- •Содержание
- •Информатика. Предмет и задачи
- •Структура информатики
- •Задачи информатики:
- •Измерение и представление информации
- •Сигналы Данные Методы Информация
- •Методы воспроизведения и обработки данных
- •Информационный процесс
- •Меры информации
- •Единицы измерения информации
- •Качественные свойства информации
- •Классификация информации
- •Хранение информации
- •Кодирование данных двоичным кодом
- •Системы счисления
- •Двоичная система счисления
- •Перевод из десятичной системы в двоичную
- •Арифметические операции с двоичными числами
- •Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления
- •Кодирование числовых данных
- •Кодирование текстовых данных
- •Кодирование графических данных
- •Кодирование звуковых данных
- •Послесловие к лекции о кодировании данных в компьютере
- •Хранение данных в компьютере
- •Представление и обработка числовой информации в компьютере
- •История развития вычислительной техники
- •Классификация эвм по принципу действия
- •Поколения цифровых эвм
- •Архитектура эвм
- •Архитектура эвм, построенная на принципах фон Неймана
- •Структура современных эвм
- •Тенденции в развитии структуры современных эвм
- •Упрощенная структурная схема ibm pc совместимого компьютера
- •Структура и виды команд
- •Состав машинных команд
- •Основной цикл работы компьютера
- •Обработка прерываний
- •Состав вычислительной системы
- •Аппаратное обеспечение
- •Программное обеспечение
- •Классификация программных продуктов по сфере использования
- •Системное программное обеспечение
- •Операционная система
- •Ос как расширенная машина
- •Ос как система управления ресурсами
- •Функции ос
- •Понятие многозадачности
- •Установка приложений
- •Удаление приложений
- •Обеспечение взаимодействия с аппаратным обеспечением
- •Обслуживание компьютера
- •Прочие функции операционных систем
- •Особенности файловых систем
- •Файловые системы fat и fat32
- •Файловая система ntfs
- •Физическая структура ntfs
- •Mft и его структура.
- •Основные понятия ос Windows
- •Моделирование как метод решения прикладных задач
- •Моделирование как метод познания
- •Материальные и информационные модели
- •Формализация модели
- •Математическое моделирование
- •Классификация математических моделей по цели моделирования
- •Компьютерное моделирование
- •Этапы и цели компьютерного математического моделирования
- •Понятие алгоритма и его свойства
- •Определение алгоритма на основе рекурсивных функций
- •Определение алгоритма на основе абстрактных автоматов (машины Тьюринга)
- •Способы записи алгоритмов
- •Линейный алгоритм
- •Разветвляющийся алгоритм
- •Циклический алгоритм
- •Объекты алгоритма
- •Языки и системы программирования
- •Классификация языков программирования, их эволюция
- •Алгоритмические (процедурные) языки программирования
- •Декларативные (описательные) языки программирования
- •Объектно-ориентированные языки программирования
- •Языки создания сценариев (программирование для Интернета)
- •Языки программирования баз данных
- •Языки моделирования
- •Поколения языков программирования
- •Системы программирования и их компоненты
- •Архитектура программных систем
- •Технологии программирования
- •Основные этапы развития технологии программирования
- •Модули и их свойства
- •Нисходящая и восходящая разработка программного обеспечения
- •Структурное и «неструктурное» программирование
История развития вычислительной техники
Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Считается, что исторически первым и, соответственно, простейшим счетным устройством был абак, который относится к ручным приспособлениям для счета.
Абак – счётная доска, применявшаяся для арифметических вычислений в Древней Греции, Риме, затем в Западной Европе до 18 в. Доска разделялась на бороздки. Одна бороздка соответствовала единицам, другая – десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде. В странах Дальнего Востока был распространён китайский аналог абака – суан-пан (в основе счета лежала не десятка, а пятерка), в России – счёты. |
Абак |
|
|
|
|
||
Суан-пан. Положено 1930 |
Счеты. Положено 401,28 |
Первой дошедшей до нас попыткой решить задачу по созданию машины умеющей складывать многоразрядные целые числа был эскиз 13-разрядного суммирующего устройства разработанный Леонардо да Винчи около 1500 г.
В 1642 году Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел. В основе принципа действия счетчиков в машине Паскаля лежит идея обыкновенной зубчатой пары – двух зубчатых колес, сцепленных между собой. Для каждого разряда имеется колесо (шестеренка) с десятью зубцами, представляющими одну из цифр от 0 до 9. С прибавлением в данном разряде каждой единицы счетное колесо поворачивается на один зубец, т. е. на одну десятую оборота. Требуемую цифру можно установить, поворачивая колесо до тех пор, пока зубец, представляющий эту цифру, не встанет против указателя или окошка. Ознакомившись с трудами Паскаля и изучив его арифметическую машину, Готфрид Вильгельм Лейбниц внес в нее значительные усовершенствования, и в 1673 году сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических операции. Начиная с 19 века, арифмометры получили очень широкое распространение и применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала специальная профессия- счетчик.
Первая фирма, специализировавшаяся по выпуску счётных машин, была основана в США в 1887 году. В России арифмометры начали выпускаться с 1894 года и производились более 70 лет.
Несмотря на явный прогресс по сравнению с абаком и подобными ему приспособлениями для ручного счета, данные механические вычислительные устройства требовали постоянного участия человека в процессе вычислений. Человек, производя вычисления на таком устройстве, сам управляет его работой, определяет последовательность выполняемых операций.
Мечтой изобретателей вычислительной техники было создание считающего автомата, который бы без вмешательства человека производил расчеты по заранее составленной программе.
В первой половине 19 века английский математик Чарльз Бэббидж попытался создать универсальное вычислительное устройство – Аналитическую машину, которая должна была выполнять арифметические операции без участия человека. В Аналитическую машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники, и были предусмотрены все основные компоненты, имеющиеся в современном компьютере. Аналитическая машина Бэббиджа должна была состоять из следующих частей:
«Фабрика» – устройство, в котором производиться все операции по обработке всех видов данных (АЛУ).
«Контора» – устройство, обеспечивающие организацию выполнения программы обработки данных и согласованную работу всех узлов машины в ходе этого процесса (УУ).
«Склад» – устройство, предназначенное для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки данных (ЗУ, или просто память).
Устройства, способные преобразовывать данные в форму, доступную компьютеру (кодирование). Устройства ввода.
Устройства, способные преобразовывать результаты обработки данных в форму, понятную человеку. Устройства вывода.
В окончательном варианте машины у нее было три устройства ввода с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке.
Бэббидж не смог довести работу до конца - это оказалось слишком сложно на основе механической техники того времени. Однако он разработал основные идеи, и в 1943 году американец Говард Эйкен на основе уже техники 20 века – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические. Еще раньше идеи Бэббиджа были независимо переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 году построил аналогичную машину.
Подлинная революция в вычислительной техники произошла в связи с применением электронных устройств. Первая машина первого поколения ЭВМ ENIAC была создана в США группой специалистов под руководством Джона Моучли и Преспера Эккерта (1945 – 1946 г.г.). Эта машина работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода.
Большой вклад в теорию и практику создания ЭВТ на начальном этапе ее развития внес крупнейший американский математик Джон фон Нейман. Совокупность «принципов фон Неймана» породила классическую (фон Неймановскую) архитектуру ЭВМ. Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы (программы закладываются в память машины, также как и исходная информация).
Первая ЭВМ, построенная по принципам фон Неймана (EDSAC), появилась в Англии в 1949 году.
Развитие электронной техники в СССР тесно связано с именем академика С.А. Лебедева, под руководством которого были созданы первые отечественные ЭВМ: в 1951 году в Киеве – МЭСМ (малая электронная счетная машина) и в 1952 году в Москве – БЭСМ (большая электронная счетная машина). Лебедев руководил и созданием БЭСМ-6 – лучшей в мире ЭВМ второго поколения (ЭВМ, работавшие на полупроводниковых схемах), уровень которой, по мнению экспертов, на несколько лет опередил уровень зарубежных аналогов. По своей архитектуре она была ближе к ЭВМ третьего поколения и серийно выпускалась вплоть до 1981 года. В машинах второго поколения появилось замечательное изобретение - алфавитно-цифровое печатающее устройство.
ЭВМ третьего поколения (ЭВМ, работавшие на малых интегральных схемах) появились в конце 60-х годов. В этих машинах в качестве средства общения с ЭВМ стали использовать видео терминальные устройства – дисплеи (IBM-360 , IBM-370 , EC ЭВМ (машины единой системы) – ЕС-1022 и т.п.).
Новые технологии создания интегральных схем (большие интегральные схемы) позволили разработать в конце 70-х начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения, к которым относятся различного рода микро и мини ЭВМ. И, конечно, венцом развития вычислительной техники (на тот момент времени!!!) стало создание персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения. Именно с этого момента в нашем языке вместо ЭВМ утвердился термин персональный компьютер (ПК). И вычислительная техника устремилась «в массы».