Под чьим руководством была создана первая эвм

По прогнозам футуролога Рэя Курцвейла, к 2029 году искусственный интеллект сможет пройти тест Тьюринга — и будет невозможно отличить сознание машины от человеческого. А квантовые компьютеры уже давно перестали быть чем-то диковинным. За последние полвека технологии настолько быстро менялись, что сегодня нам сложно представить себе «прадедушку» современного смартфона или ноутбука — устройство весом в 30 т, занимавшее несколько комнат. «РБК Тренды» проследили эволюцию вычислительной техники, чтобы узнать, с чего все начиналось.

Когда появился первый компьютер

Люди с давних времен сталкивались с необходимостью решать задачи, которые требовали сложных вычислений. Нужно было проводить землемерные работы, торговать, собирать налоги, управлять запасами урожая, путешествовать. Сначала считали на пальцах, камнях, узелках, а потом придумали первые счеты и логарифмические линейки. Кстати, само слово «компьютер» (от англ. compute — «вычислять») долгое время использовали для обозначения человека, производящего расчеты.

В Средние века уже стало понятно, что без специальных машин не обойтись. Так появились первые суммирующие устройства и арифмометры. Прообраз будущего электронного сумматора — важнейшего элемента будущих ЭВМ — описал еще Леонардо да Винчи. В 1969 году специалисты из IBM воспроизвели по чертежам машину да Винчи и еще раз убедились в гениальности ученого.

Далее была счетная машина Вильгельма Шиккарда, суммирующая машина Блеза Паскаля (знаменитая «Паскалина»), счетная машина Готфрида Вильгельма Лейбница и аналогичные изобретения других ученых.

Откуда вообще взялась идея программировать вычислительные операции? Все просто: нужно было все время сонастраивать механизмы башенных часов с системой колоколов. Кроме того, похожие задачи возникали и в других отраслях, например в швейной промышленности. В 1804 году появились перфокарты Жозефа Жаккара для ткацких станков, которые считаются первым устройством для запоминания и ввода информации.

Но ближе всех к созданию компьютера подошел в XIX веке профессор математики Кембриджского университета Чарлз Бебидж, разработавший основные принципы построения вычислительных машин, среди которых программное управление, использование перфокарт и деление информации на разные типы. А первым в истории программистом называют соратницу Бебиджа Аду Лавлейс — дочь знаменитого поэта Байрона. К сожалению, реализовать все идеи кембриджского профессора так и не удалось — это требовало слишком больших затрат, однако его вклад в развитие вычислительной техники трудно переоценить. Две его машины — разностная (1822 год) и аналитическая (1830 год) — опередили свое время.

Прошло еще почти сто лет, прежде чем появился полноценный компьютер в привычном понимании этого слова. Первой в мире ЭВМ считается машина ЕNIАС — проект американских ученых Джона Моучли и Джона Эккерта, который они представили в 1942 году. Но ЕNIАС возник не сам по себе: примерно в одно и то же время появилось несколько машин, которые с оговоркой тоже могут претендовать на звание первого компьютера.

Хитроумная машина Семена Корсакова

В России XIX века был свой Чарлз Бебидж — Семен Корсаков, дворянин, успешный государственный деятель, который помимо гомеопатии увлекался еще и изобретением интеллектуальных машин.

В 1832 году Корсаков опубликовал брошюру «Начертание нового способа исследования при помощи машин, сравнивающих идеи» и представил ее Академии наук. Для хранения и кодирования информации он предлагал использовать перфокарты — те самые деревянные пластинки с отверстиями, которые тогда применялись только в ткацких станках Жаккарда.

Всего машин было пять: линейный гомеоскоп с неподвижными деталями, линейный гомеоскоп с подвижными деталями, плоский гомеоскоп, идеоскоп и простой компатор. Все машины помогали не только упорядочивать, но и сравнивать большие объемы данных. Сам Корсаков использовал их для составления базы лекарств по гомеопатии. Ученый задавался вопросом «Как найти нужное лекарство для пациента?». И нашел ответ: нужно «набрать» на деревянной пластинке всю картину болезни, например тошнота, головная боль, температура, и сравнить, совпадут ли выдвижные штырьки с отверстиями перфокарты.

Но тогда никто не оценил идеи Корсакова, изобретение отклонили, хотя подобным образом уже тогда можно было классифицировать практически любую информацию, в том числе военные сведения. Сам ученый тоже понимал, что время для его машин еще не пришло.

Кто изобрел компьютер

Несмотря на то что основоположником идеи первого механического компьютера считается Чарлз Бебидж, только в 40-е годы XX века люди всерьез задумались о необходимости строить мощные машины, способные автоматически выполнять сложные технические расчеты. И для этого была веская причина — Вторая мировая война. Умение кодировать и декодировать большие объемы информации давало неоспоримое преимущество в военных действиях. Разработки велись в разных странах, поэтому на роль отца-основателя компьютера претендовали сразу несколько ученых.

Конрад Цузе

Немецкого инженера Цузе часто называют изобретателем компьютера. Он первым объединил в вычислителе арифметические и логические операции, ввел термин «машинное слово», а также изобрел язык программирования Plankalkul. В 1938 году была готова его машина с программным управлением Z1. Сегодня ее воссозданная модель хранится в Музее вычислительной техники в немецком Падеборне.

Z1 ученый строил в гостиной дома родителей, она помещалась на площади примерно 4 кв.м и была полностью механической, на рычажной основе. Далее были модели Z2, где уже применялись электромагнитные телефонные реле, и Z3, которая умножала два числа за пять секунд. Последнюю использовали для проектирования крылатых ракет «Фау».

Именно Z3 считают первым работоспособным программируемым компьютером. Z4 должна была стать еще более мощной машиной, но в 1942 году руководство Третьего рейха было уверено, что война скоро закончится, и вкладывать деньги в долгосрочные проекты не посчитало нужным.

Во время бомбардировок Берлина все машины Цузе были уничтожены, за исключением недостроенной модели Z4, которую ученый успел вывезти в Альпы. Иногда о машинах Цузе говорят как о «компьютерах Гитлера» (из-за источника финансирования), но при этом сам Цузе членом партии не был и, по слухам, идеологию фашизма не разделял.

Джон Атанасов

Американский физик Джон Атанасов в 1939 году опубликовал концепцию современной вычислительной машины, где расчет проводится с помощью логических (а не математических) действий и где использовалась двоичная система исчисления.

В том же году вместе с напарником Клиффордом Э.Берри он строит машину ABC (Atanasoff Berry Computer), способную решать линейные уравнения с несколькими десятками неизвестных. Ее называют первым электронным компьютером. Оперативное запоминающее устройство ABC было выполнено на вращающемся барабане с конденсаторами, а арифметическое — на радиолампах. Данные вводились с помощью перфокарт. Но проект так и не был закончен, потому что США вступили в войну и Атанасов перешел на службу в военно-морскую лабораторию.

При этом в 1973 году окружной суд США в Миннеаполисе признал, что основные идеи Дж. Моучли, реализованные позже в ЕNIАС, были получены от Атанасова.

Алан Тьюринг

Все, кто хоть немного интересуется информатикой и IT, встречали термин «машина Тьюринга». Алан Тьюринг — английский математик, автор того самого теста, который успешно должен пройти искусственный интеллект к 2029 году.

24-летний Тьюринг в 1936 году выпускает работу, где описывает устройство для решения проблемы математической логики, создает первую модель универсальных вычислений. По сути, он объяснил, что машина может решить любую задачу при условии, что ее (задачу) можно алгоритмизировать.

Машина Тьюринга состоит из программы, ленты с ячейками, автомата или головки для чтения и записи. Данные подаются на ленту, которая поделена на ячейки, каждая из которых либо содержит символ, либо является пустой. Машина может обрабатывать символы, стирать или записывать их в соответствии с инструкциями внутри памяти. Запись, вычисление и сдвиг — именно эти три операции повторяет машина Тьюринга. Этот алгоритм даже сегодня используют для оценки возможностей квантовых компьютеров.

Джон Моучли и Джон Эккерт

Американцы Моучли и Эккерт в 1945 году презентовали компьютер ЕNIАС (Electronic Numerical Integrator and Calculator) — первый электронный цифровой вычислитель для широкого спектра задач, работал полностью на электронных схемах.

Проект, разработанный еще в 1942 году, лежал без дела, пока им не заинтересовались американские военные. В условиях строгой секретности машину весом 30 т, занимавшую площадь почти 300 кв. м, собирали более двухсот специалистов.

ЕNIАС работал на лампах (их было 17 468!) и мог выполнять 5 тыс. операций сложения в секунду. Правда, лампы все время приходилось менять, потому что они перегорали, и это существенно осложняло взаимодействие с компьютером.

Первая в мире ЭВМ — ЕNIАС — была готова уже после завершения Второй мировой войны, и ее сразу же задействовали в работах по созданию водородной бомбы.

Первый компьютер в России

В нашей стране история вычислительной техники началась в 1948 году. Авторы первого проекта автоматической цифровой вычислительной машины — Исаак Брук и Башир Рамеев. 4 декабря они получили авторское свидетельство на изобретение, поэтому именно эта дата считается неофициальным днем рождения российской информатики.

Рамеев и Брук вдохновились идеей ЕNIАС, но делали упор на то, что бесконечно ломавшиеся электронные лампы стоит заменить на миниатюрные полупроводниковые диоды, которые впоследствии можно будет использовать не только для стационарных, но и передвижных компьютеров. Однако вычислительную машину М-1 удалось собрать только к декабрю 1951 года.

А в 1948 году Сергей Лебедев — директор Института электротехники Академии наук в Киеве — начинает работать над малой электронной счетной машиной МЭСМ, которая в итоге и получит статус первой в Союзе электронной цифровой вычислительной машины, ее выпустят на несколько месяцев раньше, чем М-1.

МЭСМ размещалась на площади 60 кв. м. 6 тыс. электронных ламп и трехадресная система команд позволяли выполнять 50 операций в секунду, но внешняя память у машины отсутствовала. МЭСМ не стали запускать в серийное производство, однако большинство первых советских программистов обучались именно на ней. Позже под руководством Лебедева были созданы 15 типов ЭВМ — от ламповых до суперкомпьютеров на интегральных схемах.

Первый персональный компьютер

В 1980-х годах прошлого века началась эпоха персональных компьютеров — малогабаритных машин, которыми могли пользоваться люди без профильного образования.

Чтобы уменьшить в разы аппаратную часть компьютера, понадобились микропроцессоры. Впервые их начала выпускать компания Intel в 1971 году. При стоимости $200 четырехбитный Intel 4004 превосходил по производительности ЕNIАС — выполнял 60 тыс. операций в секунду.

Первый персональный компьютер, который получил массовое распространение, выпустила в 1981 году компания IBM. Модель PC 5150 имела объем памяти 64 килобайта, а жесткий диск в нем заменяли маленькие дисководы.

Но еще в 1977 году был представлен один из успешных персональных компьютеров того времени — Apple II, который потом в различных вариациях успешно продавался в течение 16 лет.

Первым советским ПК считается ПЭВМ «Агат» 1982 года, где за основу был взят микропроцессор, похожий на тот, что стоял в Apple II. Но даже после этого в стране не возник компьютерный бум, как в США. Видимо, считалось, что советским гражданам высокотехнологичные машины дома попросту не нужны — это же не холодильник и не телевизор. Однако это не остановило народных умельцев — инженеры-самоучки, проявляя чудеса смекалки, собирали собственные компьютеры по чертежам, которые были опубликованы в иностранных журналах.

1. История создания и развития эвм.

В 1946 году в США, в университете города
Пенсильвания, была создана первая
универсальная ЭВМ —  ENIAC.
ЭВМENIACсодержала 18 тыс.
ламп, весила 30 тонн, занимала площадь
200 м  и потребляла огромную мощность.
Программирование осуществлялось путем
коммутации разъемов и установки
переключателей. Такое «программирование»
влекло за собой появление множество
проблем, вызванных неверной установкой
переключателей. С проектомENIACсвязано имя еще одной ключевой фигуры
в истории вычислительной техники –
математика Джона фон Неймана. Именно
он впервые предложил записывать программу
и ее данные в память машины так, чтобы
их можно было при необходимости
модифицировать в процессе работы. Этот
ключевой принцип, получивший название
принципа хранимой программы, был
использован в дальнейшем при создании
принципиально новой ЭВМEDVAC(1951 год). В этой машине уже применяется
двоичная арифметика и используется
оперативная память.

По этапам создания и используемой
элементной базе ЭВМ можно условно
разделить на следующие поколения:

1-е поколение (1945-1954 гг.)– время
становления машин с фон-неймановской
архитектурой. В этот период формируется
типовой набор структурных элементов,
входящих в состав ЭВМ. Это – центральный
процессор (ЦП), оперативная память (или
оперативное запоминающее устройство-
ОЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ). ЦП,
в свою очередь, должен состоять из
арифметико-логического устройства
(АЛУ) и управляющего устройства (УУ). ЭВМ
этого поколения работали на
электронно-вакуумных лампах, из-за чего
поглощали огромное количество энергии
и были очень ненадежны. С их помощью
решались в основном научные задачи.
Примером советских машин этого поколения
могут служить «Урал-1»-«Урал-4», серия
«Минск»,  «Раздан». Рекордсменом ЭВМ
этого поколения была ЭВМ «М-20», созданная
под руководством С.А.Лебедева. Она могла
выполнять почти 20 тыс. операций в секунду.

2-е поколение (1955-1964 гг.). Вместо
громоздкой лампы в ЭВМ стали применяться
миниатюрные транзисторы, появилась
память на магнитных сердечниках. Это
привело к уменьшению габаритов, повышению
надежности и производительности ЭВМ.
Появились языки высокого уровня (Algol,FORTRAN,COBOL)
создавшие предпосылки для появления
переносимого программного обеспечения,
не зависящего от типа ЭВМ. Нельзя не
отметить и появление такого новшества
как процессоры ввода-вывода, которые
позволили освободить ЦП от управления
вводом-выводом и осуществлять ввод-вывод
с помощью специализированного устройства
одновременно с процессом вычислений.
На этом этапе резко расширился круг
пользователей ЭВМ и возросла номенклатура
решаемых задач. Для эффективного
управления ресурсами машины стали
использоваться операционные системы
(ОС).

3-е поколение (1965-1970 гг.).Смена
поколений была вновь обусловлена
обновлением элементной базы: вместо
транзисторов в различных узлах ЭВМ
стали использоваться интегральные
микросхемы различной степени интеграции
(сотни, тысячи транзисторов в одном
корпусе). Это не только повысило
производительность ЭВМ, но и снизило
их габариты и стоимость. Появились
малогабаритные машины (мини-ЭВМ). Они
активно использовались для управления
различными технологическими
производственными процессами в системах
сбора и обработки информации. Увеличение
мощности ЭВМ сделало возможным
одновременное выполнение нескольких
программ на одной ЭВМ. Для этого нужно
было научиться координировать между
собой одновременно выполняемые действия,
для чего были расширены функции
операционной системы. В этот период
растет и удельный вес разработок в
области технологий программирования:
активно разрабатываются теоретические
основы методов программирования,
компиляции, баз данных, операционных
систем и т.д.  Создаются пакеты
прикладных программ для самых различных
областей жизнедеятельности человека.
Наблюдается тенденция к созданию
семейств ЭВМ, т.е. машины становятся
совместимы снизу вверх на программно-аппаратном
уровне. Примерами таких семейств была
серияIBMSystem360 и наш отечественный аналог – ЕС ЭВМ.

4-е поколение (1970-1984 гг.).Очередная
смена элементной базы привела к смене
поколений. В 70-е годы активно ведутся
работы по созданию больших и сверхбольших
интегральных схем (БИС и СБИС), которые
позволили разместить на одном кристалле
десятки тысяч элементов. Это повлекло
дальнейшее существенное снижение
размеров и стоимости ЭВМ. Работа с
программным обеспечением стала более
дружественной, что повлекло за собой
рост количества пользователей. При
такой степени интеграции элементов
стало возможным создать функционально
полную ЭВМ на одном кристалле. В ноябре
1971 года фирмаIntelвыпустила
первый микропроцессорi4004,
который содержал 2300 транзисторов и имел
быстродействие 60000 операций в секунду.
И если до этого в мире вычислительной
техники были только три направления
(суперЭВМ, большие ЭВМ (мэйнфреймы) и
мини-ЭВМ), то теперь к ним прибавилось
еще одно – микропроцессорное. В общем
случае под процессором понимают
функциональный блок ЭВМ, предназначенный
для логической и арифметической обработки
информации на основе принципа
микропрограммного управления. По
аппаратной реализации процессоры можно
разделить на микропроцессоры (полностью
интегрирующие все функции процессора)
и процессоры с малой и средней интеграцией.
Конструктивно это выражается в том, что
микропроцессоры реализуют все функции
процессора на одном кристалле, а
процессоры других типов реализуют их
путем соединения большого количества
микросхем. Быстродействие машин этого
поколения достигает 10-12 млн. операций
в секунду.

5-е поколение можно назвать
микропроцессорным.К этому времени
проектировщики больших компьютеров
накопили огромный теоретический и
практический опыт, а программисты
микропроцессоров сумели найти свою
нишу на рынке.  В 1976 году фирмаIntelзакончила разработку 16-разрядного
микропроцессораi8086. В
1982 году был представлен улучшенный
вариант  микропроцессораi8086
–i80286. Первые компьютеры
на базе этого микропроцессора появились
в 1984 году. По своим вычислительным
возможностям этот компьютер стал
сопоставим сIBM370. Поэтому
можно считать, что на этом 4-е поколение
развития ЭВМ завершилось. Большие ЭВМ
представляли собой ЭВМ с многими
десятками параллельно работающих
микропроцессоров, позволяющих строить
эффективные системы обработки знаний;
ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах
с параллельно-векторной структурой,
одновременно выполняющих десятки
последовательных команд программы;
задача миниатюризации решается с помощью
чипов (от английского слова 
chip-стружка, тонкий волос). Налажен
промышленный выпуск чипов, которые
содержат более миллиона транзисторов.

6-е и последующиепоколения:
оптоэлектронных ЭВМ с массовым
параллелизмом и нейронной структурой
— с распределенной сетью большого числа
(десятки тысяч) несложных микропроцессоров,
моделирующих архитектуру нейронных
биологических систем.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет,
по сравнению с предшествующим, существенно
лучшие характеристики. Так, производительность
ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств
увеличиваются, как правило, больше чем
на порядок.

Главной тенденцией развития вычислительной
техники в настоящее время является
дальнейшее расширение сфер применения
ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных
машин к их системам — вычислительным
системам и комплексам разнообразных
конфигураций с широким диапазоном
функциональных возможностей и
характеристик.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Первый компьютер в мире – какой он?

В 40-х годах прошлого столетия функционировало сразу несколько компьютеров, которые можно назвать первыми. Однако еще в 1822 году изобретатель Чарльз Бэббидж выпустил счетную машину, которую с большой натяжкой можно назвать компьютером. Уже в 1941 году компанией IBM при участии математика Говарда Эйксона была разработана и выпущена усовершенствованная машина «Марк 1» (по чертежам Чарльза Бэббиджа). Это первый в США программируемый аппарат, который применялся для разработки военного оборудования.

На роль создателя первого компьютера претендовали и другие изобретатели:

• Конрад Цузе – немецкий разработчик, в 1939 году создавший машину, которая имела название Z1. Это первое электромеханическое устройство, предназначенное для вычисления аэродинамических характеристик самолета.
• Алан Тьюринг – разработал знаменитую машину, способную расшифровать коды немецкого аппарата «Энигма». Англичане построили более 200 таких компьютеров, каждый весил 2,5 тонны.
• Джон Атанасов – американскому инженеру удалось изобрести первую полностью электронную установку в 1942 году. Машина была способна решать линейные уравнения, ее даже признала «первым компьютером» судебная власть США в 1973 году.
• Джон Мокли – в 1946 г. разработал мощный электронный компьютер ЭНИАК, предназначенный для расчета баллистических таблиц. Данные операции ранее выполнялись людьми вручную. Машина была способна совершать аналогичные вычисления в 2600 раз быстрее.

Именно ЭНИАК считается первым полноценным компьютером, который является полностью вычислительным устройством. Аналоги были у британцев, однако по приказу Черчилля, информация о них была засекречена, а сами машины уничтожены. Компьютер ЭНИАК был громоздким и неудобным в работе, программирование осуществлялось путем переключения кабелей.

ЭНИАК

Так кто придумал первый компьютер?

Родоначальником принято называть именно Чарльза Бэббиджа, который увлекался вычислительными науками с молодого возраста. На основании многолетних трудов он изобрел механизм, способный выполнять сложения разностным методом. Его разработка состояла из множества громоздких шестеренок.

Чарльз Бэббидж

Аппарат путем применения десятичных схем счисления выдавал точный результат в течение минуты. Разработчик Чарльз Бэббидж за свои труды был вознагражден Британской субсидией, общая сумма дотаций составила 17 000 фунтов стерлингов. Эти деньги были пущены на модернизацию аппарата, однако финансирования не хватило для завершения новых проектов.

Резюмируя в ответе на вопрос, кто изобрел первый компьютер, первым в списке значится Чарльз Бэббиджей – изобретатель, разработавший проект механического устройства. Свой вклад также внесли:

• Конрад Цузе – разработчик первого электромеханического программируемого аппарата.
• Джон Атанасов – разработал электронный непрограммируемый компьютер.
• Алан Тьюринг – создал универсальную техническую схему.
• Джон Мокли – сконструировал первую ЭВМ.
• Джон фон Нейман – описал архитектуру (устройство хранение информации), которая стала базовой для всех современных компьютеров.

Кто создал первый компьютер в России?

Советские разработчики впервые сконструировали компьютер в 1948 году. Придумал электронную счетную машину профессор Лебедев, в конструировании участвовали 20 инженеров и 10 помощников.

Отечественная машина занимала площадь в 60 кв.м. В ее конструкции присутствовало так много ламп и кабелей, что при запуске машина выделяла слишком много тепла. Инженерам даже пришлось разобрать часть крыши, чтобы свежий воздух охлаждал компоненты. Как называлась машина? Довольно незамысловато – МЭСМ.

МЭСМ

Компьютерный механизм был способен совершать до 3 тысяч вычислений в минуту. В конструкцию было встроено 6 тысяч ламп суммарным потреблением 25 кВт.

Как выглядели первые компьютеры?

«МАРК 1» был в длину 17 метров, высотой более 2 метров. Машина имела стальной каркас, вес компьютера составлял 4,5 тонны. Общая протяженность проводов превышала 750 км. ЭНИАК весил свыше 27 тонн, потреблял в среднем 170 кВт электроэнергии.

МАРК-1

Первый настольный ПК выглядел менее устрашающе и спокойно помещался на рабочем столе. Programma 101 был разработан итальянцем Пьером Джорджио Перотто, использовался для расчетов посадки Apollo 11 на Луну.

Programma-101

Резюме

За одно столетие компьютерные технологии совершили колоссальный скачок и продолжают развиваться. Кто знает, когда появятся нейронные или квантовые компьютеры, однако по прогнозам это случится довольно скоро.

Предисловие

ЭВМ (электронно-вычислительная машина) (или компьютер) — это аппаратно-программное вычислительное устройство, реализованное на электронных компонентах и выполняющее заданные программой действия.

Термин ЭВМ сегодня практически не применяется, кроме как в историческом смысле.

Счётно-решающие средства до появления ЭВМ

История вычислений уходит глубокими корнями вглубь веков так же, как и развитие человечества. Накопление запасов, делёж добычи, обмен — все подобные действия связаны со счётом. Для подсчёта люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки и узелки. Потребность в поиске решений всё более и более сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений, поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые могли бы ему в этом помочь. Исторически сложилось так, что в разных странах возникли собственные денежные единицы, меры веса, длины, объёмов и расстояний. Для перевода из одной системы измерения в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить специально обученные люди, которых иногда приглашали из других стран. Это естественно привело к созданию изобретений, помогающих счёту.

Одним из первых устройств (VI—V вв. до н. э.), облегчающих вычисления, можно считать специальную доску для вычислений, названную «абак». Вычисления на ней производились перемещением камешков или костей в углубления досок из бронзы, камня или слоновой кости. Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э., у японцев он назывался «серобян», у китайцев — «суанпан».

В Древней Руси при счёте применялось устройство, похожее на абак, называемое «русский шёт». В XVII веке этот прибор уже обрёл вид привычных русских счёт.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, всё острее ощущалась необходимость в изобретении счётной машины. И в середине века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал «суммирующую» машину, названной Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание.

В 1670—1680 гг. немецкий математик Готфрид Лейбниц конструировал счётную машину, которая выполняла все арифметические действия. В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено ещё несколько подобных счётных устройств, которые, однако, из-за своих недостатков, в том числе из-за медлительности в работе, не получили широкого распространения.

Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышёв предложил счётную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Наибольшую популярность получил тогда арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году. Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия.

В 30-е годы XX столетия в Советском Союзе был разработан более совершенный арифмометр — «Феликс». Эти счётные устройства использовались несколько десятилетий, став основным техническим средством облегчения человеческого труда. Выпускались с 1929 по 1978 год.

Создание первых компьютеров

В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу над созданием, так называемой «разностной» машины, которая, по его замыслам, должна была не просто выполнять арифметические действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию. В качестве основного элемента своей машины Бэббидж взял зубчатое колесо для запоминания одного разряда числа (всего таких колёс было 18). К 1822 году учёный построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов.

В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины. Его проект содержал более 2000 чертежей различных узлов. Машина Бэббиджа предполагалась как чисто механическое устройство с паровым приводом. Она состояла из хранилища для чисел («склад»), устройства для производства арифметических действий над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой») и устройства, управляющего операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни (он умер в 1871 году), успев сделать лишь некоторые узлы своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня развития техники.

В 1842 году в Женеве была опубликована небольшая рукопись итальянского военного инженера Л. Ф. Менабреа «Очерк об аналитической машине, изобретённой Чарльзом Бэббиджем», переведённая в последствии ученицей и помощницей Бэббиджа дочерью Дж. Г. Байрона — леди Адой Лавлейс. При содействии Бэббиджа Ада Лавлейс составляла первые программы для решения систем двух линейных уравнений и для вычисления чисел Бернулли. Леди Лавлейс стала первой в мире программисткой.

После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина — табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую сейчас передовым разработчиком компьютеров.

Новый инструмент — ЭВМ — служит человеку пока лишь чуть больше полувека. ЭВМ — одно из величайших изобретений середины XX века, изменивших человеческую жизнь во многих её проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один из рычагов, обеспечивающих развитие и достижения научно-технического прогресса.

Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный К. Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а в 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. В качестве элементной базы Цузе выбрал реле, которые к тому времени давно применялись в различных областях техники. В 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1 на 16 слов; в следующем году модель Z2, а ещё через два года он построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением (модель Z3), которая демонстрировалась в Германском научно-исследовательском центре авиации. Это был релейный двоичный компьютер, имеющий память на 64 22-разрядных числа с плавающей запятой: 7 разрядов для порядка и 15 разрядов для мантиссы. К несчастью, все эти образцы машин были уничтожены во время бомбардировок в ходе Второй мировой войны. После войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5. К. Цузе в 1945 году создал язык Plankalkul (от немецкого «исчисление планов»), который относится к ранним формам алгоритмических языков. Этот язык был в большей степени машинно-ориентированным, но по некоторым возможностям превосходил АЛГОЛ.

Независимо от Цузе построением релейных автоматических вычислительных машин занимались в США Д. Штибитц и Г. Айкен.

Д. Штибитц, тогда работавший в фирме Bell, собрал на телефонных реле первые суммирующие схемы. В 1940 году вместе с С. Уильямсом Штибитц построил «вычислитель комплексных чисел», или релейный интерпретатор, который впоследствии стал известен как специализированный релейный компьютер «Bell-модель 1». В этом же году машина демонстрировалась на заседании Американского математического общества, где были проведены её первые промышленные испытания. В последующие годы были созданы ещё четыре модели этой машины. Последняя из них разработана Штибитцем в 1946 году (модель V) — это был компьютер общего назначения, содержащий 9000 реле и занимающий площадь почти 90 м², вес устройства составлял 10 т.

Другую идею релейного компьютера выдвинул в 1937 году аспирант Гарвардского университета Г. Айкен. Его идеей заинтересовалась фирма IBM. В помощь Айкену подключили бригаду инженеров во главе с К. Лейком. Работа по проектированию и постройки машины, названной «Марк-1», началась в 1939 году и продолжалась 5 лет. Машина состояла из стандартных деталей, выпускаемых IBM в то время. Электронные лампы при создании вычислительной машины были впервые применены американским профессором физики и математики Д. Атанасовым. Атанасов работал над проблемой автоматизации решения больших систем линейных уравнений. В декабре 1939 году Атанасов окончательно сформулировал и осуществил на практике свои основные идеи, создав вместе с К. Берри работающую настольную модель машины. После этого он приступил к созданию машины, способной решить систему с 29 неизвестными. Память машины была энергоёмкая — использовалось 1632 бумажных конденсатора. Всего использовалось 300 электронных ламп. К весне 1942 г. когда монтаж машины был почти завершён, США уже находилось в состоянии войны с Германией, и, к несчастью, проект был свёрнут.

В 1942 году профессор электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Д. Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений», положивший начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC. Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США. В 1943 году под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, демонстрация состоялась 15 февраля 1946 года. Новая машина имела «впечатляющие» параметры: 18000 электронных ламп, площадь 90 × 15 м², весила 30 т и потребляла 150 кВт. ENIAC работала с тактовой частотой 100 кГц и выполняла сложение за 0,2 мс, а умножение — за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычислительные машины.

Долгое время считалось, что ENIAC единственный электронный компьютер, но в 1975 году Великобритания сообщила о том, что уже с декабря 1945 года в государственном институте Блетчли-Парк работал первый программируемый ЭВМ «Колосс», но для правильной оценки компьютера Англия не предоставила много данных.

С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой революционными были идеи американского математика, члена Национальной АН США и американской академии искусств и наук Джона фон Неймана (1903—1957). Эти идеи были изложены в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства», написанная вместе с А. Берксом и Г. Голдстайном и опубликованная в 1946 году.

Вот как представлял фон Нейман свою ЭВМ:

• Машина должна состоять из основных органов: орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором, чтобы машина не зависела от оператора.
• Она должна запоминать не только цифровую информацию, но и команды, управляющие программой, которая должна проводить операции над числами.
• ЭВМ должна различать числовой код команды от числового кода числа.
• У машины должен быть управляющий орган для выполнения команд, хранящихся в памяти.
• В ней также должен быть арифметический орган для выполнения арифметических действий.
• И, наконец, в её состав должен входить орган ввода-вывода.

В 1945 г. Англия приступила к созданию первой машины с неймановским типом памяти. Работа была возглавлена Т. Килбрном из Манчестерского университета и Ф. Вильямсем из Кембриджского. Уже 21 июня 1948 года Т. Килбрн и Ф. Вильямс просчитали первую программу на ЭВМ «Марк-1» (одинаковое название с машиной Айкена).

Другая группа во главе с М. Уилксом 6 мая 1949 года произвела первые расчёты на машине того же типа — EDSAC.

Вскоре были построены ещё машины EDVAC (1950 г.), BINAC и SEAC.

В ноябре месяце того же года в Киевской лаборатории моделирования и вычислительной техники Института электротехники АН УССР под руководством академика С. А. Лебедева была создана первая советская ЭВМ — МЭСМ. МЭСМ была принципиально новой машиной, так как профессор Лебедев применил принцип параллельной обработки слов.

Ламповые ЭВМ

Разработка первой серии электронной машины UNIAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 году. Д. П. Эккертом и Д. Мочли, основавшими фирму Eckert-Mauchly. Первый образец UNIAC-1 был построен для Бюро переписи США в 1951 г. UNIAC был создан на базе ЭВМ ENIAC и EDVIAC. Работала с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Ёмкость памяти — 1000 12-разрядных десятичных чисел.

Следующим шагом было увеличение быстродействия памяти, для чего учёные стали исследовать свойства ферритовых колец. Впервые память на магнитных сердечниках была применена в машине «Whirlwind-1». Она представляла собой два куба с 32 × 32 × 17 сердечниками, обеспечивающих хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел.

В разработку электронных компьютеров включилась и фирма IBM, которая в 1952 году выпустила первый промышленный компьютер IBM-701. Машина содержала 4000 электронных ламп и 12 000 германиевых диодов. В 1956 году IBM выпустила новый серийный компьютер — IBM-704, отличавшийся высокой скоростью работы.

После ЭВМ IBM-704 была выпущена машина IBM-709, в архитектурном плане приблизившаяся к машинам второго и третьего поколения.

В 1956 году IBM разработала плавающие магнитные головки на воздушной подушке, изобретение которых позволило создать новый тип памяти — дисковые запоминающие устройства (ЗУ). Впервые ЗУ на дисках появились в машине IBM-305 и RAMAC-650, которая имела пакет из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, вращавшихся со скоростью 1200 об/мин. На поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных 10 000 знаков каждая.

Вслед за первым серийным компьютером UNIAC-1 фирма REMINGTON-RAND в 1952 году выпустила ЭВМ UNIAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее.

В октябре 1952 году группа сотрудников фирмы REMINGTON-RAND предложила алгебраическую форму записи алгоритмов; на основе этого офицер военно-морских сил США и руководитель группы программистов, капитан Грейс Хопперт разработала первую программу-компилятор A-0.

Фирма IBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 году для машины IBM-701 «Систему быстрого кодирования». В 1957 году группа Д. Бэкуса завершила работу над ставшим впоследствии популярным языком программирования высокого уровня ФОРТРАНОМ. Он способствовал расширению сферы деятельности компьютеров.

В 1951 году фирма Ferranti стала выпускать машину «Марк-1». А через 5 лет выпустила ЭВМ «Pegasus», использующую концепцию регистров общего назначения.

В СССР в 1948 году проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей.

В 1950 году в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ АН СССР) организован отдел цифровой ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. Эту работу возглавил С. А. Лебедев (1902—1974). В 1951 году здесь была спроектирована машина БЭСМ, а в 1952 году началась её эксплуатация. В проекте вначале предлагалось использовать трубки Вильямса, но до 1955 г. в качестве элемента памяти использовали ртутные линии. БЭСМ могла совершать 8 000 оп/с. Серийно она стала выпускаться с 1956 года под названием БЭСМ-2.

Транзисторные ЭВМ

В середине 1950-х годов, когда ламповые компьютеры достигли «насыщения», ряд фирм объявил о работах по созданию транзисторных ЭВМ. Первоначально это вызвало скептицизм из-за того, что производство полупроводников будет сложным и дорогостоящим. Однако этого не случилось — постоянно совершенствовались методы производства транзисторов.

В 1955 году в США было объявлено о создании цифрового компьютера TRADIC, построенного на 800 транзисторах и 11 000 германиевых диодах. В этом же году фирма объявила о создании полностью транзисторной ЭВМ. Первая такая машина «Philco-2000» была сделана в ноябре 1958 года, она содержала 56 тыс. транзисторов, 1 200 диодов, но всё же в её составе было 450 электронных ламп. «Philco-2000» выполняла сложение за 1,7 мкс, умножение — за 40,3 мкс.

В Англии транзисторная ЭВМ «Elliot-803» была выпущена в 1958 году, в ФРГ — «Simens-2002» и в Японии H-1 — в 1958 году, во Франции и Италии — в 1960 году. В СССР группа разработчиков во главе с Е. Л. Брусиловским в 1960 году в НИИ математических машин в Ереване завершила разработку полупроводниковой ЭВМ «Раздан-2», её серийный выпуск начат в 1961 году.

В это же время появились компьютеры и не на полупроводниках. Так, в Японии была выпущена ЭВМ «Senac-1» на параметронах, в СССР — «Сетунь», а во Франции — CAB-500 на магнитных элементах. «Сетунь», разработанная в МГУ под руководством Н. П. Брусенцова, стала единственной серийной ЭВМ, работавшая в троичной системе счисления.

Значительным событием в конструировании машин второго поколения стали ЭВМ «Atlas» (выпущена в Англии в 1961 году), в которой были применены концепции виртуальной (кажущейся) памяти, «Stretch» и CDC-6600 (США) и БЭСМ-6 (СССР).

В 1960 году фирма IBM разработала мощную вычислительную систему «Stretch» (IBM-7030), разработчики которой добились 100-кратного увеличения быстродействия: в её состав входило 169 тыс. дрейфовых транзисторов с тактовой частотой переключения в 100 МГц.

Большой вклад в развитие компьютеров второго поколения внесла фирма Control Data, разработавшая в 1960 году ЭВМ CDC-6600 (первый образец был установлен в Лос-Анжелесе в 1964 г.). В архитектуре CDC-6600 было использовано новое решение — многопроцессорная обработка: многочисленные арифметико-логические устройства (АЛУ) с десятью периферийными процессорами, что обеспечивало машине производительность более чем 3 млн оп/с.

В СССР после выпуска первой серийной ЭВМ второго поколения «Раздан-2» было разработано ещё около 30 моделей по такой же технологии. Минским заводом вычислительной техники им. Серго Орджоникидзе в 1963 году была выпущена первая транзисторная ЭВМ «Минск-2», а затем её модификации: «Минск-22», «Минск-22М», «Минск-23» и в 1968 году — «Минск-32», которые долгое время играли главную роль в автоматизации различных отраслей народного хозяйства.

В Институте кибернетики АН УССР под руководством В. М. Глушкова в 60-е гг. ХХ века разработан ряд различных малых машин: «Проминь» (1962 г.), «Мир», «Мир-1» (1965 г.) и «Мир-2» (1969 г.) — впоследствии применяемых в вузах и научно-исследовательских организациях.

В 1964 году в Ереване также были созданы малые ЭВМ серии «Наири», отличающихся от ЭВМ «Мир» некоторыми структурными особенностями.

В том же году в Пензе была разработана и пущена в производство серия машин «Урал» (главный конструктор Б. И. Рамеев), позже в 1965 и 1967 гг. появились модификации — «Урал-11» и «Урал-16». ЭВМ серии «Урал» имели унифицированную систему связи с периферийными устройствами.

Машина БЭСМ-6 состояла из 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых диодов, имела высокую надёжность и высокое быстродействие — 1 млн оп/с.

При появлении ЭВМ второго поколения разработчики занялись разработкой и создание языков программирования, обеспечивающих удобный набор программ.

Одним из первых языков программирования был АЛГОЛ (создан группой ученых американской Ассоциацией по вычислительной техники)..

Эпоха интегральных схем

В декабре 1961 года специальный комитет фирмы IBM, изучив техническую политику фирмы в области разработки вычислительной техники, представил план-отчёт создания ЭВМ на микроэлектронной основе. Во главе реализации плана встали два ведущих разработчика фирмы — Д. Амдал и Г. Блау. Работая с проблемой производства логических схем, они предложили при создании семейства использовать гибридные интегральные схемы, для чего при фирме в 1963 году было открыто предприятие по их выпуску.

В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о создании шести моделей своего семейства IBM-360 («System-360»), появление которого ознаменовало появление компьютеров третьего поколения. За 6 лет существования семейства фирма IBM пустила более 33 тыс. машин. Затраты на научно-исследовательские работы составили примерно полмиллиарда долларов (по меркам того времени — сумма была просто огромной). При создании семейства «System-360» разработчики встретились с трудностями при создании операционной системы, которая должна была отвечать за эффективное размещение и использование ресурсов ЭВМ. Первая из них, универсальная операционная система называлась DOS, предназначенная для малых и средних ЭВМ, позже была выпущена операционная система OS/360 — для больших. До конца 60-х гг. фирма IBM в общей сложности выпустила более 20 моделей семейства IBM-360. В модели 85 впервые в мире была применена кэш-память (от фр. cache — тайник), а модель 195 стала первой ЭВМ на монолитных схемах.

В конце 1970 года фирма IBM стала выпускать новое семейство вычислительных машин — IBM-370, которое сохранило свою совместимость с IBM-360, но и имело ряд изменений: они были удобны для комплектования многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем, работающих на общем поле оперативной памяти.

Почти одновременно с IBM компьютеры третьего поколения стали выпускать и другие фирмы. В 1966—1967 гг. их выпускали фирмы Англии, ФРГ и Японии. В Англии фирмой ICL был основан выпуск семейства машин «System-4» (производительность от 15 до 300 тыс. оп/с). В ФРГ были выпущены машины серии 4004 фирмы Siemens (машины этого семейства полностью копировали ЭВМ семейства «Spectra-70»), а в Японии — машины серии «Hytac-8000», разработанные фирмой Hitachi (это семейство являлось модификацией семейства «Spectra-70»). Другая японская фирма Fujitsu в 1968 году объявила о создании серии ЭВМ «FACOM-230». В Голландии фирма Philips Gloeilampenfabriken, образованная в 1968 году для выпуска компьютеров, стала выпускать компьютеры серии P1000, сравнимой с IBM-360.

В декабре 1969 года ряд стран (НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР, а также в 1972 году — Куба, а в 1973 году — СРР) подписали Соглашение о сотрудничестве в области вычислительных технологий. На выставке «ЕСЭВМ-73» (1973 г.) были показаны первые результаты этого сотрудничества: шесть моделей компьютеров третьего поколения и несколько периферийных устройств, а также четыре ОС для них. С 1975 года начался выпуск новых модернизированных моделей ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-1032, ЕС-1033, имеющих наилучшее соотношение производительность/стоимость, в которых использовались новые логические схемы и схемы полупроводниковой памяти. Вскоре появились машины второй серии сотрудничества. Наиболее ярким представителем его была мощная модель ЕС-1065, представлявшая собой многопроцессорную системы, состоящую из четырёх процессоров и имевшую память 16 Мбайт. Машина была выполнена на интегральных схемах ИС-500 и имела производительность 4—5 млн оп/с.

С машинами третьего поколения связано ещё одно значительное событие — разработка и внедрение визуальных устройств ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации с помощью электронно-лучевых трубок — дисплеев, использование которых позволило достаточно просто реализовать возможности вариантного анализа. История появления первых прототипов современных дисплеев относится к послевоенным годам. В 1948 году Г. Фуллер, сотрудник лаборатории вычислительной техники Гарвардского университета, описал конструкцию нумероскопа. В этом приборе, под руководством ЭВМ, на экране электронно-лучевой трубки появлялась цифровая информация. Дисплей принципиально изменил процесс ввода-вывода данных и упростил общение с компьютером.

В 1970-х годах благодаря появлению микропроцессоров стало возможным осуществлять буферизацию как данных, принимаемых с экранного терминала, так и данных, передаваемых ЭВМ. Благодаря чему регенерацию изображения на экране удалось реализовать средствами самого терминала. Появилась возможность редактирования и контроля данных перед их передачей в ЭВМ, что уменьшило число ошибок. На экране появился курсор — подвижная метка, инициализирующая место ввода или редактирования символа. Экран дисплея стал цветным. Появилась возможность отображения на экране сложных графических изображений — это дало возможность для создания красочных игр (хотя первые компьютерные игры появились ещё в 1950-е годы, но были псевдографическими) и предназначенных для работы с графикой программ.

Четвёртое поколение

Это поколение ЭВМ связано с развитием микропроцессорной техники. В 1971 году компания Intel выпустила микросхему Intel-4004 — первый микропроцессор и родоначальник доминирующего и самого известного сегодня семейства (Intel x86 (первый микропроцессор Intel 8086)).

История четвёртого поколения началась с того, что японская фирма Busicom (ныне уже не существует) заказала Intel Corporation изготовить 12 микросхем для использования их в калькуляторах различных моделей. Малый объём каждой партии микросхем увеличивал стоимость их разработки. Однако разработчикам удалось создать такое устройство — микропроцессор, который мог использоваться во всех микрокалькуляторах. Его тактовая частота — около 0,75 МГц. Процессор был четырёхразрядным, то есть позволял кодировать все цифры и специальные символы, что было достаточно для калькулятора.

Однако компьютеры работают не только с цифрами, но и с текстом. Для того чтобы закодировать все цифры, буквы и специальные символы, потребовался бы 8-разрядный процессор. Он появился в 1972 году и назывался Intel-8008, а в 1974 году появился процессор Intel-8080. Он был выполнен по NMOS-технологии (англ. N-cannel Metal Oxide Semiconductor), его тактовая частота составила 2 МГц, при этом в самом микропроцессоре было реализовано деление чисел.

Таким образом, история развития электроники подошла к созданию персональных компьютеров (ПК). Во второй половине 70-х гг. появилась потребность в компьютерах для одного рабочего места. Первые такие ПК базировались на 8-разрядных процессорах — Intel-8080 и процессорах фирмы Zilog Corporation — Z80. ОС для них разработала компания Digital Research CP/M (англ. Control Program for Microcomputers).

Создателями первого ПК были два молодых американских техника: Стивен Джобс, работавший в фирме Atari, и Стив Возняк из компании HewlettPackard. Летом 1976 года в гараже родителей Джобса они соорудили первый ПК и назвали его «Apple-I» — «яблоко». Для того чтобы достать необходимые детали Джобсу пришлось продать свой автомобиль «Фольксваген». Apple-I не имел ни клавиатуры, ни корпуса.

В апреле 1977 года они сконструировали ещё один ПК — Apple-II (в это же время появилась и знаменитая эмблема фирмы Apple — надкушенное разноцветное яблоко), он имел одноплатную конструкцию и шину расширения, позволяющую подсоединять дополнительные устройства. Клавиатура была помещена в отдельный корпус. В качестве центрального процессора был взят надёжный 8-разрядный MOS 6502. Память составляла всего лишь 8 Кбайт, но для её увеличения использовалась магнитофонная лента, запускаемая с обычного кассетного магнитофона. В дальнейшем к Apple-II были разработаны графические видеоадаптеры, дисковая ОС для управления ОП и нижний регистр для символов, которые могли размещаться на экране в 80 столбцах.

За 10 с не большим лет этот ПК фирмы Apple (образована в 1976 году) завоевал рынок — было продано более 2 млн экземпляров. Цена его колебалась в районе 1000 долларов. Своим коммерческим успехом он обязан в значительной степени его открытой архитектуре и модульной системе, позволяющей расширять систему за счёт добавления новых устройств.

К 1980 году стал очевиден успех идеи ПК. Их рынок достиг нескольких десятков тысяч в год. Крупнейшая электронная корпорация США IBM, лидер в производстве компьютеров, уже совершила одну стратегическую ошибку, уступив рынок мини-ЭВМ компании Digital Equipment Corporation (DEC). Ещё одним поводом для беспокойства стал успех компьютеров фирмы Apple Computer. И IBM решает быстро захватить рынок ЭВМ. Сомнений не было, что для этого нужно создать новую модель ПК. Для этого нужен был новый процессор (взамен устаревшего MOS 6502 или Zilog Z80) — им стал процессор Intel-8088.

В 1976 году компания Intel начала разработку микропроцессора Intel-8086, который был выпущен в 1978 году. Размер его регистров был увеличен вдвое, что дало возможность увеличить в 10 раз производительность по сравнению с 8080. Кроме того, размер адресной шины был увеличен до 16 бит, чем опередил своё время — ему дополнительно нужна 16-разрядная микросхема.

В 1979 году был выпущен новый микропроцессор — Intel-8088, не отличавшийся от своего предшественника, но он имел 8-разрядную шину данных — это позволяло использовать популярные в то время 8-разрядные микросхемы. Первоначально процессор работал частотой в 4,77 МГц, но впоследствии другие фирмы разработали совместимые с ним 8- и 10-мегагерцовые процессоры.

12 августа 1981 года IBM впервые представила свой ПК, который так и назывался IBM PC (англ. Personal Computer). Он имел процессор Intel-8088, два дисковода для гибких дисков по 160 Кбайт и ОП (оперативную память) 64 КБайт с возможностью расширения до 512 Кбайт. В ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) PC был помещён язык программирования Бейсик. IBM разработала свой собственный дисплей, который имел хорошую контрастность, символы на нём легко читались и не утомляли глаз мерцанием.

К 1982 году невероятная популярность нового компьютера привела к созданию многочисленных аналогов. К 1984 году IBM-совместимых компьютеры выпускали более 50 компаний, а в 1986 году объём продаж клонов превысил собственный объём продаж фирмы IBM. Архитектура IBM PC завоевала весь мир: никакой другой фирме, будь-то Apple Macintosh, NeXT, Amiga или другим, не удалось занять место рядом с IBM. Хотя компьютеры фирм Apple и Amiga тоже были очень популярны.

В 1983 году IBM выпустила новую модель PC XT (англ. eXtended Technology) с жёстким диском (винчестером) ёмкостью 10 Мбайт и оперативной памятью 640 Кбайт. Работал PC под управлением MS DOS компании Microsoft — ныне крупнейшего производителя программного обеспечения.

Презентация нового PC — IBM PC AT (англ. Advanced Technology) — состоялась в 1984 году. AT был построен на основе нового микропроцессора — Intel-80286, который был представлен в 1982 году. Микропроцессор имел 16-разрядную шину данных и 16-битный внутренние регистры. Первый Intel-80286 работал на частоте в 6 МГц, впоследствии доведённой до 20 МГц. В общем, AT в 5 раз был производительнее, чем XT. Главным преимуществом Intel-80286 была способность работать с дополнительной памятью. Он имел 24-разрядную адресную шину, что позволяло работать с ОП до 16 Мбайт. Intel-80286 мог работать с виртуальной памятью размером до 1 Гбайта.

Тем временем в январе 1984 г. состоялась презентация первого компьютера Macintosh компании Apple Computer. Эти компьютеры сыграли значительную роль в развитии PC. Он имел 9-дюймовый монитор с высокой чёткостью изображения и занимал мало места на рабочем столе, число соединительных кабелей в системе было минимальным. В качестве центрального процессора был использован микропроцессор 68000 компании Motorola, в последующих моделях был использован микропроцессор Motorola 68030, а в некоторых они использовались совместно с математическим сопроцессором, а также цветной монитор. Такие PC были очень удобны в домашней работе.

В 1985 году компания Intel анонсировала первый 32-разрядный процессор Intel-80386 (Intel-80386DX). Он имел все положительные качества своих предшественников. Вся система команд Intel-80286 полностью совместима с набором команд 386-го. Новый процессор был полностью 32-разрядным и работал на частоте в 16 МГц (позже появились модели с 25, 33 и 40 МГц). С увеличением шины данных до 32 бит число адресных линий было также увеличено до 32, что позволило микропроцессору обращаться прямо к 4 Гбайт физической памяти или к 64 Тбайт (1 Терабайт = 1024 Гбайт) виртуальной памяти. Для поддержания совместимости с Intel-8086 процессор работал в защищённом режиме (англ. Protect mode), также поддерживался реальный режим (англ. Real mode), основным отличием была возможность переходить из одного режима работы в другой без перезагрузки компьютера. Появился также новый режим — виртуальный (англ. Virtual mode) — позволявший микропроцессору работать так же, как и неограниченное количество Intel-8086. Это давало возможность процессору выполнять сразу несколько программ.

В 1988 году компанией Intel был разработан микропроцессор Intel-80386SX, в общем ничем не отличавшийся от Intel-80386DX, однако он стоил дешевле и использовал 16-разрядную внешнюю шину данных.

Первая персональная ЭВМ на основе Intel-80386 была изготовлена фирмой Compaq Computers. В апреле 1987 года IBM объявила о создании семейства PS/2 с шиной MCA (англ. MicroChannel Architecture). До этого компьютеры PC AT использовали шину ISA (англ. Industry Standard Architecture). Она была 32-разрядная и имела частоту 10 МГц. В 1989 году девять компаний-клонмэйкеров (AST, Epson, HewlettPackard, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse и Zenith) разработали шину EISA (англ. Extended Industry Standard Architecture). Она, как и MCA, имела разрядность 32, но в отличие от неё EISA была полностью совместима с ISA.

В 1989 году появляется новая разработка компании Intel — микропроцессор Intel-80486 (Intel-80486DX). Этот процессор был полностью совместим с семейством Intel-80×86, содержал в себе математический сопроцессор и 8 Кбайт кэш-памяти. 80486 был более совершенен по сравнению с микропроцессором Intel-80386, его тактовая частота составляла 33 МГц.

В 1991 году Intel представила процессор Intel-80486SX, у которого отсутствовал математический сопроцессор. А в 1992 году — процессор Intel-80486DX2, работавший с удвоенной тактовой частотой — 66 МГц. Впоследствии вышли процессоры DX4 с тактовой частотой 75 и 100 МГц.

Кроме компании Intel 486-е процессоры стали выпускать и другие фирмы, например фирмы AMD (англ. Advanced Micro Devices) и Cyrix.

Эти фирмы вносили некоторые усовершенствования в них и продавали по цене от 100 долларов. Вскоре для 486-х систем стала стандартом шина VL-Bus, разработанная ассоциацией VESA (Video Electronics Standard Association). Пропускная способность составила 132 Мбайт/с.

Создание компьютеров на основе процессоров семейства Intel-80486 позволило запускать многочисленное программное обеспечение.

Второе место после PC фирмы IBM занимает фирма Apple Computer с PC Macintosh. Компьютеры выпускались на основе процессоров фирмы Motorola. Эти компьютеры очень удобны при использовании дома, в офисе и для обучения в школе. Последние модели — LC 475, LC 575 и LC 630 — основанные на процессорах Motorola 68LC040, оснащаются дисководом CD-ROM.

Самые производительные компьютеры Macintosh серии Quadra, оснащались процессором 68040 с тактовой частотой до 33 МГц, сопроцессором, имели возможность расширения ОЗУ до 256 Мбайт. Quadra в основном использовались в полиграфическом и рекламном деле, а также в создании мультимедиа-приложений и других задачах, требующих больших вычислительных мощностей и обработки значительных объёмов данных; они также подходят для создания программного обеспечения. С 1993 года выпускаются компьютеры подсемейства AV, которые имели стандартный видеовходы и видеовыходы, что давало возможность выводить информацию как на экран стандартного дисплея, так и на экран обычного телевизора.

Кроме вышеперечисленных моделей Apple Computer выпускает портативные компьютеры серии PowerBook. Наибольшую популярность завоевали компьютеры семейства Performa, которые оснащались факс-модемом, что, было удобно для надомной работы.

В 1993 году компания Intel начала промышленный выпуск нового процессора — Intel Pentium (Intel не стал присваивать ему номер 80586).

Первые модели работали на тактовой частоте 60 и 66 МГц и объединяли в себе до 3,3 млн транзисторов. Pentium — это первый 64-разрядный суперскалярный процессор с RISC-ядром, изготовленный по 0,8-микронной технологии BiCMOS. Его основу составляет два пятиступенчатых конвейера, позволяющих выполнять две команды за один такт. Один конвейер выполнял любые операции, как с целочисленными, так и с числами с плавающей точкой, второй выполняет часть целочисленных команд. Все арифметические действия — сложение, вычитание, умножение и деление — реализованы аппаратно. Сочетание этих решений резко повысило производительность процессора, ускорить вычисления за счёт уменьшения обращений к ОЗУ. Кэширование обеспечивают два внутренних буфера кэш-памяти — по 8 Кбайт для команд и данных, что позволило работать контейнерам команд не только по чтению, но и по записи. Следующая новинка — система предсказываний ветвлений, благодаря которой при переходе в области памяти запоминается адрес перехода и при повторном обращении переход по этому адресу происходит быстрее.

Впоследствии появились модели с частотой 90 и 100 МГц. Однако вскоре обнаружились ошибки в устройстве деления, и компании Intel пришлось опубликовать подробное описание этого дефекта. После этого скандала практически все процессоры Pentium стали тестировать, и в прайс-листах появилась надпись BUG FREE!, что буквально можно перевести как «свободно от ошибок».

Статьи в Википедии

• История советских микро-ЭВМ и персональных компьютеров
• Список советских компьютерных систем
• Список советских домашних и учебных компьютеров
• Персональный компьютер
• История персональных компьютеров
• Домашний компьютер
• История вычислительной техники
• Хронология развития вычислительной техники
• Список ламповых компьютеров
• Архитектура компьютера

Первое поколение компьютеров: от Древнего Рима до Второй Мировой

Лень — двигатель прогресса. Стремление человечества хотя бы частично автоматизировать свою деятельность всегда выливалось в различные изобретения. Математические вычисления и подсчеты также не избежали научного прогресса. Ещё в Древнем Риме местные «таксисты» использовали аналог современного таксометра — механическое устройство, которое определяло стоимость поездки в зависимости от длины маршрута. Время шло, и к середине прошлого века эволюция вычислительных систем привела к появлению нового типа устройств — компьютеров. Тогда, конечно, их так никто не называл. Для этого использовался другой термин — ЭВМ (электронно-вычислительная машина). Но время и прогресс стерли границы между этими определениями. Так как же прогресс дошел до первых ЭВМ и как они работали?

История развития

Арифмометр

Одно из главных событий в истории развития вычислительных систем является изобретение арифмометра. Арифмометр — это механическая вычислительная машина, предназначенная для выполнения алгебраических операций. Первая схема такого устройства датируется 1500 годом за авторством Леонардо да Винчи. Вокруг его схемы в 60-х годах 20 века возникло много споров. Доктор Роберто Гуателли, работавший в IBM с 1951 года по проекту воссоздания машин Леонардо да Винчи, в 1968 году создал копию счетной машины по эскизам 16-го века.

Данная машина представляла собой 13-разрядную суммирующую машину.

В следующем году вокруг этой машины начали появляться различные возражения, а именно по поводу её механизма. Существовало мнение о том, что машина да Винчи представляет собой механизм пропорционирования, а не счетную машину. Также возникал вопрос и о её работе: по идее, 1 оборот первой оси вызывает 10 оборотов второй, 100 оборотов третьей и 10 в степени n оборотов n-ной оси. Работа такого механизма не могла осуществляться из-за огромной силы трения. По итогу голоса сторонников и противников счетной машины Леонардо да Винчи разделились, но, тем не менее, IBM решила убрать эту модель из коллекции

Но, оставим наработки Леонардо Да Винчи. Расцвет арифмометров пришелся на 17 век. Первой построенной моделью стал арифмометр Вильгельма Шиккарда в 1623 году. Его машина была 6-разрядной и состояла из 3 блоков — множительного устройства, блока сложения-вычитания и блока записи промежуточных результатов. 

Копия арифмометра Шиккарда

Также 17 век отметился ещё несколькими арифмометрами: «паскалина» за авторством Блеза Паскаля, арифмометр Лейбница и машина Сэмюэля Морленда. В промышленных масштабах арифмометры начали производиться в начале 19 века, а распространены были практически до конца 20-го.

Аналитическая и разностная машины Бэббиджа

Чарльз Бэббидж — английский математик, родившийся в конце 18 века. На его счету числится большое количество научных работ и изобретений. Но в рамках данной статьи нас интересуют два его проекта: аналитическая машина и разностная машина.

Идея о создании разностной машины не принадлежит Чарльзу Бэббиджу. Она впервые была описана немецким инженером Иоганном Мюллером в книге с очень сложным названием. До конца не ясно, повлияли ли на Бэббиджа идеи Мюллера при создании разностной машины, поскольку Чарльз ознакомился с его работой в переводе, дата создания которого неизвестна.

Книга Иоганна Мюллера

Считается, что основные идеи для создания разностной машины Бэббидж взял из работ Гаспара де Прони и его идей о декомпозиции математических работ. Его идея заключалась в следующем: есть 3 уровня, на каждом из которых математики занимаются решением определенных проблем. На верхнем уровне находятся самые крутые математики и их задача — вывод математических выражений, пригодных для расчетов. У математиков на втором уровне стояла задача вычислять значения функций, которые вывели на верхнем уровне, для аргументов, с определенным периодом. Эти значения становились опорными для третьего уровня, задачей которого являлись рутинные расчеты. От них требовалось делать только грамотные вычисления. Их так и называли — «вычислители». Эта идея навела Бэббиджа на мысль о создании машины, которая могла бы заменить «вычислителей». Машина Бэббиджа основывалась на методе аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Собственно, поэтому машина и называется разностной. 

В 1822 году Бэббидж построил модель разностной машины и заручился государственной поддержкой в размере 1500 фунтов стерлингов. Он планировал, что закончит машину в течение 3 лет, но по итогу работа была не завершена и через 9 лет. За это время он получил ещё 15500 фунтов стерлингов в виде субсидий от государства. Но всё же часть машины функционировала и производила довольно точные (>18 знаков после запятой) расчеты.

Созданная на основе работ Бэббиджа разностная машина

Во время работы над разностной машиной у Чарльза Бэббиджа возникла идея о создании аналитической машины — универсальной вычислительной машины. Её называют прообразом современного цифрового компьютера, и не зря. Она состояла из арифметического устройства (»мельницы»), памяти (»склада») и устройства ввода-вывода, реализованного с помощью перфокарт различного типа. К сожалению, данная идея осталась лишь на бумаге.

Схема аналитической машины Бэббиджа

Табулятор 

История электромеханических машин начинается в 1888 году, когда американский инженер Герман Холлерит, основатель компании CTR (будущая IBM), изобрел электромеханическую счетную машину — табулятор, который мог считывать и сортировать данные, закодированные на перфокартах. В аппарате использовались электромагнитные реле, известные еще с 1831 года и до Холлерита не применявшиеся в счетной технике. Управление механическими счетчиками и сортировкой осуществлялось электрическими импульсами, возникающими при замыкании электрической цепи при наличии отверстия в перфокарте. Импульсы использовались и для ввода чисел, и для управления работой машины. Поэтому табулятор Холлерита можно считать первой счетной электромеханической машиной с программным управлением. Машину полностью построили в 1890 году и использовали при переписи населения США в том же году. Впоследствии табуляторы использовались вплоть до 1960-х — 1970-х годов в бухгалтерии, учете, обработке данных переписей и подобных работах. И даже если в учреждении имелась полноценная ЭВМ, табуляторы все равно использовали, чтобы не нагружать ЭВМ мелкими задачами. 

Табулятор IBM

Электромеханические машины времен ВМВ

Следующий виток в развитии вычислительной техники пришелся на Вторую мировую войну. Расчетные машины использовали для атак на вражеские шифры, расчета баллистики и при разработке сложных видов вооружения (авиация, ядерное оружие). 

В 1937 году Клод Шеннон в своей работе A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits показал, что электронные связи и переключатели могут представлять выражения булевой алгебры. Машины тех лет можно условно на два типа: электромеханические (основанные на электромагнитных переключателях) и электронные (полностью на электровакуумных лампах). К первым относились американский Harvard Mark I и компьютеры немецкого инженера Конрада Цузе. 

Mark I

Работа над Mark I началась в 1939 году в Endicott laboratories по субподрядному договору с IBM. В качестве основы использовались наработки Чарльза Бэббиджа. Компьютер последовательно считывал инструкции с перфоленты, условного перехода не было, циклы организовывались в виде склеенных в кольцо кусков перфоленты. Принцип разделения данных и инструкций в Mark I получил известность как Гарвардская архитектура. Машину закончили в 1944 году и передали в ВМФ США. Характеристики:

• 765 тысяч деталей (электромеханических реле, переключателей и т. п.)
• Длина — 17 м, высота — 2.5 м, вес — 4.5 тонн
• Потребляемая мощность — 4 кВт
• Объем памяти — 72 числа, состоящих из 23 разрядов (память на десятичных цифровых колесах)
• Вычислительная мощность — 3 операции сложения и вычитания в секунду, 1 операция умножения в 6 секунд, 1 операция деления в 15.3 секунды, логарифм и тригонометрические операции требовали больше минуты.

Mark 1

Z3-Z4

В 1936 немецкий инженер Конрад Цузе начал работу над своим первым вычислителем Z1. Первые две модели из серии Z были демонстративными. Следующий же компьютер, Z3, который закончили в 1941, имел практическое применение: с его помощью делали аэродинамические расчеты (стреловидные крылья самолетов, управляемые ракеты). Машина была выполнена на основе телефонных реле. Инструкции считывались с перфорированной пленки. Так же, как в Mark I, отсутствовали инструкции условного перехода, а циклы реализовывались закольцованной перфолентой. Z3 имел некоторые преимущества перед своими будущими собратьями (ENIAC, Mark I): вычисления производились в двоичной системе, устройство позволяло оперировать числами с плавающей точкой. Так как Цузе изначально исходил из гражданских интересов, его компьютеры более близки к современным, чем тогдашние аналоги. В 1944 году практически был завершен Z4, в котором уже присутствовали инструкции условного перехода. Характеристики Z3:

• Арифметическое устройство: с плавающей точкой, 22 бита, +, −, ×, /, квадратный корень.
• Тактовая частота: 5,3 Гц.
• Средняя скорость вычисления: операция сложения — 0,8 секунды; умножения — 3 секунды.
• Хранение программ: внешний считыватель перфоленты.
• Память: 64 слова с длиной в 22 бита.
• Ввод: десятичные числа с плавающей запятой.
• Вывод: десятичные числа с плавающей запятой.
• Элементов: 2600 реле — 600 в арифметическом устройстве и 2000 в устройстве памяти. Мультиплексор для выбора адресов памяти.
• Потребление энергии: 4 кВт.
• Масса: 1000 кг.

При постройке Z4 Цузе просил финансирование на замену электромагнитных реле полностью электронными схемами (лампами), но ему отказали. У электромеханических машин имелось два существенных недостатка — низкое быстродействие и ограниченная износостойкость контактов (не более 10 млн переключений или 120 суток непрерывной работе при 1 переключении в секунду). Дальнейшая история показала, что перспективный путь — это использование электровакуумных ламп.

Z3

Первые ламповые компьютеры

Однозначно определить первый в мире компьютер сложно. Многими учеными определение первого поколения основывается на вычислительной базе из электронных ламп. При этом первое поколение компьютеров разрабатывалось во время Второй мировой войны. Возможно, созданные в то время компьютеры засекречены и по сей день. В целом выделяют два возможных первенца — ENIAC и Colossus

ENIAC

Electronic Numerical Integrator and Computer (Электронный числовой интегратор и вычислитель) или ENIAC создавался по заказу от армии США для расчета баллистических таблиц. Изначально, подобные расчеты производились людьми и их скорость не могла соотноситься с масштабом военных действий. Построен компьютер был лишь к осени 1945 года. 

Характеристики ENIAC:

• Вес — 30 тонн.
• Объем памяти — 20 число-слов.
• Потребляемая мощность — 174 кВт.
• Количество электронных ламп — 17 468
• Вычислительная мощность — 357 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду.
• Тактовая частота — 100 кГц
• Устройство ввода-вывода данных — табулятор перфокарт компании IBM: 125 карт/минуту на ввод, 100 карт/минуту на вывод.

Colossus

Colossus в отличие от ENIAC был очень узконаправленной машиной. Он создавался исключительно с одной целью — декодирование немецких сообщений, зашифрованных с помощью Lorenz SZ. Эта машина было схожа с немецкой Enigma, но состояла из большего числа роторов. Для декодирования этих сообщений было решено создать Colossus. Он включал в себя 1500 электронных ламп, потреблял 8,5 КВт и обладал тактовой частотой в 5.8 МГц. Такое значение частоты достигалось за счет того, что Colossus был создан для решения только одной задачи и применяться в других областях не мог. К концу войны на вооружении Британии стояло 10 таких машин. После войны все они были уничтожены, а данные о них засекречены. Только в 2000 году эта информация была рассекречена.

Реконструированная модель Colossus

Принцип работы

Вакуумные лампы

Радиолампа представляет собой стеклянную колбу с электродами, из которой откачан воздух. Простейшая разновидность ламп — диод, состоящий из катода и анода, а также спирали, разогревающей катод до температур, при которых начинается термоэлектронная эмиссия. Электроны покидают катод и под действием разности потенциалов притягиваются к аноду. В обратном направлении заряд не переносится, так как заряженных ионов в колбе нет (вакуум). При изменении полярности электроны, покинувшие разогретый электрод, будут притягиваться обратно. До второго электрода они долетать не будут, отталкиваясь от него из-за отрицательного потенциала. Если добавить еще один электрод, то получится триод. В электровакуумном триоде устанавливается сетка между катодом и анодом. При подаче на сетку отрицательного потенциала она начинает отталкивать электроны, не позволяя им достичь анода. При подаче модулированного сигнала ток будет повторять изменения потенциала на сетке, поэтому изначально триоды использовали для усиления сигналов.

Радиолампа и схема триггера на двух триодах

Если взять два триода и соединить анод каждого с сеткой другого, то мы получим триггер. Он может находиться в одном из двух состояний: если через один триод идет ток (триод открыт), то на сетке второго триода появляется потенциал, препятствующий току через второй триод (триод закрыт). Если кратковременно подать отрицательный потенциал на сетку открытого триода, то мы прекратим ток через него, что откроет второй триод, который уже закроет первый. Триоды поменяются местами. Таким образом можно хранить один бит информации. Через другие схемы триодов можно строить логические вентили, реализующие конъюнкцию, дизъюнкцию и отрицание, что позволяет создать электронно-вычислительное устройство. 

Запоминающее устройство

На первых порах развития ЭВМ использовались разные подходы к созданию запоминающих устройств. Помимо памяти на триггерах из радиоламп и на электромагнитных реле (как в Z3) имелись следующие виды:

• Память на магнитных барабанах
• Память на электронно-лучевых трубках
• Память на линиях задержки

Линии задержки

Основная идея линий задержки возникла в ходе разработки радаров во время Второй мировой войны. В первых ЭВМ в качестве линий использовались трубки с ртутью (у нее очень низкое затухание ультразвуковых волн), на концах которой располагались передающий и принимающий пьезокристаллы. Информация подавалась с помощью импульсов, модулированных высокочастотным сигналом. Импульсы распространялись в ртути. Информационная емкость трубки в битах равнялась максимальному количеству одновременно передаваемых импульсов. Единица кодировалось присутствием импульса на определенном «месте», ноль — отсутствием импульса. Приемный пьезокристалл передавал импульс на передающий — информация циркулировала по кругу. Для записи вместо регенерации импульсов вводились записываемые. Такой вид памяти использовался в компьютерах EDVAC, EDSAC и UNIVAC I.

Запоминающее устройство на ртутных акустических линиях задержки в UNIVAC I

Запоминающие электронно-лучевые трубки (трубки Уильямса)

При попадании электронного луча на точку на люминофорном экране происходит вторичная эмиссия и участок люминофора приобретает положительный заряд. Благодаря сопротивлению люминофорного слоя, точка долю секунды держится на экране. Однако, если не отключать луч сразу, а сдвинуть его в сторону от точки, рисуя тире, то электроны, испущенные во время эмиссии, поглощаются точкой, и та приобретает нейтральный заряд. Таким образом, если выделить N точек, то можно записать N бит информации (1 — нейтральный заряд, 0 — положительный заряд). Для считывания информации используется доска с электродами, прикрепленная к внешней стороне экрана. Электронный луч снова направляется в точку, и та приобретает положительный заряд независимо от изначального. С помощью электрода можно определить величину изначального заряда (значение бита), однако информация уничтожается (после каждого считывания нужна перезапись). Так как люминофор быстро теряет заряд, необходимо постоянно считывать и записывать информацию. Такой вид памяти использовался в Манчестерском Марк I и Ferranti Mark1; американских IBM 701 и 702

Трубка Уильямса

Магнитные барабаны 

Магнитные барабаны чем-то похожи на современные магнитные диски. На поверхность барабана был нанесен тонкий ферромагнитный слой. Несколько считывающих головок, расположенных по образующим диска, считывают и записывают данные на своей отдельной магнитной дорожке. 

Архитектура фон Неймана

Архитектура фон Неймана строилась на следующих принципах:

• Принцип двоичности:

Информация в компьютере представляется в виде двоичного кода.

• Принцип программного управления:

Программа представляет собой набор команд, которые процессор выполняет друг за другом в определенном порядке.

• Принцип однородности памяти:

Программы и данные хранятся вместе в памяти компьютера.

• Принцип адресуемости памяти:

Память состоит из пронумерованных ячеек, к которым процессор в произвольным момент времени имеет доступ.

• Принцип условного перехода:

В программе возможно присутствие команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд.

Основным недостатком этой архитектуры является ограничение пропускной способности между памятью и процессором. Из-за того, что программа и данные не могут считываться одновременно, пропускная способность между памятью и процессором существенно ограничивает скорость работы процессора. В дальнейшем, данную проблему решили с помощью введения кеша, что вызвало другие проблемы( например, уязвимость Meltdown).

Справедливости ради необходимо уточнить, что данные идеи не являются идеями Джона фон Неймана в полной степени. Также в их разработке участвовали ещё несколько ученых, пионеров компьютерной техники: Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мокли.

Гарвардская архитектура

Гарвардская архитектура была разработана в 30-е годы прошлого века Говардом Эйкеном в Гарвардском университете (Невероятно, но факт). В отличии от архитектуры фон Неймана, Гарвардская подразумевала разные хранилища для данных и инструкций, а также разные каналы их передачи. Такой подход позволял одновременно считывать команда из программы и данные из памяти, что вело к значительному увеличению общей производительности компьютера. Но, в тоже время, такая схема усложняет саму систему. В дальнейшем Гарвардская архитектура проиграла архитектуре фон Неймана, отчасти из-за этого фактора.

Гарвардская архитектура

Языки

В самых первых компьютерах программы считывались с перфоленты (как в Z3 и Mark I). Устройство чтения перфоленты предоставляло управляющему устройство код операции для каждой инструкции и адреса памяти. Затем управляющее устройство все это декодировало, посылало управляющие сигналы вычислительному блоку и памяти. Набор инструкций жестко задавался в схеме, каждая машинная инструкция (сложение, сдвиг, копирование) реализовывалась непосредственно в схеме. В ENIAC для изменения программы его нужно было перекоммутировать заново, на что уходило значительное время. Машинные коды считают первым поколением языков программирования. 

Перфорированная лента с программой вычислений

Первые программисты всегда имели при себе блокнот, в который они записывали наиболее употребляемые подпрограммы — независимые фрагменты программы, вызываемые из главной подпрограммы, например извлечение корня или вывод символа на дисплей. Проблема состояла в том, что адреса расположения переменных и команд менялись в зависимости от размещения в главной программе. Для решения этой проблемы кембриджские программисты разработали набор унифицированных подпрограмм (библиотеку), которая автоматически настраивали и размещали подпрограммы в памяти. Морис Уилкс, один из разработчиков EDSAC (первого практически реализованного компьютера с хранимой в памяти программой), назвал библиотеку подпрограмм собирающей системой (assembly system). Теперь не нужно было собирать программу вручную из машинных кодов, специальная программа (ассемблер) «автоматически» собирала программу. Первые ассемблеры спроектированы Кэтлин Бут в 1947 под ARC2 и Дэвидом Уилером в 1948 под EDSAC. При этом сам язык (мнемоники) называли просто множеством базовых команд или начальными командами. Использовать слово «ассемблер» для процесса объединения полей в командное слово начали в поздних отчетах по EDSAC. Ассемблер можно назвать вторым поколением языков. 

«Начальные команды» для EDSAC

Компьютеры первого поколения в СССР

После Второй мировой войны часть немецких разработок в области компьютерных технологий перешли СССР. Ведущие специалисты сразу заинтересовались возможностями ЭВМ, а правительство согласилось, что устройства для быстрых и точных вычислений — это перспективное направление. 

МЭСМ и БЭСМ

В 1948 году основоположник советской вычислительной техники С.А. Лебедев направил в Академию наук СССР докладную записку: в ней сообщалось о необходимости создания ЭВМ для практического использования и научного прогресса. Для разработки этой машины под Киевом, в Феофании институту отвели здание, ранее принадлежавшее монастырю. Через 2 года МЭСМ (малая электронная счетная машина) произвела первые вычисление — нахождение корней дифференциального уравнения. В 1951 году инспекция из академии наук приняла работу Лебедева. МЭСМ имела сложную трехадресную систему команд и следующие характеристики:

• Тактовая частота — 5 КГц
• Быстродействие — 3000 операций в минуту
• 6000 вакуумных ламп
• Потребляемая мощность — 25 КВт
• Площадь — 60 кв.м
• Ввод данных: перфокарты или магнитная лента
• Память на триггерных ячейках

МЭСМ

В 1950 году Лебедева перевели в Москву. Там он начал работать над БЭСМ-1 и к 1953 году построил опытный образец, отличавшийся отличной производительностью. Характеристики были следующими:

• Быстродействие — до 10000 операций в минуту
• 5000 вакуумных ламп
• Потребляемая мощность — 35 КВт
• Площадь — 1000 кв.м

БЭСМ-1 получилась ЭВМ широкого профиля. Её планировали предоставлять ученым и инженерам для проведения различных работ.

Серия «М» и «Стрела»

В тоже время в Москве велась работа над М-1. М-1 была намного менее мощной, чем МЭСМ, но при этом занимала намного меньше места и тратила меньше энергии. Характеристики М-1:

• 730 вакуумных ламп
• Быстродействие — 15-20 операций в секунду
• Потребляемая мощность — 8 КВт
• Площадь — 4 кв.м
• Память электронно-лучевых трубках

М-1

В 1952 году на свет выпустили М-2. Её мощность увеличилась практически в 100 раз, при этом количество ламп увеличилось только вдвое. Подобный результат получился благодаря использованию управляющих полупроводниковых диодов. Характеристики М-2 были следующие:

• 1676 вакуумных ламп
• Быстродействие — 2000-3000 операций в секунду
• Потребляемая мощность — 29 КВт
• Площадь — 22 кв.м
• Память электронно-лучевых трубках

М-2

В «массовое» производство первой попала «Стрела». Всего было произведено 7 штук. Характеристики «Стрелы» были следующие:

• 6200 вакуумных ламп и 60 тыс. диодов.
• Быстродействие — 2000 операций в секунду
• Потребляемая мощность — 150 КВт
• Площадь — 300 кв.м
• Память электронно-лучевых трубках

Стрела

Во многих смыслах «Стрела» была хуже М-2. Она выполняла всё те же 2 тысячи операций в секунду, но при этом занимала на порядок больше места и тратила в несколько раз больше электричества. М-2 не попала в массовое производство, поскольку её создатели не уложились в срок. М-1 не обладала хорошей производительностью и к моменту, когда М-2 была доведена до ума, «Стрела» была отдана в производство.

Следующий потомок серии «М» — М-3 вышел в 1956 году и был в каком-то смысле урезанным вариантом. Она выполняла порядка 30 операций в секунду, но при этом занимала мало места, благодаря чему пошла в серийное производство. Характеристики М-3 были следующие:

• 774 вакуумных ламп
• Быстродействие — 30 операций в секунду
• Потребляемая мощность — 10 КВт
• Площадь — 3 кв.м

Эпилог

Без технологического рывка, сделанного в 40-е годы, и четко сформированного вектора развития вычислительной техники, возможно, сегодня мы бы и не сидели в компьютерах и телефонах, читая статейки на хабре. Как показал опыт разных ученых, порой уникальные и революционные для своего времени образцы вычислительной техники не были востребованы как государством, так и обществом (например, машины серии Z Конрада Цузе). Переход ко второму поколению компьютеров во многом определился сменой вакуумных ламп на транзисторы и изобретением накопителей на ферритовых сердечниках. Но это уже другая история…

---

Облачные серверы от Маклауд быстрые и надежные. Без древнего железа.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!