Сайт о телевидении

1. Первое поколение компьютеров
Первое поколение компьютеров увидело свет в 1942 г., когда был создан первый электронно-цифровой компьютер. Это изобретение принадлежит американскому физику Атанасову.

В 1943 г. англичанин Алан Тьюринг разрабатывает «Колосс» - секретный компьютер, предназначенный для расшифровки перехваченных сообщений немецких войск. Эти компьютеры работали на лампах и были размером с комнату.

В 1945 г., математик Джон фон Нейман доказал, что компьютер может эффективно выполнять любые вычисления с помощью соответствующего программного управления, при этом не меняя аппаратную часть. Этот принцип стал основным правилом для будущих поколений быстродействующих цифровых компьютеров.

2. Второе поколение компьютеров
В 1947 г. инженеры Джон Бардин и Уолтер Браттейн изобрели транзистор. Они быстро внедрялись в радиотехнику и заменили неудобную и большую вакуумную лампу. В 60-е гг. ХХ в. транзи- сторы стали элементарной базой для компьютеров второго поколения. Работоспособность машин стала достигать сотни тысяч операций в секунду, Объем внутренней памяти увеличился в сотни раз по сравнению с компьютерами первого поколения. Стали активно развиваться языки программирования высокого уровня: фортран, алгол, кобол.
3. Третье поколение компьютеров
Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры компьютера. Машины уже работали на интегральных схемах. На одном компьютере можно было вы- полнять несколько программ. Скорость многих машин достигала несколько миллионов операций в секунду. Стали появляться магнитные диски, широко использоваться устройства ввода-вывода.
4. Четвертое поколение компьютеров.
Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 г., когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Соединив микропроцессоры с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера - микроЭВМ, 4-е поколение компьютеров. Эти компьютеры были небольшими, дешевыми, использовался цветной графический дисплей, манипуляторы, клавиатура.

В 1976 г. был создан первый персональный компьютер - Ap- ple II. Первый отечественный персональный компьютер - Агат (1985). С 1980 г. законодателем мод на рынке компьютеров становится американская фирма IBM. В 1981 г. она выпустила свой первый персональный компьютер PC и образовала другую линию в развитии ЭВМ 4-го поколения - суперЭВМ. Из отечественных машин к суперЭВМ относились компьютеры «Эльбрус».

Компьютеры пятого поколения - это машины скорого будущего. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. В машинах пятого поколения будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение» и «осязание». Многое практически уже сделано в этом направлении.

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.

Появление компьютеров и компьютерных технологий

Многие столетия люди пытаются создать различные приспособления для облегчения вычислений. В истории развития компьютеров и компьютерных технологий выделяются несколько важных событий, которые стали определяющими в дальнейшей эволюции.

В 40-е гг. XVII в. Б. Паскаль изобрел механическое устройство, с помощью которого можно было выполнять сложение чисел.

В конце XVIII в. Г. Лейбниц создал механическое устройство, предназначенное для сложения и умножения чисел.

В 1946 г. были изобретены первые универсальные ЭВМ. Американские ученые Дж. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Берне опубликовали работу, в которой представили основные принципы создания универсальной ЭВМ. Начиная с конца 1940-х гг. стали появляться первые опытные образцы таких машин, условно называемых ЭВМ первого поколения. Эти ЭВМ изготавливались на электронных лампах и по производительности отставали от современных калькуляторов.

В дальнейшем развитии ЭВМ выделяют следующие этапы:

1) второе поколение ЭВМ – изобретение транзисторов;

2) третье поколение ЭВМ – создание интегральных схем;

3) четвертое поколение ЭВМ – появление микропроцессоров (1971 г.).

Первые микропроцессоры выпускались компанией Intel, что и привело к появлению нового поколения ПК. Вследствие возникшего в обществе массового интереса к таким компьютерам компания IBM (International Business Machines Corporation) разработала новый проект по их созданию, а фирма Microsoft – программное обеспечение для данного компьютера. Проект завершился в августе 1981 г., и новый ПК стал называться IBM PC.

Разработанная модель компьютера стала очень популярна и быстро вытеснила с рынка все прежние модели компании IBM в последующие несколько лет. С изобретением компьютера IBM PC начался выпуск стандартных IBM PC-совместимых компьютеров, которые составляют большую часть современного рынка ПК.

Кроме IBM PC-совместимых компьютеров существуют и другие разновидности ЭВМ, предназначенные для решения задач разной сложности в различных сферах человеческой деятельности.

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.

Основные этапы развития компьютеров

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:

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.

Нулевое поколение - механические компьютеры (1642-1945)

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.

Первое поколение - электронные лампы (1945-1955)

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.

Второе поколение - транзисторы (1955-1965)

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.

Третье поколение - интегральные схемы (1965-1980)

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:

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.

Четвертое поколение - сверхбольшие интегральные схемы (1980-?)

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.

Пятое поколение - невидимые компьютеры

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 .

Заключение

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.

Представить современную жизнь без компьютера сегодня просто невозможно. Всего каких-то 10-12 лет назад «чудо» современной электроники могли себе позволить далеко не все. Мы собирается проследить эволюционное развитие персональных компьютеров, а также обозначить ключевые этапы перехода ПК из разряда «кому средства позволяют» в категорию «общедоступно». В историческом развитии компьютерной техники отмечают всего восемь имен людей, внесших наибольший вклад в основные эволюционные этапы производства ПК. За несколько десятков лет электроника не только обогнала, но и во многом вытеснила механику . Не просто эволюционные, а революционные шаги были предприняты для того, чтобы за менее, чем столетие общество так «пристрастилось» к компьютерам.

Вместо предисловия

Пожалуй, представить современную жизнь без компьютера сегодня просто невозможно. А всего десяток лет назад «чудо» современной электроники могли себе позволить далеко не все. Помню, как приходилось сидеть в библиотеке над книгами, переписывая нужное в конспект. А эти жуткие рефераты от руки, мозоль на среднем пальце правой кисти…

В отличие от немецкого компьютера, где основу составляли реле, в ЭНИАК большую часть элементов представляли вакуумные лампы. Это был настоящий монстр, стоимостью почти в 500 тысяч долларов, занимающий целую комнату. Устройство весило 27 тонн, общее число комплектующих: около 17,5 тысяч ламп различных типов, 7,2 тысячи кремниевых диодов, 1,5 тысячи реле, 70 тысяч резисторов и 10 тысяч конденсаторов. Машине требовалось энергоснабжение в 174 кВт. Вычислительная мощность – 357 операций умножения или 5 тысяч операций сложения в секунду. Основы вычисления – десятичная система исчисления. Компьютер легко работал с числами длиной в 20 разрядов.

Несмотря на свои вычислительные превосходства, ЭНИАК имел кучу недостатков. Например, если сгорала хотя бы одна лампа, из строя выходил полностью весь компьютер. Длительным также был и сам процесс программирования компьютера: на решение задачи уходило несколько минут, когда как ввод данных мог занимать несколько дней.

ЭНИАК так и не получил широкое распространение, устройство было произведено в единичном экземпляре и в дальнейшем нигде не применялось. Но некоторые принципы, которые были основаны при конструированы ЭНИАК, впоследствии нашли свое отображение в более усовершенствованных моделях электронно-вычислительной техники.

«Сделано в СССР»

В 1951 году на территории Украинской ССР создается малая электронная счетная машина – МЭСМ . В ней было 6 тысяч электронных ламп, она еле уместилась в левом крыле здания общежития бывшего монастырского поселка Феофания (в 10 км от Киева). МЭСМ создана в лаборатории вычислительной техники Института электротехники АН УССР под руководством академика С.А. Лебедева.

Мысли о создании вычислительной машины сверхспособностей у Лебедева появились еще в 30-х годах, когда молодой ученый занимался исследованиями по устойчивости энергосистем. Но войны, разразившиеся в 40-х, заставили на время забросить все начинания.

В 1948 году Лебедев вместе с группой инженеров переезжает в Феофанию (одно из отделений ИЭ АН УССР) и начинает трехлетнюю работу над реализацией секретного проекта по созданию первой отечественной ЭВМ.

«Машина занимала комнату площадью в 60 квадратных метров. Работала МЭСМ с небывалой по тем временам скоростью – 3 тысячи операций в минуту (современные компьютеры производят миллионы операций в секунду) и могла производить операции по вычитанию, сложению, умножению, делению, сдвигам, сравнению с учетом знака, сравнению по абсолютной величине, передачи управления, передачи чисел с магнитного барабана, сложению команд. Общая мощность электронных ламп – 25 кВт».

После ряда испытаний, С.А. Лебедев доказал, что его машина «умнее человека». Далее следовала череда публичных демонстраций и заключение экспертной комиссии о введении МЭСМ в эксплуатацию (декабрь 1951 года).

МЭСМ была практически единственной в стране ЭВМ, на которой решались разнообразные научно-технические задачи из области термоядерных процессов, космических полетов и ракетной техники, дальних линий электропередач, механики, статистического контроля качества. Одной из важнейших задач, решенных на МЭСМ, были расчеты устойчивости параллельной работы агрегатов Куйбышевской гидроэлектростанции, определяемые системой нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка. Нужно было определить условия, при которых максимально возможная мощность может передаваться в Москву без нарушения устойчивости системы. В связи с быстрым развитием реактивной и ракетной техники, перед машиной ставились задачи по расчетам внешней баллистики различной сложности, начиная от относительно простых многовариантных расчетов траекторий, проходящих в пределах земной атмосферы при незначительном перепаде высот до весьма сложных, связанных с полетом объектов за пределами земной атмосферы .

МЭСМ использовали во многих научно-исследовательских работах аж до 1957 года, после чего машину демонтировали и разобрали на части. Оборудование было доставлено в Киевский политехнический институт для проведения лабораторных работ.

Первые компьютеры с возможность хранения данных

Как уже упоминалось ранее, некоторые из первых электронно-вычислительных систем стали прототипами для создания более усовершенствованных компьютеризированных устройств. Главная задача разработчиков новых компьютеров была связана с наделением машин возможностью хранить обрабатываемые и полученный данные в электронной памяти .

Ода из таких машин называется «Манчестерское дитя» (The Manchester Baby). В 1948 году в Университете Манчестера (Великобритания) было разработано, а через год введено в эксплуатацию, электронно-вычислительное компьютерное устройство, способное сохранять данные во внутренней оперативной памяти. Манчестерский «Марк 1» стал усовершенствованной версией компьютера Неймана .

Устройство могло не только считывать информацию с перфолент , но и имело возможность ввода-вывода данных с магнитного барабана прямо во время работы программы. «Запоминающая» система представляла собой цепь электронно-лучевых трубок Уильямса (патентная разработка 1946 года).

«Манчестерское дитя» имело совсем «не детские» габариты: 17 м в длину. Систему представляли 75 тысяч электронных ламп, 3 тысячи механических реле, 4 трубки Уильямса (память компьютера 96 40-битных слов), магнитный барабан (1024-4096 40-битных слов), процессор на 30 инструкций и система аккумуляторных батарей. На самые простые математические действия машине требовалось от 3 до 12 секунд.

В 1951 году «Дитя» было утилизировано, а на его место «взошел» полноценный коммерческий компьютер Ferranti Mark 1.

Приблизительно в этот же период в Кембридже (Великобритания) группа инженеров под руководством Мориса Уилкса создает компьютер с хранимой в памяти программой – EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). Это устройство становится первым широко применяемым электронно-вычислительным устройством с возможностями внутренней памяти .

В компьютере использовались почти 3 тысячи электронных ламп. Основная память компьютера – 1024 ячеек памяти: 32 ртутных ультразвуковых линий задержки (РУЛЗ), каждая из которых хранила 32 слова по 17 бит, включая бит знака. Была возможность включить дополнительные линии задержки, что позволяло работать со словами в 35 двоичных разрядов. Вычисления производились в двоичной системе со скоростью от 100 до 15 тысяч операций в секунду. Потребляемая мощность - 12 кВт, площадь занимаемой поверхности - 20 квадратных метров.

В 1953 году под руководством Уилкса и Ренвика началась работа над второй моделью ЭВМ – EDSAC-2. В качестве ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) уже использовались элементы на ферритовых сердечниках, общей емкостью в 1024 слова. В новой машине появилось ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - сначала на диодной, а затем на ферритовой матрице. Но главным новшеством было использование микропрограммного управления: некоторые из команд можно было составлять из набора микроопераций; микропрограммы записывались в постоянной памяти. Этот компьютер использовался вплоть до 1965 года.

«Транзисторная» история

Начало эры компьютеров «для жизни» связывают с той же IBM. После смены руководства в 1956 году компания меняет и производственный вектор. В 1957 году IBM вводит в обиход язык FORTRAN («FORmula TRANslation»), применявшийся для научных вычислений. В 1959 году появились первые компьютеры IBM на транзисторах, достигшие такого уровня надёжности и быстродействия, что стали использоваться военными в системах раннего оповещения ПВО. В 1964 году было представлено целое семейство IBM System/360. Они стали: первым спроектированным семейством компьютеров, первыми универсальными компьютерами, первыми компьютерами с байтовой адресацией памяти (на этом перечисление первенства не заканчивается). Совместимые с System/360 компьютеры IBM System z выпускаются до сих пор, это абсолютный рекорд совместимости.

Эволюционное развитие компьютерной техники предусматривало: уменьшение габаритов, переход на более совершенные комплектующие, увеличение вычислительной мощности, увеличение объемов оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства, возможность повсеместного применения в различных отраслях, а также возможность персонализации компьютера.

В 50-60-х годах ХХ столетия на замену ламповым пришли транзисторные компьютеры. В качестве основного элемента использованы полупроводниковые диоды и транзисторы, в качестве устройств памяти – магнитные сердечники и магнитные барабаны (далекие предки современных жестких дисков). Второе отличие этих ЭВМ: появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня (Фортран, Алгол , Кобол). Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров. Программирование, оставаясь наукой, становится более прикладным. Все это привело к уменьшению габаритов и существенному снижению стоимости компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу.

Производственная мощность этих компьютеров – до 30 тысяч операций в секунду. Объем оперативной памяти – 32 Кб. Большие преимущества – уменьшение габаритов и снижение расхода потребляемой энергии. Программирование транзисторных компьютеров становится основой для появления так называемых «операционных систем». Работать с устройством становиться легче, что под силу не только ученым, но уже и менее «продвинутым» пользователям. Компьютерное оснащение появляется на производствах, в офисах (в основном, в бухгалтерии).

Среди транзисторных электронно-вычислительных устройств этого периода самые известные:

Начало 50-х годов. Самая мощная ЭВМ в Европе – советская М-20 со средним быстродействием 20 тысяч 3-адресных команд в секунду над 45-разрядными числами с плавающей запятой; ее оперативная память реализовалась на ферритовых сердечниках и имела объем 4096 слов.

1954-1957 года. Фирма NCR (США) производит первый компьютер на транзисторах –NCR-304;

1955 год. Транзисторный компьютер фирмы «Bell Telephone Laboratories» – TRADIS – содержит 800 отдельных транзисторных элементов;

1958 год. Корпорация NEC разрабатывает первый японский компьютер NEC-1101 и 1102;

Заметим, что это не единственные представители «транзисторной» истории в эволюции компьютеров. В этот период разработки велись в Массачусетском технологическом институте (США), во многих научно-технических лабораториях по всему Советскому Союзу, в ведущих европейских научно-исследовательских и технологических высших школах.

Микрочипы и серийное производство

Всего несколько лет понадобилось разработчикам, чтобы произвести компьютер с новыми комплектующими. Как транзисторы пришли на смену электронным лампам (а те заменили механические реле), так и микросхемы заняли свою эволюционную ячейку. Конец 60-х годов ХХ столетия приносит ЭВМ следующие метаморфозы: разработаны интегральные схемы, состоящие из цепочки транзисторов, объединенных под одним полупроводником; появляется полупроводниковая память, которая становиться основным элементом оперативной памяти компьютера; освоен метод одномоментного программирования нескольких задач (принцип диалогового режима); центральный процессор может параллельно работать и управлять различными периферийными устройствами; открывается возможность удаленного доступа к данным компьютера.

Как раз в этот период появляется «знаменитое» семейство компьютеров IBM. Производство электронно-вычислительной техники становится на конвейер, налаживается серийное производство компьютеризированного оборудования.

Конечно же, здесь стоит больше сказать об IBM System/360 (S/360). В 1964 году компания выпускает серию компьютеров разных размеров и функциональности. В зависимости от требований, на производстве можно одинаково использовать как малые машины с низкой производительностью, так и большие – с более высокими производственными показателями. Все машины работают на аналогичном программном обеспечении, поэтому, если приходится заменять маломощное устройство более подвинутым, то не требуется переписывать основную программу. Для обеспечения совместимости IBM впервые применяет технологию микрокода, который используется во всех моделях серии, кроме самых старших. Эта серия компьютеров становится первой производной, когда ведется четкое разграничение между архитектурой и реализацией компьютера.

S/360 обошлась компании в 5 миллиардов долларов США (это колоссальные затраты по меркам 1964 года). Но данная система все равно не становится самым дорогим производством, первенство остается за проектом НИОКР. Модель 360 сменяют 370, 390 и System z, но архитектура компьютера в них сохраняется. На основе S/360 другие компании выпускают собственные модельные серии, например, семейство 470 фирмы Amdahl, мейнфреймы Hitachi, UNIVAC 9200/9300/940, советские машины серии ЕС ЭВМ и др.

Благодаря широкому распространению IBM/360, изобретённые для неё 8-битные символы и 8-битный байт как минимально адресуемая ячейка памяти стали стандартом для всей компьютерной техники. Также IBM/360 была первой 32-разрядной компьютерной системой. Старшие модели семейства IBM/360 и последовавшее за ними семейство IBM/370 были одними из первых компьютеров с виртуальной памятью и первыми серийными компьютерами, поддерживающими реализацию виртуальных машин . В семействе IBM/360 впервые был использован микрокод для реализации отдельных команд процессора.

Но у некоторых микропроцессорных систем был один недостаток – низкое качество комплектующих. Особенно ярко это выражалось у советских электронно-вычислительных аппаратов. Они продолжали иметь значительные габариты и отставали в функциональности от западных разработок. Чтобы устранить это, отечественным конструкторам приходилось проектировать спецпроцессоры для выполнения частных задач (что исключало возможность мультипрограммирования).

В этот период также появляются первые миникомпьютеры (прототипы современных компьютеров). Самое главное, что произошло с ПК в конце 60-х – начале 70-х, это переход от большого количества элементов к использованию одной детальки, совмещающей все необходимые комплектующие. Микропроцессоры – сердце любого компьютера. Их появлением общество обязано компании Intel. Именно ей принадлежит первый микрочип, который стал поистине революционным и эволюционным скачком для компьютерной техники.

Наряду со стремительным усовершенствованием технического оснащения, электронно-вычислительные системы начинают объединять в локальные и глобальные компьютерные сети (прообраз Интернет). Усовершенствуется язык программирования , пишутся более продвинутые ОС.

Суперкомпьютеры и персональная портативная электроника

Семидесятые-восьмидесятые становятся основным периодом массового производства компьютеров общего потребления. Значительных инноваций в этот период не наблюдалось. Электронно-вычислительна техника делится на два лагеря: супермашины с неимоверными вычислительными возможностями и более персонализированные системы. Элементной базой этих систем становятся большие интегральные схемы (БИС), где в одном кристалле размещается больше тысячи элементов. Мощность таких компьютеров – десятки миллионов операций в секунду, увеличивается объем оперативной памяти до нескольких сотен мегабайт.

Компьютеризированные системы вычислений, применяемые на производстве, остаются комплексными, но массовое лидерство переходит к персональным компьютерам. Именно в этот период термин «электронно-вычислительная машина » заменяется на привычный нашему слуху термин «компьютер».

Эра персональных компьютеров начинается с Apple, IBM-PC (XT, AT, PS /2), «Искра», «Электроника», «ЕС-1840», «ЕС-1841» и других. Данные системы по функциональности уступают суперкомпьютерам, но ввиду потребительского назначения ПК прочно утверждается на рынке: устройство становиться общедоступным, появляется ряд новшеств, упрощающих работу с устройством (графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети).

После выпуска микропроцессоров Intel 4004 и Intel 8008, технология была подхвачена другими компаниями: МП выпускались как на основе проекта Intel, так и собственных модификаций.

Вот здесь-то и появляется на арене молодая фирма Apple Computer Company Стива Джобса и Стива Возняка со своим первым персональным продуктом – компьютером Apple-1. Разработкой амбициозных предпринимателей заинтересовались не многие. Заказ на партию компьютеров Apple-1 поступил только один: Пол Террелл, владелец компьютерного магазина Byte, заказывает поставку из 50 единиц товара. Но условия следующие: это должны быть не просто компьютерные платы, а абсолютно укомплектованные машины. Преодолевая трудности с финансированием производства, фирма Apple Computer, все-таки, успевает выполнить обязательства в срок, и Apple-1 появляется на прилавках магазина Террелла. Правда без «боекомплекта», а только в виде платы, но Террелл соглашается на поставку и выплачивает обещанные 500 долларов за единицу товара.

Заметим, что большинство ПК того времени поставлялись как отдельные комплектующие, сборкой которых занимались дистрибьюторы или конечные покупатели.

Итак, в 1976 году Apple-1 поступает в продажу по цене 666,66 долларов за штуку. Apple I был полностью собран на монтажной плате, содержащей около 30 микросхем, за что и считается многими первым полноценным ПК. Но для получения рабочего компьютера пользователи должны были добавить к нему корпус, источник питания, клавиатуру и монитор. Дополнительная плата, выпущенная позже по цене в 75 долларов, обеспечивала связь с кассетным магнитофоном для хранения данных.

Многие эксперты не считают компьютер Apple первым персональным электронным устройством, а называют таковым микрокомпьютер «Альтаир 8800 », который был создан Эдом Роберсом и распространялся через каталоги в 1974-1975 годах. Но на самом деле данный аппарат не отвечал всем пользовательским требованиям.

Фирма продолжает производство, и в продажу поступает обновленная модель Apple II. Эта серия ПК была оснащена процессором MOS Technology 6502 на тактовой частоте 1 МГц, 4 КБ ОЗУ (расширяемыми до 48 КБ), 4 КБ ПЗУ, в комплекте шел монитор и интерпретатор Integer BASIC, а также интерфейс для подключения кассетного магнитофона. Apple II становится самым массово продаваем устройством на рынке электротехники (за годы производства было продано более 5 миллионов единиц данного товара). Apple II больше походил на офисный инструмент, чем на элемент электронного оборудования. Это был полноценный компьютер, который подходит для домашней обстановки, стола менеджера или школьного класса.

Для подключения монитора (либо телевизора) использовался композитный видеовыход в формате NTSC. В компьютерах, продаваемых в Европе, использовался дополнительный кодер PAL, размещённый на плате расширения. Звук обеспечивался динамиком, управляемым через регистр в памяти (использовался 1 бит). Компьютер имел 8 разъёмов расширения, 1 из которых позволял подключить дополнительное ОЗУ, остальные же использовались для обеспечения ввода-вывода (последовательные и параллельные порты, контроллеры внешних устройств). Начальная розничная цена компьютера составляла 1298-2638 долларов за модельную модификацию.

Apple II обзаводится семейством и до начала 90-х сохраняет свое лидерство на рынке компьютерной техники.

Общий стандарт ПК

В конце 1980 года компания IBM принимает решение произвести собственный ПК. Поставка микропроцессоров для будущих моделей IBM PC доверяется компании Intel, а под основную ОС принимается проект «недоучки» из Гарварда Била Гейтса – операционная система PC-DOS .

Компания не только задает производственные темпы, но и устанавливает собственные стандарты на производство компьютеров. Каждый производитель ПК мог приобрести лицензию у IBM и собирать аналогичные компьютеры, а производители микропроцессоров – изготавливать элементы для них (сохранить собственную архитектуру удалось, по сути, только Apple). Так появляется модель IBM PC XT с жестким диском. Следом за ним – IBM PC AT, построенный на основе МП 80286.

1985 год ознаменован выпуском высокопроизводительных ПК, Intel и Motorola совместно производят микропроцессоры 80386 и М68020. Из года в год компьютерные модификации усовершенствуются, постоянно на слуху имена IBM, Intel. Новые микропроцессоры достигают неимоверных мощностей обработки данных – до 50 миллионов операций в секунду. В 1993 году компания Intel выпускает МП Р5 «Pentium» с 64-разрядной архитектурой, за которым следуют модели 2, 3. «Pentium 4» уже оснащен технологией НТ, что позволяет обрабатывать информацию по 2-м параллельным потокам.

Компьютеры усовершенствуются во всем: уменьшается расход энергии, уменьшаются габариты, зато колоссально возрастает вычислительная мощь, увеличивается объем оперативной памяти (до 4 гигабайт), объемы жестких дисков исчисляются в терабайтах.

Практически все произведенные в мире компьютеры переходят на новую «оконную» операционную систему MicroSoft «Windows» и офисные приложения MS-Office. Так определяются компьютерные стандарты персонального компьютера: архитектура IBM PC и ОС Windows.

Что касается размеров ПК, то на ряду со стационарными компьютерами, производится портативная переносная электроника: ноутбуки, нэтбуки , затем планшеты и смартфоны (телефон-компьютер).

Вместо послесловия

За несколько десятилетий персональные компьютеры от электронных «счетных машинок» перешли в разряд повседневно используемого оборудования. Теперь ПК – это не просто электронно-вычислительное устройство. Это целая индустрия знаний, развлечений, работы, обучения и прочих потребительских возможностей.

Михаил Полюхович