История развития ЭВМ

    История развития вычислительной техники 

    В период развития цифровых технологий были разработаны компьютеры самых  разных типов. Многие из них давно  забыты, но другие оказали сильное  влияние на развитие современных  вычислительных систем (СВС). 

    Устройства, облегчающие счет или запоминание его результатов, известны давно, но нас будут интересовать только устройства для вычислений, автоматически выполняющие заложенные в них программы.

    Первая  счетная машина с  хранимой программой была построена французским ученым Блезом Паскалем в 1642 г. Она была механической с ручным приводом и выполняла операции сложения и вычитания десятичных чисел. 

    Все 4 арифметических действия выполняла машина, созданная в 1673 г. немецким математиком Готфридом Лейбницем. Она стала прототипом арифмометров, использовавшихся с 1820 до 60-х г.г. ХХ века.

    Впервые машину, работающую по программе, разработал в 1822 г. английский ученый Чарльз Бэббидж. Она содержала ЗУ, вычислительное устройство, устройство ввода с перфокарт и печатающее устройство. Все устройства, включая память, были механическими. Машина реализовала любые программы, записанные на перфокарте, поэтому для написания программ потребовался программист.

    Первым  программистом была англичанка Ада Ловлейс, в честь которой в наше время был назван язык программирования АДА.

    Для успешного ведения войны требовалось решать множество вычислительных задач. Немецкий инженер Конрад Цузе сконструировал вычислительную машину 22 (1941 г.) для выполнения необходимых расчетов при проектировании самолетов и баллистических снарядов. на основе электромеханических реле, которые могут пребывать в одном из двух устойчивых состояний: включено – выключено. Но работы Цузе так и не были опубликованы.

    Английские  инженеры создали вычислительную машину «Колосс» (1943 г.) для дешифровки перехваченных сообщений вражеской армии.

    В США в 1943 г. на предприятии фирмы  IBM американский инженер Говард Эйкен для выполнения баллистических расчетов создал первую программно-управляемую аналитическую машину «МАРК-1», позволявшую проводить вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную и реально использовавшуюся для военных расчетов.

    Но  электромеханические реле работали медленно и недостаточно надежно, поэтому, начиная с 1943 г., в США группа специалистов Пенсильванского университета под руководством Джона П.Эккерта и Джона У.Моукли начала конструировать компьютер ENIAC на основе электронных ламп. Созданный компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем «МАРК-1», но большую часть времени этот компьютер простаивал. Для задания метода расчетов в компьютере приходилось в течение нескольких часов или дней подсоединять нужным образом провода, в то время сам расчет мог занимать всего несколько минут.

    Для упрощения и ускорения процесса задания программ Моукли и Эккерт сконструировали новый компьютер, который мог хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен математик Джон фон Нейман. Он сформулировал общие принципы функционирования компьютеров как универсальных вычислительных устройств.

    Первый  компьютер, в котором  были воплощены эти принципы, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом.

    В середине 40-х ХХ века произошел коренной переворот в вычислительной  технике  – появились вычислительные машины, в которых применялись уже не электромеханические, а электронные элементы. Предпосылкой послужило изобретение триггеров, способных реализовывать принцип двоичной системы счисления.

    Первая  в Европе ЭВМ была создана в СССР в 1951 г. под руководством академика С.А.Лебедева и называлась МЭСМ (малая электронная счетная машина). После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров было соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем.

    Но  в 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы INTEL) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами или чипами.

    В 1968 г. фирма Burrougrhs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

    Американский  ученый в области информатики Алан Кэй  (Alan Curtis Kay, родился 17 мая 1940 г.) разработал язык программирования Smalltalk, где впервые был применен объектно-ориентированный подход. После выхода Smalltalk на рынок (1983 г.) язык приобрел широкую популярность. Он был одним из первых языков объектно-ориентированного программирования, представляющим собой методологию, на основе которой можно создавать параллельные системы, базы данных и базы знаний. Лауреат премии Тьюринга 2003 года за работу над объектно-ориентированным программированием. Справедливости ради надо отметить, что даже самая популярная на сегодняшний день операционная система в мире Microsoft Windows – отпрыск идей Алана Кэя.

    В 1968 г. (!) Алан Кэй представил компьютерному  сообществу идею портативной вычислительной машины, которая была бы не больше блокнота, имела плоский экран, подключалась к беспроводным сетям, могла хранить всю необходимую пользователю информацию и к тому же была бы доступна по цене каждому.

    Позже Алан Кэй возглавил исследовательскую  лабораторию фирмы Xerox (Xerox Palo Alto Research Center). Будучи лидером научно-исследовательской  группы в PARC, Алан Кэй содействует  разработке Ethernet, лазерной печати и сетевой клиент-серверной модели ARPANet.

    Некоторые идеи Алана Кея до сих пор остаются невостребованными, но многое из того, что он разрабатывал в исследовательских  центрах, получает дальнейшее развитие и перерастает в самостоятельные  индустрии. Именно так произошло с ноутбуками, которые сегодня по своему внешнему виду и функциональности уже приблизились к тому, какими их замыслил Алан Кей сорок лет назад. 

    Первый  ноутбук был создан в 1981 году.

    Историю развития ЭВМ принято разделять  на поколения. Точной даты смены поколений  вычислительных машин сегодня установить невозможно, поскольку черты каждого  следующего поколения развивались  в недрах предыдущего.

    В ХХ в. начала развиваться электроника  и ее возможности немедленно взяли на вооружение разработчики вычислительных машин. С построения вычислительных машин, базовая система элементов которых была построена на электронных компонентах, начинается отсчет поколений цифровых вычислительных машин.

    Первое  поколение – электронные лампы (1945-1955 г.г.). В основе базовой системы элементов этого поколения компьютеров лежали электронные лампы. Использовались для решения научно-технических и инженерных задач. Недостатки: большой расход электроэнергии, тысячи логических элементов, размер выч.машин составлял десятки кв.метров, их обслуживали десятки инженеров и программистов.

    Элементной  базой ЭВМ второго поколения (начало 60 г.) были полупроводниковые приборы: транзисторы, диоды и пр. Безотказная работа увеличилась до нескольких сотен часов. Производительность составляла десятки и сотни тысяч операций в секунду.

    Элементной  базой ЭВМ третьего поколения (конец 60-х начало 70-х г.г.) – были интегральные схемы. Требование уменьшения габаритов электронных устройств привело к тому, что была предпринята попытка разместить в одном полупроводниковом кристалле все компоненты одного функционального узла. Так появились интегральные схемы (ИС). Мощность, потребляемая компьютером, уменьшилась, быстродействие увеличилось до десятков миллионов операций в секунду.

    Первая  ЭВМ на ИС была изготовлена в 1961 г. В 1962 г. была выпущена первая серийная ЭВМ третьего поколения. Первенство в разработке подобных машин принадлежало одной из самых известных в  мире фирм-производителей вычислительной техники – IBM.

    ЭВМ четвертого поколения (середина 70-х и по настоящее время) имеют в качестве элементной базы большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). Используя последние научно-технические достижения физики, химии, кристаллографии, материаловедения и даже космонавтики, добились размещения на одном кристалле размеров несколько квадратных миллиметров сначала сотен, затем тысяч и, наконец, миллионов транзисторов и других электронных компонентов. Теперь полупроводниковая схема содержала целиком функциональные узлы и, в первую очередь, процессор, который, учитывая его размеры, получил название микропроцессор, а устройства управления внешними устройствами – контроллеры внешних устройств.

    Произошло дальнейшее упрощение взаимодействия человека с ЭВМ за счет совершенствования языков программирования.

    В ЭВМ пятого поколения принято относить те вычислительные машины, которые по сравнению с предыдущими поколениями, обладают качественно новыми способами взаимодействия пользователя ЭВМ с помощью речевых сообщений и графических изображений, способностью вычислительных систем к самообучению, логической и ассоциативной обработке информации. Быстродействие ЭВМ пятого поколения – несколько миллиардов операций в секунду.

    Появление ПК

    Итогом бурного развития микроэлектроники стало появление одноплатных ЭВМ, где на одной плате, размеров несколько десятков квадратных сантиметров, размещалось несколько СБИС, содержавших все функциональные блоки компьютера.

    Стоимость одноплатных компьютеров упала, что появилась возможность их приобретения отдельными людьми, чем воспользовались английские инженеры. Используя выпускаемые промышленностью функциональные узлы: плата микро-ЭВМ с процессором и памятью, клавиатура, дисплей, они собрали микрокомпьютер. Этот микрокомпьютер получил название Apple и стал первым в мире ПК.

    В 1970 г. фирма Intel сконструировала ИС (интегральную схему), аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в 1971 г. Он мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации за один такт со скоростью 60000 операций в секунду, и был производительнее ENIAC.

    В 1973 г. фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel-8008. Он мог выполнять 46 команд со скоростью 300000 операций в секунду. В  начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый ПК Альтаир-8800 на основе микропроцессора Intel-8008. Хотя возможности его были ограничены (оперативная память составляла 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом: в первые же месяцы было продано несколько тысяч машин. Покупатели его снабжали дополнительными устройствами: монитором, клавиатурой, блоками расширения памяти. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами.

    В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели Microsoft) создали для Альтаира интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и писать программы.

    Персональными компьютерами, получившими большое распространение на компьютерном рынке, заинтересовалась крупная компания, занимавшаяся выпуском мощных вычислительных систем – IBM, и решила наладить выпуск своей модели ПК. Совместно с фирмой Intel, разработавшей микропроцессорный комплект, с фирмой Microsoft, оснастившей компьютер операционной системой MS DOS, IBM создала ПК IBM PC.

    В августе 1981 г. компания IBM стала выпускать компьютеры, называемые IBM PC. С того времени название, данное этой компанией для своего электронного устройства прочно закрепилось в научно-технической литературе.

    Дальнейшая  классификация вычислительных систем по их принадлежности к различным  поколениям весьма условна. В настоящее  время элементная база микропроцессорных  систем активно развивается, но в ее основе по-прежнему лежат СБИС.