3. Перемикачі.

Чому ж саме двійкову систему використовують для кодування інформації в ЕОМ? Це пояснюється тим, що в комп’ютері застосовують електронні елементи, а електронні елементи можуть перебувати в двох робочих станах: увімкнено, вимкнено. Раніше в обчислювальних машинах застосовувались електричні реле, потім електронні лампи, сьогодні – напівпровідники. Але, незалежно від того, які елементи є основою ЕОМ, принципи роботи іх ті самі: в ролі "елементарної частини" завжди виступає різновид перемикача. Прийнято позначати один із станів (увімкнено) цифрою 1, інший (вимкнено) – 0, а це означає, що для ЕОМ можна використовувати двійкове кодування інформації.

Представлення інформації в пам’яті комп’ютера.

Пам’ять комп’ютера можна представити у вигляді довгої сторінки, розбитої на рядки. Кожен рядок – це комірка пам’яті, яка поділяється в свою чергу на розряди. Вмістом розряду може бути або 0, або 1. Отже, в комірку записується деяктй набір нулів і одиниць. Цей набір називається машинним словом.

Всі комірки пронумеровані. Номер комірки називається її адресою. При зчитуванні з комірки машинного слова вміст комірки не змінюється, а при записі в комірку нової інформації попередній вміст стирається.

В пам’яті ЕОМ кожен символ (буква, цифра, знак) кодується у вигляді комбінації з 8 нулів і одиниць, тобто, з 8 бітів. Наприклад, буква F кодується словом 01010110. Послідовностями нулів і одиниць можна закодувати і графічну інформацію.

Процесор також поділяється на розряди. Зазвичай інформація обробляється не по 1 біту, а одночасно гру-пами по 8, 16, 32 або 64 біта. Кількість бітів, що одночасно обробляються процесором, називають розрядністю процесора. Розрядність процесора є однією з найважливіших характеристик комп’ютера: чим більша розрядність, тим більша швидкодія, тим потужніший комп’ютер. Спочатку персональні комп’ютери мали 8-бітові процесори. Перші комп’ютери IBM PC були вже 16-бітовими. Сучасні персональні комп’ютери є 32- і 64-розрядними.

Одиниці вимірювання інформації

1 біт – основна одиниця вимірювання інформації. Це найменша кількість інформації при розв’язанні якої-небуть задачі.

1 байт = 8 бітів. Байт – це одиниця вимірювання інформації в Міжнародній системі одиниць СІ. Так як символи в пам’яті ЕОМ кодуються у вигляді послідовності з 8 бітів, то вводячи в ЕОМ будь-який символ, ми передаємо їй 1 байт інформації.

1 кілобайт = 1024 байта. Позначається: 1Кб.

1 мегабайт = 1024 Кб. Позначається: 1Мб.

Обсяг оперативної пам’яті сучасних комп’ютерів вимірюється в кілобайтах і мегабайтах (64 Мб, 128 Мб, 256 Мб, 512 Мб, 1024 Мб та ін.). Сучасні жорсткі диски мають об’єм від кількох мегабайтів до десятків гігабайтів (1 Гб=1024 Мб), дискети – 1,44 Мб. Обсяг пам’яті компакт-дисків – сотні мегабайтів.

Історія розвитку обчислювальної техніки

Комп’ютери пройшли довгий шлях розвитку.

Найперший механічний пристрій для обчислень розробив Вільгельм Шикард у 1623 р. (Германія). На жаль, в Тридцятилітній війні машина загинула, але її креслення були знайдені в середині ХХ ст., а в 1960 р. за ними була створена робоча модель.

Нерідко творцем механічної обчислювальної машини називають французького математика Блеза Паскаля (1642 р.), хоча він першим не був. Просто його праці набули дуже широкої популярності, так як він був першим, хто почав серійно випускати арифмометри – механічні обчислювальні машини для додавання та віднімання чисел. Через 20 років німецький математик Г.Лейбніц удосконалив цю машину, додавши до її можливостей дії множення і ділення.

Чарльз Беббідж (1792-1871) створив аналітичну машину, здатну виконувати різні типи обчислень. Йому допомагала математик Ада Лавлейс (1815—1852), дочка поета Джорджа Байрона, яка стала першим програмістом. Вона створила для машини Беббіджа кілька програм, що зберігалися на спеціальних перфорованих картах.

Основна ідея аналітичної машини дуже близька до принципів роботи сучасних комп'ютерів. Складовими частинами цієї машини були: блок введення, арифметичний блок, блок керування системою, блок пам'яті, блок виводу. Машина Беббіджа набагато випереджала технічні можливості свого часу, і довести її створення до кінця було практично неможливо.

Беббідж винайшов перший програмований калькулятор за 100 років до його технологічної реализації. Удосконалений калькулятор - табулятор - був створений Германом Холлеритом (1860-1929) у США тільки в 1890 р. і використовувався з метою перепису населення.

1924 р. – Г.Холлерит заснував фірму IBM (International Business Mashines Corporation) – відомого в наш час виробника сучасних комп’ютерів.

Виникнення на початку 30-х років XX ст. електромеханічних пристроїв (телефонного реле) стало імпульсом для розгортання робіт зі створення електромеханічних калькуляторів у різних країнах. У Німеччині молодий інженер Конрад Цузе створив комп'ютер на базі багатьох тисяч телефонних реле, кожне з яких могло приймати два стани: «увімкнено» і «вимкнено».

У 30-ті роки в Німеччині була винайдена механічна шифрувальна машина «Энігма» (загадка), яка створила невирішену проблему перед відділом дешифрування Британської розвідки під час Другої світової війни. Кращі математики могли місяцями розгадувати код одного повідомлення, коли воно вже застарівало. Німці думали, що володіють системою кодів з гарантованою безпекою, і всю війну довіряли ефіру найсекретніші повідомлення, абсолютно впевнені в їхній таємниці.

Робота над створенням дешифрувальної машини почалася в 1939 р., коли в містечку Блетчлі в графстві Бекінгемшир зібралися кращі математики Британії на чолі з Аланом Тьюрингом. В 1942 р був розроблений «Колос»— перший у світі комп'ютер на вакуумних лампах, що ввів людство в електронно-комп'ютерне століття. «Колос» міг розгадати будь-який секретний код протягом кількох хвилин. Завдяки Тьюрингу і його групі Англія всю війну мала можливість негайного дешифрування майже всіх цих секретних повідомлень. До 1975 р. усі ці відомості були засекречені. Тому вважають, що перший у світі електронний комп'ютер був створений у 1946 р. у США.

У США в 1942 р. були виділені кошти на створення електронного комп'ютера. Але тут ніхто не мав досвіду такої роботи. І тільки після таємного прибуття в США А.Тьюринга в 1946 р.була запущена машина ЕNІАС (електронний числовий інтегратор і калькулятор), призначена для розрахунку артилерійських таблиць. Вона мала 18000 вакуумних ламп, але працездатність була дуже обмеженою (у середньому кожні 7 хвилин одна з ламп виходила з ладу).

У 1951 р. в Києві групою українських вчених під керівництвом академіка С.О.Лєбєдєва було створено першу в СРСР електронну обчислювальну машину МЭСМ (рос. “Малая электронно-счетная машина”).

Перші ЕОМ дозволили спростити працю тисяч обчислювачів, які роками крутили ручки арифмометрів, а розвиток ракетної техніки в 50-ті роки додав ще більше обчислювальних задач комп’ютерам.

Важливим етапом в розвитку ЕОМ стало винайдення в 1947 р. транзистора. Почалось виробництво комп’ютерів на інтегральних схемах – більш потужних, ніж їх попередники, але в сотні разів менших за розмірами.

В 1955 р. запущено перший транзисторний комп’ютер TRIDAC.

В 1962 р. з’явились перші клавіатура і монітор, в 1963 р. винайдено маніпулятор “миша”.

Розроблювачі прагнули до усе більшої мініатюризації комп'ютерів. У 70-х роках був винайдений так званий «кристал», чи «чіп». Успіхи технології їхнього виготовлення дозволяють одержувати чіпи у вигляді мініатюрних кристалів, функціонально еквівалентних схемам з десятками тисяч транзисторів. Сконструйовані з таких схем комп'ютери одержали назву мікропроцесорів. Коли схема вже розроблена і технологія поставлена на потік, масове виробництво кристалів стає дешевим, що сприяє здешевленню створених на їхній основі комп'ютерів.

У 1976 р. американські винахідники Стефан Возняк і Стів Джобс сконструювали перший персональний комп’ютер Apple. Він мав оперативну пам’ять 256 байт, не було клавіатури і монітора, команди вводились перемикачами, результат показувався лампочками.

В 1981 р. фірма ІВМ випустила свою відому модель ІВМ РС (Personal Computer), яка стала стандартом персонального комп’ютера для фірм-виробників усього світу (ІВМ-сумісні комп’ютери зайняли до 70% світового ринку). З її появою розпочалася нова епоха, яка характеризується багатоплановою інформаційною діяльністю людини.

Покоління електронно-обчислювальних машин:

“Перше” – 1940-1950 р.р. Основний елемент обчислювальної машини – електронні лампи. Швидкодія – кілька десятків тис. операцій за секунду. Так звані “великі” ЕОМ.

“Друге” – 1950-1964 р.р. Обчислювальний елемент – транзистори (напівпровідники). Швидкодія – до 1-2 млн. операцій за секунду. Міні-ЕОМ.

“Третє” – 1964-1971 р.р. Обчислювальний елемент – інтегральні схеми. Швидкодія – до 300 млн. операцій за секунду. Мікро-ЕОМ, призначені для роботи з одним користувачем.

“Четверте” – 1971-... Обчислювальний елемент – мікропроцесори. Швидкодія – мільярди операцій за секунду. Персональні ЕОМ. Готові прикладні програми, графічний інтерфейс, використання технології мультимедіа. Глобальні комп’ютерні мережі (Інтернет).

“П’яте” – (?) – нанотехнології. Комп’ютери на основі окремих молекул і навіть атомів. Нейромережі, які моделюють структуру нервової системи людини. “Біологічні комп’ютери”.