Системы счисления

В истории систем счисления выделяют несколько этапов.

1. Начальная система счисления

2. Непозиционные системы счисления

3. Позиционные системы счисления

Начальная стадия характеризуется подсчитыванием пальцами рук, палочками. Не смотря на этот метод, он сыграл значительную роль в развитии числа. Именно в это время было сделано открытие, первая известная система счисления – восьмеричная система. В истории математики возникло несколько гипотез: математик Кантр предположил, что суммерийцы считали год равным 365 дней. Другой математик – Кевич, считал, что в долине Ефрата встретились 2 народа: у одного народа была десятичная система счисления, а у другого число 6 – компромиссное основание 60.

Измерительное происхождение основного этапа позиционной системы:

1. Установление количественного соотношения между двумя самостоятельными существовавшими системами

2. Опускание разрядовых единиц при письме

Причем в Вавилоне и Египте, при создании календарей особое значение имел Юпитер, который примерно за 12 лет совершал полный оборот вокруг Солнца, также Сатурн – оборот за 30 лет. Приняв 60 лет главным циклом солнечной системы, составителям календарей удалось согласовать цикл Юпитера и Сатурна. Появление позиционной системы чисел, является одной из основных вех. Это заслуга племени Майа.

Для повседневных вычислений используется десятичная система счислений, предшественница которой является Индусская система (12 столетие н.э.). Итальянский математик Фибаноти получил математическое образование арабских странах – что касается числа 10 основания системы, то существует мнение, что это число имеет пальцевое происхождение.

В современной науке, с развитием компьютерной техники вышла двоичная система счисления. Это изобретение приписывают китайскому императору Фо Ги, который жил в 4000г. До н.э. Но к открытию двоичной системы имеют отношение многие математики. Фибаноти сформулировал задачу о выборе весовых гирь при выборе груза на весах. Менделеев был не только химиком, но и к концу жизни был директором весовой палаты. Автором двоичной системы считают немецкого математика Лейбица, который в 1697 году разработал правило двоичной арифметики. Но он не рекомендовал двоичную арифметику для двоичных вычислений, его предсказания сбылись через 2 столетия, когда американец Джонфон предложил двоичную систему в качестве универсального срособа кодирования в электронных машинах.

Чтобы сделать процесс счета более удобным , первобытный человек начал использовать вместо пальцев камни. Они складывали пирамиду и потом считали количество камней. Потом начали складывать пирамиду из 10 камней. В древнем Риме камень назывался Калкудий, из него русское название Калькулятор. Затем появились приборы: греческий Абак, русские, китайские, японские счеты. Абак представлял собой доску, на которой проводились линии, разделяющие ее на колонки. Камни складывались на колонки. Абак был инструментом греческих купцов. Китайцы на своих счетах могли делить, действия с дробями, корни, корни линейных уравнений. Неудобство заключалось в том что, камни надо было перекладывать, потом они сделали бусы на проволоке. В 16-17вв. русские усовершенствовали китайские счеты и, которые получили распространение в стране и использовались до 60х годов 20 столетия. Это были счеты – шарики на прутьях.

Логорифмическая линейка

Первым устройством для умножения был набор брусков «Палочки Непера». В 17 веке Шатландцем были изобретены логорифмы. Джон Неперон предложил палочки Непера, которые позволяли выполнить умножение и деление. Наряду с палочками предложил счетную доску для 4 действий, а также возведение в квадрат в двоичной системе счисления. Тем самым предвосхитив двоичную систему счисления для автоматизации. В след алгоритмам, которые привели умножение к сложению, а деление к вычитанию, была изобретена алгоритмическая линейка. Авторство оспаривали между собой два математика. Оба они были английскими преподавателями. В последующие годы были предложены разные линейки: окружность, цилиндр, спираль. Наиболее близкая была предложена Робертом Биссакером в 1654 году. На этом совершенствование не закончилось. В 1683 году Томас Эверрард, который был механиком, поместил на линейке шкалы, но бегунок уже появился спустя 100 лет.

Механический период развития ВТ.

Машина Паскаля

Развитие механики в 17 веке стало предпосылкой вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип счисления, которые использовали перенос старшего разряда. Первая машина была изготовлена в 1623 году профессором математики Шикардом. В ней были механизированы операции сложения, вычитания, а умножение и деление выполнялось с элементами механизации. К сожалению машина сгорела во время пожара, и теперь считается, что первую машину изобрел в 1647 году французский математик и физик Блейз Паскаль. Эта машина Паскаля представляла собой латунный ящик. Она являлась машиной суммирования, выполнялись только сложение и вычитание, умножение и деление не предусматривалось. Самое важное изобретение – устройство автоматического переноса десятков. Это отличало машину Паскаля от всех других счетных инструментов тем , что в этой машине впервые были углы поворота колеса. Паскаль уделял много внимания соей машине, в 1649 году получил королевскую привилегию, ему было дано право на производства этих машин. Сколько всего было выпущено машин не известно, но до нас дошло всего 8 штук. Машина Паскаля получила начало развития ВТ.

Арифметическая машина Лейбница

Лейбниц начал совершенствование машины Паскаля, но затем создать устройство, которое выполняло не только сложение и вычитание, но и выполнять все 4 действия арифметики. В основе машины лежал особый ступенчатый валик, изобретенный Лейбницем. Это был цилиндр, на боковой поверхности которого было расположено 9 ступеней разной длины. С некоторым усовершенствованием, такие машины использовались до недавнего времени ( Арифмометр ).

Перфокарта Жаккара

Жаккар – француз, механик и ткач. Создал первый образ машины, вводимой в нее информации. В 1802 году он построил машину, которая облегчила процесс производства ткани, но сложности узора. Для создания узора, Жаккар использовал ряды отверстий на перфокартах. Если применялось 10 нитей, то в каждом ряду карты предусматривалось 10 отверстий. Эта карта закреплялась в устройстве. Эта информация на карте управлялась станком.

Вычислительные машины Бэббиджа или машины с програмным управлением

Разработки этого английского ученого занимают особое место в механическом этапе. Его считают родоначальником и идиологом современной ВТ. Он был первый, кто высказал идею об универсальной вычислительной машине, способной работать по различным в нее заложенным программам, а также был первым, кто попытался сделать такую машину. Он родился в семье банкира, закончил Кэмбриджский университет. В 1820 году начал работу над вычислительной машиной, которая автоматически вычисляла бы различные таблицы. Тогда они широко использовались в Англии. В работах Бэббиджа было 2 направления: проект разностной машины и проект аналитической машины. Первый проект – информация вводилась на картах и вычисления происходили автоматически с помощь совокупности вращающихся колес. Для изготовления машины, был использован принцип Паскаля. В 1822 году конструирует и изготовляет действующую модель машины, которая может с точностью до 8 знаков составить таблицу. Машина содержала 96 колес на 24 осях. В следующем году обратился в министерство финансов. Выделили 1500 фунтов. К 1842 году он израсходовал 23 тыс. Машина так и не заработала, но различные узлы демонстрировались на разных выставках. В ходе создания, Бэббидж разработал и опубликовал проект ВМ, способной вычислять любые задачи, для которых известен алгоритм их решения. Он указал, что универсальная машина должна состоять:

1. Арифметическое устройство, выполняющее арифметические действия, над вводимыми в него числами

2. Устройство памяти для хранения промежуточных результатов

3. Устройство управления, в котором храниться программа управления действиями машины

4. Устройство ввода и вывода данных, результатов расчета

Второй этап, основанный на принципе программного управления является предвестником современных ЭВМ. Этот проект был предложен в 30е годы 19 века. В 1843 году Ада Лавлейс для машины Бэббиджа написала первую в мире программу для вычисления чисел. В 1985 году, сотрудники музея решили выяснить, можно ли построить машину Бэббиджа. В 1991 году машина была построена.

Арифмометр Однера

Начало математического построения русским ученым Однером в 1874 – Арифмометр. Основным элементом являлось своеобразное зубчатое колесо, с переменным числом зубьев, которое в последствии получило название – колесо Однера. Оно позволяло вводить число рычагом на лицевой стороне, поскольку эти рычаги изменяли число зубьев. Однер получил патент изобретения и основал механический и медно-литейный завод. В первый год – 500 приборов, в 1913 году работало около 22тыс. В СССР модификация этого арифмометра под названием Феникс выпускалось сотнями тысяч вплоть до второй половины 20 века и начало мирочайшее распространение. Надежно работает при частоте 250 оборотов в минуту, что позволяет быстро производить умножение и деление многозначных чисел. Начиная с 20 века получили распространение ВМ, которые производились во вращении не рукой, а электродвигателями. Число валов достигало 1300 об/мин Первоначальное проявление ЭВМ не очень повлияло на арифмометр.

Халеритта – счетно-перфорационые машины. Электро-механический этап ВТ явился наиболее продолжительным, охватывает около 60 лет. От первого турбулятора до первой ЭВМ ENIAC 1945г. Классическим типом средств электро-механического этапа был счетно-аналитичский комплекс, для обработки информации на перфокарточных носителях. Исключительность устройства заключалась в том, что в нем впервые была идея перфокарт и расчеты велись с помощью тока и поэтому получилось широкое распространение в 1890 году для переписи населения в США. Значительные работы Халлерито для работы ВТ определяются двумя факторами: 1) он стал основоположником ВТ, это направление привело к созданию к созданию современных вычислительных Центров. 2) использование большого числа ввода вывода информации не отменило полностью перфокарточные технологии. Третий этап развития ВТ – электро-вычислительный.

Релейные машины

В 1831 году Джеосов Генри продемонстрировал своим студентам следующий опыт. Небольшую железную подковку обмотал тонким проводом а по середине установил тонкий стержень, свободно установленной игле. И когда он подал ток в обмотку, стержень перевернулся, одним концом притянулся к подковке, а другим ударил в колокол. Так родился прибор и получил название Реле. В последствии реле нашло широкое применение в аппаратуре связи. Первым задумал использовать реле в качестве ВТ стал математик Стибиц. В 1937 году обратил внимание на двоичный характер работы этого прибора. Он у себя дома соорудил из куска доски, жестяных обрезков, 2 лампочек фонаря и 2 старых реле нехитрую схему, которая питалась от батареек и могла складывать две двоичные цифры. Свой примитивный симулятор он назвал Модель К. Руководство рассмотрело его идею и он приступил к изобретению ВМ, работающей с комплексными числами и назвал ее Модель 1 (1939г). В 1940 году эта машина была введена в действие. Сначала она могла умножать и делить комплексные числа, но после незначительной модификации добавилось сложение и вычитание. Эта машина была непрограммируемой и жестко заданной последовательностью действий, следующая операция начиналась после предыдущей. Связь с машиной осуществлялась дистанционно с помощью кабелей. Быстродействие-одна операция в минуту. Таким образом Стибиц изобрел отделенный доступ к устройству. В сентябре 1940 года Стибиц продемонстрировал машину, она использовалась до 1949 года. После ее пуска он предложил построить новую машину. Но так как построение одной машины обошлось в 20 тыс$ то его предложение не было принято. Когда в 1941 году была война, шла разработка зенитной установки. Стибиц предложил программируемую машину. Машина получила название Модель 2. В мирное время машина использовалась во всех направлениях и была демонтирована в 1961 году. Далее создавались машины Модель3,4 для систем воздушной обороны. Модель 3 баталистическая вычислительная машина. Наиболее значительной разработкой стала универсальная машина Модель5 на 9тыс реле и имела все блоки аналитической машины. Эта машина содержала два арифметических устройства, это позволяло решать 2 задачи одновременно, либо объединять для более сложных вычислений. Сложение-0.3сек, умножение-0.8сек, деление-2.7сек, корень-4.5сек. Весила она 10 тонн и обошлась заказчикам в 500 000 $. Модель 6 последняя релейная машина 1949г. Она была упрощенной версией предыдущей. Тут и закончилась история релейных машин фирмы BELL. 40-50е гг. релейные машины продолжались использоваться, хотя были созданы ЭМ, причины: 1) реле были сравнительно дешевы, обладали прочностью, большой объем производства и имелся большой опыт использования. 2) электронные лампы, на которых работали ЭВМ были дорогие, надежность мала, они были очень энергоемки, выделяли много тепла, поэтому требовалось охлаждение. 3) Наблюдалась нехватка специалистов электронщиков. 4) разработка релейных машин занимала меньше времени, чем ЭВМ. 5) для многих, завоевавших в последствии компьютерщиков, релейные машины были макетом, на котором они могли опробовать свои идеи. Только в Японии релейные машины дошли до производства.

Первые электро-механические ВМ

Австрия: В 1947-1952гг.профессор Венского университета построил универсальную счетную машину на 700 реле.

Великобритания: Было разработано несколько моделей релейных машин. Самая известная – автоматическая релейная ВМ 1948г. Эндрю Бутом. Главная особенность – использование в качестве ОП накопителя на магнитном барабане.

Венгрия: 1955-1958гг. под руководством Ласла Козлы в венгерском ПТИ была разработана релейно-вычислительная машина на 2000 реле и была введена в регулярную эксплуатацию в 1959г.

Нидерланды: В 1952г. В математическом центре Амстердама была введена автоматическая счетная машина. Разработчиками была ученики – известные компьютерщики Шатен и Лобстер. Машина показалась ненадежной

СССР: В 1954-1957гг. была создана советская релейная машина под маркой РВМ-1 под руководством Бессонова в институте теоритической и экспериментальной физики академии наук. 5000 реле, работала в двоичной системе с числами с плавающей запятой. Благодаря Каскадного принципа, удалось повысить быстроту машины, которая выполняла более 20 умножений в сек. Она работала до 1965г, конкурирую с действующими ЭВМ.

США: Одна из самых известных Американских релейных машин, была создана в Гавернском университете под руководством Эйкена. Называлась машина Гавард Марк-2. Она предназначалась для военно-морского полигона и работа над ней завершилась в 1947г. Около 13тыс реле, 2 арифметических устройства, которые могли работать либо параллельно, либо совместно, используя арифм. о плавающей запятой, числа в двоичном коде. На выполнение сложения и вычитания уходило около 0.2сек. умножение выполнялось в отдельном устройстве, примерно 1сек. Также в машине предусматривалось специальное устройство для вычисления стандартных математических функций. Использовалась бумажная перфолента, а вывод результатов – на печати. Машина использовалась в течение 10 лет, заметного следа не оставила кроме одного эпизода. Сентябрь 1947г – машина замолчала при регулировании, реле забилось остатками мотылька. Когда зашел офицер узнать о причине неполадки, стал использоваться термин Дебоги. Стал использоваться для поиска неисправностей, особенно в ПО.

Чехословакия: В 1950г в научно-исследовательском институте математики была организована лаборатория математических машин, которую возглавил чешский ученый Антами Свобода. Под его руководством началась разработка автоматической релейной машины – SAPO. Работа завершилась через 3 года. Она стала предшественницей отказоустойчивых систем, которые начали разрабатываться только в середигн70х гг.

Швеция: Летом 1946г. Профессор электротехники Чарлешского технического института отправился в научную командировку в Америку. Ему показали Эниак. Машина произвела впечатление, хотя не все понял. Вернувшись на родину, он стал одним из организаторов гос. Совета по математическим машинам. Усилием его сотрудников было разработано 2 машины: электронная и линейная. Релейная – двоичная автоматическая релейная машина BARK. Машина выполняла операции сложения и вычитания за 150-250 мили\сек. В эксплуатации до 1954г.

Япония: В 1952 году сотрудники электротехнической лаборатории министерства связи, разработали небольшую релейную машину - ELT MARC 1. Она программировалась с помощью штекерного набора. Она была первой в Японии автоматической вычислительной машиной. Позднее в 1955г. Сотрудниками этой лаборатории было создана машина ELT MARC 2, содержала 20тыс реле. Этой разработкой заинтересовалась компания Фуджи, которая специализировалась на системах связи. В 1954г сотрудники этой фирмы выпустили машину FACOM – 100, которая стала первой Японской вычислительной машиной, поступившей в свободную продажу, эксплуатировалась в течен6ие 10 лет.

Карл Цузе – проект MARK 1 Айкена. Наиболее крупные периоды в Германии – Карл Цузе , и в США – Атанасов, Айкен, Стибиц. Их проекты можно рассматривать в качестве вычисления Z – 3 ( в Германии) использовалось двоичное представление информации, сложение 0.3сек, умножение 4 сек. Машина применялась для проверяемых расчетов в области аэродинамики. Одна из модификаций этой работы Z – 3 с фиксированным алгоритмом работала в контуре систем автоматического управления технологическим процессом на линии сборки летающих. Этим было положено начало в качестве управляющих вычмслительных машин. 1944г – Айкен с 4 инженерами закончил свой 5 летний проект ВМ с автоматическим управлением, последовательностью операций – MARK 1. Сначала эксплуатировали военные, рассчитывала сложные баталистические таблицы, а затем в течении 15 лет работала в Гаворском университете. Одним из авторов этой машины был Айкен – напоминал Бэббиджа.

Аналоговые вычислительные машины (АВМ )

В этой машине все математические величины представлены как непрерывные значения каких либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Напряжение по законам заданной функции. В основе АВТ заложен принцип моделирования, а не счета. При использовании в качестве модели электронной задачи, каждой переменной ставится соответствие определенная переменная величина электрической цепи. Основное построение – изоморфизм – подобие исследуемой задачи и соответствующей ей электронной модели. Из теории моделирования известно, что из 2 математических зависимостей, изучаемого объекта и его модели, не обеспечивает абсолютные аналогичности его поведения – Адекватность модели. Согласно своим вычислительным возможностям, аналоговые машины наиболее приспособны к изучению объектов, динамика которых описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями, а также и другими типами. Класс решения задач носит специальный характер в отличии от универсального характера электронных вычислительных машин. 3 класса: специальный, общий и персональное назначение. Специальные АВМ ориентированы для решения отдельных задач или одного класса задач, описываемых обычными дифференциальными уравнениями в форме задачи с начальными условиями. АВМ этого типа имеют фиксируемую или коммунитарованную архитектуру. Класс специальных АВМ составляет управляемые, бортовые, ориентированные на отдельные задачи машины. АВМ общего назначения применяют для широкого класса моделирования, их архитектура как правило базируется на методах сеток или сплошных сред.

Достоинства АВМ:

1. Высокая скорость решения задач, созмеримые со скоростью прохождения электрического сигнала.

2. Простота конструкции этих машин

3. Легкость подготовки задач к решению

4. Наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров во время самого исследования

Недостатки:

1. малая точность получаемых результатов

2. алгоритмическая ограниченность решения задач

3. ручной ввод решаемой задачи в машину

4. большой объем задействованного оборудования

Поколение компьютеров. ЭВМ.

Условно принято различать несколько поколений ЭВМ:

1. Ламповые Эвм

2. Полупроводниковые ЭВМ

3. ЭВМ с элементной базой на интегральных схемах

4. ЭВМ с элементной базой на больших интегральных схемах БИС и сверхбольших интегральных схемах СБИС

5. ЭВМ на микропроцессорах

6. Нээросистемы

Американский ученый Джон Вонейман, автор ряда основополагающих идей в области ВТ. Именно с его именем связывает основные архитектурые принципы ЭВМ первых поколений. Родился в 1903г в Будапеште, затем окончил высшую школу, изучал химию в Берлине. В 1927г – доцент Берлинского университета. В 1929г уехал в Америку. Основная сфера деятельности - математика, были хорошие результаты и в физике. Ему принадлежит принцип атомного взрыва. « Слушая Фонеймана, начинаешь понимать, как должен работать мозг». В 1936 г. В Принстон, где он работал, приехал заниматься математической логикой Алан Тьюринг. Тут он публиковал свою работу об универсальных машинах. После которой вошел термин « Машина Тьюринга» во всех книгах, показывавшая возможность решения любых задач с помощью элементарных арифметических действий. Фонеймон предложил Тьюрингу работать вместе, но он отказался и уехал в Англию. Во время 2 Мировой войны стал дешифровальщиком немецких сообщений. Интерес Неймона к компьютерам связан с участием в Манхеттонском проекте по созданию атомной бомбы. В 1953г. Неймон присоединился к группе, которая разрабатывала машину Эниак. Через год он подготовил проект, в котором были обобщены планы по созданию компьютера EDVAC, с архитектурой получил название Фонеймонской. Идеи этой архитектуры были уже высказаны другими учеными. Основные принципы Фонеймонской архитектуры.

1. Естественный порядок выполнения команд

2. Хранение в памяти как чисел так и команд

3. Команды содержат адреса операндов.

Первой ЭВМ обычное название Эмиак, разработка которой велась под руководством Моудшли и Экерта. Эта работа закончилась в 1946г. Но приоритет при создании 1ой ЭВМ у Моудими и Экерта оспривал Джон Атанасов. Машина Эмиак была в Пенсельванском университете. Состояла из 18тыс электронных ламп, 1500реле и потребляла около 150кВт электроэнергии. Программное управление последовательностью операций осуществлялась с помощью штекеров и наборных полей, чтобы настроить, нужно в ручную изменить подключение 6000 проводов. Но однако приоритет 1ой ЭВМ в 1973г отдан Джону Атамасову решением суда. В конце 30х годов Джон Атамасов начал работать над созданием компьютера с использованием двоичной системы счисления. С помощью сотрудников построил машину для решения дифференциальных уравнений. В1941 г. Моудшли познакомился с машиной Атанасова, и изучил документацию к ней. Атанасов готовил получение потента на эту машину. В 1946г. Эниак рассекретили и Экерт и Моудшли получили потенты. Атанасов начал отстаивать свой приоритет. В 1973г коллегия суда постановила, что Моудшли использовал идеи других. Суд признал не Эниак, а ABC. Был экспериментальным компьютером, Эниак использовался до 1955г.

В 1951г Экерт и Моудшли разработали ENIVAC 1, который предназначался для решения задач бизнеса. Еще одной машиной предшественников, Британский компьютер – Колоч, в 1943г эксплуатирована. Был мало известен из-за секретности своего применения. Эниак – длина 30м, объем 35 кв\м, вес 4 слона.

Машина Эдсака.

Была создана в1949г. Первая машина с хранимой программой. Создана в Кэмбрижском университете. Время сложения 0.07сек, умножение 8.5сек. Работу начал в 1947г. Это была капризная машина. Шум летающего самолета мог остановит компьютер. После каждого запуска в него загружали исходные данные. В начале было 10 основных действий. Современный компьютер имеет 200-300 команд. Проектировщики Эдсака использовали в программах только машинные коды. Каждая команда представлялась одной заглавной буквой.

В СССР первой отечественной универсальной машиной являлась машина МЭСМ – малая электронная счетная машина. Начало работы по созданию 1948г. В 1950 – официальный ввод в эксплуатацию. До 1953г МЭСМ была самой быстродействующей и единственной регулярно – эксплуатируемой ЭВМ в Европе. Эта машина была создана в историческом институте электроники академии наук Украины под руководством Лебедева. Принципы построения этой машины были разработаны индивидуально. Коллектив сотрудников стал ядром института Кибернетики им. Глушкова. Работа по созданию этой машины имела научно-исследовательский характер и имела принцип построения универсальных ЭВМ. Основные параметры: 1) 50 операций в сек. 2) рабочая чистота 5кГц 3) потребляемая мощность 15кВт 4) площадь 60 кв. м. Обладая низким быстродействием и малой емкостью запоминающего устройства, МЭСМ была алгоритмически развитой, содержала в своей структуре интересы и сейчас. АЗУ, которая была связана с арифметическими устройствами. Могло связываться с медленнодействующим, запоминающем устройством на магнитном барабане. Машина имела сменные долговременные запоминающие устройства. Опыт, накопленный в процессе разработки этой машины был использован при создании машины БЭСМ (большая электронная машина). Создание и эксплуатация МЭСМ явилась большим стимулом для развития программирования и для широкого круга вопросов вычислительной математики.

ENIAC 1: Машина создана в 1951г. Она была первым серийным ПК с хранимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации. В течение 1ых лет было продано около 50 экземпляров.

МЭСМ разрабатывалась с 1950-1953гг. Производительность 8-10тыс операций в сек. Первая модель около 2тыс операций в сек. Затем БЭСМ 2. Всего было 7 экземпляров. Создавалась на Казанском заводе ВМ. Основные пункты: Ленинград, Москва, Казань, Ереван. Участвовали все странны СССР.

Развитие отечественных ПК в 50-60 годы

Создана в СССР компьютерная система БЭСМ, была наверно единственной, конкурентным ПК. Архитектура, язык, прикладное программное обеспечение – все было оригинальным и соответствовало международному уровню .В 1959г. Был создан модифицированный БЭСМ 2, Он являлся самым быстрым ПК на континенте, его купил Китай. 1961г. – зенитная ракета, управляемая компьютером М-40 успешно сбивает межконтинентальную баталистическую ракету. Это было практически впервые продемонстрировало способность ПК решать критические задачи в реальном времени. В 1968г. Начинается массовое оснащение научных центров СССР компьютерами БЭСМ-6. Всего было выпущено в базовом варианте 600 штук. В 1969г. Состоялось совещание в правительстве, на котором было принято решение о создании комплекса ЭВМ.

70е гг. 1975г. Управление полетом по программе Союз Аполон. 10978г успешно прошел испытание ПК Эльбрус 1. Разрабатывался в институте точной механики и вычислительной техники. (Бурцев – главный конструктор).

1985г – были завершены испытания супер компьютера Эльбрус 2 Борисом Бабаяном. В это время развивалось несколько направлений компьютерных систем: РС 2000 и РС 3000. К концу 80х гг. разработчики собрались в Новосибирске на собрании, пытаясь сформировать ответ на Японский компьютер 5огог поколения. Выяснилось, что отставание идет на 10 лет, программы на 3-5 лет, прикладные алгоритмы соответствовали Мировому уровню.

В1958г начало создаваться второе поколение ЭВМ. Были полупроводниковые транзисторы в 1948г. Стали использоваться магнитные ленты. В качестве По стали использовать язык программирования высокого уровня. Трансляторы – программы, переводящие язык высокого уровня на язык машины. Появились программы для решения различных математических задач. Появились отечественные ЭВМ (стрелка, урал, минск, м-20). Стрелка разрабатывалась в конструкторском бюро 225. Около 2000 операций в секунду. Стрелка была связана с Баумонским университетом. Всегтбыло около 78 экземпляров.

Машина Урал 1 была создана в 1957г пор руководством Рамеева в ЭКБ 245. Она относилась к семейству малых машин. Быстродействие – 100 опер в сек. Затем появился Урал 2 – 5000опер в сек. Продолжение серии до Урал 16. Были совместимы с аппаратной программой.

Затем создан БЭСМ 4. В 1964г преступили к серийному выпуску, быстродействие – 25тыс опер в сек.

В Минске появился завод ЭВМ. Минск 1 создана в 1960г.

В 1960г появились первые интегральные схемы, которые могли заменить 10тыс процессоров.

В 1964г фирма IBM объявила о создании 6 моделей IBM 360. Они стали первыми ПК 3его поколения.

Компьютеры IBM

В развитии ВТ во всем мире большую роль играют такие компании как…IBM, INTEL, CPC, PACKARD…

IBM считается лидером в области создания ВТ, основана в 1986г изобретателем Холерито. В 1914г генеральный менеджер Томас Уотсон старший. С его именем связаны основные достижения этой компании. С 1924г эта фирма носит имя IBM. В начале 40х гг. прошлого века, в лабораториях этой компании, совместно с учеными Гавордского университета была закончена разработка одной из первых ВМ Марк1 в 1944г. В 1953г была выпущена машина IBM-701. Она была построена на электро-вакумных лампах с памятью на электро-лучевых трубках, которые изобрел Килбери. Эта машина была оборонного назначения. Инициатором создания этой машины был Томас Уотсон младший, который стал президентом IBM с 1952г. Именно ему принадлежит инициатива производства компьютеров. В 1953г Американский инженер, а так же эксперт по менеджменту Форрейстор изобрел устройство на магнитных сердечниках, это было оперативной памятью и было до 80х гг. прошлого века. В 1955г появилась ЭВМ IBM-705. Главным конструктором машины был Джон Айдом. Он же разработал ОС для машины. А появления параллельных вычислений можно отнести к 1958г, когда американский ученый Слотник предложил проект машины Саламон. В 1959г IBM выпускает ЭВМ второго поколения IBM-1401. А затем фирма IBM создает первый Мейнфрейн – большая машина – 7090. Быстродействие – 22900 операций в сек. В 1964г IBM начинает выпускать первые модели IBM-360. Это было уже 3е поколение на гибридных микросхемах, в разработке участвовали: Брукс младший, Блау. Эффективность проекта имела неоднозначную оценку. Андан – легенда в компьютерной индустрии. После успешной разработки, Андал создает свою фирму, с 1974г он проектирует ряд мощных с IBM совместимых Майнфрейдах. Они обладали большой производительностью, при более низкой цене. С 1971г IBM предлагает модели семейства IBM-370. Запуском этой серии руководит Лерсон. В 1974г он сменяет Уотсона младшего на посту президента IBM. В 1980г в исследовательском центре был создан IBM-801 микропроцессор. Это первый ПК. Автором концепции процессов стал Джон Кок. В 1981г IBM выпустила на рынок свой первый ПК IBM PC. Разработку вела группа из 12 инженеров под руководством Уильмана Лоува. Фирма IBM все не делала, микропроцессор-INTEL, ОП-Майкрософт. В 1988г появилось семейство компьютеров IBM AS/400, которые применялись в качестве серверов. В 1990г были выпущены Майнфрейны семейства 390, которые как и предыдущие модели поддерживали совместимость приложений сверху вниз. В 1990г получила развитие Риск-360 или IBM RS/6000 и в то же время появилась система UNIX. Во второй половине 90х началось вычисление интегральной техники микропроцессорами. Где-то в 2000г было разработано 6ое поколение серии 360.

Персональные компьютеры

В 1974г создан Альтаир, разработан Эвардом Робертсоном, когда называло рервым ПК. Первоначально ПК называли Ноутбук. Автором идеи ноутбука являлся Алан Кей. В 1977г им было опубликовано описание интерактивного устройства, с плоскопанельным сенсорным экраном, беспроводными коммуникациями и мультимедийными возможестями. Мультимедиа – форма записи информации. Кей назвал это устройство ноутбук, но этот проект не был опубликован. Потом работал в APPLE. В этой компании были созданы компьютеры МАКЕНТОШ. Эта компания со Стивом Возняком и Джобсом возникла в 1976г. Они решили собрать ПК. Собрали его в гараже и назвали его APPLE 1. Его не оценили,, но APPLE 2 1977г был с цветным экраном. В 1985г Джобс покинул компанию и основал новую компанию NEXT. Однако ни APPLE ни NEXT не могли соперничать с IBM и майкрософт. После Джобс вернулся в компанию Яблоко и нормализовал обстановку в компании. В 1981г Возняк попал в авиа катастрофу и и уволился из компании. Чудом оставшись жив. Лицо его было сильно повреждено. На звание первого компьютера имеют несколько изделий. Но только APPLE 2 первым начал поставляться в пластиковом корпусе, цифровой клавиатурой и цветным экраном. Первый карманный ПК – Джефо Хоккинс – начало 90х.

Архитектура ЭВМ

В 1966г Михаил Флин предложил классифицировать ВС по соотношению команд и данных. Основоположником архитектуры ЭВМ, компьютер с полным набором команд CISC считает компанию IBM с ее базовой архитектурой IBM 360, ядро которого используется с 1964г. Для CISC характерно:

1. сравнительно не большое число регистров общего назначения

2. большое количество машинных команд, некоторые функционально аналогичны операторам высоко уровневых языков программирования и выполняются за несколько тактов

3. это большое количество методов адресаций

4. большое количество поддерживаемых команд, форматов различной разрядности.

5. Преобладание двух адресного формата

Долее появилась архитектура с сокращенным набором команд – RISC система. Где-то в середине 80х разработчики заметили, что у ПК сложной архитектуры, большая часть времени уходит на выполнение простых команд. Наблюдение легло в основе работы IBM-801. Разработка была завершена в 1979гю это была первая машина RISC архитектуры. Понятие РИСК было введено Дывидом Петтерсонов в 1980г. Он был переводчиком университета. Основными чертами РИСК архитектуры являются:

1. Одинаковая длина команд

2. Единая форма команд и использование не более 2-3 форматов

3. Оперантоми всех арифметических и логических команд могут быть только регистры

4. Команды выполняют только простые действия

5. Выполнение одной команды производится не более чем за один такт

6. Большой регистровый файл

7. Только простая адресация

В системах формирования для РИСК присутствуют оптимизирующие копеляторы

Отечественные ЭВМ Лебедева

В институте точной механики и вычислительной техники, универсальные ЭВМ 1 и 2 поколения разрабатывались в СССР по оригинальным проектам отечественных специалистов. Основные разработки велись в Киевском университете Кибернетики, КБ 245, ИТМВТ был создан в 1948г. Его директорами назначались: Бругевич 1948г, Лаврентьев 1950г, Лебедев, 1953г, Бурцев 1974г, Рябов 1986г. В 1950 году Лаврентьев пригласил Лебедева возглавить основную лабораторию. Именно в этой лаборатории были созданы BEST. В этой лаборатории Бурцев, Рябов, Бобоян под руководством Лебедева начались работы по создании серии Эльбрус, после эту работу продолжали его ученики. Лебедев считается основоположником отечественной ВТ. Окончил Баумский университет, работал там, затем был приглашен в Киевский университет. Под его руководством разработали МЭСМ. Также Лебедев руководил БЭСМа в москве. Затем он в 1953г возглавил этот университет, тогда и была создана БЭСМ, затем появился БЭСМ 4 на полупроводниковой базе. В 1953 году была создана машина М-20, лучшая первого поколения. Затем М-4- - первый Эльбрус. Быстродействие 40тыс опер в сек. В 1961г именно этим компьютером была сбита континентально-балистическая ракета. Бэсм 6 были: параллельная обработка нескольких команд, регистровая память, расслоением и распределение оперативной памяти, много программный режим работы, развитая система прерывания ( система спец сигналов когда система ЭВМ сигнализирует своим состоянием). БЭСМ 6 супер ЭВМ 2ого поколения. Быстродействие 1млн опер в сек.использовано 60тыс транзисторо, 180тыс проводниковых диодов. В базовом варианте выпущено 350 экземпляров. Союз Аполон осуществлялась этой машины. В 1967г была создана первая ОС для БЭСМ 6 – Диспечер 68.

ЭВМ, созданные под руководством Брука и его учеников

Брук закончил Баумку, учился в одной группе с Лебедевым. С 1935г в энергетическом институте академии наук, там же работал, в 1955 был переименован в институт электронных управляющих машин. В 1947г разработал проект цифрового ЭВМ, но не был реализован. К созданию ЭВМ Брук вернулся, в этом же году к нему пришли ученики московского университета Матюхин, Нарцев. Первое ЭВМ Брука стала машина М-1, сделана в единственном экземпляре, в 1952г на производстве, стала второй ЭВМ после МЭСМ и первая в Москве. На ней решались научные задачи. Время умнож.2 сек. Матюхин стал одним из видных создателей ВТ в СССР и стал одним из первых разработчиков САПРа, ВС и устройств. В 1957г Матюхин перешел в автоматическое оборудование, где в качестве главного конструктора участвовал в разработке вычислительных комплексов для управления в системе ПО. Одной из главных заслуг Матюхина является первый в СССР САПР и средств. ВТ – АСП1. В 1958г был создан институт электронных управляемых машин, Брук-1ый ректор. Создаются машины. Карцев – один из создателей отечественной ВТ. Стал главным конструктором М-2 и М-4. М-4 имела ряд модификаций. В 1967г был создан институт вычислительных комплексов. Он создавал многомашинные вычислительные системы, организовал Карцев. В 1973г был сдан в эксплуатацию первый комплекс М-10, затем таких комплексов было разработано 10. М-10 3е поколение, быстродействие 5 млн опер в сек. Последний комплекс М-13. Карцев не дожил доего эксплуатации и доделали без него.

Глушков и ЭВМ, созданные под его руководством

Он считается выдающимся ученым в области кибернетики. Глушков сначала учился в Ново-Черкасском университете, потом перешел в Ростовский университет, по квалификации был математиком. В Киеве Глушков занимался теорией проектирования ЭВМ, занимался разработкой машины Днепр, она получила высокое распространение. Машина появилась одновременно с ВТ машин в США. Создание интеллектуальных ЭВМ – главная цель Глушкова. Все началось с машин, которые упрощали инженерные расчеты ( Марк1.2,3). Они мели огромную библиотеку стандартных функций. Работать можно было на ней не зная логорифмического языка. Глушков подтвердил, что без машин, в стране будет экономический кризис. Часть систем ОГАЗ было развертывание вычислительных систем. ЭСКБ 245 было создано в 1945г. Основная задача – разработка средств вт. Одна из 1ых ЭВМ это была ЭВМ Стрела, была создана под руководством Рамеева и Базилевского. Быстродействие 2тыс опер в сек. Разработчиками были выпускники Баумки. Потом были машины оборонного назначения. Стрела выпущена в полутора десятках. Семейство машин Урал разрабатывалось в Пензе. 1ая машина в 1957г. Она была дешевой и потому получила широкое распространение. Бытовые ЭВМ – Аргол, работала на космическом аппарате.

ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ

Начиная с 1959 г. вся промышленность СССР переключилась на производство ЕС и СМ ЭВМ.

Уже после появления первых ЭВМ начался переход к построению единого ряда машин разной производительности. Согласовано по системе команд ОП и требованиям к опр. Характеристикам устройств. В Москве 1967 году был создан научный центр вычислительной техники (НИЦЭВТ)

1. Создание машин на основе отечественного и западно-европейского округа.

2. Создание машин на основе создания ряда машин IBM 360.

1-й вариант позволял продолжить развитие отечественного научного и инженерного потенциала с шансом конкурентоспособности отечественных ЭВМ, поскольку к тому времени СССР имел БЭСМ-6 – одну из лучших в мире машин, а также серию «Урал». При этом предполагалось взаимовыгодное сотрудничество с английскими и немецкими фирмами, тем более они тоже стремились к сотрудничеству. Положительной стороной второго варианта была возможность использования ПО уже созданного для IBM 360. А для немецкий и английских разработок ПО не было. Сторонники IBM 360 считали, что необходимо расширить применение ЭВМ в народном хозяйстве, но без богатого ПО в те времена это было сделать затруднительно, а в те времена:

-в СССР было 1500 программистов

-в США их было 50 000.

Кроме того ориентация на IBM 360 требовала совместимости с командами IBM 360 и ещё не означала отсутствия слепого копирования чужих решений. Было принято решение в пользу второго варианта. Головной организацией по вопросам математического обеспечения стал институт прикладной математики, руководителем был Шура-Бура – Родился в 1918 году, был крупнейшим специалистом в области ВТ и программирования. В 1971 году прошли первые испытания машины ЕС-1020, которая была разработана в Минске и Ереване. Но машины ЕС выпускал не только СССР, но и германская республика (ЕС-1040). Затем была закончена разработка более старших моделей. Для производства машин ЕС было привлечено много городов и стран. Каждый из них разрабатывали только компоненты. К 1979 году ЕС в нашей стране составляло около 80%. В серии ЕС ЭВМ наиболее массовыми были ЕС-1022 (~3400 шт.), ЕС-1033 (~1500 шт.), ЕС-1035 (~1800 шт.), ЕС-1045 (~1000 шт). За 30 лет для народного хозяйства работало ~16000 вычислительных комплексов на базе этих машин.

СМ ЭВМ

В начале 1974 года было принято решение о создании семейств не только больших, но и малых ЭВМ. Причём ориентировались на американскую машину PDP-11 компании DEC. Семейство получило название СМ ЭВМ. Значительную роль в производстве этих машин сыграл институт электронных вычислительных машин, под руководством Б.Н. Наумова. В 1967 году возглавил институт и стал конструктором. В 1970 году были созданы первые в стране вычислительные комплексы 3-го поколения. Одной из наиболее распространённых и популярной была машина СМ-1420. Она предназначалась для автоматизированного управления технологическими процессами и для систем автоматизации научных исследований. На базе этих машин создавались АРМы (автоматизированные рабочие места). Для СМ ЭВМ были приняты стандарты архитектур малых ЭВМ, которые были наиболее распространены в мире. Были предложены общие интерфейсы для периферийных устройств и для устройств связи с объектом. Архитектура СМ-ЭВМ была арх-рой с общей шиной (156 электрич. проводов): (общая шина), с ней связуются процессор, ОЗУ, дисплей, графический дисплей, графопостроитель.

С конца 60-х годов, когда было принято решение о построении СМ, началось отставание отечественной техники от зарубежной.

1. НИЦЕВТ не смог скоординировать работу новой ЭВМ.

2. Наличие прототипа IBM сковывало творческий потенциал.

3. В середине 70-х годов отсутствие элементной базы западного уровня. БИС уступали схемам, которые производились западными компаниями.

Выпуск ЕС-ЭВМ прекратился в 1995 году.

Отечественные суперкомпьютеры

Первые работы по многопроцессорным вычислительным системам были выполнены в 1960 году в Новосибирске под руководством Евреинова. После принятия решения по созданию суперкомпьютера работы были продолжены Мельниковым, Бурцевым, Бабаяновым – учениками Лебедева. В.И. Мельников: выпускник М.И., участвовал в разработке БЭСМов, создал Институт Проблем Кибернетики Академии Наук в 1980-х и стал директором. В этом институте он руководил разработкой ССБИС ЭВМ, которая была похожа на американскую CRAY-1.

Бурцев продолжая разработку «Эльбрусов» в институте механики и вычислительной техники. В последние голы жизни возглавлял Институт Высокопроизводственных вычислительных систем. В 1979 году Эльбрус на основе RISK процессоров, генеральный конструктор Бурцев, в 1984 году под руководством создан 10-ти процессорный «Эльбрус-2» (Бурцев). Использовался в противоракетном направлении, Челябинске, Арзамасе-16. Проект 16-процессорного «Эльбруса-3» появился в 1985 году, производительность его была 125 млн. операций/сек. Ключевой фигурой в создании был Борис Бабаян. Он закончил МФТИ. Параллельно с разработкой Эльбруса разрабатывались ПС-3000 и ПС-2000 –матричные процессоры. Конструкции Эльбруса были громоздкими. Они проигрывали из-за несовершенной элементной базы зарубежным компьютерам. В 1986 году вышло постановление СССР о создании Эльбрус-90 Микро (вычислительный комплекс). Условием в этой разработке было использование только отечественных ПО и элементной базы. В 1990 год микропроцессор был разработан, но из-за обстановки в стране некоторые учёные ушли к Бабаяну и в 1997 году всё было готово и изготовлена опытная партия этих компьютеров. После стал разрабатываться процессор Е2К, создавался для «Эльбрус 3М», производительность 8 млрд оп/сек на 1 процессор. Эти решения были полностью отечественными, правда изготавливались на Тайвани и в Израиле. В 2004 году Бабаян и команда его перешли работать в Intel и все отечественные ЭВМ строятся на зарубежной базе. MBC 1000M: входило 5000 узлов, разработка на процессорах Apple (768 процессоров). В 2004 г. На 210 месте МВС5000БМ (Top-500 мощнейших суперкомпов): 1.4 террафлопс, на зарубежных микропроцессорах. На 98 месте в Белоруссии (2005 г.) СКИФ к-1000: 2 террафлопса.

История телекоммуникаций и сетей

Ещё до появления сетей были созданы теоретические основы для телекоммуникаций. В 1948 году Клод Шеннон опубликовал работу математической теории связи. Он представил теорию передачи и обработки информации. До начала 70-х информация считалась нематериальной, патенты на информацию не давались.

Теория кодирования: Ричард Хэмминг. Он в своей работе предложил блочный код, корректирующий ошибки при передаче сообщения. В 1961 году Леонард Клейпрок опубликовал работу, в которой предлагал передачу данных с помощью коммутации пакетов. Смысл в разделении сообщения на части, их передачи по сети и сборки сообщения в узле назначения. Клейпрок работал в калифорнийском университете и внёс значительный вклад в создание первой компьютерной сети ARPANET.

В 1962 г. Концепцию первой сети предложил Джон Ликлайдер. Он в своей работе говорил о возможности существования в будущем связи всех людей, имеющих глобальный доступ к базам данных, т.е. предсказал появление сети Internet.

В 1955 г. Томас Мерилл и Лоренс Робертс впервые соединили 2 удалённых компьютера через телефонную линию и доказали возможность построения территориальных сетей. А сеть ARPANET , прообраз интернета, в 1969 г. Была разработана благодаря совместным усилиям учёных калифорнийского университета и специалистов из ARPA (агентство передовых исследований). Перед агенством ARPA была поставлена задача ликвидировать отставание в космических разработках. ARPANET в начале 70-х годов обслуживал около 200 пользователей. Первую в мире локальную сеть создал Доналд Дэвис (Великобритания, Национальная Физическая Лаборатория). В 1968 году швед О. Содерблюм разработал локальную сеть TOKENRING. В том же году мин. Обороны США выпускает первый стандарт на сетевые технологии относительно локальных вычислительных сетей. Очевидно, что сети для взаимодействия должны быть открыты, а протоколы стандартизированы.

Важную роль в развитии стандартизации играет институт IEEE (институт стандартизации электротехники и электроники, 1912 г.). В 70-е годы организовывается комитет стандартов. В 1970-м году на гавайских островах Норман Абрамсон создал сеть Aloha. Это прообраз интернета и радиоинтернета. Это была первая в мире пакетная радиосеть, использовавшая случайный метод доступа в среде передачи данных. Пакеты представлялись в эфир, если была необходимость. Если такой метод получения был обратен, то отправка была доставлена. В 1972 году Рей Томпсон разработал систему электронной почты. Сейчас она является одним из крупнейших сетевых приложений. В 1973 году появился первый мобильный телефон. Этот же год считается годом начала работы над появлением интернета. Сотрудник фирмы XEROX Роберт Меткалф подаёт заявку на создание интернета, одну из первых локальных вычислительных сетей. Прообраз интернета – PrNET – радиосеть. Проект INTERNET был реализован Меткалфом в 1976 году Меткалфом. Меткалф родился в 1946 году. Сеть INTERNET он создал при перекачке с ПК на лазерный принтер. Ну а потом начался процесс развития интернета. В 1977 году было достигнуто объединение ПК на общей платформе. Сеть ARPANET преобразовалась в INTERNET. В 1979 году XEROX, INTEL, DELL объединили свои умения для стандартизации интернета. При Метколфе, который считал это объединение более важным, чем само изобретение. В 1965 году придумали гипертекст. Первую гипертекстовую систему придумал в 1968 году изобретатель мыши Дуг Энгельбард.

В СССР интернет появился в 1990 году. 1 августа компания России Realcom на базе института энергетики объединила несколько своих сетей на территории СССР. Затем они подсоеденились к Европейской сети. В 1993 году сеть Realcom была официально зарегистрирована в интернете.