2

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

КІРОВОГРАДСЬКИЙ Машинобудівний Коледж

Кіровоградського національного технічного університету

Методичний збірник

для допомоги студентам у вивченні самостійних тем

по предмету “Обчислювальна техніка та програмування”

“Інформатика та обчислювальна техніка”

спеціальність 5.05050301 (Інструментальне виробництво)

спеціальність 5.05050302 (Технологія обробки матеріалів на верстатах та автоматичних лініях)

Розробив викладач

Крамар Г. Ю.

Розглянуто на засіданні

циклової комісії

фізико-математичних дисциплін

Протокол № ___ від ______

Голова комісії

Маркова В.А.

Кіровоград 2011 р.

Самостійна тема № 1 (Урок № 2)

Тема: Історія розвитку засобів обчислювальної техніки

1. Аналітична машина Беббіджа.

2. Перші комп’ютери.

3. Комп’ютери з програмою, що зберігається в пам’яті.

4. Мікропроцесори.

5. Поява персональних комп’ютерів.

6. Поява ІBM PC.

7. Відкрита архітектура і поява клонів.

1. Аналітична машина Беббіджа. Ще в першій половині XІ в. англійський математик Чарльз Беббідж спробував побудувати універсальний обчислювальний пристрій, тобто комп’ютер (Беббідж називав його Аналітичною машиною). Саме Беббідж уперше додумався до того, що комп’ютер повинний містити пам’ять і керуватися за допомогою програми. Беббідж хотів побудувати свій комп’ютер як механічний пристрій, а програми збирався задавати за допомогою перфокарт – карт із щільного папіру з інформацією, яка наносилися за допомогою отворів (вони в той час уже широко вживалися в ткацьких верстатах). Однак довести до кінця цю роботу Беббідж не зміг – вона виявилася занадто складною для техніки того часу.

2. Перші комп’ютери. У 40-роках XX ст. відразу кілька груп дослідників повторили спробу Беббіджа на основі техніки XX ст. – електромеханічних реле. Деякі з цих дослідників нічого не знали про роботи Беббіджа і перевідкрили його ідеї наново. Першим із них був німецький інженер Конрад Цузе, що у 1941 р. побудував невеликий комп’ютер на основі декількох електромеханічних реле. Але через війну роботи Цузе не були опубліковані. А в США в 1943 р. на одному з підприємств фірми ІBM американець Говард Ейкен створив більш могутній комп’ютер за назвою "Марк-1". Він уже дозволяв проводити обчислення в сотні разів швидше, ніж вручну (за допомогою арифмометра), і реально використовувався для військових розрахунків.

Однак електромеханічні реле працюють дуже повільно і недостатньо надійно. Тому починаючи з 1943 р. у США група фахівців під керівництвом Джона Мочлі та Преспера Екерта почали конструювати комп’ютер ENІAC на основі електронних ламп. Створений ними комп’ютер працював у тисячу разів швидше, ніж Марк-1. Однак виявилося, що велику частину часу цей комп’ютер простоював – адже для завдання методу розрахунків (програми) у цьому комп’ютері приходилося протягом декількох годин або навіть декількох днів приєднувати потрібним чином проводи. А сам розрахунок після цього міг зайняти всього лише кілька хвилин або навіть секунд.

3. Комп’ютери з програмою, що зберігається в пам’яті. Щоб спростити й прискорити процес завдання програм, Мочлі та Екерт стали конструювати новий комп’ютер, що міг би зберігати програму у своїй пам’яті. У 1945 р. до роботи був запрошений знаменитий математик Джон фон Нейман, який підготував доповідь про цей комп’ютер. Доповідь була розіслана багатьом вченим і одержала широку популярність, оскільки в ній фон Нейман ясно і просто сформулював загальні принципи функціонування комп’ютерів, тобто універсальних обчислювальних пристроїв. І дотепер більшість комп’ютерів зроблено відповідно до тих принципів, що виклав у своїй доповіді в 1945 р. Джон фон Нейман. Перший комп’ютер, у якому були втілені принципи фон Неймана, був побудований у 1949 р. англійським дослідником Морісом Уілксом.

Розвиток елементної бази комп’ютерів. У 40-х і 50-х роках комп’ютери створювалися на основі електронних ламп. Тому комп’ютери були дуже великими (вони займали величезні зали), дорогими і ненадійними – адже електронні лампи, як і звичайні лампочки, часто перегорали. Але в 1948 р. були винайдені транзистори – мініатюрні і недорогі електронні прилади, що змогли замінити електронні лампи. Це привело до зменшення розмірів комп’ютерів у сотні разів і підвищенню їх надійності. Перші комп’ютери на основі транзисторів з’явилися наприкінці 50-х років, а до середини 60-х років були створені і значно більш компактні зовнішні пристрої для комп’ютерів, що дозволило фірмі Dіgіtal Equіpment випустити в 1965 р. перший міні-комп’ютер PDP-8 розміром із холодильник і вартістю всього 20 тис. дол. (комп’ютери 40-х і 50-х років звичайно коштували мільйони дол.).

Після появи транзисторів найбільш трудомісткою операцією при виробництві комп’ютерів було з’єднання і спайка транзисторів для створення електронних схем. Але в 1959 р. Роберт Нойс (майбутній засновник фірми Іntel) винайшов спосіб, що дозволяє створювати на одній пластині кремнію транзистори і всі необхідні з’єднання між ними. Отримані електронні схеми стали називатися інтегральними схемами, або чипами. У 1968 р. фірма Burroughs випустила перший комп’ютер на інтегральних схемах, а в 1970 р. фірма Іntel почала продавати інтегральні схеми пам’яті. Надалі кількість транзисторів, що вдавалося розмістити на одиницю площі інтегральної схеми, збільшувалося приблизно вдвічі щороку, що і забезпечує постійне зменшення вартості комп’ютерів і підвищення швидкодії.

4. Мікропроцесори. У 1970 р. був зроблений ще один важливий крок на шляху до персонального комп’ютера – Маршиан Едвард Хофф із фірми Іntel сконструював інтегральну схему, аналогічну по своїм функціям центральному процесору великого комп’ютера. Так з’явився перший мікропроцесор Іntel-4004, який був випущений у продаж у 1971 р. Це був дійсний прорив, тому що мікропроцесор Іntel-4004 розміром менше 3 см був продуктивніше гігантської машини ENІAC. Правда, можливості Іntel-4004 були куди скромніше, ніж у центрального процесора великих комп’ютерів того часу, – він працював набагато повільніше і міг обробляти одночасно тільки 4 біти інформації (процесори великих комп’ютерів обробляли 16 або 32 біта одночасно), але і коштував він у десятки тисяч разів дешевше. Але зростання продуктивності мікропроцесорів не змусило себе чекати. У 1973 р. фірма Іntel випустила 8-бітовий мікропроцесор Іntel-8008, а в 1974 р. – його удосконалену версію Іntel-8080, яка до кінця 70-х років стала стандартом для мікрокомп’ютерної індустрії.

5. Поява персональних комп’ютерів. Спочатку мікропроцесори використовувалися у різних спеціалізованих пристроях, наприклад, у калькуляторах. Але в 1974 р. кілька фірм оголосили про створення на основі мікропроцесора Іntel-8008 персонального комп’ютера, тобто пристрою, який виконує ті ж функції, що і великий комп’ютер, але розрахованого на одного користувача. На початку 1975 р. з’явився перший комерційно розповсюджуваний персональний комп’ютер Альтаїр-8800 на основі мікропроцесора Іntel-8080. Цей комп’ютер продавався за ціною близько 500 дол. І хоча можливості його були дуже обмежені (оперативна пам’ять складала всього 256 байт, клавіатура й екран були відсутні), його появу було зустріто з великим ентузіазмом: у перші ж місяці було продано кілька тисяч комплектів машини. Покупці постачали цей комп’ютер додатковими пристроями: монітором для виводу інформації, клавіатурою, блоками розширення пам’яті і т.д. Незабаром ці пристрої стали випускатися іншими фірмами. Наприкінці 1975 р. Пол Аллен і Білл Гейтс (майбутні засновники фірми Mіcrosoft) створили для комп’ютера "Альтаїр" інтерпретатор мови Basіc, що дозволило користувачам досить просто спілкуватися з комп’ютером і легко писати для нього програми. Це також сприяло популярності персональних комп’ютерів.

Успіх Альтаїр-8800 змусив багато фірм також зайнятися виробництвом персональних комп’ютерів. Персональні комп’ютери стали продаватися вже в повній комплектації, із клавіатурою і монітором, попит на них склав десятки, а потім і сотні тисяч штук у рік. З’явилося кілька журналів, присвячених персональним комп’ютерам. Росту обсягу продажів дуже сприяли численні корисні програми, розроблені для ділових застосувань. З’явилися і комерційно розповсюджувані програми, наприклад, програма для редагування текстів WordStar і табличний процесор VіsіCalc (відповідно 1978 і 1979 р.). Ці (і багато інших) програми зробили покупку персональних комп’ютерів дуже вигідною для бізнесу: з їх допомогою стало можливо виконувати бухгалтерські розрахунки, складати документи і т.д. Використання ж великих комп’ютерів для цих цілей було занадто дороге.

6. Поява ІBM PC. Наприкінці 70-х років поширення персональних комп’ютерів навіть привело до деякого зниження попиту на великі комп’ютери і міні-комп’ютери (міні-ЕОМ). Це стало предметом серйозного занепокоєння фірми ІBM (Іnternatіonal Busіness Machіnes Corporatіon) – провідної компанії по виробництву великих комп’ютерів, і в 1979 р. фірма IBМ вирішила спробувати свої сили на ринку персональних комп’ютерів. Однак керівництво фірми недооцінило майбутню важливість цього ринку і розглядало створення персонального комп’ютера всього лише як дрібний експеримент – щось начебто однієї з десятків робіт, які проводилися у фірмі, по створенню нового обладнання. Щоб не витрачати на цей експеримент занадто багато грошей, керівництво фірми надало підрозділу, відповідальному за даний проект, небачену у фірмі волю. Зокрема, йому було дозволено не конструювати персональний комп’ютер "з нуля", а використовувати блоки, виготовлені іншими фірмами. І цей підрозділ сповна використовував наданий шанс.

Насамперед, як основний мікропроцесор комп’ютера був вибраний новітній тоді 16-розрядний мікропроцесор Іntel-8088. Його використання дозволило значно збільшити потенційні можливості комп’ютера, тому що новий мікропроцесор дозволяв працювати з 1 Мбайтом пам’яті, а всі комп’ютери, що тоді малися, були обмежені 64 Кбайтами. У комп’ютеpі були використані й інші комплектуючі різних фірм, а його програмне забезпечення було доручено розробити невеликій фірмі Mіcrosoft.

У серпні 1981 р. новий комп’ютер за назвою ІBM PC (читається – Ай-Бі-Ем Пі-Сі) був офіційно представлений публіці і незабаром після цього він придбав велику популярність у користувачів. Через один-два роки комп’ютер ІBM PC зайняв ведуче місце на ринку, витиснувши моделі 8-бітових комп’ютерів.

7. Відкрита архітектура і поява клонів. Якби ІBM PC був зроблений так само, як інші, існуючі в час його появи, комп’ютери, він би застарів через два-три роки, і ми б давно уже про нього забули. Дійсно, хто зараз пам’ятає про самі чудові моделі телевізорів, телефонів або навіть автомобілів п’ятнадцятирічної давнини!

Однак із комп’ютерами ІBM PC вийшло по-іншому. Фірма ІBM не зробила свій комп’ютер єдиним нероз’ємним пристроєм і не стала захищати його конструкцію патентами. Навпаки, вона зібрала комп’ютер із незалежно виготовлених частин і не стала тримати специфікації цих частин і способи їх з’єднання в секреті. Напроти, принципи конструкції ІBM PC були доступні всім бажаючим. Цей підхід, називаний принципом відкритої архітектури, забезпечив приголомшливий успіх комп’ютеру ІBM PC, хоча і позбавив фірму ІBM можливості одноосібно користатися плодами цього успіху. От як відкритість архітектури ІBM PC вплинула на розвиток персональних комп’ютерів:

1. Перспективність і популярність ІBM PC зробила дуже привабливим виробництво різних комплектуючих і додаткових пристроїв для ІBM PC. Конкуренція між виробниками привела до здешевлення комплектуючих і пристроїв.

2. Дуже швидко багато фірм перестали задовольнятися роллю виробників комплектуючих для ІBM PC і почали самі збирати комп’ютери, сумісні з ІBM PC. Оскільки цим фірмам не треба платити величезні витрати фірми ІBM на дослідження і підтримку структури величезної фірми, вони змогли продавати свої комп’ютери значно дешевше (іноді в 2-3 рази) аналогічних комп’ютерів фірми ІBM. Сумісні з ІBM PC комп’ютери спочатку стали презирливо називали "клонами", але ця кличка не прижилася, тому що багато фірм-виробників ІBM PC-сумісних комп’ютерів стали реалізовувати технічні досягнення швидше, ніж сама ІBM.

3. Користувачі одержали можливість самостійно модернізувати свої комп’ютери й оснащувати їх додатковими пристроями сотень різних виробників.

Все це привело до здешевлення ІBM PC-сумісних комп’ютерів і стрімкому поліпшенню їх характеристик, а виходить, до росту їх популярності.