один из контактов. Тока в цепи нет - якорь замыкает другой контакт, т. е. у реле наблюдаются два рабочих состояния. Каждый последующий импульс переводит его из одного состояния в другое.
Для функций управления в счетной машине такое устройство оказалось вполне пригодным.
Лейбниц описал арифметические действия в двоичной системе, основанные на использовании только двух цифр: 0 и 1.
Идея оказалась очень интересной и плодотворной. Реле может быть в одном из двух рабочих состояний, ДА или НЕТ. Есть импульс - ДА (1); нет импульса - НЕТ (0). Значит из однотипных реле можно набирать схемы, пригодные практически для любых манипуляций с двоичными числами.

Релейные машины

Рождение компьютера.
Первые электронные...
Первая электронная вычислительная машина заработала в 1945г. Электронный интегратор и вычислитель (ЭНИАК) - так назвали первую ЭВМ ее создатели инженеры Маучли и Эккерт. Строилась машина при Пенсильванском университете (США) в обстановке глубокой секретности, и только после окончания войны в 1946 г. впервые состоялась публичная демонстрация ЭВМ.
Основные принципы построения ЭВМ, притом в весьма законченном виде, были высказаны в 1937 г. американским физиком болгарского происхождения Д. В. Атанасовым. Этот компьютер, названный позже "АВС", был практически закончен к 1942 г. Однако ввести его в эксплуатацию по разным причинам так и не удалось

Первые электронные...
Первое поколение
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.

Эниак
Размеры: 30 м. в длину, объём - 85 м3., вес - 30 тонн. Использовалось около 20000 электронных ламп и1500 реле. Мощность ее была до 150 кВт.

Архитектура фон Неймана.
АЛУ - арифметико-логическое устройство для выполнения арифметических и логических операций;
ОП - оперативная память, устройство для хранения кодов выполняющейся в данный момент программы;
ВУ - внешние устройства, или периферия.
УУ - управляющее устройство, которое организует работу компьютера следующим образом
В 1945 г. Джон фон Нейман выступил с докладом, в котором были сформулированы основные принципы организации нового вычислительного уст-ройства, получившие название: «Архитектура фон Неймана".

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.

1951г. МЭСМ
В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев 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 20-разрядными 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.

Второе поколение
(1958-1964)
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 работать с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

Второе поколение
(1958-1964)

Третье поколение
(1964-1972)
В 1960 г. появились первые интегральные схемы (ИС), получившие широкое распространение. Они имели малые размеры, но обладали громадными возможностями.
ИС - это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. 1 ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. 1 кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. Компьютеры с использованием ИС достигли 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.

IBM 360 (System 360)

Четвертое поколение
Четвёртое поколение — это поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.
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.).
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.

Классификация ЭВМ:
Суперкомпьютеры
Большие ЭВМ
Мини ЭВМ
Микро ЭВМ

Суперкомпьютеры
Суперкомпьютеры используются для решения интенсивных вычислительных задач, таких как проблемы в области квантовой физике или механической физике, прогноз погоды, исследование климата (включая исследование относительно глобального потепления), молекулярное моделирование (вычисляющий структуры и свойства химических составов, биологических макромолекул, полимеров, и кристаллов), физические моделирования (такие как моделирование самолетов, моделирование взрыва ядерного оружия, и исследование относительно ядерного сплава), криптоанализ и т.п.

Структура суперкомпьютеров
высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система (МПВС) с быстродействием порядка 1 ПFLOPS
емкость: оперативной памяти от 10 Г байт, дисковой памяти 10-100 Тбайт
разрядность 64 -128 бит.

Высокопараллельные МПВС разделяются на:
Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. Это системы с многократным потоком команд и однократным потоком данных
Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных
Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных — многократный поток команд с многократным потоком данных.

Условные структуры МПВС

В стойке 2048 процессоров

Frontier, или OLCF-5
первый в мире эксафлопсный суперкомпьютер

Суперкомпьютеры
Анализируя потенциальные потребности в суперЭВМ для существующих сегодня приложений, можно условно разбить их на два класса.
К первому можно отнести приложения, в которых известно, какой уровень производительности надо достигнуть в каждом конкретном случае, например, долгосрочный прогноз погоды.
Ко второму можно отнести задачи, для которых характерен быстрый рост вычислительных затрат с увеличением размера исследуемого объекта. Например, в квантовой химии неэмпирические расчеты электронной структуры молекул требуют затрат вычислительных ресурсов, пропорциональных N^4 или N^5, где N условно характеризует размер молекулы.

Суперкомпьютеры
Есть еще одна проблема применения суперЭВМ, о которой необходимо сказать - это визуализация данных, полученных в результате выполнения расчетов.
Часто, например, при решении дифференциаль-ных уравнений методом сеток, приходится сталкиваться с гигантскими объемами результатов, которые в числовой форме человек просто не в состоянии обработать.
Здесь во многих случаях необходимо обратиться к графической форме представления информации.
Для визуализации многомерных данных используется когнитивная машинная графика.

Когнитивная графика
это совокупность приемов и методов образного представления условий задачи, которое позволяет либо сразу увидеть решение, либо получить подсказку для его нахождения.
Методы когнитивной графики используются в искусственном интеллекте в системах, способных превращать текстовые описания задач в их образные представления, и при генерации текстовых описаний картин, возникающих во входных и выходных блоках интеллектуальных систем, а также в человеко-машинных системах, предназначенных для решения сложных, плохо формализуемых задач.

Пример фрактала, используемого в когнитивной графике
Фрактал Мандельброта в виде геологической структуры

Образ многомерного
массива данных

Большие ЭВМ
(Мейнфреймы)
Штат обслуживания большой ЭВМ достигает нескольких десятков человек. На базе таких ЭВМ создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов или групп.
Основные направления эффективного применения мейнфреймов - это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами.
Последнее направление - использование мейнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

Мейнфрейм System z10

Мини-ЭВМ
Надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мейнфреймами возможностями.
От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной.
Мини-ЭВМ часто применяют для управления производственными процессами. Например, в механическом цехе компьютер может управлять гибкими автоматизированными линиями и промышленными роботами; собирать информацию с инструментальных постов технического контроля; готовить данные для станков с числовым программным управлением; а также своевременно информировать цеховые и заводские службы о необходимости выполнения мероприятий по переналадке оборудования.

Мини-ЭВМ

Промышленный робот

Промышленный робот
http://www.prostanki.com/video/1132/