2.1. История развития средств вычислительной техники
Вычислительная система, компьютер
Изыскание средств и методов механизации и автоматизации работ — одна из основных задач технических дисциплин. Автоматизация работ с данными имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, большинство из которых являются электронными приборами. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер.
Компьютер — это электронной прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных.
Принцип действия компьютера
В определении компьютера, как прибора, мы указали определяющий признак — электронный. Однако автоматические вычисления не всегда производились электронными устройствами. Известны и механические устройства, способные выполнять расчеты автоматически.
Анализируя раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи нередко в качестве древнего предшественника компьютера называют механическое счетное устройство абак. Подход «от абака» свидетельствует о глубоком методическом заблуждении, поскольку абак не обладает свойством автоматического выполнения вычислений, а для компьютера оно определяющее.
Абак — наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представлявшее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н. э. Местом появления считается Азия. В средние века в Европе абак сменился разграфлеными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях, а в России в XVI-XVII веках, появилось намного более передовое изобретение, применяющееся и поныне — русские счеты.
В то же время нам хорошо знаком другой прибор, способный автоматически выполнять вычисления, — это часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электрические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. Этот принцип прослеживается даже в солнечных часах, содержащих только устройство регистрации (роль генератора выполняет система Земля — Солнце).
М еханические часы — прибор, состоящий из устройства, автоматически выполняющего перемещения через равные заданные интервалы времени и устройства регистрации этих перемещений. Место появления первых механических часов неизвестно. Наиболее ранние образцы относятся к XIV веку и принадлежат монастырям (башенные часы).
В основе любого современного компьютера, как и в электронных часах, лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление может производиться автоматически (в этом случае говорят о программном управлении) или вручную с помощью внешних органов управления — кнопок, переключателей, перемычек и т. п. (в ранних моделях). В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано с помощью специальных аппаратно-логи-ческих интерфейсов, к которым подключаются устройства управления и ввода данных (клавиатура, мышь, джойстик и другие). В отличие от программного управления такое управление называют интерактивным.
Механические первоисточники
Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими часами».
В 1642 году французский механик БлезПаскаль(1623-1662) разработал более компактное суммирующее устройство (рис. 2.1), которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял). В 1673 году немецкий математик и философ Г. В. Лейбниц (1646-1717) создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания.
Рис. 2.1. Суммирующая машина Паскаля
Рис. 2.2. Чарльз Бэббидж
И сследователи творчества Чарльза Бэббиджа непременно отмечают особую роль в разработке проекта Аналитической машины графини Огасты Ады Лавлейс (1815-1852), дочери известного поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций (1843). В частности, в одном из писем она писала: «Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цветы и листья». Леди Аду можно с полным основанием назвать самым первым в мире программистом. Сегодня ее именем назван один из известных языков программирования.
Математические первоисточники
Если мы задумаемся над тем, с какими объектами работали первые механические предшественники современного электронного компьютера, то должны признать, что числа представлялись либо в виде линейных перемещений цепных и реечных механизмов, либо в виде угловых перемещений зубчатых и рычажных механизмов. И в том и в другом случае это были перемещения, что не могло не сказываться на габаритах устройств и на скорости их работы. Только переход от регистрации перемещений к регистрации сигналов позволил значительно снизить габариты и повысить быстродействие. Однако на пути к этому достижению потребовалось ввести еще несколько важных принципов и понятий.
Двоичная система Лейбница. В механических устройствах зубчатые колеса могут иметь достаточно много фиксированных и, главное, различимых между собой положений. Количество таких положений, по крайней мере, равно числу зубьев шестерни. В электрических и электронных устройствах речь идет не о регистрации положений элементов конструкции, а о регистрации состояний элементов устройства. Таких устойчивых к различимых состояний всего два: включен — выключен; открыт — закрыт; заряжен — разряжен и т. п. Поэтому традиционная десятичная система, использованная в механических калькуляторах, неудобна для электронных вычислительных устройств.
Рис. 2.3. Готфрид Вильгельм Лейбниц
Математическая логика Джорджа Буля. Говоря о творчестве Джорджа Буля, исследователи истории вычислительной техники непременно подчеркивают, что этот выдающийся английский ученый первой половины XIX века был самоучкой. Возможно, именно благодаря отсутствию «классического» (в понимании того времени) образования, Джордж Буль внес в логику, как в науку, революционные изменения.
Рис. 2.4. Джордж Буль
формального расчета логического выражения является одно из двух логических значений: истина или ложь.
Значение логической алгебры долгое время игнорировалось, поскольку ее приемы и методы не содержали практической пользы для науки и техники того времени. Однако, когда появилась принципиальная возможность создания средств вычислительной техники на электронной базе, операции, введенные Булем, оказались весьма полезны. Они изначально ориентированы на работу только с двумя сущностями: истина и ложь. Нетрудно понять, как они пригодились для работы с двоичным кодом, который в современных компьютерах тоже представляется всего двумя сигналами: ноль и единица.
Не вся система Джорджа Буля (как и не все предложенные им логические операции) были использованы при создании электронных вычислительных машин, но четыре основные операции: И (пересечение), ИЛИ (объединение'), НЕ (обращение) и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ — лежат в основе работы всех видов процессоров современных компьютеров.
Рис. 2.5. Основные операции логической алгебры
- Введение
- Глава 1 Информация и информатика
- 1.1. Информация в материальном мире
- 1.2. Данные
- 1.3. Файлы и файловая структура
- 1.4. Информатика
- Подведение итогов
- Вопросы для самоконтроля
- Глава 2 Вычислительная техника
- 2.1. История развития средств вычислительной техники
- 2.2. Методы классификации компьютеров
- 2.3. Состав вычислительной системы
- Вопросы для самоконтроля
- Глава 3 Устройство персонального компьютера
- 3.1. Базовая аппаратная конфигурация
- 3.2. Внутренние устройства системного блока
- Системы, расположенные на материнской плате
- Периферийные устройства персонального компьютера
- Практическое занятие
- Глава 4 Функции операционных систем персональных компьютеров
- 4.1. Обеспечение интерфейса пользователя
- 4.2. Обеспечение автоматического запуска
- 4.3. Организация файловой системы
- 4.4. Обслуживание файловой структуры
- Управление установкой, исполнением и удалением приложений
- Обеспечение взаимодействия с аппаратным обеспечением
- 4.7. Обслуживание компьютера
- 4.8. Прочие функции операционных систем
- Вопросы для самоконтроля
- Глава 5 Основы работы операционной системы windows 98
- 5.1. Основные объекты и приемы управления
- 5.2. Файлы и папки Windows
- 5.3. Операции с файловой структурой
- 5.4. Использование Главного меню
- 5.5. Установка и удаление приложений Windows
- 5.6. Установка оборудования
- Практическое занятие
- Исследовательская работа
- Глава 6 Настройка операционной системы Windows 98
- 6.1. Настройка средств ввода-вывода данных
- 6.2. Настройка элементов оформления Windows 98
- 6.3. Настройка элементов управления Windows 98
- 6.4. Настройка средств автоматизации Windows 98
- 6.5. Настройка шрифтов
- 6.6. Прочие настройки Windows 98
- 6.7. Справочная система Windows 98
- Практическое занятие
- Самостоятельная работа
- Глава 7 Стандартные приложения
- 7.1. Стандартные прикладные программы
- 7.2. Принципы внедрения и связывания объектов
- 7.3. Служебные приложения Windows 98
- 7.4. Стандартные средства мультимедиа
- Средства обеспечения совместимости с приложениями ms-dos
- Практическое занятие
- Глава 8 Компьютерные сети, Интернет, компьютерная безопасность
- 8.1. Компьютерные сети
- 8.2. Интернет. Основные понятия
- 8.3. Подключение к Интернету
- 8.4. Вопросы компьютерной безопасности
- Практическое занятие
- Глава 9 Получение информации из Интернета
- 9.1. Основные понятия World Wide Web
- 9.2. Работа с программой Internet Explorer 5.0
- 9.3. Поиск информации в World Wide Web
- 9.4. Отправка и получение сообщений
- Практическое занятие
- Глава 10 Создание простых текстовых документов
- 10.1. Общие сведения о текстовом процессоре
- 10.2. Приемы работы с текстами в процессоре
- 10.3. Приемы и средства автоматизации разработки документов
- Практическое занятие
- Глава 11 Создание комплексных текстовых документов
- 11.1. Ввод формул
- 11.2. Работа с таблицами
- 11.3. Работа с диаграммами
- 11.4. Работа с графическими объектами
- Практическое занятие
- Глава 12 Обработка данных средствами электронных таблиц
- Создание электронных таблиц Microsoft
- 12.2. Применение электронных таблиц для расчетов
- Практическое занятие
- Глава 13 Работа с базами данных
- 13.1. Основные понятия баз данных
- 13.2. Проектирование баз данных
- 13.3. Работа с субд Microsoft Access 2000
- Практическое занятие
- Глава 14 Приемы и методы работы со сжатыми жанными
- 14.1. Теоретические основы сжатия данных
- 14.2. Программные средства сжатия данных
- Практическое занятие
- Исследовательская работа
- 14.3. Программные средства уплотнения носителей
- Практическое занятие
- Исследовательская работа
- Глава 15 Введение в компьютерную графику
- Основы представления графических данных
- 15.2. Представление графических данных
- Практическое занятие
- 15.3. Средства для работы с растровой графикой
- 15.4. Средства для работы с векторной графикой
- Практическое занятие
- Исследовательская работа
- Практическое занятие
- Исследовательская работа
- Глава 16 Векторный редактор
- 16.1. Особенности CorelDraw
- 16.2. Настройка параметров CorelDraw
- Совместное использование панелей инструментов, свойств, интерактивных средств
- Работа с графикой и текстом
- Практическое занятие
- Глава 17 Автоматизация обработки документов
- 17.1. Преобразование документов в электронную форму
- Практическое занятие
- 17.2. Автоматизированный перевод документов
- Практическое занятие
- Глава 18 Средства автоматизации научно-исследовательских работ
- 18.1. Компьютер как инструмент научной работы
- 18.2. Приемы работы с системой MathCad
- Практическое занятие
- Глава 19 Публикация web-документов
- 19.1. Создание Web-документов
- 19.2. Применение языка html
- 19.3. Работа в редакторе FrontPage Express
- 19.4. Публикация Web-документов
- Практическое занятие
- Исследовательская работа
- Глава 20 Основы программирования
- 20.1. Языки программирования
- 20.2. Системы программирования
- Алгоритмическое (модульное) программирование
- 20.4. Структурное программирование
- Объектно-ориентированное программирование
- 20.6. Проектирование программ
- 20.7. Пример на Бейсике. Разведение кроликов
- 20.8. Пример на Паскале. Раскрашивание круга
- Практические задания по программированию
- Рекомендуемая литература
- Глава 5 Основы работы операционной системы windows 98 114
- Глава 6 Настройка операционной 139
- Информатика. Базовый курс
- 196105, Санкт-Петербург, ул. Благодатная, д. 67в.
- 197110, Санкт-Петербург, Чкаловский пр., 15.