Вычислительные системы

Введение

На протяжении всей истории человечество овладело сначала веществом, затем энергией и, наконец, информацией.
Более полутора тысяч лет назад человек использовал счетные палочки, камешки, оставлял зазубрины на дощечках, чтобы произвести элементарные вычислительные операции. К примеру, на счетных палочках и в наше время учат учащихся начальных классов счету.
До некоторых пор этих приспособлений и навыков было достаточно, но рост объема информации привел к тому, что потребовалось создавать новые способы и устройства для полноценной обработки информации различного объема.
Момент появления персональных компьютеров отмечают в истории как момент начала научно-технической революции. Аналогичных достижений человечество достигало, когда изобрели электричество, радио - такие моменты сопоставимы с появлением компьютеров для общества. В то время, когда появились первые персональные компьютеры, вычислительная техника уже существовала на протяжении примерно 25 лет. Однако старые электронно-вычислительные машины не были массовыми, с ними работали лишь специалисты. И только появление персональных компьютеров позволило сделать их массовым инструментом. При этом, безусловно, ЭВМ сильно изменились. ЭВМ стала «общаться» с человеком посредством экрана.
В данной работе будет рассмотрено становление вычислительной техники с самых первых устройств для вычисления до современных компьютеров.
Для написания работы были использованы литературные источники и источники сети Интернет.

Основная часть
Развитие вычислительных технологий началось с ученого Леонардо да Винчи, который разработал около 1500 года эскиз тринадцатиразрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами.
Первую действующую суммирующую машину построил Блез Паскаль в 1642 году. Построенная им машина предназначалась для работы с шести-восьми разрядными числами. Операции, которые можно было производить с помощью нее, были только сложение и вычитание. Машина имела довольно компактный размер и внешне представляла собой латунный ящичек. Данные параметры позволяли удобно носить машину с собой.
Следующего результата добился Готфрид Лейбниц, представивший в 1673 году машину, позволяющую выполнять четыре арифметических действия. Неудобством данной машины стал ее внушительный размер, что требовало специального стола для ее установки.
В 1822 году Чарльз Беббидж построил разностную машину. Беббидж рассчитывал на ней таблицу значений функции, таблицу квадратов, а также ряд других таблиц. Однако из-за нехватки средств машина так и не была закончена. После чего Беббидж приступил к созданию аналитической машины, но и этот проект не был закончен, т.к. машина оказалась сложной для техники того времени [1].
Главным достижением этой эпохи можно считать появление арифмометра Однера [2]. Почти сразу Однер и его компаньон наладили выпуск своих арифмометров, а в первой четверти двадцатого века арифмометры Однера стали единственными математическими машинами, которые успешно применяли в различных сферах деятельности человека.
Новый этап становления современной вычислительной техники длился недолго - от первого табулятора до первой ЭВМ.
В 1888 году Герман Холлерит, американский ученый, сконструировал первую электромеханическую счетную машину. Машина была названа табулятором и позволяла считывать и сортировать статические записи. Уже через два года данное изобретение Холлерита было использовано на американской переписи населения, позволив сократить время выполнения работы с семи лет ранее до 1 месяца, используя табулятор [3].
Работа, которая велась над релейными машинами началась в 30-е годы XX века, а в 1944 году под руководством Говарда Эйкена была построена и запущена машина, в основе которой былои электромеханические реле на одном из предприятий фирмы IBM. Данная машина получила название «Марк 1», именно она впервые реализовала идеи Беббиджа. Немного позже была создана Эйкеном машина «Марк 2».
Работа по созданию первой ЭВМ была начата в 1937 году в США профессором Джоном Атанасовым

. Данная машина разрабатывалась в узких целях, была предназначена для решения зада по математической физике [4]. В ходе проведения разработок ученый Атанасов разработал и запатентовал первые электронные устройства, данные устройства в будущем применялись очень активно в первый компьютерах.
Появление электронных ламп послужило развитию новой эры в истории вычислительной техники. Так, начиная с 1943 года, Дж. Моучли и П. Эккерт продолжили начатую работу Атанасова, которая ученым не была закончена. Вычислительная машина проектировалась на основе электронных ламп, в то время как раньше были на электронных реле. Созданная машина получила название ENIAC, что расшифровывается как электронно-числовой интегратор и вычислитель [5]. Скорость работы созданной машины превышала «Марк 1» в тысячу раз. Машина содержала порядка 18 тысяч электронных ламп, что делало компьютер абсолютно ненадежным - за день могло выйти из строя около десятка ламп. Кроме того существенным недостатком созданной машины стало и отсутствие памяти, и для того чтобы задать программу приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода.
В 1962 году начался массовый выпуск интегральных схем, что послужило становлению новой эры вычислительной техники.
В это время в США была построена уникальная машина «ИЛЛИАК-4», в составе которой в первоначальном варианте планировалось использовать 256 устройств обработки данных, выполненных на монолитных интегральных схемах. Позднее данный проект были вынуждены изменить в связи с тем, что была очень высокая стоимость (более 16 миллионов долларов). Количество первоначально запланированных процессоров уменьшили до до 64, кроме того было решено перейти к интегральным схемам с малой степенью интеграции. Новая версия проекта была закончена в 1972 году, номинальное быстродействие «ИЛЛИАК-4» составило 200 миллионов операций в секунду [6].
Именно в период развития третьего поколения возникла очень мощная индустрия вычислительной техники, которая начала выпускать в больших количествах электронно-вычислительные машины, которые предназначались для массового коммерческого применения.
В 1970 Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intеl сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intеl 4004, который был выпущен в продажу в 1971 году. Последствием появления микропроцессора стало создание персональных компьютеров - небольших и относительно недорогих ЭВМ.
Развитие микропроцессоров началось бурно. Уже в 1972 году появился 8-битный микропроцессор Intel 8008. Размер его регистров соответствовал стандартной единице цифровой информации - байту. Процессор Intel 8008 являлся простым развитием Intel 4004.
Вскоре процессор i8080 был усовершенствован и появился микропроцессор z80, в котором было просто увеличено число его команд, что позволило создать и использовать на персональных компьютерах стандартные операционные системы.
На сегодняшний день миллионы людей по всему земному шару ежедневно используют персональный компьютер в своей жизни. Фантастическими темпами сегодня идет развитие средств вычислительной техники
В последние годы отмечается бурный рост слияния персонального компьютера, средств связи, а также различных приборов быта в единый набор.
Отмечается, что в процессе создания новых электронно-вычислительных машин особое внимание уделяется суперЭВМ, миниатюрных персональным компьютерам, а также сверхминиатюрным.
В данный момент можно сказать, что основной тенденцией в развитии вычислительной техники будет расширение областей внедрения электронно-вычислительных машин, вследствие чего произойдет переход от отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам различных конфигураций, которые будут обладать широким кругом всевозможного функционала.
Персональные компьютеры нового поколения, по прогнозам ученых, будут иметь встроенный искусственный интеллект и будет поддерживать естественный язык для ведения диалога пользователь-персональный компьютер.
В первую очередь такое бурное развитие искусственных нейронных сетей связано с их богатыми возможностями.
Вторым фактором, послужившим их массовому бурному развитию, является удобство и простота использования