История развития вычислительной техники.

Основные этапы развития вычислительной техники представлены в таблице.

Рассмотрим основные моменты каждого этапа.

Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье было распространено простейшее приспособление для счета: доска, разделенная на полосы, где перемещались камешки или кости. Такая счетная дощечка называлась абаки использовалась для ручного счета. В Древнем Риме абак назывался calculi или abaculi и изготавливался из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. Слово calculus означает «галька», «голыш». От этого слова произош­ло латинское слово calculatore (вычис­лять), а затем слово «калькуляция». Абак позволял лишь запоминать результат, а все арифметические действия должен был выполнять человек.

Первая механическая машина была построена немецким ученым Вильгельмом Шиккардом(предположительно в 1623 г.). Машина была реализована в единственном экземпляре и предназнача­лась для выполнения арифметических операций. Из-за недостаточной извест­ности машины Шиккарда более 300 лет считалось, что первую суммирующую машину сконструировал Блез Паскаль.

Блез Паскаль(французский математик, физик, религиозный философ и писатель) в 1642 г. изобрел механическую счетную машину, выполнявшую сложение, а в 1674 г. Готфрид Лейбницрасширил возможности машины Паскаля, добавив операции умножения, деления и извлечения квадратного корня. Специально для своей машины Лейбниц применил систему счисления, использующую вместо привычных для человека десяти цифр две: 1 и 0. Двоичная система счислений широко используется в современных ЭВМ.

Ни одна из этих машин не была автоматической и требовали непре­рывного вмешательства человека. В 1834 г. Чарлз Бэббидж(CharlesBabbage) первым разработал подробный проект автоматической вычисли­тельной машины. Он так и не построил свою машину, так как в то время не­возможно было достичь требуемой точности изготовления ее узлов.

Ч. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные части:

• «склад» для хранения чисел (по современной терминологии память);

• «мельницу» для производства арифметических действий (арифметическое устройство, процессор);

• устройство, управляющее последовательностью выполнения операций (устройство управления);

• устройства ввода и вывода данных.

В качестве источника энергии для приведения в действие механизмов машины Ч. Бэббидж предполагал использовать паровой двигатель.

Бэббидж предложил управлять своей машиной с помощью перфори­рованных карт, содержащих коды команд, подобно тому как использовались перфокарты в ткацких станках Жаккара.На этих картах было представлено то, что сегодня мы назвали бы программой.

Ч. Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные, как мы сейчас говорим, с программированием. В частности, им была разработана весьма важная для программирования идея «условной передачи управле­ния». Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором со временем были построены ЭВМ.

Первые программы для вычислительной машины Бэббиджа создавала Ада Лав-лейс(AdaLovelace) — дочь известного поэта

Джорджа Байрона, в честь которой впоследствии был назван один из языков программирования. Выражаясь современным языком, Лавлейс составила программу вычисления' чисел Бернулли. Ада Лавлейс разработалаосновные принципы программирования, которые остаются актуальными до настоящего момента времени. Ряд терминов, введенных Адой Лавлейс, используются и сейчас, например, «цикл», «рабочие ячейки».

Теоретические основы современныхцифровых вычислительных машин заложиланглийский математик Джордж Буль(1815—1864). Он разработал алгебрулогики, ввел в обиход логические операторы И, ИЛИ и НЕ. Заметим, что его дочь Э. Войнич — автор известного произведения «Овод».

В 1888 г. Германом Холлеритом(HermanHollerith) была сконструи­рована первая электромеханическая машина для сортировки и подсчета пер­фокарт. Эта машина, названная табулятором,содержала реле, счетчики, сортировочный ящик. Изобретение Холлерита было использовано при под­ведении итогов переписи населения в США.

Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем за десять лет до этого занимались 500 сотрудников в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

В 1896 г. Герман Холлерит основал фирму ComputingTabulationCompany. Спустя несколько лет это предприятие переименовали в извест­нейшую теперь фирму InternationalBusinessMachineCorporation (IBM).

Немецкий инженер Конрад Цузе(KonradZuse) был первым, кто успешно осуществил идею создания автоматической электромеханической вы­числительной машины на основе двоичной системы счисления. В 1936 г. он начал конструировать вычислительный аппарат, работающий в двоичной системе счисления, который впоследствии был назван ZuseI(Z1).

В 1941 г. Цузе сумел построить действующую модель Zuse 3, которая состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти.

В 1944 г. (по другим источникам, в 1943 г.) в Англии было разработа­но полностью автоматическое вычислительное устройство ColossusII. Ос­новным его назначением была дешифровка перехваченных сообщений воен­ного противника.

Еще одна полностью автоматическая вычислительная машина, изо­бретенная профессором Гарвардского университета Говардом Айкеном(AikenHoward, 1900—1973), при участии группы инженеров фирмы IBM, была построена в 1944 г. Она была названа ASCC(другое название Mark1) и была электромеханической (построена на реле), состоящей приблизительно из 750 тысяч компонентов. На умножение она тратила около 4 секунд. До знакомства с работами Цузе научная общественность считала машину ASCC первой электромеханической машиной.

В 1937 г. в США Дж. Атанасовначал работы по созданию электрон­ной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. Совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC (Atanasoff-BerryComputer).

Электроннаявычислительная машина, разработанная Эккертом и Маучли(JohnW. MauchlyandJ. PresperEckert, Jr.) в США в 1946 г., была названа ENIAC. При создании этой машины Эккерт и Маучли заимствовали основные идеи у Дж. Атанасова. ENIAC была примерно в 1000 раз быстрее,чем ASCC. Она состояла из 18 тысяч электронных ламп, 1,5 тысячи реле, имела вес более 30 тонн, потребляла мощность более 150 кВт.

Первоначально ENIAC программировалась путем соединения прово­дами соответствующих гнезд на коммутационной панели, что делало состав­ление программы очень медленным и утомитель­ным занятием. Амери­канский математик и фи­зик венгерского проис­хождения Джон фон Нейман(1903—1957) предложил хранить про­грамму — последова­тельность команд управ­ления ЭВМ— в памяти ЭВМ, что позволяло опе­ рировать с программой так же, как с данными.

Последующие ЭВМ строились с большим объемом памяти, с учетом того, что там будет храниться программа.

В докладе фон Неймана, посвященном описанию ЭВМ, выделено пять базовых элементов компьютера:

• арифметико-логическое устрой-

ство (АЛУ);

• устройство управления (УУ);

• запоминающее устройство (ЗУ);

• система ввода информации;

• система вывода информации.
Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.

Поколения ЭВМ.

ЭВМ первого поколенияв качестве элементной базы использовали элек­тронные лампы и реле.

Первое: элементарная база — лампы, оперативная память на электронно-лучевых трубках и ферритовых сердечниках, быстродействие до 20000 оп/сек., охлаждение, однопрограммность.

Изобретение в 1948 г. транзисторов и запоминающих устройств на магнитных сердечниках оказало глубокое воздействие на вычислительную технику. Ненадежные вакуумные лампы, которые требовали большой мощ­ности для нагревания катода, заменялись небольшими германиевыми (впо­следствии кремниевыми) транзисторами. Компьютеры, построенные в сере­дине 50-х годов XX в., стали называть машинами второго поколения.

Второе: 60 гг, элементарная база — полупроводниковые транзисторы, быстродействие 10⁴–10⁵ оп/сек. Объем памяти — до 150 слов при длине слова до 50 двоичных разрядов. Программирование велось на алгоритмических языках Фортран, Алгол, Кобол.

Революционный прорыв в миниатюризации и повышении надежности компьютеров произошел в 1958 г., когда американский инженер Д. Килби (JackKilby) разработал первую интегральную микросхему. В середине 60-х годов появилось третье поколениеЭВМ, основу элементной базы которых составляли микросхемы малой и средней степени интеграции.

Третье: элементарная база — интегральные схемы (ИС), быстродействие 10⁶–10⁷ оп/сек. Резко снижены габариты и энергопотребление ЭВМ. Оперативная память строилась на ИС и достигала объема 10⁵–10⁶ байт. Унифицировались периферийные устройства. Появился широкий выбор языков программирования. Стали использоваться операционные системы, позволяющие резко повысить производительность и организовать многопрограммный и терминальный режимы.

Другая революция в технологии изготовления ЭВМ произошла в 1971 г., когда американский инженер Маршиан Эдвард Хофф (Marcian Е. Hoft) объединил основные элементы компьютера в один небольшой кремниевый чип (кристалл), который он назвал микропроцессором.Первый микропроцессор получил маркировку Intel 4004.

ЭВМ четвертого поколениястроятся на интегральных микросхемах с большой степенью интеграции. На одном кристалле размещается целая микроЭВМ. Заметим, что переход от третьего поколения ЭВМ к четвертому не был революционным. Отличия коснулись не столько принципов построе­ния ЭВМ, сколько плотности упаковки элементов в микросхемах.

Четвертое: элементарная база — большие и сверхбольшие ИС (БИС и СБИС). Быстродействие 10⁷–10⁸ оп/сек. Формируются два направления — многопроцессорные и персональные ЭВМ. Появляются компьютерные сети. Разрабатывается специализированное программное обеспечение, позволяющее оперативно программировать решение задач определенного класса (например, в таких областях как статистика, инженерная графика, научно-технические расчеты и т.д.).

Развитие ЭВМ идет по пути непрерывного повышения быстродейст­вия, надежности, расширения функциональных возможностей, уменьшения габаритов и потребляемой мощности, упрощения правил работы на компью­тере. Среди ЭВМ четвертого поколения появились персональные компьюте­ры (ПК или ПЭВМ), которые позволяют индивидуально работать каждому пользователю.

Первой ПЭВМ можно считать компьютер Altair-8800, созданный в 1974 г. Э. Робертсом.Для этого компьютера П. Аллен и Б. Гейтсв 1975 г. создали транслятор с популярного языка Basic. Впоследствии П. Аллен и Б. Гейтс создали известную компанию Microsoft.

В 1976 г. Стивен П. Джобе и Стефан Г. Возниакосновали в гараже Пало-Алъто (Калифорния) предприятие AppleComputer. После шести меся­цев работы Возниаку удалось собрать действующий макет под названием Apple 1. В настоящее время компания с таким названием хорошо известна многим пользователям ЭВМ.

В настоящее время ведется разработка ЭВМ пятого поколения,ха­рактерными особенностями которых будут способность к самообучению и наличие речевого ввода и вывода информации.

Таким образом, вычислительная техника постоянно впитывала в себя самые последние достижения науки, техники и технологии (электронные лампы, транзисторы, микроэлектроника, лазеры, средства связи), благодаря чему ее развитие идет необычайно высокими темпами.

В следующем столетии, когда на смену электронным приборам придут квантовые, оптические или биоэлектронные приборы, то современные нам ЭВМ будут казаться будущим пользователям такими же монстрами, какими нам кажутся вычислительные машины 40-х годов XX в.