История развития средств вычислительной техники

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использоваться счеты.

Предшественники компьютера

Анализируя раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи нередко в качестве древнего предшественника компьютера называют абак — наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представлявшее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н. э. Местом появления считается Азия. В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях, а в России в XVI-XVII веках появилось намного более передовое изобретение, применяющееся и поныне — русские счеты.

Подход «от абака» свидетельствует о глубо­ком методическом заблуждении, поскольку абак не обладает свойством автомати­ческого выполнения вычислений, а для компьютера оно определяющее. Нам хорошо знаком другой прибор, способный автоматически выполнять вычисления, — это часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электрические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. Этот принцип прослеживается даже в солнечных часах, содержащих только устройство регистрации. Место появления первых механических часов неизвестно. Наиболее ранние образцы относятся к XIV веку и принадлежат монастырям (башенные часы).

В основе любого современного компьютера, как и в часах, лежит генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление может производиться автоматически (в этом случае говорят о программном управлении) или вручную с помощью внешних органов управления — кнопок, переключателей и т. п.

Механические первоисточники

В 1623 году Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия), разработал первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения на базе механических часов — «суммирующие часы».

В 1642 году французский механик Блез Паскаль (1623-1662) разработал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял).

В 1673 году немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1717) сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия (операции умножения и деления производились путем многократного повторения операций сложения и вычитания). Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб.

В 1666 году им же впервые была предложена возможность представления любых чисел (и другой информации) двоичными цифрами. Он пришел к двоичной системе счисления, занимаясь исследованиями философской концепции единства и борьбы противоположностей.

На протяжении XVIII века, известного как эпоха Просвещения, появились новые, более совершенные модели, но принцип механиче­ского управления вычислительными опера­циями оставался тем же. Идея програм­мирования вычислительных операций пришла из той же часовой промышленно­сти. Старинные монастырские башенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программиро­вание было жестким — одна и та же операция выполнялась в одно и то же время.

Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорирован­ной бумажной ленты (перфоленты) впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда.

В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство — Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия Человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт и перфолент и иметь память для запоминания данных и промежуточных результатов. Здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные.

Исследователи творчества Чарльза Бэббиджа непременно отмечают особую роль в разработке проекта Аналитической машины графини Огасты Ады Лавлейс (1815-1852), дочери известного поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использова­ния перфорированных карт для программирования вычислительных операций (1843).

Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины — она оказалась слишком сложной для техники того времени.

Однако он разработал все основные идеи, и в 1943 г. американец Говард Эйкен на основе электромеханических реле построил на одном из предприятий фирмы IBM машину под названием «Марк–1» с вводом программы с перфоленты.

Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину. Ему же принадлежит разработка первого механического компьютера Z1.

Электронные первоисточники

В 1943 г. группа специалистов под руководством Джона Мочли и Проспера Экерта в США начала конструировать машину ENIAC на основе электронных ламп. Их машина, работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить процесс задания программ, необходимо было хранить их в памяти машины.

В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад о новой модели машины. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

В 1949 г. английский исследователь Морис Уилкс построил первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана – EDSAC (с хранимой в памяти программой). С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, н подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

Первой отечественной ЭВМ была МЭСМ (малая электронная счетная машина), разработанная в 1947—1951 гг. под руководством акад. С.А.Лебедева.

В 1952 г. была введена в эксплуатацию БЭСМ (большая электронная счетная машина), созданная под руководством С.А.Лебедева. Эта машина была признана самой быстродействующей из европейских счетных устройств. Была основана на электронных лампах, программа вводилась с перфоленты.

Технической основой элементной базы процессоров первых ЭВМ были электронные вакуумные лампы, а в качестве оперативных запоминающих устройств использовались электронно-лучевые трубки. Это были громоздкие по габаритам машины, занимающие много места и потребляющие много электроэнергии.

Все это стоило очень дорого, поэтому компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям. Однако в борьбе за покупателей фирмы, производившие компьютеры и электронное оборудование для них, стремились сделать свою продукцию быстрее, компактнее и дешевле.

Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен в 1948 г. с изобретением транзисторов — миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы. Они впервые были сконструированы в фирме Bell Laboratories группой физиков под руководством Уильяма Шокли. В середине 50-х годов были найдены очень дешевые способы производства транзисторов, и во второй половине 50-х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности. В блоках памяти вместо ламп стали использовать схемы на магнитных сердечниках. К середине 60-х годов появились и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment, выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол.

К тому времени был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров — были изобретены интегральные схемы. В 1958 г. Джек Килби (фирма Texas Instruments) придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. Это была первая интегральная схема.

В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel – INTegrated Electronics) изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.

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

В 1968 году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру - Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который мог обрабатывать одновременно 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита). В 1973 г. фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel-8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intel-8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.

В 1973 г. Кен Томсон и Дэнис Ритчи создали операционную систему UNIX и язык программирования С. Фирма IBM разработала первый жесткий диск типа «Винчестер».

В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый компьютер Альтаир-8800, построенный на основе микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер, разработанный фирмой MITS, продавался по цене около 500 дол. Хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 1256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом. Покупатели этого компьютера снабжали его дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д.

В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы.

В 1976 г. американцы Стив Джобс и Стив Возняк создали компьютер Apple 1, положивший начало семейству Apple.

Появились журналы, посвященные персональным компьютерам, коммерчески распространяемые программы, для редактирования текстов, электронных таблиц, бухгалтерских расчетов и т.д.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ, одним из ведущих производителей которых была фирма IBM (International Business Machines Corporation). В 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Он позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Сейчас такие компьютеры («совместимые с IBM PC») составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров (правда, хозяевами фирмы являются теперь китайцы и называется она Lenovo Computers).

В IBM PC впервые была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств — его можно было собирать из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. При этом методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC были доступны всем желающим. Этот принцип был назван принципом открытой архитектуры.

На основной электронной плате компьютера IBM PC (системной, или материнской, плате) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации (вычисления). Схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера — монитором, дисками, принтером и т.д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате — слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластмассовый корпус — системный блок.

В 1980 г. на рынке появились первые карманные компьютеры (калькуляторы), а в 1984 г. был создан первый портативный компьютер типа Laptop.

В 1985 г. компьютеры всего мира получили возможность общения друг с другом посредством сети Интернет.

Дата добавления: 2015-05-26