Historie vývoje výpočetní techniky. Informatika a informatika

V naší rychle se měnící moderní době se informatika a výpočetní technika staly nejen normou, ale staly se naším životem. Kvalita lidské existence začíná záviset na tom, jak úspěšně je lidé chápou. Pokud člověk umí zacházet s počítačovým vybavením na jméno, pak žije v rytmu času a úspěch ho vždy čeká.

Samotné slovo „počítačová věda“ téměř ve všech jazycích světa znamená vědu, která souvisí s výpočetní technikou nebo počítači. Přesněji řečeno, tento termín má následující definici: toto je název vědy, jejímž hlavním úkolem je studium různých metod získávání, ukládání, akumulace, přenosu, transformace a používání informací.

Aplikovaná informatika zahrnuje její využití ve společnosti, software, boj s počítačovými viry a informační společnost. Informatika a výpočetní technika se v moderním životě používají v několika hlavních oblastech:

Vývoj počítačových systémů a potřebného softwaru;

Teorie informace, která studuje všechny procesy s ní spojené;

Metody umělé inteligence;

Systémová analýza;

Metody strojové animace a grafiky;

Telekomunikace, které zahrnují globální;

Různé aplikace, které pokrývají téměř všechny aspekty lidské činnosti.

Není pochyb o tom, že rozvíjející se technologický pokrok má významný dopad na naše životy a neustále předkládá lidstvu nové možnosti získávání, shromažďování a uchovávání informací.

Jakmile člověk objevil pojem „množství“, okamžitě začal vybírat nástroje, které by optimalizovaly a usnadnily počítání. Dnes supervýkonné počítače, založené na principech matematických výpočtů, zpracovávají, ukládají a přenášejí informace – nejdůležitější zdroj a motor lidského pokroku. Není těžké získat představu o tom, jak probíhal vývoj výpočetní techniky, krátkým zvážením hlavních fází tohoto procesu.

Hlavní etapy vývoje výpočetní techniky

Nejpopulárnější klasifikace navrhuje chronologicky zvýraznit hlavní fáze vývoje výpočetní techniky:

• Manuální stupeň. Začalo to na úsvitu lidské éry a pokračovalo až do poloviny 17. století. V tomto období vznikly základy počítání. Později, s tvorbou pozičních číselných soustav, se objevila zařízení (počítadlo, počítadlo a později logaritmické pravítko), které umožňovalo výpočty podle číslic.
• Mechanická fáze. Začalo to v polovině 17. století a trvalo téměř do konce 19. století. Úroveň rozvoje vědy v tomto období umožnila vytvořit mechanická zařízení, která provádějí základní aritmetické operace a automaticky si pamatují nejvyšší číslice.
• Elektromechanická etapa je nejkratší ze všech, které spojují historii vývoje výpočetní techniky. Trvalo to jen asi 60 let. Toto je období mezi vynálezem prvního tabulátoru v roce 1887 až do roku 1946, kdy se objevil úplně první počítač (ENIAC). Nové stroje, jejichž provoz byl založen na elektrickém pohonu a elektrickém relé, umožňovaly provádět výpočty s mnohem větší rychlostí a přesností, ale proces počítání musel stále řídit člověk.
• Elektronická etapa začala ve druhé polovině minulého století a pokračuje dodnes. Toto je příběh šesti generací elektronických počítačů – od úplně prvních obřích jednotek, které byly založeny na elektronkách, až po ultravýkonné moderní superpočítače s obrovským množstvím paralelně pracujících procesorů, schopných současně vykonávat mnoho příkazů.

Etapy vývoje výpočetní techniky jsou rozděleny podle chronologického principu spíše libovolně. V době, kdy se používaly některé typy počítačů, se aktivně vytvářely předpoklady pro vznik následujících.

Úplně první počítací zařízení

Nejstarším počítacím nástrojem známým v historii vývoje výpočetní techniky je deset prstů na lidských rukou. Výsledky počítání byly zpočátku zaznamenávány pomocí prstů, zářezů na dřevě a kameni, speciálních tyčinek a uzlů.

S příchodem písma se objevily a vyvíjely různé způsoby zápisu čísel a byly vynalezeny poziční číselné soustavy (desítkové v Indii, šestinásobné v Babylóně).

Kolem 4. století před naším letopočtem začali staří Řekové počítat pomocí počítadla. Zpočátku to byla hliněná plochá tableta s pruhy aplikovanými na ni ostrým předmětem. Počítání se provádělo tak, že na tyto pruhy byly v určitém pořadí kladeny malé kamínky nebo jiné drobné předměty.

V Číně se ve 4. století našeho letopočtu objevilo sedmicípé počítadlo – suanpan (suanpan). Dráty nebo lana - devět nebo více - byly nataženy na obdélníkový dřevěný rám. Další drát (lano), natažený kolmo k ostatním, rozdělil suanpan na dvě nestejné části. Ve větším oddělení, zvaném „země“, bylo pět kostí navlečených na drátech, v menším oddělení zvaném „nebe“ byly dvě. Každý z vodičů odpovídal desetinnému místu.

Tradiční počítadlo soroban se stalo populární v Japonsku od 16. století, když tam dorazilo z Číny. Ve stejné době se v Rusku objevilo počítadlo.

V 17. století na základě logaritmů objevených skotským matematikem Johnem Napierem vynalezl Angličan Edmond Gunter logaritmické pravítko. Toto zařízení bylo neustále vylepšováno a přežilo dodnes. Umožňuje vám násobit a dělit čísla, zvyšovat mocniny, určovat logaritmy a goniometrické funkce.

Z logaritmického pravítka se stalo zařízení, které dokončilo vývoj výpočetní techniky v manuální (předmechanické) fázi.

První mechanická počítací zařízení

V roce 1623 vytvořil německý vědec Wilhelm Schickard první mechanickou „kalkulačku“, kterou nazval počítací hodiny. Mechanismus tohoto zařízení připomínal obyčejné hodiny, skládající se z ozubených kol a ozubených kol. Tento vynález se však stal známým až v polovině minulého století.

Kvalitativním skokem na poli výpočetní techniky byl v roce 1642 vynález Pascalina sčítacího stroje. Jeho tvůrce, francouzský matematik Blaise Pascal, začal na tomto zařízení pracovat, když mu nebylo ani 20 let. "Pascalina" bylo mechanické zařízení ve formě krabice s velkým počtem vzájemně propojených ozubených kol. Čísla, která bylo potřeba doplnit, se do stroje zadávala otáčením speciálních kol.

V roce 1673 vynalezl saský matematik a filozof Gottfried von Leibniz stroj, který prováděl čtyři základní matematické operace a dokázal extrahovat druhou odmocninu. Princip jeho fungování byl založen na binárním číselném systému, speciálně vynalezeném vědcem.

V roce 1818 vynalezl Francouz Charles (Karl) Xavier Thomas de Colmar na základě Leibnizových myšlenek sčítací stroj, který uměl násobit a dělit. A o dva roky později začal Angličan Charles Babbage konstruovat stroj, který by byl schopen provádět výpočty s přesností na 20 desetinných míst. Tento projekt zůstal nedokončen, ale v roce 1830 jeho autor vyvinul jiný - analytický stroj pro provádění přesných vědeckých a technických výpočtů. Stroj měl být řízen softwarově a pro vstup a výstup informací měly sloužit děrované karty s různým umístěním otvorů. Babbageův projekt předvídal vývoj elektronické výpočetní techniky a problémy, které by s její pomocí mohly být vyřešeny.

Je pozoruhodné, že sláva první programátorky na světě patří ženě - Lady Ada Lovelace (rozená Byron). Byla to ona, kdo vytvořil první programy pro Babbageův počítač. Jeden z počítačových jazyků byl následně pojmenován po ní.

Vývoj prvních počítačových analogů

V roce 1887 vstoupily dějiny vývoje výpočetní techniky do nové etapy. Americký inženýr Herman Hollerith (Hollerith) dokázal zkonstruovat první elektromechanický počítač - tabulátor. Jeho mechanismus měl relé, stejně jako počítadla a speciální třídicí box. Zařízení načítalo a třídilo statistické záznamy pořízené na děrných štítcích. Následně se společnost založená Hollerithem stala páteří světoznámého počítačového gigantu IBM.

V roce 1930 vytvořil Američan Vannovar Bush diferenciální analyzátor. Byl poháněn elektřinou a k ukládání dat se používaly elektronky. Tento stroj byl schopen rychle najít řešení složitých matematických problémů.

O šest let později anglický vědec Alan Turing vyvinul koncept stroje, který se stal teoretickým základem moderních počítačů. Měl všechny hlavní vlastnosti moderní výpočetní techniky: mohl krok za krokem provádět operace, které byly naprogramovány ve vnitřní paměti.

O rok později vynalezl George Stibitz, vědec ze Spojených států, první elektromechanické zařízení schopné provádět binární sčítání. Jeho operace byly založeny na Booleově algebře – matematické logice vytvořené v polovině 19. století Georgem Boolem: použití logických operátorů AND, OR a NOT. Později se binární sčítačka stane nedílnou součástí digitálního počítače.

V roce 1938 Claude Shannon, zaměstnanec University of Massachusetts, nastínil principy logického návrhu počítače, který využívá elektrické obvody k řešení problémů Booleovy algebry.

Začátek počítačové éry

Vlády zemí zapojených do druhé světové války si byly vědomy strategické role výpočetní techniky při vedení nepřátelských akcí. To byl impuls pro vývoj a paralelní vznik první generace počítačů v těchto zemích.

Průkopníkem v oblasti počítačového inženýrství byl Konrad Zuse, německý inženýr. V roce 1941 vytvořil první počítač řízený programem. Stroj nazvaný Z3 byl postaven na telefonních relé a programy pro něj byly kódovány na perforované pásce. Toto zařízení bylo schopno pracovat v binárním systému a také pracovat s čísly s pohyblivou řádovou čárkou.

Další model Zuseova stroje, Z4, je oficiálně uznáván jako první skutečně fungující programovatelný počítač. Do historie se také zapsal jako tvůrce prvního programovacího jazyka na vysoké úrovni, zvaného Plankalküll.

V roce 1942 američtí výzkumníci John Atanasoff (Atanasoff) a Clifford Berry vytvořili výpočetní zařízení, které běželo na elektronkách. Stroj také používal binární kód a mohl provádět řadu logických operací.

V roce 1943 byl v anglické vládní laboratoři v atmosféře utajení sestrojen první počítač nazvaný „Colossus“. Místo elektromechanických relé použila pro ukládání a zpracování informací 2 tisíce elektronek. Byl určen k rozluštění a dešifrování kódu tajných zpráv přenášených německým šifrovacím strojem Enigma, který byl široce používán Wehrmachtem. Existence tohoto zařízení byla dlouhou dobu držena v nejpřísnější tajnosti. Po skončení války rozkaz k jeho zničení podepsal osobně Winston Churchill.

Vývoj architektury

V roce 1945 vytvořil maďarsko-německý americký matematik John (Janos Lajos) von Neumann prototyp architektury moderních počítačů. Navrhl zapsat program ve formě kódu přímo do paměti stroje, což znamenalo společné ukládání programů a dat do paměti počítače.

Von Neumannova architektura vytvořila základ pro první univerzální elektronický počítač ENIAC, který byl v té době vytvořen ve Spojených státech. Tento obr vážil asi 30 tun a nacházel se na 170 metrech čtverečních plochy. Při provozu stroje bylo použito 18 tisíc lamp. Tento počítač mohl provést 300 operací násobení nebo 5 tisíc sčítání za jednu sekundu.

První evropský univerzální programovatelný počítač byl vytvořen v roce 1950 v Sovětském svazu (Ukrajina). Skupina kyjevských vědců pod vedením Sergeje Alekseeviče Lebeděva navrhla malý elektronický počítací stroj (MESM). Jeho rychlost byla 50 operací za vteřinu, obsahoval asi 6 tisíc elektronek.

V roce 1952 byla domácí počítačová technika doplněna o BESM, velký elektronický počítací stroj, rovněž vyvinutý pod vedením Lebeděva. Tento počítač, který provedl až 10 tisíc operací za sekundu, byl v té době nejrychlejší v Evropě. Informace byly vkládány do paměti stroje pomocí děrované papírové pásky a data byla vydávána tiskem fotografií.

Ve stejném období byla v SSSR vyrobena řada velkých počítačů pod obecným názvem „Strela“ (autorem vývoje byl Jurij Jakovlevič Bazilevskij). Od roku 1954 začala sériová výroba univerzálního počítače "Ural" v Penze pod vedením Bashira Rameeva. Nejnovější modely byly hardwarově i softwarově kompatibilní mezi sebou, k dispozici byl široký výběr periferních zařízení, umožňujících sestavit stroje různých konfigurací.

Tranzistory. Vydání prvních sériových počítačů

Lampy však velmi rychle selhaly, což velmi znesnadnilo práci se strojem. Tranzistor, vynalezený v roce 1947, dokázal tento problém vyřešit. S využitím elektrických vlastností polovodičů plnila stejné úkoly jako elektronky, ale zabírala mnohem méně místa a nespotřebovala tolik energie. Spolu s příchodem feritových jader pro organizaci počítačové paměti umožnilo použití tranzistorů výrazně snížit velikost strojů, učinit je ještě spolehlivějšími a rychlejšími.

V roce 1954 začala americká společnost Texas Instruments sériově vyrábět tranzistory a o dva roky později se v Massachusetts objevil první počítač druhé generace postavený na tranzistorech, TX-O.

V polovině minulého století značná část vládních organizací a velkých společností využívala počítače pro vědecké, finanční, inženýrské výpočty a práci s velkým množstvím dat. Počítače postupně získávaly funkce, které známe dnes. V tomto období se objevily plotry, tiskárny a paměťová média na magnetických discích a páskách.

Aktivní využívání výpočetní techniky vedlo k rozšíření oblastí její aplikace a vyžádalo si tvorbu nových softwarových technologií. Objevily se programovací jazyky na vysoké úrovni, které umožňují přenášet programy z jednoho stroje na druhý a zjednodušují proces psaní kódu (Fortran, Cobol a další). Objevily se speciální překladatelské programy, které převádějí kód z těchto jazyků na příkazy, které jsou přímo vnímatelné strojem.

Vznik integrovaných obvodů

V letech 1958-1960 se díky inženýrům ze Spojených států Robertu Noyceovi a Jacku Kilbymu svět dozvěděl o existenci integrovaných obvodů. Miniaturní tranzistory a další součástky, někdy až stovky nebo tisíce, byly osazeny na křemíkové nebo germaniové krystalové základně. Čipy o velikosti jen něco málo přes centimetr byly mnohem rychlejší než tranzistory a spotřebovávaly mnohem méně energie. Historie vývoje výpočetní techniky spojuje jejich vzhled se vznikem třetí generace počítačů.

V roce 1964 IBM vydala první počítač z rodiny SYSTEM 360, který byl založen na integrovaných obvodech. Od této doby lze počítat s masovou výrobou počítačů. Celkem bylo vyrobeno více než 20 tisíc kopií tohoto počítače.

V roce 1972 vyvinul SSSR počítač ES (unified series). Jednalo se o standardizované komplexy pro provoz výpočetních středisek, které měly společný systém velení. Jako základ byl vzat americký systém IBM 360.

Následující rok vydala společnost DEC minipočítač PDP-8, první komerční projekt v této oblasti. Relativně nízká cena minipočítačů umožnila jejich používání i malým organizacím.

Během stejného období byl software neustále vylepšován. Byly vyvinuty operační systémy zaměřené na podporu maximálního počtu externích zařízení a objevily se nové programy. V roce 1964 vyvinuli BASIC, jazyk určený speciálně pro školení začínajících programátorů. Pět let poté se objevil Pascal, který se ukázal jako velmi vhodný pro řešení mnoha aplikovaných problémů.

Osobní počítače

Po roce 1970 začala výroba čtvrté generace počítačů. Rozvoj výpočetní techniky je v této době charakteristický zaváděním velkých integrovaných obvodů do výroby počítačů. Takové stroje nyní mohly provádět tisíce milionů výpočetních operací za jednu sekundu a kapacita jejich paměti RAM se zvýšila na 500 milionů bitů. Výrazné snížení nákladů na mikropočítače vedlo k tomu, že možnost jejich nákupu se postupně stala dostupnou pro běžného člověka.

Apple byl jedním z prvních výrobců osobních počítačů. Jeho tvůrci Steve Jobs a Steve Wozniak navrhli první model PC v roce 1976 a dali mu jméno Apple I. Stál pouhých 500 dolarů. O rok později byl představen další model této společnosti - Apple II.

Počítač této doby se poprvé stal podobným domácímu spotřebiči: kromě kompaktních rozměrů měl elegantní design a uživatelsky přívětivé rozhraní. Rozšíření osobních počítačů na konci 70. let vedlo ke znatelnému poklesu poptávky po sálových počítačích. Tato skutečnost jejich výrobce, IBM, vážně znepokojila a v roce 1979 uvedla na trh své první PC.

O dva roky později se objevil první mikropočítač společnosti s otevřenou architekturou, založený na 16bitovém mikroprocesoru 8088 vyráběném společností Intel. Počítač byl vybaven monochromatickým displejem, dvěma mechanikami pro pětipalcové diskety a 64 kilobajty RAM. Jménem tvůrce společnosti Microsoft speciálně vyvinul operační systém pro tento stroj. Na trhu se objevily četné klony IBM PC, které podnítily růst průmyslové výroby osobních počítačů.

V roce 1984 Apple vyvinul a vydal nový počítač – Macintosh. Jeho operační systém byl mimořádně uživatelsky přívětivý: příkazy zobrazoval ve formě grafických obrázků a umožňoval je zadávat pomocí myši. Díky tomu byl počítač ještě dostupnější, protože nyní nebyly od uživatele vyžadovány žádné speciální dovednosti.

Některé zdroje datují počítače páté generace výpočetní techniky do let 1992-2013. Jejich hlavní koncept je stručně formulován následovně: jedná se o počítače vytvořené na bázi vysoce složitých mikroprocesorů s paralelně-vektorovou strukturou, která umožňuje současně provádět desítky sekvenčních příkazů zabudovaných v programu. Stroje s několika stovkami paralelně pracujících procesorů umožňují zpracovávat data ještě přesněji a rychleji a také vytvářet efektivní sítě.

Rozvoj moderní výpočetní techniky již umožňuje hovořit o počítačích šesté generace. Jde o elektronické a optoelektronické počítače běžící na desítkách tisíc mikroprocesorů, vyznačující se masivním paralelismem a modelováním architektury nervových biologických systémů, což jim umožňuje úspěšně rozpoznávat složité obrazy.

Po důsledném prozkoumání všech fází vývoje výpočetní techniky je třeba poznamenat zajímavou skutečnost: vynálezy, které se dobře osvědčily v každé z nich, přežily dodnes a úspěšně se používají.

Kurzy informatiky

Existují různé možnosti klasifikace počítačů.

Podle účelu se tedy počítače dělí:

• na univerzální - ty, které jsou schopny řešit širokou škálu matematických, ekonomických, inženýrských, technických, vědeckých a dalších problémů;
• orientovaný na problémy - řešení problémů užšího směru, spojených zpravidla s řízením určitých procesů (záznam dat, shromažďování a zpracování malého množství informací, provádění výpočtů podle jednoduchých algoritmů). Mají omezenější softwarové a hardwarové zdroje než první skupina počítačů;
• specializované počítače obvykle řeší přesně definované úkoly. Mají vysoce specializovanou strukturu a při relativně nízké složitosti zařízení a ovládání jsou ve svém oboru poměrně spolehlivé a produktivní. Jde například o ovladače nebo adaptéry, které řídí řadu zařízení, ale i o programovatelné mikroprocesory.

Na základě velikosti a výrobní kapacity se moderní elektronické výpočetní zařízení dělí na:

• až ultravelké (superpočítače);
• velké počítače;
• malé počítače;
• ultra-malé (mikropočítače).

Viděli jsme tedy, že zařízení, která nejprve vynalezl člověk, aby zohledňovala zdroje a hodnoty a poté rychle a přesně prováděla složité výpočty a výpočetní operace, se neustále vyvíjela a zdokonalovala.

Pod pojmem "výpočetní technika" se rozumí soubor technických systémů, tedy počítačů, a matematických nástrojů, metod a technik používaných k usnadnění a urychlení řešení pracovně náročných problémů spojených se zpracováním informací (výpočetní technikou), jakož i odvětví techniky zabývající se vývojem a provozem počítačů.

Hlavní funkční prvky moderních počítacích strojů neboli počítačů (z anglického slova compute, počítat, počítat) jsou vyrobeny na elektronických zařízeních, proto se jim říká elektronické počítače, zkráceně počítače.

Podle způsobu prezentace informací se počítače dělí do tří skupin:

Analogové počítače (AVM), ve kterých jsou informace prezentovány ve formě neustále se měnících proměnných vyjádřených některými fyzikálními veličinami;

Digitální počítače (DCM), ve kterých jsou informace prezentovány ve formě diskrétních hodnot proměnných (čísel), vyjádřených jako kombinace diskrétních hodnot nějaké fyzikální veličiny (číslice);

Hybridní počítače, které používají oba způsoby prezentace informací.

Každý z těchto způsobů prezentace informací má své výhody a nevýhody. Digitální počítače jsou nejběžnější, protože přesnost jejich výsledků v zásadě nezávisí na přesnosti, s jakou jsou vyrobeny. To také vysvětluje skutečnost, že první analogové výpočetní zařízení - logaritmické pravítko - se objevilo až v 17. století a nejstarším digitálním prostředkem pro usnadnění výpočtů byla lidská ruka a oblázky. Díky počítání prstů vznikly kvinární a desetinné číselné soustavy.

Pozdějšími vynálezy pro počítání byly vroubkované štítky a zauzlovaná lana. Prvním zařízením speciálně navrženým pro výpočetní techniku ​​bylo jednoduché počítadlo, od kterého začal vývoj výpočetní techniky. Počítání s počítadlem, známé již ve starém Egyptě a starověkém Řecku dávno před naším letopočtem, existovalo až do 16.-17. století, kdy bylo nahrazeno písemnými výpočty. Všimněte si, že počítadlo nesloužilo ani tak k usnadnění skutečných výpočtů, ale spíše k zapamatování mezivýsledků. Je známo několik druhů počítadel: řecké (egyptské) počítadlo ve formě tabulky, na které byly nakresleny čáry a do výsledných sloupců byly umístěny oblázky; římské počítadlo, na kterém se oblázky mohly pohybovat podél drážek; Čínský suan-pan a japonský soroban s kuličkami navlečenými na větvičkách; počítací tabulky, skládající se z vodorovných čar odpovídajících jednotkám, desítkám, stovkám atd. a svislých čar určených pro jednotlivé termíny a faktory; Na tyto řádky byly umístěny žetony (až čtyři). Ruské počítadlo - počítadlo se objevilo v 16.-17. století, používá se dodnes. Ruské počítadlo stojí na zvláštním místě mezi odrůdami počítadel, protože používají desítkový, nikoli pětimístný číselný systém, jako všechny ostatní počítadla. Hlavní zásluhou vynálezců počítadla je vytvoření pozičního systému pro reprezentaci čísel (viz Číselná soustava).

Dalším důležitým krokem ve vývoji výpočetní techniky bylo vytvoření sčítacích strojů a sčítacích strojů. Takové stroje byly navrženy nezávisle na sobě různými vynálezci.

V rukopisech italského vědce Leonarda da Vinciho (1452-1519) je náčrt 13bitového sčítacího zařízení. Konstrukci dalšího, 6bitového stroje vyvinul německý vědec W. Schickard (1592-1636) a samotný stroj byl pravděpodobně postaven v roce 1623. Tyto vynálezy však zůstaly neznámé až do poloviny 20. století. a neměla tedy žádný vliv na rozvoj výpočetní techniky.

Více než 300 let se věřilo, že první sčítací (8bitový) stroj byl navržen v roce 1641 a postaven v roce 1645 B. Pascalem, který také založil „sériovou výrobu“ svých strojů. Několik exemplářů strojů se dochovalo dodnes. Tyto mechanické stroje umožňovaly provádět sčítání a odčítání a také násobení (dělení) opakovaným sčítáním (odčítáním).

Konstruktéři sčítacích strojů jako první realizovali myšlenku reprezentace čísel úhlem natočení počítacích koleček: každé číslo od 0 do 9 odpovídalo svému vlastnímu úhlu. Při realizaci další myšlenky - myšlenky automatického přenosu desítek - Pascal narazil na jistou potíž: mechanismus, který vynalezl pro přenos desítek, fungoval, když se počítací kolečka otáčela pouze jedním směrem, a to neumožňovalo odečítání otáčením. kola v opačném směru. Jednoduché a důmyslné východisko z této situace, které našel Pascal, bylo tak úspěšné, že se používá v moderních počítačích. Pascal nahradil odčítání sčítáním s přidáním subtrahendu. U 8bitového počítače Pascal běžícího v desítkové soustavě by doplňkem čísla bylo číslo , takže operaci odčítání lze nahradit přidáním:

Výsledné číslo bude o 100 000 000 větší než požadovaný rozdíl, ale protože je stroj 8bitový, jednotka na deváté číslici při přenosu desítek z osmé jednoduše zmizí.

První kopii prvního sčítacího stroje na světě, který prováděl všechny čtyři operace aritmetiky, vytvořil v roce 1673 G. W. Leibniz po téměř čtyřiceti letech práce na „aritmetickém nástroji“.

V XVII-1-XIX století. Pokračovalo zdokonalování mechanických sčítacích strojů a následně elektricky poháněných sčítacích strojů. Tato vylepšení byla čistě mechanického charakteru a s přechodem na elektroniku ztratila svůj význam.

Jedinou výjimkou jsou stroje anglického vědce C. Babbage (1791-1871): rozdílový (1822) a analytický (1830, návrh).

Diferenciální engine byl určen pro tabelování polynomů a z moderního pohledu se jednalo o specializovaný počítač s pevným (rigidním) programem. Stroj měl „paměť“: několik registrů pro ukládání čísel; počítadlo počtu operací se zvonkem - po dokončení zadaného počtu kroků výpočtu zazvonil zvonek; tiskové zařízení - výsledky byly vytištěny a tato operace byla v dalším kroku časově spojena s výpočty.

Při práci na rozdílovém enginu přišel Babbage s myšlenkou vytvořit digitální počítač pro provádění různých vědeckých a technických výpočtů, které by automaticky pracovaly s daným programem. Design tohoto stroje, který autor nazval analytickým, zaujme především tím, že předpovídá všechna základní zařízení moderních počítačů a také problémy, které lze s jeho pomocí řešit.

Babbageův analytický stroj měl obsahovat následující zařízení: „sklad“ – zařízení pro ukládání digitálních informací (nyní nazývané úložiště nebo paměť);

„továrna“ je zařízení, které provádí operace s čísly převzatými ze „skladu“ (dnes jde o aritmetické zařízení);

zařízení, kterému Babbage nepřišel na jméno a které řídilo sled akcí stroje (nyní je to ovládací zařízení);

vstupní a výstupní zařízení informací.

Čekání na výsledky výpočtů.

Jako nosiče informací pro vstup a výstup zamýšlel Babbage používat děrované štítky (děrné štítky), jaké používal francouzský tkadlec a mechanik J.M. Jacquard (1752-1834) k řízení chodu tkalcovského stroje. Babbage umožnil vkládání do strojových tabulek funkčních hodnot s kontrolou při zadávání hodnot argumentů.

Výstupní informace bylo možné tisknout a také děrovat na děrné štítky, což umožnilo v případě potřeby je znovu zadat do stroje.

Babbage také navrhl myšlenku řídit výpočetní proces programově a odpovídající příkaz - analog moderního příkazu podmíněného skoku: otázka výběru jednoho ze dvou možných pokračování programu byla rozhodnuta strojem v závislosti na znaménku některých vypočítaná hodnota.

Babbage také poskytl speciální počítadlo počtu operací, které je k dispozici na všech moderních počítačích.

Babbageův analytický stroj byl tedy prvním počítačem řízeným programem na světě. Pro tento stroj byly sestaveny první programy na světě a první programátorkou byla Augusta Ada Lovelace (1815-1852), dcera anglického básníka J. Byrona. Na její počest se jeden z moderních programovacích jazyků nazývá „Ada“.

Moderní počítače jsou svou strukturou velmi blízké Babbageovu analytickému stroji, ale na rozdíl od něj (a všech mechanických sčítacích strojů) používají pro provádění výpočtů zcela odlišný princip, založený na systému binárních čísel.

Binární princip je realizován pomocí elektromagnetického relé - prvku, který může být v jednom ze dvou možných stavů a ​​přecházet z jednoho stavu do druhého, když je vystaven vnějšímu elektrickému signálu.

Jestliže se v elektromechanických sčítacích strojích využívaly pouze energetické vlastnosti elektřiny, pak se u strojů postavených na relé stává elektřina nejdůležitějším a přímým účastníkem výpočetního procesu.

První počítací stroj využívající elektrická relé zkonstruoval v roce 1888 Američan německého původu G. Hollerith (1860-1929) a již v roce 1890 byl použit při sčítání lidu v USA. Tento stroj, nazývaný tabelátor, obsahoval relé, čítače a třídicí box. Data byla aplikována na děrné štítky, téměř nelišící se od moderních, ve formě děrných štítků. Když strojem prošel děrný štítek v pozicích, kde byly díry, elektrický obvod byl uzavřen, jeden byl přidán na odpovídající pulty, načež děrný štítek skončil v určité přihrádce třídicí krabice.

V dnešní době se stále častěji používají počítače pro řízení složité výroby.

Vývoj tabelátorů a dalších počítacích a děrovacích zařízení to umožnil koncem 30. - začátkem 40. let. našeho století postavit takové univerzální počítače s programovým řízením, v nichž hlavními „počítacími“ prvky (v moderní terminologii – základna prvků) byla elektromechanická relé.

Reléové automaty byly v provozu poměrně dlouho, a to i přes nástup elektronických. Zejména stroj RVM-1 navržený sovětským inženýrem N.I Bessonovem fungoval až do roku 1965, ale reléové stroje nemohly dlouho konkurovat elektronickým počítačům, protože požadavky na spolehlivost a rychlost rostly.

První projekty elektronických počítačů se objevily jen o něco později než projekty reléových strojů, protože vynálezy potřebné k jejich vzniku byly uskutečněny koncem 20. let. našeho století: v roce 1904 se objevila dvouelektrodová elektronka-dioda; v roce 1906 - tříelektrodová elektronka-trioda; v roce 1918 - elektronické relé (trubková spoušť).

Za první elektronický počítač je považován stroj ENIAC (elektronický numerický integrátor a počítač), vyvinutý na University of Pennsylvania v USA. ENIAC byl postaven v roce 1945, měl automatické řízení programu, ale neměl vnitřní paměťové zařízení pro ukládání příkazů.

První počítač, který měl všechny součásti moderních strojů, byl anglický stroj EDSAC, postavený na univerzitě v Cambridge v roce 1949. Byl prvním počítačem, který implementoval princip „uloženého programu“, formulovaný v letech 1945-1946. Americký matematik J. Neumann (1903-1957).

Tento princip je následující:

příkazy a čísla jsou stejného typu ve formě reprezentace ve stroji (zapsané v binárním kódu);

čísla jsou umístěna na stejném paměťovém zařízení jako program;

Díky numerické podobě záznamu programových příkazů může stroj provádět operace na příkazy.

První domácí počítač byl malý elektronický počítač (MESM), vyvinutý v letech 1947-1951. pod vedením sovětského vědce, akademika S. A. Lebeděva (1902-1974), jehož jméno je spojeno s dalším rozvojem sovětské výpočetní techniky.

MESM provedl pouze 12 příkazů, nominální rychlost byla 50 operací za sekundu. MESM RAM, vyrobená na klopných obvodech, mohla uložit 31 sedmnáctibitových binárních čísel a 64 dvacetibitových příkazů. Kromě toho existovala externí paměťová zařízení.

Zajímavé je, že oddělené ukládání čísel a instrukcí v MESM RAM odporuje Neumannovu principu uloženého programu, na kterém byly po mnoho let založeny návrhy počítačů. V moderních počítačích je také odklon od tohoto principu, zejména není potřeba provádět operace s veličinami, kterými jsou kódovány programové příkazy.

V historii vývoje elektronických počítačů počínaje ENIAC, EDSAC, MESM a pokračující až do současnosti se obvykle rozlišují čtyři období odpovídající čtyřem tzv. generacím počítačů. Tato období lze rozlišit podle různých kritérií, a proto je často obtížné přiřadit konkrétní vůz ke konkrétní generaci. Některé průměrné charakteristiky generací jsou uvedeny v tabulce.

Na příkladu domácího stroje BESM-6 (hlavní konstruktér - S. A. Lebedev) je vidět, jak je někdy obtížné jednoznačně určit generaci stroje. Vývoj BESM-6 byl dokončen v roce 1966; elementová báze – polovodičové tranzistory; výkon - operace za sekundu, kapacita paměti RAM (RAM) - bitů. Podle těchto charakteristik patří do druhé generace, podle zbytku - do třetí. Někdy se počítače dělí do tříd: minipočítače, malé, střední, velké a superpočítače.

Charakteristika generací elektronických počítačů

Bakalářský titul
• 09.03.01 Informatika a informatika
• 09.03.02 Informační systémy a technologie
• 09.03.03 Aplikovaná informatika
• 09.03.04 Softwarové inženýrství

Budoucnost odvětví

Informační technologie (IT) jsou jedním z nejrychleji rostoucích odvětví. Změny v tomto odvětví zavádějí nové technologie a postupy prakticky pro všechna odvětví ekonomiky. Design, doprava, řízení zdrojů, marketing, řízení lidí – to vše a mnoho dalších oblastí se pod vlivem IT mění.

V IT sektoru probíhá několik důležitých procesů. Za prvé díky telekomunikačním řešením roste konektivita světa, roste objem dat procházejících sítí a vyvíjejí se řešení pro zpracování těchto dat. Za druhé, digitální řešení jsou stále mobilnější a uživatelsky přívětivější. Pokud má nyní téměř každá rodina počítač a každá druhá má chytrý telefon, pak za deset let bude mít každý obyvatel města minimálně 5–6 zařízení na těle a vzájemně propojených. Například brýle pro rozšířenou realitu, biometrický náramek pro zdravotnictví, chytrý telefon s funkcí „chytré“ peněženky atd. Za třetí se vyvíjejí nová prostředí pro práci lidí, vzdělávání i volný čas – virtuální světy pro nejrůznější účely, včetně těch, které byly vytvořeny na základě technologií rozšířené reality.

Inovace v jiných odvětvích se rodí na rozhraní s IT, takže vyvstává velké množství výzev napříč odvětvími pro průlom. Prioritami v IT sektoru však zůstává vývoj a výroba hardwaru, softwaru a bezpečnostních systémů. Velmi slibným směrem je návrh virtuálních prostorů a rozhraní pro interakci s nimi.

Profese budoucnosti

• Architekt informačních systémů
• Návrhář rozhraní
• Architekt virtuality
• Návrhář virtuálního světa
• Návrhář neurointerface
• Právník sítě
• Organizátor online komunit
• IT kazatel
• Digitální lingvista
• Vývojář modelů BIG-DATA

Pravděpodobné body průlomu v nadcházejících desetiletích budou:

• zvýšení objemu přenášených dat a modelů pro jejich zpracování (big data);
• distribuce softwaru, kterou může běžný uživatel ovlivnit;
• vývoj rozhraní člověk-stroj;
• technologie umělé inteligence;
• sémantické systémy, které pracují s významy přirozených jazyků (překlady, vyhledávání na internetu, komunikace mezi člověkem a počítačem atd.);
• nové kvantové a optické počítače, které mohou výrazně urychlit zpracování velkého množství dat;
• vývoj neurálních rozhraní, včetně „kontroly myšlenek“, různých objektů, přenosu vjemů a zážitků na dálku.

Mikroprocesor je programovatelné elektrické zařízení určené ke zpracování informací prezentovaných v digitální formě a je implementováno v LSI.

Mikroprocesorový systém je specializované elektrické zařízení vyrobené na bázi 1 nebo více mikroprocesorů. Mikroprocesorové zařízení obsahuje: - paměť - vstupní/výstupní prvek;

V závislosti na účelu, M.P. se dělí na: - informační a výpočetní - řídicí a kontrolní zařízení;

Informační a výpočetní zařízení – mikropočítače, osobní počítače.

Řídicí zařízení – mikrokontrolér, programovatelný automat.

Mikroprocesorové prostředky jsou mikroprocesory a další LSI kombinované pro funkční účely a určené pro stavbu mikroprocesorových systémů. Systémové generátory. Systémové ovladače. Systémové časovače. I/O řadiče. Ovladače přerušení. Řadič přímého přístupu do paměti.

Microproccontrol je počítač, včetně paměťového prostředku pro komunikaci s periferními zařízeními, integrovaný do jedné nosné konstrukce.

Lze implementovat na 1) jednočipový mikroprocesor 2) sekční (vícečipový) mikroprocesor 3) jednočipový mikroprocesor 4) komplexní maticové programovatelné logické obvody

Otázka 4 Pojem informace. Způsoby přenosu informací

Analogový digitální

Pulzní relé

Informace jsou informace o světě kolem nás.

Signál je hmotně-fyzikální jev, který přenáší informaci

Zpráva – soubor přenášených signálů

Signály: 1) spojitý 2) diskrétní

Spojitý (analogový) signál, jehož doménou je souvislý prostor Informace jsou prezentovány ve formě vhodné pro ukládání, zpracování a přenos nazývané data.

Informace, které jsou prezentovány ve formě čísel, lze ukládat a přenášet. Ukládání se provádí v digitální paměti. Přenos se provádí pomocí komunikační linky, zpracování pomocí čerpacího systému. Minimální jednotka měření informace je 1 bit (0 1), proces převodu informace z jednoho typu na jiný se nazývá kódování.

Informujte-text-čísla-video-audio

Otázka 5.6 Číselné soustavy používané ve výpočetní technice

Aritmetické základy MP technologie - binární aritmetika.

Binární číselný systém je poziční a používá se k zobrazení čísel – „0“ a „1“.

Číselný systém je soubor znaků a pravidel pro jejich záznam za účelem zpracování informačních čísel.

Poziční číselná soustava - počet číslic = základ soustavy.

Váha číslice v čísle je rovna její hodnotě, číslice násobené základem na mocninu 1 menší než je pozice číslice v čísle.

Hodnota úvodní číslice je o 1 menší než základ.

Všechna 10. čísla lze převést na 2.:

Ve výpočetní technice se používají osmičkové a hexadecimální číselné soustavy. Používají se ke zjednodušení zápisu binárních čísel.

8-členný systém:0 1 2 3 4 5 6 7,16-ární: 0-9, A,B,C,D,E,F.1110 1110 1101 = EDD16(H)111 011 101 101 = 73558(Q)

567=101110111; 1FA= 1 1111 1010Překlad z 10místného na 8-16místného: Z 8 do 16místného:

AB816=101 010 111 000=52708 Aritmetické operace v binárním měřicím systému: +,-,*,/.0+0=0;

+ 1101110

0+1=1; 1+0=1; 1+1=10.

Násobení:

Pravidla násobení:1*0=00*0=01*1=1Operaci násobení lze nahradit operací sčítání a operace posunu

Provoz děleníProvoz dělení lze nahradit operací odečítání a směnného provozu

8místná a hexadecimální soustava

1F(16) = 111112, nikoli 00011111(2)