НОВОМОСКОВСЬКИЙ БУДІВЕЛЬНИЙ ТЕХНІКУМ

РЕФЕРАТ

По темі: "Як з'явився комп'ютер"

Студентки

гр. БСМ-11

Викладач

НОВОМОСКОВСЬК 1999р.

Як був винайдений комп'ютер

Слово «комп'ютер» означає «обчислювач», тобто пристрій для обчислень. Потреба в автоматизації обробки даних, у тому числі обчислень, виникла дуже давно. Багато тисяч років тому для рахунку використовувалися рахункові палички, камінці і т.д. Більше 1500 років тому (а може бути і значно раніше) для полегшення обчислень стали використовуватися рахунки.

У 1642 р. Блез Паскаль винайшов пристрій, механічно виконує складання чисел, а в 1673 р. Готфрід Вільгельм Лейбніц сконструював арифмометр, що дозволяє механічно виконувати чотири арифметичних дії. Починаючи з XIX ст. арифмометри отримали дуже широке застосування. На них виконували навіть дуже складні розрахунки, наприклад, розрахунки балістичних таблиць для артилерійських стрільб. Існувала й спеціальна професія - лічильник - людина, що працює з арифмометром, швидко і точно дотримується певну послідовність інструкцій (таку послідовність інструкцій згодом стали називати програмою). Але багато розрахунки проводилися дуже повільно - навіть десятки лічильників повинні були працювати за кілька тижнів і місяців. Причина проста - при таких розрахунках вибір виконуваних дій і запис результатів вироблялися людиною, а швидкість його роботи дуже обмежена.

У першій половині XIX ст. англійський математик Чарльз Беббідж спробував побудувати універсальний обчислювальний пристрій - Аналітичну машину, яка повинна була виконувати обчислення без участі людини. Для цього вона повинна була вміти виконувати програми, що вводяться за допомогою перфокарт (карт з щільного паперу з інформацією, що наноситься за допомогою отворів, вони в той час уже широко вживалися в ткацьких верстатах), і мати «склад» для запам'ятовування даних і проміжних результатів (у сучасній термінології - пам'ять). Беббідж не зміг довести до кінця роботу по створенню Аналітичної машини - вона виявилася занадто складною для техніки того часу. Однак він розробив всі основні ідеї, і в 1943 р. американець Говард Ейкен за допомогою робіт Беббіджа на основі техніки XX ст. - Електромеханічних реле - зміг побудувати на одному з підприємств фірми IBM таку машину під назвою «Марк-1». Ще раніше ідеї Беббіджа були перевідкриття німецьким інженером Конрадом Цузе, який у 1941 р. побудував аналогічну машину.

До цього часу потреба в автоматизації обчислень (у тому числі для військових потреб - балістики, криптографії і т.д.) стала настільки велика, що над створенням машин типу побудованих Ейкен і Цузе одночасно працювало кілька груп дослідників. Починаючи з 1943 р. група фахівців під керівництвом Джона Мочлі і Преспера Екерта в США почала конструювати подібну машину вже на основі електронних ламп, а не реле. Їх машина, названа ENIAC, працювала в тисячу разів швидше, ніж Марк-1, однак для завдання її програми доводилося протягом декількох годин або навіть декількох днів приєднувати потрібним чином проводи. Щоб упро-стіть процес завдання програм, Мочлі і Екерт стали конструювати нову машину, яка могла б зберігати програму у своїй пам'яті. У 1945 р. до роботи був залучений знаменитий математик Джон фон Нейман, який підготував доповідь про цю машину, Доповідь було розіслано багатьом вченим і отримав широку популярність, оскільки в ньому фон Нейман ясно і просто сформулював загальні принципи функціонування універсальних обчислювальних пристроїв, тобто ком-пьютеров. Перший комп'ютер, в якому були втілені принципи фон Неймана, був побудований в 1949 р. англійським дослідником Морісом Уїлксом. З того часу комп'ютери стали набагато більш потужними, але переважна більшість з них зроблено у відповідності з тими принципами, які виклав у своїй доповіді в 1945 Джон фон Ней-ман. Розповімо тому про цих принципах. Як працює комп'ютер, або принципи фон Неймана

У своїй доповіді Джон фон Нейман описав, як повинен бути влаштований комп'ютер для того, щоб він був універсальним і ефективним пристроєм для обробки інформації.

Пристрої комп'ютера.

Перш за все, комп'ютер повинен мати наступні пристрої:

1. аріфмепгіческо-логічний пристрій, що виконує арифметичні і логічні операції;

2. пристрій управління, яке організовує процес виконання програм;

3. запам'ятовуючий пристрій, або пам'ять для зберігання програм і даних;

4. зовнішні пристрої для введення-виведення інформації.

Пам'ять комп'ютера повинна складатися з деякого кількості пронумерованих комірок, у кожній з яких можуть знаходитися або у процесі "дані, або інструкції програм. Всі комірки пам'яті повинні бути однаково легко доступні для інших пристроїв комп'ютера.

Ось які повинні бути зв'язку між пристроями комп'ютера (одинарні лінії показують керуючі зв'язку, подвійні - інформаційні).

Принципи роботи комп'ютера.

У загальних рисах роботу комп'ютера можна описати так. Спочатку за допомогою будь-якого зовнішнього пристрою в пам'ять комп'ютера вводиться програма. Пристрій керування зчитує вміст комірки пам'яті, де знаходиться перша інструкція (команда) програми, та організує її виконання. Ця ко-Манда може задавати виконання арифметичних або логічних операцій, читання з пам'яті даних для виконання арифметичних або логічних операцій або запис їх результатів у пам'ять, введення даних із зовнішнього пристрою в пам'ять або виведення даних з пам'яті на зовнішній пристрій.

Як правило, після виконання однієї команди пристрій управління починає виконувати команду з осередку Пам'яті, яка знаходиться безпосередньо за щойно виконаної командою. Однак цей порядок може бути змінений за допомогою команд передачі управління (переходу). Ці команди вказують пристрою управління, що йому слід продовжити виконання програми, починаючи з команди, що міститься в деякій інший комірці пам'яті. Такий «стрибок», або перехід, в програмі може виконуватися не завжди, а тільки при виконанні деяких умов, наприклад, якщо деякі числа рівні, якщо в результаті попередньої арифметичної операції вийшов куль і т.д. Це дозволяє використовувати одні й ті ж послідовності команд у програмі багато разів (тобто організовувати цикли), виконувати різні послідовності команд залежно від виконання певних умов і т.д., тобто створювати складні програми. Таким чином, керуючий пристрій виконує інструкції програми автоматично, тобто без втручання людини. Воно може обмінюватися інформацією з оперативною пам'яттю і зовнішніми пристроями комп'ютера. Оскільки зовнішні пристрої, як правило, працюють значно повільніше, ніж інші частини комп'ютера, управляючий пристрій може припиняти виконана програми до завершення операції вводу-виводу із зовнішнім пристроєм. Всі результати виконаної програми повинні бути нею виведені на зовнішні пристрої комп'ютера, після чого комп'ютер переходить до очікування будь-яких сигналів зовнішніх пристроїв.

Особливості сучасних комп'ютерів. Слід зауважити, що схема пристрою сучасних комп'ютерів дещо відрізняється від наведеної вище. Зокрема, арифметичне-логічний пристрій і пристрій управління, як правило, об'єднані в єдиний пристрій - Центральний процесор. Крім того, процес виконання програм може перериватися для виконання невідкладних дій пов'язаних з надійшли сигналами від зовнішніх пристроїв комп'ютера - переривань. Багато швидкодіючі комп'ютери здійснюють паралельну обробку даних на декількох процесорах. Тим не менше, більшість сучасних комп'ютерів в основних рисах відповідають принципам, викладеним фон Нейманом.

Представлення інформації в комп'ютері

Комп'ютер може обробляти тільки інформацію, представлену в числовий формі. Вся інша інформація (наприклад, звуки, зображення, показання приладів тощо) для обробки на комп'ютері повинна бути перетворена в числову форму. Наприклад, щоб перевести в цифрову форму музичний звук, можна через невеликі проміжки часу вимірювати інтенсивність звуку на певних частотах, представляючи результати кожного виміру в числовий формі. За допомогою програм для комп'ютера можна виконати перетворення отриманої інформації, наприклад «Накласти» один на одного звуки від різних джерел. Після цього результат можна перетворити назад у звукову форму,

Аналогічним чином на комп'ютері можна обробляти й текстову інформацію. При введенні в комп'ютер кожна буква кодується певним числом, а при виведенні на зовнішні пристрої (екран або друк) для сприйняття людиною по цих числах будуються відповідні зображення літер. Відповідність між набором літер і числами називається кодуванням символів.

Як правило, всі числа в комп'ютері представлені за допомогою нулів та одиниць (а не десяти цифр, як це звично для людей). Іншими словами, комп'ютери зазвичай працюють у двійковій системі числення, оскільки при цьому їхній пристрій виходить значно більше простим. Введення чисел в комп'ютер і виведення їх для зручності людини, може здійснюватися у звичній десяткового формі - все необхідні перетворення можуть виконати програми, що працюють на комп'ютері.

Одиницею інформації в комп'ютері є один біт, тобто двійковий розряд, який може приймати значення 0 або 1. Як правило, команди комп'ютерів працюють не з окремими бітами, а з вісьма бітами одразу. Вісім послідовних бітів складають байт. В одному байті можна закодувати значення одного символу з 256 можливих (256 = 2 ). Більш крупними одиницями інформації є кілобайт (скорочено позначається Кбайт), рівний 1024 байтам (1024 = 2 ), і мегабайт (скорочено позначається Мбайт), рівний 1024 Кбайт

Програми для комп'ютерів

Програми для перших комп'ютерів доводилося писати на машинній мові, тобто в кодах, безпосередньо сприймаються комп'ютером. Це було дуже важкою, малопродуктивні та копіткою працею, в ході якої можна було досить легко помилитися. Для полегшення процесу програмування на початку 50-х років були розроблені системи, що дозволяють писати програми не на машинному мовою, а з використанням мнемонічних позначень машинних команд, імен точок програми і т.д. Такий мова для написання програм називається автокодом, або мовою асемблера. Програми на асемблері дуже просто переводяться в машинні команди, це робиться за допомогою спеціальної програми, яка також називається асемблером. Асемблер і зараз часто використовується при програмуванні в тих випадках, коли потрібно досягти максимальної швидкодії і мінімального розміру програм або найбільш повно врахувати в програмі особливості комп'ютера.

Проте написання програм на мові асемблера все-таки досить трудомістким. Для цього програміст повинен дуже добре знати систему команд відповідного комп'ютера, а в ході роботи йому доводиться боротися не так зі складнощами розв'язуваної задачі, скільки з перекладом необхідних в задачі дій в машинні команди. Тому і після появи асемблером багато дослідників продовжували спроби полегшити процес програмування, «навчивши» комп'ютери розуміти більш зручні для людини мови складання програм. Такі мови стали називати мовами програмування високого рівня, а мови асемблера й інші машинно-орієнтовані "мови - мовами низького рівня. Програми на мовах високого рівня або перетворюються в програми, що складаються з машинних команд (це робиться за допомогою спеціальних1 програм, які називаються. трансляторами або компіляторами), або інтерпретуються за допомогою програм-інтерпретаторів.

Мови високого рівня дозволили значно спростити процес написання програм, так як вони орієнтовані на зручність опису вирішуються за їх допомогою завдань, а не на особливості якогось конкретного комп'ютера. Зрозуміло, для кожної програми на мова високого рівня вправний програміст може написати на мові асемблера більш компактну і швидкодіючу програму для виконання тих самих функцій, проте ця робота є дуже трудомісткою, тому вона має сенс тільки в особливих випадках.

Перший комерційно використовується мова програмування високого рівня Фортран був розроблений у 1958 р. у фірмі IBM під керівництвом Джона Бекуса. Ця мова був призначений насамперед для наукових обчислень і він (в вдосконаленому варіанті) до цих пір широко використовується в даній області. Для інших застосувань було розроблено безліч різних мов високого рівня але широке поширення одержали лише декілька з них, зокрема Сі і Сі + +, Паскаль, Бейсік, Лого, Форт, Лісп, Пролог та ін

Як з'явилися персональні комп'ютери

Комп'ютери 40-х і 50-х років були дуже великими пристроями. Величезні зали були заставлені шафами з електронним обладнанням. Все це коштувало дуже дорого, тому комп'ютери були доступні тільки великим компаніям та установам. Проте в боротьбу за покупців фірми, що роблять комп'ютери та електронне обладнання для них, прагнули зробити свою продукцію компактніше швидше і дешевше. Завдяки досягненням сучасної технології на цьому шляху були досягнуті воістину вражаючі результати.

Перший крок до зменшення розмірів комп'ютерів став можливий з винаходом у 1948 р. транзисторів -- мініатюрних електронних приладів, які змогли замінити в комп'ютерах електронні лампи. У середині 50-х років були знайдені дуже дешеві способи виробництва транзисторів, і в другій половині 50-х років з'явилися комп'ютери, засновані на транзисторах. Вони були в сотні разів менше лампових комп'ютерів такої ж продуктивності. Єдина частина комп'ютера, де транзистори не змогли замінити електронні лампи, - це блоки пам'яті, але там замість ламп стали використовувати винайдені до того часу схеми пам'яті на магнітних сердечниках; До середини 60-х років з'явилися і значно більше компактні зовнішні пристрої для комп'ютерів, що дозволило фірмі Digital Equipment випустити в 1965 р. перший міні-комп'ютер PDP-8 розміром з холодильник і вартістю 20 тис. дол. Але на той час був підготовлений ще один крок до мініатюризації комп'ютерів - були винайдені інтегральні схеми.

До появи інтегральних схем транзистори виготовлялися окремо, і при складанні схем їх доводилося поєднувати і споювати вручну. У 1958 р. Джек Кілбі придумав, як на одній пластині напівпровідника отримати декілька транзисторів. У 1959 р. Роберт Нойс (майбутній засновник фірми Intel) винайшов більш досконалий метод, що дозволив створювати на одній пластині і транзистори, і всі необхідні з'єднання між ними. Отримані електронні схеми почали називатися інтегральними схемами або чіпами. У далекій-Шем кількість транзисторів, що вдавалося розмістити на одиницю площі інтегральної схеми, збільшувалося приблизно вдвічі щороку. У 1968 р. фірма Burroughs випустила перший комп'ютер на інтегральних схемах, а в 1970 р. фірма Intel почала продавати інтегральні схеми пам'яті.

У тому ж році було зроблено ще один важливий крок на шляху до персонального комп'ютера - Маршіан Едвард Хофф з тієї ж фірми Intel сконструював інтегральну схему, аналогічну за своїми функціями центральному процесору великий ЕОМ. Так з'явився перший мікропроцесор Intel-4004, який був випущений в продаж в кінці 1970 р. Звичайно, можливості Intel-4004 були куди скромніше, ніж у центрального процесора великий ЕОМ, - він працював набагато повільніше і міг обробляти одночасно тільки 4 біти інформації (процесори великих ЕОМ обробляли 16 або 32 біта одночасно). Але в 1973 р. фірма Intel випустила 8-бітовий мікропроцесор Intel-8008, а в 1974 р. - його удосконалену версію Intel-8080, яка до кінця 70-х років став?? стандартом для мікрокомп'ютерної індустрії.

Спочатку ці мікропроцесори використовувалися тільки електронники-аматорами і в різних спеціалізованих пристроях. Але в 1974 р. кілька фірм оголосили про створення на основі мікропроцесора Intel-8008 комп'ютера, тобто пристрою, що виконує ті ж функції, що й велика ЕОМ. На початку 1975 р. з'явився перший комерційно поширюється комп'ютер Альтаїр-8800, побудований на основі мікропроцесора Intel-8080. Цей комп'ютер, розроблений фірмою MITS, продавався за ціною близько 500 дол. Хоча можливо-сті його були дуже обмежені (оперативна пам'ять складала всього 256 байт, клавіатура й екран відсутні), його поява була зустрінута з великим ентузіазмом. У перші ж місяці було продано кілька тисяч комплектів машини. Покупці цього комп'ютера постачали його додатковими пристроями: монітором для виведення інформації, клавіатурою, блоками розширення пам'яті і т.д. Незабаром ці пристрої почали випускатися іншими фірмами. В кінці 1975 р. Пол Аллен і Білл Гейтс (майбутні засновники фірми Microsoft) створили для комп'ютера "Альтаір" інтерпретатор мови Basic, що дозволило користувачам досить просто спілкуватися з комп'ютером і легко писати для нього програми. Це також сприяло популярності комп'ютерів.

Успіх фірми MITS змусив багато фірм також зайнятися виробництвом персональних комп'ютерів. З'явилося і кілька журналів, присвячених персональним комп'ютерам. Комп'ютери стали продаватися вже в повній комплектації, із клавіатурою і монітором, попит на них склав десятки, а потім і сотні тисяч штук на рік. Зростанню обсягів продажу дуже сприяли численні корисні програми, розроблені для ділових застосувань. З'явилися і комерційно поширювані програми, наприклад, програма для редагування текстів WordStar і табличний процесор VisiCalc (відповідно 1978 і 1979 рр..). Ці (і багато інших) програми зробили для ділового світу купівлю комп'ютерів досить вигідним вкладенням грошей: з їх допомогою стало можливо значно ефективніше виконувати бухгалтерські розрахунки, складати документи і т.д. У результаті виявилося, що для багатьох організацій необхідні їм розрахунки стало можливо виконувати не на великих ЕОМ або міні-ЕОМ, а на персональних комп'ютерах, що значно дешевше.

Поява IBM PC

Поширення персональних комп'ютерів до кінця 70-х років призвело до деякого зниження попиту на великі ЕОМ і міні-ЕОМ. Це стало предметом серйозного занепокоєння фірми IBM (International Business Machines Corporation) - Провідної компанії по виробництву великих ЕОМ, і в 1979 р. фірма IBM вирішила спробувати свої сили на ринку персональних комп'ютерів.

Однак керівництво фірми недооцінило майбутню важливість цієї. ринку і розглядало створення комп'ютера усього лише як дрібний експеримент-щось подібне до однієї з десятків що проводилися у фірмі робіт зі створення нового обладнання. Щоб не витрачати на це 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.

Перш за все, в якості основного мікропроцесора комп'ютера був обраний новітній тоді 16-розрядний мікропроцесор Intel-8088. Його використання дозволило значно збільшити потенційні можливості комп'ютера, тому що новий мікропроцесор дозволяв працювати з 1 Мбайт пам'яті, а все були тоді комп'ютери були обмежені 64 Кбайт. У комп'ютері були використані і інші комплектуючі різних фірм, а його програмне забезпечення було доручено розробити невеликій фірмі Microsoft.

У серпні 1981 р. новий комп'ютер під назвою IBM 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 IBM PC зайняв провідне місце на ринку, витіснивши моделі 8-бітових комп'ютерів. Фактично IBM PC став стандартом персонального комп'ютера. Зараз такі комп'ютери ( "сумісні з IBM PC») становлять близько 90% усіх вироблених у світі персональних комп'ютерів.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

1. В. Е. фігурний, "IBM PC для користувача", М., "Инфра-М" 1995р.

2. М. ГНК "Апаратні засоби IBM PC" Пітер Санкт-Петербург 1997