История развития вычислительной техники

1. История развития вычислительной техники

2. Типы устройств

• Калькуляторы
• Программируемые машины
• Аналоговые
• Цифровые

3. Абак, счеты

Аба́к (греч. αβαξ, abákion,
лат. abacus — доска) — счётная
доска, применявшаяся для
арифметических вычислений
приблизительно с IV века до н. э. в
Древней Греции, Древнем Риме.

4. Первые механические калькуляторы

• 1623 Вильгельм Шикард «Считающие
часы». Использовал Й.Кеплер.
• 1642. Б.Паскаль.
• 1673. Г.Ф.Лейбниц

5. Арифмометры

• 1820 Ч.Томас
• 1890. В.Д.Однер

6. Логарифмические линейки

Джон Не́пер (John Napier; 1550—1617)
— шотландский барон, математик,
один из изобретателей логарифмов,
первый публикатор логарифмических
таблиц.

7. Перфокарты

• 1801, Ж. М.Жаккар – ткацкий станок,
узор определялся перфокартами.
• 1838, Ч. Бэббидж – Разностная машина
• 1890, Герман Холлерит –
Бюро Переписи США

8. Программируемый ткацкий станок Жаккара (1801)

9. Первые программируемые машины

• 1835, Чарльз Бэббидж – аналитическая машина
• Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона
Реконструкция 2-го варианта
Разностной машины —
раннего, более ограниченного
проекта, действует в
Лондонском музее науки с
1991 года.

10. Настольные калькуляторы

• 1900 – использование электродвигателей
• 1930 – массовое развитие
электромеханических калькуляторов
• 1963 – полностью электронный калькулятор

11. Аналоговые машины

Дифференциальный анализатор, Кембридж, 1938 год

12. Электромеханические компьютеры

• 1936-1941, Конрад Цузе – компьютер Z3
на телефонных реле.
• 1941, «Колос», Великобритания

13. Принципы фон Неймана

Принцип двоичности
–
Для представления данных и команд используется двоичная система счисления.
Принцип программного управления
–
Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом
в определенной последовательности.
Принцип однородности памяти
–
Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются
в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно
выполнять такие же действия, как и над данными.
Принцип адресуемости памяти
–
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в
произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Принцип последовательного программного управления
–
Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после
завершения другой.
Принцип условного перехода
–
Kоманды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в
программе команд условного перехода, которые меняют последовательное выполнение
команд в зависимости от значений данных. (Сам принцип был сформулирован задолго
до фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в
фоннеймановский набор как дополняющий предыдущий принцип.

14. Компьютер Атанасова-Бери

1939 год, 300 ламп

15. ENIAC — 1946

ЭНИАК (ENIAC, сокр. от Electronical Numerical Integrator and Calculator — Электронный
числовой интегратор и вычислитель) — первый широкомасштабный электронный цифровой
компьютер, который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона
задач. Построен в 1946 году по заказу Армии США в Лаборатории баллистических
исследований для расчётов таблиц стрельбы. Запущен 14 февраля 1946 года.
• 17468 ламп
• 7200 кремниевых диодов
• 1500 реле,
• 70000 резисторов
• 10000 конденсаторов.
• Потребляемая мощность —
150 кВт.
• Вычислительная мощность —
300 операций умножения или
5000 операций сложения в
секунду.
• Вес — 27 тонн.
• Вычисления производились в
десятичной системе.

16. Первое поколение компьютеров

1948, Baby (Манчестер)
1949, Mark I (Манчестер)
1950, МЭСМ (Лебедев)
1951, UNIVAC 1
– серия 46 машин (5200 электровакуумных
ламп, 125 кВт энергии, 1 млн. $)
• 1953, Стрела (6200 ламп, 60 000 диодов,
150 кВт, 2000-3000 оп/с)

17. Mark I

18. МЭСМ (1950–1951)

арифметическое устройство: универсальное,
параллельного действия, на триггерных ячейках
представление чисел: двоичное, с фиксированной
запятой,16 двоичных разрядов на число, плюс один разряд на знак
система команд: трёхадресная, 20 двоичных разрядов на команду. Первые 4
разряда — код операции, следующие 5 — адрес первого операнда, ещё 5 —
адрес второго операнда, и последние 6 — адрес для результата операции. В
некоторых случаях третий адрес использовался в качестве адреса следующей
команды. Операции: сложение, вычитание, умножение, деление, сдвиг, сравнение
с учётом знака, сравнение по абсолютной величине, передача управления,
передача чисел с магнитного барабана, сложение команд, остановка.
оперативная память: на триггерных ячейках, для данных — на 31 число, для
команд — на 63 команды
постоянная память: для данных — на 31 число, для команд — на 63 команды
быстродействие: 3000 операций в минуту (полное время одного цикла составляет
17,6 мс; операция деления занимает от 17,6 до 20,8 мс)
количество электровакуумных ламп: 6000 (около 3500 триодов и 2500 диодов)
занимаемая площадь: 60 м²
потребляемая мощность: около 25 кВт

19. Второе поколение (1950-1960)

• 1947 – транзистор
• 1959, IBM 7090
(выпущено 100 тыс.)
• 1960, DEC – PDP 1
• 1961, Сетунь – на основе троичной логики
• 1964, Весна –
–
–
–
–
Два процессора — центральный (ЦВУ) и периферийный (КВУ)
Тактовая частота — 5 МГц
Производительность — до 300 000 операций в секунду.
Элементная база: 80 тыс. транзисторов, 200 тыс. диодов

20. БЭСМ-6 (1966)

Элементная база — транзисторный парафазный усилитель с диодной
логикой на входе
Тактовая частота — 10 МГц
48-битное машинное слово
Быстродействие — около 1 млн операций в секунду, близкое к
рекордному для того времени
Конвейерный центральный процессор (ЦП) с отдельными конвейерами
для устройства управления (УУ) и арифметического устройства (АУ).
Конвейер позволял совмещать обработку нескольких команд,
находящихся на разных стадиях выполнения.
8-слойная физическая организация памяти (интерливинг)
Виртуальная адресация памяти и расширяемые регистры страничной
приписки.
Совмещённое АУ для целой и плавающей арифметики.
Кеш на 16 48-битных слов: 4 чтения данных, 4 чтения команд, 8 —
буфер записи
Система команд включала в себя 50 24-битных команд (по две в слове)

21. Миникомпьютеры

«МИР-1» — серийная ЭВМ для
инженерных расчётов, создана в 1965
году Институтом кибернетики
Академии наук Украины, под
руководством академика В. М.
Глушкова. Одна из первых в мире
персональных ЭВМ. Выпускалась
серийно и предназначалась для
использования в учебных заведениях,
инженерных бюро, научных
организациях. Имела ряд уникальных
особенностей, таких как аппаратно
реализованный машинный язык,
близкий по возможностям к языкам
программирования высокого уровня,
развитое математическое
обеспечение.
Мир 1

22. Третье поколение

• 1960 – первые интегральные
микросхемы
• 1963 – компьютерная мышь
• 1964 – первый мини компьютер
PDP-11
• 1964 – IBM/360
• 1970 – микропроцессоры
• 1970 – DRAM-память

23. ЕС ЭВМ

• Массовое производство
унифицированных ЭВМ
• Быстродействие 1-10 млн. оп/с
• Оперативная память 0.5 – 8 М
• Жесткие диски 29/100М
СМ ЭВМ

24. Персональные компьютеры

1972 – Atari
1976 – Apple I
1977 – Apple II
1981 – IBM PC
1982 – ZX Spectrum
1984 – Amiga
1984 – Macintosh
1986 – ноутбук IBM

25. Советские ПК

1984 – Агат
БК 0010
ZX Spectrum
Микроша
1989 – Искра

26. Семейство ДВК

Диалоговый вычислительный комплекс (ДВК) —
семейство советских персональных компьютеров
середины 80-х — начала 90-х годов XX века.
Разработан в НИИТТ НПО «Научный Центр», г.
Зеленоград. Первая модель ДВК-1 разработана в 1981,
выпуск с 1982.
Все компьютеры ДВК были программно и аппаратно
совместимы с серией управляющих Микро-ЭВМ
Электроника-60, МС 1212 и СМ-1425. Выпускались на
заводе Квант Министерства электронной
промышленности СССР. В 1990 году выпуск всех
моделей ДВК составил 200 тыс. машин.

27. Программируемые микрокалькуляторы

• 1977 – Электроника БЗ-21
• 1980 – Электроника БЗ-34
• 1985 – MK-61, MK-52

28. Суперкомпьютеры

• Seymour Cray

29. Cray Jaguar XT5 содержит 18 688 вычислительных ячеек, а также вспомогательные ячейки для входа пользователей и обслуживания.

Каждая вычислительная ячейка
содержит 2 четырехъядерных процессора AMD Opteron 2356 с внутренней частотой
2.3 ГГц, 16 ГБ памяти DDR2-800, и роутер SeaStar 2+. Всего раздел содержит 149 504
вычислительных ядер, более 300 ТБ памяти, более 6 ПБ дискового пространства и
пиковую производительность 1.38 PFLOPS.

30. Советские суперкомпьюетры

• Эльбрус 1, 1980
15 млн. оп/с
• Эльбрус 2, 1985
125 млн. оп/с
• Эльбрус 3, 1994
Не был запущен в серию
• «Электроника СС БИС» –
векторно-конвейерная суперЭВМ Архитектурно сходна с
линией Cray. 1989. 250-500 MFLOPS, проект 10 GFLOPS
• 2008 построено 100 серверов Эльбрус для обороны.
9.6 GFLOPS (32 бит)
• Эльбрус-4С — 64-Гфлоп, 65 нм к 2012 г.
• Эльбрус-16С — 1-Тфлоп, 32 нм к 2018 г.

31.

32.

33.

34.

35.

36. 4004

Представлен: 15 ноября 1971 года
Частота: 740 кГц
Быстродействие: 0,092 MIPS
Ширина шины: 4 бита
Количество транзисторов: 2300
Технология: 10 мкм PMOS
• Адресуемая память: 640 байт

37. 8008

Представлен: 1 апреля 1972 года
Частота: 500 кГц (8008-1: 800 кГц)
Быстродействие: 0,05 MIPS
Ширина шины: 8 бит
Количество транзисторов: 3500
Технология: 10 мкм PMOS
Адресуемая память: 16 Кбайт

38. 8088

Представлен: 1 июня 1979 года
Частоты:
–
–
5 МГц с быстродействием 1,0 MIPS
8 МГц с быстродействием 3,0 MIPS
Внутренняя архитектура: 16 бит
Ширина внешней шины: 8 бит — данные, 20 бит — адреса
Количество транзисторов: 27 000
Технология: 3 мкм
Адресуемая память: 1 Мбайт
Идентичен 8086, за исключением внешней шины данных
Использовался в IBM PC и клонах

39. 8086

• Представлен: 8 июня 1978 года
• Частоты:
– 5 МГц с быстродействием 2,5 MIPS
– 10 МГц с быстродействием 5 MIPS
Ширина шины: 16 бит — данные, 20 бит — адреса
Количество транзисторов: 29 000
Технология: 3 мкм
Адресуемая память: 1 Мбайт
3-кратная производительность 8080
Использовался в портативных вычислениях
Ассемблер совместим с 8080
Использовались сегментные регистры для доступа к более, чем
64 килобайтам данных одновременно, создававшие проблемы
для программистов в течение многих лет.

40. 80286

• Представлен: 1 февраля 1982 года
• Частоты:
– 8 МГц, 10 МГц с быстродействием 4,0 MIPS
– 16,0 МГц с быстродействием 8,0 MIPS
Ширина шины данных: 16 бит
Ширина шины адреса: 24 бит
Количество транзисторов: 134 000
Технология: 1,5 мкм
Адресуемая память: 16 Мбайт
Добавлен 16-разрядный защищённый режим.
Некоторые команды выполнялись в несколько раз быстрее,
например умножение/деление за 29 тактов вместо 190
• Включал аппаратную защиту памяти для поддержки
многозадачных операционных систем

41. 80386DX

• Представлен: 17 октября 1985 года
• Частоты:
– 16 МГц с быстродействием от 5 до 6 MIPS
– 33 МГц с быстродействием 11,4 MIPS (1989)
Ширина шины данных: 32 бита
Количество транзисторов: 275 000
Технология: 1 мкм
Адресуемая память (32 разряда): 4 ГБ
Виртуальная память: 64 ГБ
Первый чип x86 для поддержки 32-битных наборов данных
Переработанная и расширенная поддержка защиты памяти,
включающая страничную виртуальную память и режим
виртуального 86 (особенности, которые в будущем потребуются
для Windows 95, OS/2 Warp и Unix)

42. 80486DX

• Представлен: 10 апреля 1989 года
• Частоты:
– 25 МГц с быстродействием 20 MIPS
– 50 МГц с быстродействием 41 MIPS (1991)
Ширина шины: 32 бита
Количество транзисторов: 1,2 миллиона
Технология: 1 мкм; 50-МГц версия была на 0,8 мкм
Адресуемая память: 4 Гбайта
Виртуальная память: 64 Гбайта
Кэш первого уровня на чипе
Встроенный математический сопроцессор
50-кратная производительность 8088

43. 80486DX2

• Представлен: 3 марта 1992 года
• Частоты:
– 50 МГц с быстродействием 41 MIPS
– 10 августа 1992 66 МГц с быстродействием 54 MIPS
Ширина шины: 32 бита
Количество транзисторов и технология: 1,2 миллиона на 0,8 мкм
Адресуемая память: 4 ГБ
Виртуальная память: 64 ТБ
Использовался в высокопроизводительных дешёвых
настольных компьютерах
• Использовал технологию «удвоения скорости» при помощи
работы ядра процессора на частоте, удвоенной по сравнению с
частотой шины
• Использовался 168-контактный разъём

44. Pentium

• Представлен: 22 марта 1993 года
• Ширина шины: 64 бита
• Частоты:
– 60 МГц с быстродействием 100 MIPS
– 66 МГц с быстродействием 112 MIPS
Ширина шины адреса: 32 бита
Адресуемая память: 4 гигабайта
Виртуальная память: 64 терабайта
Суперскалярная архитектура позволила повысить в 5 раз
производительность по сравнению с 33 МГц 486DX
• Кэш L1: 16 КБ
• Ядро «P5» — 0,8 мкм техпроцесс
• Количество транзисторов: 3,1 миллиона

45. Pentium MMX

Представлен: 8 января 1997 года
Технология процесса: P55C 0,35 мкм
Инструкции Intel MMX
Упаковка: Socket 7 296/321 ножек PGA
Кэш L1: 32 КБ
Количество транзисторов: 4,5 миллиона
Частота системной шины: 66 МГц
Варианты:
– 166 МГц, представлена 8 января 1997 года
– 233 МГц, представлена 2 июня 1997 года

46. Pentium II

• Представлен: 7 мая 1997 года
• Pentium Pro с MMX и улучшенной
производительностью для 16-битных приложений
• Упаковка процессора: 242-контактный Slot 1 SEC
• Количество транзисторов: 7,5 миллиона
• Частота системной шины: 66 МГц
• Кэш L1: 32 КБ
• Внешний кэш L2: 256 или 512 КБ на 1/2 скорости
• Варианты:
–
233 МГц, 266 МГц, 300 МГц

47. Pentium III

• Представлен: 26 февраля 1999 года
• Улучшенный Pentium II, а именно — ядро, основанное на P6,
включающее в себя SSE
• Количество транзисторов: 9,5 миллиона
• Кэш L1: 32 КБ
– Кэш данных: 16 Кб,
– Кэш инструкций: 16 Кб
Кэш L2: 512 КБ (внешний, на 1/2 скорости)
Упаковка процессора: 242-контактный Slot-1 SECC2
Частота системной шины: 100 МГц
Варианты:
– 500 МГц, представлен 26 февраля 1999 года
– 550 МГц, представлен 17 мая 1999 года
– 600 МГц (частота шины 133 МГц), представлен 27 сентября 1999

48. Pentium 4

Представлен 20 ноября 2000 года
Технологический процесс: 0,18 мкм
Частоты 1,40 и 1,50 ГГц
L2-кэш — интегрированный 256 КБ (Advanced Transfer)
Упаковка процессора: PGA423, PGA478
Частота системной шины: 400 МГц
SSE2 SIMD Extensions
Количество транзисторов: 42 миллиона
• Технологический процесс: 0,13 мкм «Northwood C» (2,4-3,4 ГГц)
• Частота системной шины: 800 МГц
(все версии включают в себя Hyper Threading)
• Быстродействие: от 6500 до 10000 MIPS

49. Pentium D

Двухъядерный (Dual-core) микропроцессор
Отсутствует технология Hyper-Threading
Частота системной шины: 800 (4x200) МГц
Smithfield — 90-нм технологический процесс (2,8—3,4
ГГц)
• Представлен: 26 мая 2005 года
• Количество транзисторов: 230 миллионов
• Кэш L2: 1 МБ x 2 (non-shared, 2 МБ всего)

50. Pentium Core 2 Duo

Микропроцессор для настольных систем
Представлен: 27 июля 2006 года
Поддержка инструкций SIMD: SSE3
Количество транзисторов: 291 миллион у моделей с 4 МБ кэшпамяти
• Реализованы технологии:
– Intel Virtualization Technology — аппаратная виртуализация
– LaGrande Technology — аппаратная технология защиты
информации
– Execute Disable Bit
– EIST (Enhanced Intel Speed Step Technology)
– iAMT2 (Intel Active Management Technology) — удалённое
управление компьютерами
• Варианты:
– Core 2 Duo E6850 — 3,00 ГГц (4 Мб L2, 1333 МГц FSB)
– Core 2 Duo E6300 — 1,86 ГГц (2 Мб L2, 1066 МГц FSB)

51. Pentium Core i7

Дата выпуска: июль 2010 года
32-нм технологический процесс
6 процессорных ядер
6×256 Кбайт L2-кэш,12 Мбайт L3
Поддержка инструкций SIMD: SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2
Реализованы технологии:
–
–
–
–
–
–
Hyper-Threading
Turbo Boost
QPI
Intel Virtualization Technology
Execute Disable Bit
EIST (Enhanced Intel Speed Step Technology)
• Сокет: LGA1366
• Варианты:
–
Core i7 970 — 3,20 ГГц (Turbo Boost — 3,46 ГГц), TDP 130 Вт

52. Закон Мура

53. Переферия

• 1956 – IBM 350 (3.5М, вес – 1 т)
• 1980 – 5” винчестер для ПК
1963 – мышь
Дискета 8” – 1971

54. RT-11 (1970)

55. VM (IBM 360/370, ЕС ЭВМ) (1974)

56. UNIX (1969)

57. CP/M

58. Sun OS (1982)

59. Open VMS (VAX, 64bit) (1975-2011)

60. MS-DOS (1980-2000)

61. Amiga OS (1985)

62. Free BSD (c 1993)

63. OS/2 1.2 (1987)

64. OS/2 2.0 (1992)

65. OS/2 3.0 (1994)

66. OS/2 4.0 Warp (1995)

67. Windows 1.0 (1985)

68. Windows 2.0 (1987)

69. Windows 3.1 (1991)

70. Windows NT 3.51 (1993)

71. Windows’95 и Windows NT 4.0 (1995)

72. Windows’98

73. Windows Me

74. Windows 2000

75. Windows XP 2002

76. Windows Vista (2007)

77. Windows 7 (2009)

78. Windows 8 (2012)

79. Windows 10 (2015)

80. Linux Mint

81. Linux Red Hat

82. Linux Debian

83. Linux Ubuntu

84. Linux SlackWare

85. Mac OS (1984)

86. Mac OS 9 (2000)

87. OS X 10.1 Puma (2001)

88. OS X 10.3 Pantera (2002)

89. OS X 10.5 Leopard (2009)

90. OS X 10.10 (2015)