Появились после Второй мировой войны, когда открытия математиков и других ученых позволили воплотить в жизнь новый способ считывания информации. И хотя сегодня эти машины кажутся диковинными артефактами, именно они стали прародителями современных, привычных обывателю ПК.
Первым компьютером в современном понимании этого слова стало устройство "Марк I", созданное в 1949 году. Его уникальность заключалась в том, что он был полностью электронным, а в его оперативной памяти хранилась программа. Это достижение британских специалистов было большим рывком вперед в многовековой истории развития вычислительных машин. Манчестерский "Марк I" включал в себя трубки Уильямса и магнитные барабаны, которые и служили хранилищем для информации.
Сегодня, спустя много лет, история создания первого компьютера вызывает дискуссии. Спорным остается вопрос о том, какую именно машину можно назвать первым компьютером. Манчестерский "Марк I" остается самой популярной версией, хотя есть и другие претенденты. Один из них - EDSAC. Без этой машины история возникновения компьютера как изобретения была бы совершенно другой. Если "Марк" появился в Манчестере, то EDSAC создавался силами ученых из Кембриджского университета. Этот компьютер был введен в эксплуатацию в мае 1949 года. Тогда на нем была выполнена первая программа, которая возвела в квадрат числа от 0 до 99.
Манчестерский "Марк I" и EDSAC предназначались для конкретных программ. Следующим шагом в эволюции вычислительных машин стал Z4. Не в последнюю очередь устройство отличала драматичная история создания. Компьютер был создан немецким инженером Конрадом Цузе. Работа над проектом началась на завершающем Это обстоятельство сильно затормозило данную разработку. Лаборатория Цузе была уничтожена во время налета авиации противника. Вместе с ней было утеряно все оборудование и предварительные результаты длительной работы.
Тем не менее талантливый инженер не сдался. Изготовление было продолжено уже после наступления мира. В 1950 году проект наконец был завершен. Долгой и тернистой оказалась история его создания. Компьютер тут же заинтересовал Швейцарскую высшую техническую школу. Она выкупила машину. Z4 заинтересовал специалистов неспроста. Компьютер обладал универсальным программированием, то есть был первым многофункциональным устройством подобного типа.
В том же 1950 году история создания компьютеров в СССР ознаменовалась не менее важным событием. В Киевском институте электротехники была создана МЭСМ - малая электронная счетная машина. Над проектом трудилась группа советских ученых, которой руководил академик Сергей Лебедев.
Устройство этой машины включало в себя шесть тысяч электрических ламп. Большая мощность позволяла браться за задачи, которые прежде были невиданными для советской техники. За секунду приспособление могло выполнять около трех тысяч операций.
На первом этапе развития компьютеров их разработкой занимались специалисты из университетов или других государственных структур. В 1951 году появилась модель LEO I, созданная благодаря вложениям британской частной компании Lyons and Company, владевшей ресторанами и магазинами. С появлением этого устройства история создания компьютеров достигла очередного важного рубежа. LEO I первым использовался для обработки коммерческих данных. Его конструкция была схожа с конструкцией идейного предшественника EDSAC.
Первым американским коммерческим компьютером стал UNIVAC I. Он появился в том же 1951 году. Всего было продано сорок шесть таких моделей, стоимость каждой из которых составляла миллион долларов. Одна из них использовалась при переписи населения в США. Устройство состояло более чем из пяти тысяч электровакуумных ламп. В качестве носителя информации использовались линии задержки из ртути. На одной из них могло храниться до тысячи слов. При разработке UNIVAC I было решено отказаться от перфокарт и перейти на металлизированную магнитную ленту. С ее помощью устройство могло подключаться к коммерческим системам хранения данных.
Тем временем у советских электронных была своя история создания. Компьютер «Стрела», появившийся в 1953 году, стал первым подобным серийным устройством в СССР. Новинка выпускалась на базе Московского завода счетно-аналитических машин. За три года производства было изготовлено восемь образцов. Эти уникальные машины были установлены в Академии наук, МГУ и конструкторских бюро, расположенных в закрытых городах.
«Стрела» могла совершать 2-3 тысячи операций в секунду. Для отечественной техники это были рекордные цифры. Данные хранились на магнитной ленте, которая вмещала до 200 тысяч слов. Разработчики устройства были удостоены Главный конструктор Юрий Базилевский также стал Героем Социалистического Труда.
Еще в 1947 году были изобретены транзисторы. В конце 50-х гг. они пришли на смену энергозатратным и хрупким лампам. С появлением транзисторов у вычислительных машина началась новая история создания. Компьютеры, получившие эти новые детали, позже были признаны моделями второго поколения. Главное новшество заключалось в том, что печатные платы и транзисторы позволили значительно уменьшить размеры компьютеров, отчего те стали гораздо практичнее и удобнее.
Если раньше ЭВМ занимали собой целые комнаты, то теперь они уменьшились до пропорций офисных столов. Такой к примеру, была модель IBM 650. Но даже транзисторы не разрешили еще одной важной проблемы. Компьютеры по-прежнему были крайне дорогими, из-за чего они производились только на заказ для университетов, крупных корпораций или правительств.
В 1959 году были изобретены интегральные схемы. Они положили начало третьему поколению компьютеров. 1960-е гг. стали переломными для ЭВМ. Их производство и продажа увеличились в разы. Благодаря новым деталям устройства стали дешевле и доступнее, хотя они по-прежнему не были персональными. В основном эти ЭВМ покупались компаниями.
В 1971 году разработчики Intel выпустили на рынок первый в истории микропроцессор На его основе появились компьютеры четвертого поколения. Микропроцессы разрешали несколько важных проблем, до того скрывавшихся в устройстве любой ЭВМ. Одна такая деталь выполняла все логические и арифметические операции, которые были записаны с помощью машинного кода. До этого открытия данная функция лежала на множестве мелких элементов. Появление единственной универсальной детали стало предвестием разработки небольших домашних компьютеров.
В 1977 году компания Apple, основанная Стивом Джобсом, представила миру модель Apple II. Ее принципиальное отличие от любых других предыдущих компьютеров заключалось в том, что устройство молодой калифорнийской компании предназначалось для продажи обычным гражданам. Это был прорыв, который еще совсем недавно казался просто неслыханным. Так началась история создания персональных компьютеров поколения ЭВМ. Новинка пользовалась спросом вплоть до 90-х гг. За этот период было продано около семи миллионов устройств, что было абсолютным рекордом того времени.
Последующие модели Apple получили уникальный графический интерфейс, привычную современным пользователям клавиатуру и многие другие новшества. Все тот же чуть сделал популярной компьютерную мышь. В 1984 году он презентовал свою самую успешную модель Macintosh, положившую начало целой линейке, существующей и сегодня. Многие открытия инженеров и разработчиков Apple стали базой для сегодняшних персональных компьютеров, созданных в том числе и другими производителями.
Из-за того что все революционные открытия, связанные с ЭВМ, происходили на Западе, история создания компьютеров в России и СССР оставалась в тени иностранных успехов. Связано это было еще и с тем, что разработка подобных машин контролировалась государством, в то время как в Европе и США инициатива постепенно перешла в руки частных компаний.
В 1964 году появились первые советские полупроводниковые ЭВМ «Снег» и «Весна». В 1970-е гг. в оборонной промышленности стали использоваться компьютеры «Эльбрус». Они применялись в системе противоракетной обороны и ядерных центрах.
Развитие микроэлектроники привело к появлению микроминиатюрных интегральных электронных элементов, пришедших на смену полупроводниковым диодам и транзисторам и ставших основой для развития и использования ПК. Эти компьютеры имели ряд достоинств: были компактны, просты в применении и относительно дешевы.
В 1971 г. компания Intel создала микропроцессор i4004, а в 1974 г. – i8080, оказавший огромное влияние на развитие микропроцессорной техники. Данная компания по сей день остается лидером на рынке производства микропроцессоров для ПК.
Вначале ПК разрабатывались на базе 8-разрядных микропроцессоров. Одним из первых производителей компьютеров с 16-разрядным микропроцессором стала компания IBM, до 1980-х гг. специализировавшаяся на производстве больших ЭВМ. В 1981 г. она впервые выпустила ПК, в котором использовался принцип открытой архитектуры, позволивший изменить конфигурацию компьютера и улучшить его свойства.
В конце 1970-х гг. и другие крупные компании ведущих стран (США, Японии и т. д.) приступили к разработке ПК на базе 16-разрядных микропроцессоров.
В 1984 г. появился TIKMacintosh фирмы Apple – конкурента компании IBM. В середине 1980-х гг. были выпущены компьютеры на базе 32-разрядных микропроцессоров. В настоящее время имеются 64-разрядные системы.
По виду значений основных параметров и с учетом применения выделяют следующие группы средств вычислительной техники:
суперЭВМ – уникальная сверхпроизводительная система, используемая при решении сложнейших задач, при больших вычислениях;
сервер – компьютер, предоставляющий собственные ресурсы другим пользователям; существуют файловые серверы, серверы печати, серверы баз данных и др.;
персональный компьютер – компьютер, предназначенный для работы в офисе или дома. Настроить, обслужить и установить программное обеспечение компьютеров этого вида может сам пользователь;
профессиональная рабочая станция – компьютер, обладающий огромной производительностью и предназначенный для профессиональной деятельности в некоторой области. Чаще всего его снабжают дополнительным оборудованием и специализированным программным обеспечением;
ноутбук – переносной компьютер, обладающий вычислительной мощностью ПК. Он может в течение некоторого времени функционировать без питания от электрической сети;
карманный ПК (электронный органайзер), не превосходящий по размерам калькулятор, клавиатурный или бесклавиатурный, по своим функциональным возможностям похож на ноутбук;
сетевой ПК – компьютер для делового применения с минимальным набором внешних устройств. Поддержка работы и установка программного обеспечения осуществляются централизованно. Его также применяют для работы в вычислительной сети и для функционирования в автономном режиме;
терминал – устройство, применяемое при работе в автономном режиме. Терминал не содержит процессора для выполнения команд, он выполняет только операции по вводу и передаче команд пользователя другому компьютеру и выдаче пользователю результата.
Рынок современных компьютеров и число выпускаемых машин определяются рыночными потребностями.
В данной статье описаны основные этапы развития компьютеров. Описаны основные направления развития компьютерных технологий и причины их этого развития.
В ходе эволюции компьютерных технологий были разработаны сотни разных компьютеров. Многие из них давно забыты, в то время как влияние других на современные идеи оказалось весьма значительным. В этой статье мы дадим краткий обзор некоторых ключевых исторических моментов, чтобы лучше понять, каким образом разработчики дошли до концепции современных компьютеров. Мы рассмотрим только основные моменты развития, оставив многие подробности за скобками. Компьютеры, которые мы будем рассматривать, представлены в таблице ниже.
Основные этапы истории развития компьютеров:
| Год выпуска | Название компьютера | Создатель | Примечания |
|---|---|---|---|
| 1834 | Аналитическая машина | Бэббидж | Первая попытка построить цифровой компьютер |
| 1936 | Z1 | Зус | Первая релейная вычислительная машина |
| 1943 | COLOSSUS | Британское правительство | Первый электронный компьютер |
| 1944 | Mark I | Айкен | Первый американский многоцелевой компьютер |
| 1946 | ENIAC I | Экерт/Моушли | С этой машины начинается история современных компьютеров |
| 1949 | EDSAC | Уилкс | Первый компьютер с программами, хранящимися в памяти |
| 1951 | Whirlwind I | МТИ | Первый компьютер реального времени |
| 1952 | IAS | Фон Нейман | Этот проект используется в большинстве современных компьютеров |
| 1960 | PDP-1 | DEC | Первый мини-компьютер (продано 50 экземпляров) |
| 1961 | 1401 | IBM | Очень популярный маленький компьютер |
| 1962 | 7094 | IBM | Очень популярная небольшая вычислительная машина |
| 1963 | В5000 | Burroughs | Первая машина, разработанная для языка высокого уровня |
| 1964 | 360 | IBM | Первое семейство компьютеров |
| 1964 | 6600 | CDC | Первый суперкомпьютер для научных расчетов |
| 1965 | PDP-8 | DEC | Первый мини-компьютер массового потребления (продано 50 000 экземпляров) |
| 1970 | PDP-11 | DEC | Эти мини-компьютеры доминировали на компьютерном рынке в 70-е годы |
| 1974 | 8080 | Intel | Первый универсальный 8-разрядный компьютер на микросхеме |
| 1974 | CRAY-1 | Cray | Первый векторный суперкомпьютер |
| 1978 | VAX | DEC | Первый 32-разрядный суперминикомпьютер |
| 1981 | IBM PC | IBM | Началась эра современных персональных компьютеров |
| 1981 | Osbome-1 | Osborne | Первый портативный компьютер |
| 1983 | Lisa | Apple | Первый ПК с графическим пользовательским интерфейсом |
| 1985 | 386 | Intel | Первый 32-разрядный предшественник линейки Pentium |
| 1985 | MIPS | MIPS | Первый компьютер RISC |
| 1987 | SPARC | Sun | Первая рабочая станция RISC на основе процессора SPARC |
| 1990 | RS6000 | IBM | Первый суперскалярный компьютер |
| 1992 | Alpha | DEC | Первый 64-разрядный ПК |
| 1993 | Newton | Apple | Первый карманный компьютер |
Всего из истории можно выделить 6 этапов развития компьютеров: поколение механических компьютеров, компьютеры на электронных лампах (такие, как ENIAC), транзисторные компьютеры (IBM 7094), первые компьютеры на интегральных схемах (IBM 360), персональные компьютеры (линейки с ЦП Intel) и, так называемые, невидимые компьютеры.
Первым человеком, создавшим счетную машину, был французский ученый Блез Паскаль (1623-1662), в честь которого назван один из языков программирования. Паскаль сконструировал эту машину в 1642 году, когда ему было всего 19 лет, для своего отца, сборщика налогов. Это была механическая конструкция с шестеренками и ручным приводом. Счетная машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания.
Тридцать лет спустя великий немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) построил другую механическую машину, которая помимо сложения и вычитания могла выполнять операции умножения и деления. В сущности, Лейбниц три века назад создал подобие карманного калькулятора с четырьмя функциями.
Еще через 150 лет профессор математики Кембриджского Университета, Чарльз Бэббидж (1792-1871), изобретатель спидометра, разработал и сконструировал разностную машину . Эта механическая машина, которая, как и машина Паскаля, могла лишь складывать и вычитать, подсчитывала таблицы чисел для морской навигации. В машину был заложен только один алгоритм - метод конечных разностей с использованием полиномов. У этой машины был довольно интересный способ вывода информации: результаты выдавливались стальным штампом на медной дощечке, что предвосхитило более поздние средства ввода-вывода - перфокарты и компакт-диски.
Хотя его устройство работало довольно неплохо, Бэббиджу вскоре наскучила машина, выполнявшая только один алгоритм. Он потратил очень много времени, большую часть своего семейного состояния и еще 17 000 фунтов, выделенных правительством, на разработку аналитической машины. У аналитической машины было 4 компонента: запоминающее устройство (память), вычислительное устройство, устройство ввода (для считывания перфокарт), устройство вывода (перфоратор и печатающее устройство). Память состояла из 1000 слов по 50 десятичных разрядов; каждое из слов содержало переменные и результаты. Вычислительное устройство принимало операнды из памяти, затем выполняло операции сложения, вычитания, умножения или деления и возвращало полученный результат обратно в память. Как и разностная машина, это устройство было механическим.
Преимущество аналитической машины заключалось в том, что она могла выполнять разные задания. Она считывала команды с перфокарт и выполняла их. Некоторые команды приказывали машине взять 2 числа из памяти, перенести их в вычислительное устройство, выполнить над ними операцию (например, сложить) и отправить результат обратно в запоминающее устройство. Другие команды проверяли число, а иногда совершали операцию перехода в зависимости от того, положительное оно или отрицательное. Если в считывающее устройство вводились перфокарты с другой программой, то машина выполняла другой набор операций. То есть в отличие от разностной аналитическая машина могла выполнять несколько алгоритмов.
Поскольку аналитическая машина программировалась на элементарном ассемблере, ей было необходимо программное обеспечение. Чтобы создать это программное обеспечение, Бэббидж нанял молодую женщину - Аду Августу Ловлейс (Ada Augusta Lovelace), дочь знаменитого британского поэта Байрона. Ада Ловлейс была первым в мире программистом. В ее честь назван современный язык программирования - Ada.
К несчастью, подобно многим современным инженерам, Бэббидж никогда не отлаживал компьютер. Ему нужны были тысячи и тысячи шестеренок, сделанных с такой точностью, которая в XIX веке была недоступна. Но идеи Бэббиджа опередили его эпоху, и даже сегодня большинство современных компьютеров по конструкции сходны с аналитической машиной. Поэтому справедливо будет сказать, что Бэббидж был дедушкой современного цифрового компьютера.
В конце 30-х годов немец Конрад Зус (Konrad Zuse) сконструировал несколько автоматических счетных машин с использованием электромагнитных реле. Ему не удалось получить денежные средства от правительства на свои разработки, потому что началась война. Зус ничего не знал о работе Бэббиджа, его машины были уничтожены во время бомбежки Берлина в 1944 году, поэтому его работа никак не повлияла на будущее развитие компьютерной техники. Однако он был одним из пионеров в этой области.
Немного позже счетные машины были сконструированы в Америке. Машина Джона Атанасова (John Atanasoff) была чрезвычайно развитой для того времени. В ней использовалась бинарная арифметика и информационные емкости, которые периодически обновлялись, чтобы избежать уничтожения данных. Современная динамическая память (ОЗУ) работает по точно такому же принципу. К несчастью, эта машина так и не стала действующей. В каком-то смысле Атанасов был похож на Бэббиджа - мечтатель, которого не устраивали технологии своего времени.
Компьютер Джорджа Стибитса (George Stibbitz) действительно работал, хотя и был примитивнее, чем машина Атанасова. Стибитс продемонстрировал свою машину на конференции в Дартмутском колледже в 1940 году. На этой конференции присутствовал Джон Моушли (John Mauchley), ничем не примечательный на тот момент профессор физики из университета Пенсильвании. Позднее он стал очень известным в области компьютерных разработок.
Пока Зус, Стибитс и Атанасов разрабатывали автоматические счетные машины, молодой Говард Айкен (Howard Aiken) в Гарварде упорно проектировал ручные счетные машины в рамках докторской диссертации. После окончания исследования Айкен осознал важность автоматических вычислений. Он пошел в библиотеку, прочитал о работе Бэббиджа и решил создать из реле такой же компьютер, который Бэббиджу не удалось создать из зубчатых колес.
Работа над первым компьютером Айкена «Mark I» была закончена в 1944 году. Компьютер имел 72 слова по 23 десятичных разряда каждое и мог выполнить любую команду за 6 секунд. В устройствах ввода-вывода использовалась перфолента. К тому времени, как Айкен закончил работу над компьютером «Mark II», релейные компьютеры уже устарели. Началась эра электроники.
Стимулом к созданию электронного компьютера стала Вторая мировая война. В начале войны германские подводные лодки разрушали британские корабли. Германские адмиралы посылали на подводные лодки по радио команды, и хотя англичане могли перехватывать эти команды, проблема была в том, что радиограммы были закодированы с помощью прибора под названием ENIGMA , предшественник которого был спроектирован изобретателем-дилетантом и бывшим президентом США Томасом Джефферсоном.
В начале войны англичанам удалось приобрести ENIGMA у поляков, которые, в свою очередь, украли ее у немцев. Однако, чтобы расшифровать закодированное послание, требовалось огромное количество вычислений, и их нужно было произвести сразу после перехвата радиограммы. Поэтому британское правительство основало секретную лабораторию для создания электронного компьютера под названием COLOSSUS. В создании этой машины принимал участие знаменитый британский математик Алан Тьюринг. COLOSSUS работал уже в 1943 году, но, так как британское правительство полностью контролировало этот проект и рассматривало его как военную тайну на протяжении 30 лет, COLOSSUS не стал базой для дальнейшего развития компьютеров. Мы упомянули о нем только потому, что это был первый в мире электронный цифровой компьютер.
Вторая мировая война повлияла на развитие компьютерной техники и в США. Армии нужны были таблицы, которые использовались при нацеливании тяжелой артиллерии. Сотни женщин нанимались для расчетов на ручных счетных машинах и заполнения полей этих таблиц (считалось, что женщины аккуратнее в расчетах, чем мужчины). Тем не менее этот процесс требовал много времени, и часто случались ошибки.
Джон Моушли, который был знаком с работами Атанасова и Стибблитса, понимал, что армия заинтересована в счетных машинах. Он потребовал от армии финансирования работ по созданию электронного компьютера. Требование было удовлетворено в 1943 году, и Моушли со своим студентом Дж. Преспером Экертом (J. Presper Eckert) начали конструировать электронный компьютер, который они назвали ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный цифровой интегратор и калькулятор). ENIAC состоял из 18 000 электровакуумных ламп и 1500 реле, весил 30 тонн и потреблял 140 киловатт электроэнергии. У машины было 20 регистров, каждый из которых мог содержать 10-разрядное десятичное число. (Десятичный регистр - это память очень маленького объема, которая может вмещать число до какого-либо определенного максимального количества разрядов, что-то вроде одометра, запоминающего километраж пройденного автомобилем пути.) В ENIAC было установлено 6000 многоканальных переключателей и имелось множество кабелей, протянутых к разъемам.
Работа над машиной была закончена в 1946 году, когда она уже была не нужной - по крайней мере, для достижения первоначально поставленных целей.
Поскольку война закончилась, Моушли и Экерту позволили организовать школу, где они рассказывали о своей работе коллегам-ученым. В этой школе и зародился интерес к созданию больших цифровых компьютеров.
После появления школы за конструирование электронных вычислительных машин взялись другие исследователи. Первым рабочим компьютером был EDSAC (1949 год). Эту машину сконструировал Морис Уилкс в Кембриджском университете. Далее - JOHNIAC в корпорации Rand, ILLIAC в Университете Иллинойса, MANIAC в лаборатории Лос-Аламоса и WEIZAC в Институте Вайцмана в Израиле.
Экерт и Моушли вскоре начали работу над машиной EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer - электронная дискретная параметрическая машина). К несчастью, этот проект закрылся, когда они ушли из университета, чтобы основать компьютерную корпорацию в Филадельфии (Силиконовой долины тогда еще не было). После ряда слияний эта компания превратилась в Unisys Corporation.
Экерт и Моушли хотели получить патент на изобретение цифровой вычислительной машины. После нескольких лет судебной тяжбы было вынесено решение, что патент недействителен, так как цифровую вычислительную машину изобрел Атанасов, хотя он ее и не запатентовал.
В то время как Экерт и Моушли работали над машиной EDVAC, один из участников проекта ENIAC, Джон Фон Нейман, поехал в Институт специальных исследований в Принстоне, чтобы сконструировать собственную версию EDVAC под названием IAS (Immediate Address Storage - память с прямой адресацией). Фон Нейман был гением в тех же областях, что и Леонардо да Винчи. Он знал много языков, был специалистом в физике и математике, обладал феноменальной памятью: он помнил все, что когда-либо слышал, видел или читал. Он мог дословно процитировать по памяти текст книг, которые читал несколько лет назад. Когда фон Нейман стал интересоваться вычислительными машинами, он уже был самым знаменитым математиком в мире.
Фон Нейман вскоре осознал, что создание компьютеров с большим количеством переключателей и кабелей требует длительного времени и очень утомительно. Он пришел к мысли, что программа должна быть представлена в памяти компьютера в цифровой форме, вместе с данными. Он также отметил, что десятичная арифметика, используемая в машине ENIAC, где каждый разряд представлялся десятью электронными лампами A включена и 9 выключены), должна быть заменена параллельной бинарной арифметикой. Между прочим, Атанасов пришел к аналогичному выводу лишь спустя несколько лет.
Основной проект, который фон Нейман описал вначале, известен сейчас как фон-неймановская вычислительная машина . Он был использован в EDSAC, первой машине с программой в памяти, и даже сейчас, более чем полвека спустя, является основой большинства современных цифровых компьютеров. Сам замысел и машина IAS оказали очень большое влияние на дальнейшее развитие компьютерной техники, поэтому стоит кратко описать проект фон Неймана. Стоит иметь в виду, что хоть проект и связан с именем фон Неймана, в его разработке приняли деятельное участие другие ученые - в частности, Голдстайн. Архитектуру этой машины иллюстрирует следующий рисунок:
Машина фон Неймана состояла из пяти основных частей: памяти, арифметико-логического устройства, устройства управления, а также устройств ввода-вывода. Память включала 4096 слов размером по 40 бит, бит - это 0 или 1. Каждое слово содержало или 2 команды по 20 бит, или целое число со знаком на 40 бит. 8 бит указывали на тип команды, а остальные 12 бит определяли одно из 4096 слов. Арифметический блок и блок управления составляли «мозговой центр» компьютера. В современных машинах эти блоки сочетаются в одной микросхеме, называемой центральным процессором (ЦП) .
Внутри арифметико-логического устройства находился особый внутренний регистр на 40 бит, так называемый аккумулятор. Типичная команда добавляла слово из памяти в аккумулятор или сохраняла содержимое аккумулятора в памяти. Эта машина не выполняла арифметические операции с плавающей точкой, поскольку Фон Нейман считал, что любой сведущий математик способен держать плавающую точку в голове.
Примерно в то же время, когда Фон Нейман работал над машиной IAS, исследователи МТИ разрабатывали свой компьютер Whirlwind I. В отличие от IAS, ENIAC и других машин того же типа со словами большой длины, машина Whirlwind I имела слова по 16 бит и предназначалась для работы в реальном времени. Этот проект привел к изобретению Джеем Форрестером (Jay Forrester) памяти на магнитном сердечнике, а затем и первого серийного мини-компьютера.
В то время IBM была маленькой компанией, производившей перфокарты и механические машины для сортировки перфокарт. Хотя фирма IBM частично финансировала проект Айкена, она не интересовалась компьютерами и только в 1953 году построила компьютер 701, через много лет после того, как компания Экерта и Моушли со своим компьютером UNIVAC стала номером один на компьютерном рынке.
В 701 было 2048 слов по 36 бит, каждое слово содержало две команды. 701 стал первым компьютером, лидирующим на рынке в течение десяти лет. Через три года появился компьютер 704, у которого было 4 Кбайт памяти на магнитных сердечниках, команды по 36 бит и процессор с плавающей точкой. В 1958 году компания IBM начала работу над последним компьютером на электронных лампах, 709, который по сути представлял собой усложненную версию 704.
Транзистор был изобретен сотрудниками лаборатории Bell Laboratories Джоном Бардином Oohn Bardeen), Уолтером Браттейном (Walter Brattain) и Уильямом Шокли (William Shockley), за что в 1956 году они получили Нобелевскую премию в области физики. В течение десяти лет транзисторы совершили революцию в производстве компьютеров, и к концу 50-х годов компьютеры на вакуумных лампах уже безнадежно устарели. Первый компьютер на транзисторах был построен в лаборатории МТИ (Массачусетским Техническим Институтом). Он содержал слова из 16 бит, как и Whirlwind I. Компьютер назывался ТХ-0 (Transistorized experimental computer 0 - экспериментальная транзисторная вычислительная машина 0) и предназначался только для тестирования будущей машины ТХ-2.
Машина ТХ-2 не имела большого значения, но один из инженеров этой лаборатории, Кеннет Ольсен (Kenneth Olsen), в 1957 году основал компанию DEC (Digital Equipment Corporation - корпорация по производству цифровой аппаратуры), чтобы производить серийную машину, сходную с ТХ-0. Эта машина, PDP-1, появилась только через четыре года главным образом потому, что те, кто финансировал DEC, считали производство компьютеров невыгодным. Поэтому компания DEC продавала в основном небольшие электронные платы.
Компьютер PDP-1 появился только в 1961 году. Он имел 4096 слов по 18 бит и быстродействие 200 000 команд в секунду. Этот параметр был в два раза меньше, чем у 7090, транзисторного аналога 709. PDP-1 был самым быстрым компьютером в мире в то время. PDP-1 стоил 120 000 долларов, в то время как 7090 стоил миллионы. Компания DEC продала десятки компьютеров PDP-1, и так появилась компьютерная промышленность.
Одну из первых машин модели PDP-1 отдали в МТИ, где она сразу привлекла внимание некоторых молодых исследователей, подающих большие надежды. Одним из нововведений PDP-1 был дисплей размером 512 х 512 пикселов, на котором можно было рисовать точки. Вскоре студенты МТИ составили специальную программу для PDP-1, чтобы играть в «Войну миров» - первую в мире компьютерную игру.
Через несколько лет компания DEC разработала модель PDP-8, 12-разрядный компьютер. PDP-8 стоил гораздо дешевле, чем PDP-1 A6 000 долларов). Главное нововведение - единственная шина (omnibus), показанная на рис. 1.5. Шина - это набор параллельно соединенных проводов для связи компонентов компьютера. Это нововведение радикально отличало PDP-8 от IAS. Такая структура с тех пор стала использоваться во всех компьютерах. Компания DEC продала 50 000 компьютеров модели PDP-8 и стала лидером на рынке мини-компьютеров.
Как уже отмечалось, с изобретением транзисторов компания IBM построила транзисторную версию 709 - 7090, а позднее - 7094. У этой версии время цикла составляло 2 микросекунды, а память состояла из 32 536 слов по 36 бит. 7090 и 7094 были последними компьютерами типа ENIAC, но они широко использовались для научных расчетов в 60-х годах прошлого века.
Компания IBM выпускала также компьютеры 1401 для коммерческих расчетов. Эта машина могла считывать и записывать магнитные ленты и перфокарты и распечатывать результат так же быстро, как и 7094, но при этом стоила дешевле. Для научных вычислений она не подходила, но зато была очень удобна для ведения деловых записей.
У 1401 не было регистров и фиксированной длины слова. Память содержала 4000 байт по 8 бит (в более поздних моделях объем увеличился до немыслимых в то время 16 000 байт). Каждый байт содержал символ в 6 бит, административный бит и бит для указания конца слова. У команды MOVE, например, есть исходный адрес и адрес пункта назначения. Эта команда перемещает байты из первого адреса во второй, пока бит конца слова не примет значение 1.
В 1964 году компания CDC (Control Data Corporation) выпустила машину 6600, которая работала почти на порядок быстрее, чем 7094. Этот компьютер для сложных расчетов пользовался большой популярностью, и компания CDC пошла «в гору». Секрет столь высокого быстродействия заключался в том, что внутри ЦПУ (центрального процессора) находилась машина с высокой степенью параллелизма. У нее было несколько функциональных устройств для сложения, умножения и деления, и все они могли работать одновременно. Для того чтобы машина быстро работала, требовалось составить хорошую программу, а приложив некоторые усилия, можно было сделать так, чтобы машина выполняла 10 команд одновременно.
Внутри машины 6600 было встроено несколько маленьких компьютеров. Центральный процессор, таким образом, производил только подсчет чисел, а остальные функции (управление работой машины, а также ввод и вывод информации) выполняли маленькие компьютеры. Некоторые принципы работы устройства 6600 используются и в современных компьютерах.
Разработчик компьютера 6600 Сеймур Крей (Seymour Cray) был легендарной личностью, как и фон Нейман. Он посвятил всю свою жизнь созданию очень мощных компьютеров, которые сейчас называют суперкомпьютерами . Среди них можно назвать 6600, 7600 и Сгау-1. Сеймур Крей также является автором известного «алгоритма покупки автомобилей»: вы идете в магазин, ближайший к вашему дому, показываете на машину, ближайшую к двери, и говорите: «Я беру эту». Этот алгоритм позволяет тратить минимум времени на не очень важные дела (покупку автомобилей) и позволяет большую часть времени на важные (разработку суперкомпьютеров).
Следует упомянуть еще один компьютер - Burroughs B5000. Разработчики машин PDP-1, 7094 и 6600 занимались только аппаратным обеспечением, стараясь снизить его стоимость (DEC) или заставить работать быстрее (IBM и CDC). Программное обеспечение не менялось. Производители В5000 пошли другим путем. Они разработали машину с намерением программировать ее на языке Algol 60 (предшественнике языков С и Java), сконструировав аппаратное обеспечение так, чтобы упростить задачу компилятора. Так появилась идея, что при
разработке компьютера нужно также учитывать и программное обеспечение. Но вскоре эта идея была забыта.
Изобретение в 1958 году Робертом Нойсом (Robert Noyce) кремниевой интегральной схемы означало возможность размещения на одной небольшой микросхеме десятков транзисторов. Компьютеры на интегральных схемах были меньшего размера, работали быстрее и стоили дешевле, чем их предшественники на транзисторах.
К 1964 году компания IBM лидировала на компьютерном рынке, но существовала одна большая проблема: компьютеры 7094 и 1401, которые она выпускала, были несовместимы друг с другом. Один из них предназначался для сложных расчетов, в нем использовалась двоичная арифметика на регистрах по 36 бит, во втором применялась десятичная система счисления и слова разной длины. У многих покупателей были оба этих компьютера, и им не нравилось, что они совершенно несовместимы.
Когда пришло время заменить эти две серии компьютеров, компания IBM сделала решительный шаг. Она выпустила линейку транзисторных компьютеров System/360, которые были предназначены как для научных, так и для коммерческих расчетов. Линейка System/360 имела много нововведений. Это было целое семейство компьютеров для работы с одним языком (ассемблером). Каждая новая модель была больше по возможностям, чем предыдущая. Компания смогла заменить 1401 на 360 (модель 30), а 7094 - на 360 (модель 75). Модель 75 была больше по размеру, работала быстрее и стоила дороже, но программы, написанные для одной из них, могли использоваться в другой. На практике программы, написанные для маленькой модели, выполнялись большой моделью без особых затруднений. Но в случае переноса программного обеспечения с большой машины на маленькую могло не хватить памяти. И все же создание такой линейки компьютеров было большим достижением. Идея создания семейств компьютеров вскоре стала очень популярной, и в течение нескольких лет большинство компьютерных компаний выпустили серии сходных машин с разной стоимостью и функциями. В табл. ниже показаны некоторые параметры первых моделей из семейства 360. О других моделях этого семейства мы расскажем далее.
Первые модели серии IBM 360:
| Параметры | Модель 30 | Модель 40 | Модель 50 | Модель 65 |
| Относительная производительность | 1 | 3,5 | 10 | 21 |
| Время цикла (нс) | 1000 | 625 | 500 | 250 |
| Максимальный объем памяти (байт) | 65536 | 262144 | 262144 | 524288 |
| Количество байтов, вызываемых из памяти за 1 цикл | 1 | 2 | 4 | 16 |
| Максимальное число каналов данных | 3 | 3 | 4 | 6 |
Еще одно нововведение в 360 - мультипрограммирование . В памяти компьютера могло находиться одновременно несколько программ, и пока одна программа ждала, когда закончится процесс ввода-вывода, другая выполнялась. В результате ресурсы процессора расходовались более рационально.
Компьютер 360 был первой машиной, которая могла полностью эмулировать работу других компьютеров. Маленькие модели могли эмулировать 1401, а большие - 7094, поэтому программисты могли оставлять свои старые программы без изменений и использовать их в работе с 360. Некоторые модели 360 выполняли программы, написанные для 1401, гораздо быстрее, чем сама 1401, поэтому стала бессмысленной переделка программ.
Компьютеры серии 360 могли эмулировать работу других компьютеров, потому что создавались с использованием микропрограммирования. Нужно было написать всего лишь три микропрограммы: одну - для системы команд 360, другую - для системы команд 1401, третью - для системы команд 7094. Требование гибкости стало одной из главных причин применения микропрограммирования.
Компьютеру 360 удалось разрешить дилемму между двоичной и десятичной системами счисления: у этого компьютера было 16 регистров по 32 бит для бинарной арифметики, но память состояла из байтов, как у 1401. В 360 использовались такие же команды для перемещения записей разного размера из одной части памяти в другую, как ив 1401.
Объем памяти у 360 составлял 2 24 байт (16 Мбайт). В те времена такой объем памяти казался огромным. Линейка 360 позднее сменилась линейкой 370, затем 4300, 3080, 3090. У всех этих компьютеров была сходная архитектура. К середине 80-х годов 16 Мбайт памяти стало недостаточно, и компании IBM пришлось частично отказаться от совместимости, чтобы перейти на 32-разрядную адресацию, необходимую для памяти объемом в 2 32 байт.
Можно было бы предположить, что поскольку у машин были слова в 32 бит и регистры, у них вполне могли бы быть и адреса в 32 бит. Но в то время никто не мог даже представить себе компьютер с объемом памяти в 16 Мбайт. Обвинять IBM в отсутствии предвидения все равно что обвинять современных производителей персональных компьютеров в том, что адреса в них всего по 32 бит. Возможно, через несколько лет объем памяти компьютеров будет составлять намного больше 4 Гбайт, и тогда адресов в 32 бит будет недостаточно.
Мир мини-компьютеров сделал большой шаг вперед в третьем поколении вместе с производством линейки компьютеров PDP-11, последователей PDP-8 со словами по 16 бит. Во многих отношениях компьютер PDP-11 был младшим братом 360, a PDP-1 - младшим братом 7094. И у 360, и у PDP-11 были регистры, слова, память с байтами, и в обеих линейках компьютеры имели разную стоимость и разные функции. PDP-1 широко использовался, особенно в университетах, и компания DEC продолжала лидировать среди производителей мини-компьютеров.
Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС) в 80-х годах позволило помещать на одну плату сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец, миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров меньшего размера и более быстродействующих. До появления PDP-1 компьютеры были настолько велики и дороги, что компаниям и университетам приходилось иметь специальные отделы (вычислительные центры ). К 80-м годам цены упали так сильно, что возможность приобретать компьютеры появилась не только у организаций, но и у отдельных людей. Началась эра персональных компьютеров.
Персональные компьютеры требовались совсем для других целей, чем их предшественники. Они применялись для обработки слов, электронных таблиц, а также для выполнения приложений с высоким уровнем интерактивности (например, игр), с которыми большие компьютеры не справлялись.
Первые персональные компьютеры продавались в виде комплектов. Каждый комплект содержал печатную плату, набор интегральных схем, обычно включающий схему Intel 8080, несколько кабелей, источник питания и иногда 8-дюймовый дисковод. Сложить из этих частей компьютер покупатель должен был сам. Программное обеспечение к компьютеру не прилагалось. Покупателю приходилось писать программное обеспечение самому. Позднее появилась операционная система СР/М, написанная Гари Килдаллом (Gary Kildall) для Intel 8080. Эта действующая операционная система помещалась на дискету, она включала в себя систему управления файлами и интерпретатор для выполнения пользовательских команд, которые набирались с клавиатуры.
Еще один персональный компьютер, Apple (а позднее и Apple II), был разработан Стивом Джобсом (Steve Jobs) и Стивом Возняком (Steve Wozniak). Этот компьютер стал чрезвычайно популярным среди домашних пользователей и школ, что в мгновение ока сделало компанию Apple серьезным игроком на рынке.
Наблюдая за тем, чем занимаются другие компании, компания IBM, лидирующая тогда на компьютерном рынке, тоже решила заняться производством персональных компьютеров. Но вместо того, чтобы конструировать компьютер на основе отдельных компонентов IBM «с нуля», что заняло бы слишком много времени, компания предоставила одному из своих работников, Филипу Эстриджу (Philip Estridge), большую сумму денег, приказала ему отправиться куда-нибудь подальше от вмешивающихся во все бюрократов главного управления компании, находящегося в Армонке (шт. Нью-Йорк), и не возвращаться, пока не будет создан действующий персональный компьютер. Эстридж открыл предприятие достаточно далеко от главного управления компании (во Флориде), взял Intel 8088 в качестве центрального процессора и создал персональный компьютер из разнородных компонентов. Этот компьютер (IBM PC) появился в 1981 году и стал самым покупаемым компьютером в истории.
Однако компания IBM сделала одну вещь, о которой позже пожалела. Вместо того чтобы держать проект машины в секрете (или, по крайней мере, оградить себя патентами), как она обычно делала, компания опубликовала полные проекты, включая все электронные схемы, в книге стоимостью 49 долларов. Эта книга была опубликована для того, чтобы другие компании могли производить сменные платы для IBM PC, что повысило бы совместимость и популярность этого компьютера. К несчастью для IBM, как только проект IBM PC стал широко известен, многие компании начали делать клоны PC и часто продавали их гораздо дешевле, чем IBM (поскольку все составные части компьютера можно было легко приобрести). Так началось бурное производство персональных компьютеров.
Хотя некоторые компании (такие, как Commodore, Apple и Atari) производили персональные компьютеры с использованием своих процессоров, а не процессоров Intel, потенциал производства IBM PC был настолько велик, что другим компаниям приходилось пробиваться с трудом. Выжить удалось только некоторым из них, и то лишь потому, что они специализировались в узких областях, например, в производстве рабочих станций или суперкомпьютеров.
Первая версия IBM PC была оснащена операционной системой MS-DOS, которую выпускала тогда еще крошечная корпорация Microsoft. IBM и Microsoft совместно разработали последовавшую за MS-DOS операционную систему OS/2, характерной чертой которой был графический пользовательский интерфейс (Graphical User Interface, GUI), сходный с интерфейсом Apple Macintosh. Между тем компания Microsoft также разработала собственную операционную систему Windows, которая работала на основе MS-DOS, на случай, если OS/2 не будет иметь спроса. OS/2 действительно не пользовалась спросом, a Microsoft успешно продолжала выпускать операционную систему Windows, что послужило причиной грандиозного раздора между IBM и Microsoft. Легенда о том, как крошечная компания Intel и еще более крошечная, чем Intel, компания Microsoft умудрились свергнуть IBM, одну из самых крупных, самых богатых и самых влиятельных корпораций в мировой истории, подробно излагается в бизнес-школах всего мира.
Первоначальный успех процессора 8088 воодушевил компанию Intel на его дальнейшие усовершенствования. Особо примечательна версия 386, выпущенная в 1985 году, - это первый представитель линейки Pentium. Современные процессоры Pentium гораздо быстрее процессора 386, но с точки зрения архитектуры они просто представляют собой его более мощные версии.
В середине 80-х годов на смену CISC (Complex Instruction Set Computer - компьютер с полным набором команд) пришел компьютер RISC (Reduced Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд). RISC-команды были проще и работали гораздо быстрее. В 90-х годах появились суперскалярные процессоры, которые могли выполнять много команд одновременно, часто не в том порядке, в котором они располагаются в программе.
Вплоть до 1992 года персональные компьютеры были 8-, 16- и 32-разрядными. Затем появилась революционная 64-разрядная модель Alpha производства DEC - самый что ни на есть настоящий RISC-компьютер, намного превзошедший по показателям производительности все прочие ПК. Впрочем, тогда коммерческий успех этой модели оказался весьма скромным - лишь через десятилетие 64-разрядиые машины приобрели популярность, да и то лишь в качестве профессиональных серверов.
В 1981 году правительство Японии объявило о намерениях выделить национальным компаниям 500 миллионов долларов на разработку компьютеров пятого поколения на основе технологий искусственного интеллекта, которые должны были потеснить «тугие на голову» машины четвертого поколения. Наблюдая за тем, как японские компании оперативно захватывают рыночные позиции в самых разных областях промышленности - от фотоаппаратов до стереосистем и телевизоров, - американские и европейские производители в панике бросились требовать у своих правительств аналогичных субсидий и прочей поддержки. Однако несмотря на большой шум, японский проект разработки компьютеров пятого поколения в конечном итоге показал свою несостоятельность и был аккуратно «задвинут в дальний ящик». В каком-то смысле эта ситуация оказалась близка той, с которой столкнулся Беббидж: идея настолько опередила свое время, что для ее реализации не нашлось адекватной технологической базы.
Тем не менее то, что можно назвать пятым поколением компьютеров, все же материализовалось, но в весьма неожиданном виде - компьютеры начали стремительно уменьшаться. Модель Apple Newton, появившаяся в 1993 году, наглядно доказала, что компьютер можно уместить в корпусе размером с кассетный плеер. Рукописный ввод, реализованный в Newton, казалось бы, усложнил дело, но впоследствии пользовательский интерфейс подобных машин, которые теперь называются персональными электронными секретарями (Personal Digital Assistants, PDA ), или просто карманными компьютерами , был усовершенствован и приобрел широкую популярность. Многие карманные компьютеры сегодня не менее мощны, чем обычные ПК двух-трехлетней давности.
Но даже карманные компьютеры не стали по-настоящему революционной разработкой. Значительно большее значение придается так называемым «невидимым» компьютерам - тем, что встраиваются в бытовую технику, часы, банковские карточки и огромное количество других устройств. Процессоры этого типа предусматривают широкие функциональные возможности и не менее широкий спектр вариантов применения за весьма умеренную цену. Вопрос о том, можно ли свести эти микросхемы в одно полноценное поколение (а существуют
они с 1970-х годов), остается дискуссионным. Факт в том, что они на порядок расширяют возможности бытовых и других устройств. Уже сейчас влияние невидимых компьютеров на развитие мировой промышленности очень велико, и с годами оно будет возрастать. Одной из особенностей такого рода компьютеров является то, что их аппаратное и программное обеспечение зачастую проектируется методом соразработки
.
Итак, к первому поколению причисляются компьютеры на электронных лампах (такие, как ENIAC
), ко второму - транзисторные машины (IBM 7094
), к третьему - первые компьютеры на интегральных схемах (IBM 360
), к четвертому - персональные компьютеры (линейки ЦП Intel
). Что же касается пятого поколения, то оно больше ассоциируется не с конкретной архитектурой, а со сменой парадигмы. Компьютеры будущего будут встраиваться во все мыслимые и немыслимые устройства и за счет этого действительно станут невидимыми. Они
прочно войдут в повседневную жизнь - будут открывать двери, включать лампы, распределять деньги и выполнять тысячи других обязанностей. Эта модель, разработанная Марком Вайзером (Mark Weiser) в поздний период его деятельности, первоначально получила название повсеместной компьютеризации
, но в настоящее время не менее распространен термин «всепроникающая компьютеризация
». Это явление обещает изменить мир не менее радикально, чем промышленная революция.
По материалам книги Э. Танненбаума «Архитектура компьютера», 5 издание.
В конце XIX века Герман Холлерит в Америке изобрел счетно-перфорационные машины. В них использовались перфокартыдля хранения числовой информации.
Каждая такая машина могла выполнять только одну определенную программу, манипулируя с перфокартами и числами, пробитыми на них.
Счетно-перфорационные машины осуществляли перфорацию,
сортировку, суммирование, вывод на печать числовых
таблиц. На этих машинах удавалось решать многие типовые
задачи статистической обработки, бухгалтерского учета и
другие.
Г. Холлерит основал фирму по выпуску счетно-перфорационных машин, которая затем была преобразована в фирму IBM - ныне самого известного в мире производителя компьютеров.
Непосредственными предшественниками ЭВМ были релейные вычислительные машины.
К 30-м годам XX века получила большое развитие релейная автоматика, которая позволяла кодировать информацию в двоичном виде.
В процессе работы релейной машины происходят переключения тысяч реле из одного состояния в другое.
В первой половине XX века бурно
развивалась радиотехника. Основным элементом
радиоприемников и радиопередатчиков в то время были
электронно-вакуумные лампы.
Электронные лампы стали технической основой для первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ).
Первая ЭВМ - универсальная машина на электронных лампах построена в США в 1945 году.
Эта машина называлась ENIAC
(расшифровывается так: электронный цифровой интегратор и
вычислитель). Конструкторами ENIAC были Дж.Моучли и
Дж.Эккерт.
Скорость счета этой машины превосходила скорость релейных машин того времени в тысячу раз.
Первый электронный компьютер ENIAC программировался с помощью штеккерно-коммутационного способа, то есть программа строилась путем соединения проводниками отдельных блоков машины на коммутационной доске.
Эта сложная и утомительная процедура подготовки машины к работе делала ее неудобной в эксплуатации.
Основные идеи, по которым долгие годы развивалась вычислительная техника, были разработаны крупнейшим американским математиком Джоном фон Нейманом
В 1946 году в журнале «Nature» вышла статья Дж. фон Неймана, Г. Голдстайна и А. Беркса «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства».
В этой статье были изложены принципы устройства и работы ЭВМ. Главный из них - принцип хранимой в памяти программы, согласно которому данные и программа помещаются в общую память машины.
Принципиальное описание устройства и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ . Идеи, изложенные в упомянутой выше статье, получили название «архитектура ЭВМ Дж. фон Неймана».
В 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой Неймана - английская машина EDSAC.
Годом позже появилась американская ЭВМ EDVAC. Названные машины существовали в единственных экземплярах. Серийное производство ЭВМ началось в развитых странах мира в 50-х годах.
В нашей стране первая ЭВМ была
создана в 1951 году. Называлась
она МЭСМ - малая электронная счетнаямашина. Конструктором МЭСМ былСергей Алексеевич Лебедев
Под руководством С.А. Лебедева в 50-х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина), БЭСМ-2, М-20.
В то время эти машины были одними из лучших в мире.
В 60-х годах С.А.Лебедев руководил разработкой полупроводниковых ЭВМ БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4, М-220, М-222.
Выдающимся достижением того периода была машина БЭСМ-6. Это первая отечественная и одна из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в секунду. Последующие идеи и разработки С.А. Лебедева способствовали созданию более совершенных машин следующих поколений.
Электронно-вычислительную технику принято делить на поколения
Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники.
Это всегда приводило к росту вычислительной мощности ЭВМ, то есть быстродействия и объема памяти.
Но это не единственное следствие смены поколений. При таких переходах, происходили существенные изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.
Первое поколение ЭВМ - ламповые машины 50-х годов. Скорость счета самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тысяч операций в секунду (ЭВМ М-20).
Для ввода программ и данных использовались перфоленты и перфокарты.
Поскольку внутренняя память этих машин была невелика (могла вместить в себя несколько тысяч чисел и команд программы), то они, главным образом, использовались для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных.
Это были довольно громоздкие
сооружения, содержавшие в себе тысячи ламп, занимавшие
иногда сотни квадратных метров, потреблявшие
электроэнергию в сотни киловатт
Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд. Это довольно трудоемкая работа.
Поэтому программирование в те времена было доступно немногим.
В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. Транзисторы быстро внедрялись в радиотехнику.
Второе поколение ЭВМ
В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения .
Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими
Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч операций в секунду.
Объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения.
Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.
Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные, поисковые системы.
Такие системы связаны с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации.
Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них были ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ.
Составление программы перестало зависеть от модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.
Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.
Третье поколение ЭВМ
создавалось на новой элементной
базе - интегральных схемах. С помощью очень сложной технологии специалисты научились
монтировать на маленькой пластине из полупроводникового
материала, площадью менее 1 см, достаточно сложные
электронные схемы.
Их назвали интегральными схемами (ИС)
Первые ИС содержали в себе десятки, затем - сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.).
Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилась к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами - БИС; затем появились сверхбольшие интегральные схемы - СБИС.
ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Это были машины на ИС.
Немного позднее стали выпускаться машины серии IBM-370, построенные на БИС.
В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ) по образцу IBM-360/370.
Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры ЭВМ.
Появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом.
Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду.
На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств - магнитные диски .
Как и на магнитных лентах, на дисках можно хранить неограниченное количество информации.
Но накопители на магнитных дисках (НМД) работают гораздо быстрее, чем НМЛ.
Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи , графопостроители .
В этот период существенно расширились области применения ЭВМ. Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ).
В 70-е годы получила мощное
развитие линия малых (мини) ЭВМ. Своеобразным эталоном
здесь стали машины американской фирмы DEC серии PDP-11.
В нашей стране по этому образцу создавалась серия машин СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ). Они меньше, дешевле, надежнее больших машин.
Машины этого типа хорошо приспособлены для целей управления различными техническими объектами: производственными установками, лабораторным оборудованием, транспортными средствами. По этой причине их называют управляющими машинами.
Во второй половине 70-х годов производство мини-ЭВМ превысило производство больших машин.
Четвертое поколение ЭВМ
Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора .
Микропроцессор - это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера - процессора
Микропроцессор - это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память.
Первоначально
микропроцессоры стали встраивать в различные технические
устройства: станки, автомобили, самолеты
. Такие
микропроцессоры осуществляют автоматическое управление
работой этой техники.
Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микроЭВМ
МикроЭВМ относятся к машинам четвертого поколения.
Существенным отличием микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна.
Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.
Самой популярной разновидностью
ЭВМ сегодня являются персональные
компьютеры
Появление феномена персональных компьютеров связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка.
В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году - Apple-2.
Сущность того, что такое персональный компьютер, кратко можно сформулировать так:
ПК - это микроЭВМ с «дружественным» к пользователю аппаратным и программным обеспечением.
В аппаратном комплекте ПК используется
цветной графический дисплей,
манипуляторы типа «мышь»,
«джойстик»,
удобная клавиатура,
удобные для пользователя компактные диски (магнитные и оптические).
Программное обеспечение позволяет человеку легко общаться с машиной, быстро усваивать основные приемы работы с ней, получать пользу от компьютера, не прибегая к программированию.
Общение человека и ПК может принимать форму игры с красочными картинками на экране, звуковым сопровождением.
Неудивительно, что машины с такими свойствами быстро приобрели популярность, причем не только среди специалистов.
ПК становится такой же привычной бытовой техникой, как радиоприемник или телевизор. Их выпускают огромными тиражами, продают в магазинах.
С 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM.
Ее конструкторам удалось создать такую архитектуру, которая стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer).
В конце 80-х - начале 90-х годов большую популярность приобрели машины фирмы Apple Corporation марки Macintosh. В США они широко используются в системе образования.
Появление и
распространение ПК по своему значению для общественного
развития сопоставимо с появлением книгопечатания.
Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением.
С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых уже становится невозможным обойтись в большинстве областей деятельности человека.
Есть и другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения. Это - суперЭВМ. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду.
Первой суперЭВМ четвертого поколения была американская машина ILLIAC-4, за ней появились CRAY, CYBER и др.
Из отечественных машин к этой серии относится многопроцессорный вычислительный комплекс ЭЛЬБРУС.
ЭВМ пятого поколения
- это машины
недалекого будущего. Основным их качеством должен быть
высокий интеллектуальный уровень.
Машины пятого поколения - это реализованный искусственный интеллект.
Многое уже практически сделано в этом направлении.
В короткой истории компьютерной техники выделяют несколько периодов на основе того, какие основные элементы использовались для изготовления компьютера. Временное деление на периоды в определенной степени условно, т.к. когда еще выпускались компьютеры старого поколения, новое поколение начинало набирать обороты.
Можно выделить общие тенденции развития компьютеров:
Предпосылки к появлению компьютера формировались, наверное, с древних времен, однако нередко обзор начинают со счетной машины Блеза Паскаля, которую он сконструировал в 1642 г. Эта машина могла выполнять лишь операции сложения и вычитания. В 70-х годах того же века Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, умеющую выполнять операции не только сложения и вычитания, но и умножения и деления.
В XIX веке большой вклад в будущее развитие вычислительной техники сделал Чарльз Бэббидж. Его разностная машина , хотя и умела только складывать и вычитать, зато результаты вычислений выдавливались на медной пластине (аналог средств ввода-вывода информации). В дальнейшем описанная Бэббиджем аналитическая машина должна была выполнять все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода-вывода (прямо таки компьютер … только механический), а главное могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась в устройстве ввода). Программы для аналитической машины писала Ада Ловлейс (первый известный программист). На самом деле машина не была реализована в то время из-за технических и финансовых сложностей. Мир отставал от хода мыслей Бэббиджа.
В XX веке автоматические счетные машины конструировали Конрад Зус, Джорж Стибитс, Джон Атанасов. Машина последнего включала, можно сказать, прототип ОЗУ, а также использовала бинарную арифметику. Релейные компьютеры Говарда Айкена: «Марк I» и «Марк II» были схожи по архитектуре с аналитической машиной Бэббиджа.
Быстродействие: несколько десятков тысяч операций в секунду.
Особенности:
Примеры компьютеров:
Колоссус – секретная разработка британского правительства (в разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это первый в мире электронный компьютер, хотя и не оказавший влияние на развитие компьютерной техники (из-за своей секретности), но помог победить во Второй мировой войне.
Эниак . Создатели: Джон Моушли и Дж. Преспер Экерт. Вес машины 30 тонн. Минусы: использование десятичной системы счисления; множество переключателей и кабелей.
Эдсак . Достижение: первая машина с программой в памяти.
Whirlwind I . Слова малой длины, работа в реальном времени.
Компьютер 701 (и последующие модели) фирмы IBM. Первый компьютер, лидирующий на рынке в течение 10 лет.
Быстродействие: сотни тысяч операций в секунду.
По сравнению с электронными лампами использование транзисторов позволило уменьшить размеры вычислительной техники, повысить надежность, увеличить скорость работы (до 1 млн. операций в секунду) и почти свести на нет теплоотдачу. Развиваются способы хранения информации: широко используется магнитная лента, позже появляются диски. В этот период была замечена первая компьютерная игра.
Первый компьютер на транзисторах TX стал прототипом для компьютеров ветки PDP фирмы DEC, которые можно считать родоначальниками компьютерной промышленности, т.к появилось явление массовой продажи машин. DEC выпускает первый миникомпьютер (размером со шкаф). Зафиксировано появление дисплея.
Фирма IBM также активно трудится, производя уже транзисторные версии своих компьютеров.
Компьютер 6600 фирмы CDC, который разработал Сеймур Крей, имел преимущество над другими компьютерами того времени – это его быстродействие, которое достигалось за счет параллельного выполнения команд.
Быстродействие: миллионы операций в секунду.
Интегральная схема представляет собой электронную схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На такой схеме умещаются тысячи транзисторов. Следовательно, компьютеры этого поколения были вынуждены стать еще мельче, быстрее и дешевле.
Последнее свойство позволяло компьютерам проникать в различные сферы деятельности человека. Из-за этого они становились более специализированными (т.е. имелись различные вычислительные машины под различные задачи).
Появилась проблема совместимости выпускаемых моделей (программного обеспечения под них). Впервые большое внимание совместимости уделила компания IBM.
Было реализовано мультипрограммирование (это когда в памяти находится несколько выполняемых программ, что дает эффект экономии ресурсов процессора).
Дальнейшее развитие миникомпьютеров (PDP-11 ).
Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.
Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось развитие программного обеспечения, чтобы личность могла использовать компьютер в соответствие со своей фантазией.
В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple , разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.
Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.
Сюда относят неудавшийся проект Японии (хорошо описан в Википедии). Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и др.) или карманные компьютеры.
Также существует мнение, что к пятому поколению следует относить компьютеры с двухядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение началось примерно с 2005 года.
