Эволюция ЭВМ

Эволюция и классификация ЭВМ

Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими часами».

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 Г.В.Лейбниц (1646-1717) создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания. 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 впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до программного управления вычислительными операциями.

Этот шаг был сделан выдающимся английским математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем (1792-1871) в его Аналитической машине, которая, к сожалению, так и не была до конца построена изобретателем при жизни, но была воспроизведена в наши дни по его чертежам, так что сегодня мы вправе говорить об Аналитической машине, как о реально существующем устройстве. Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные.

Традиционную десятичную систему счисления крайне неудобно использовать в электронных вычислительных устройствах. Возможность представления состояний элементов устройств двоичными цифрами впервые была предложена Готфридом Вильгельмом Лейбницем в 1666 году. В использовании двоичной системы счисления для механических устройств особой необходимости не было, поэтому Лейбниц использовал ее в своем калькуляторе. Лишь с появлением элементной базы, построенной на электронных лампах, двоичная система счисления нашла свое применение в вычислительной технике.

В первой половине XIX века, английский ученый Джордж Буль, внес в науку революционные изменения. Занимаясь исследованием законов мышления, он применил в логике систему формальных обозначений и правил, близкую к математической. Впоследствии эту систему назвали логической алгеброй или булевой алгеброй. Основное назначение системы, по замыслу Дж.Буля, состояло в том, чтобы кодировать логические высказывания и сводить структуры логических умозаключений к простым выражениям. Результатом формального расчета логического выражения является одно из двух логических значений: истина или ложь.

Значение логической алгебры долгое время игнорировалось, поскольку ее приемы и методы не содержали практической пользы для науки и техники того времени. Однако, когда появилась принципиальная возможность создания средств вычислительной техники на электронной базе, операции, введенные Булем, оказались весьма полезны. Они изначально ориентированы на работу только с двумя сущностями: истина и ложь. Современные компьютеры как раз и работают с двумя сигналами: ноль(ложь), единица (истина).

При создании электронно-вычислительных машин была использована не вся система Джорджа Буля, а лишь четыре основные операции: И (логическое умножение), ИЛИ (логическое сложение), НЕ (отрицание), ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (лежит в основе работы всех новых процессоров современных компьютеров).

В 1945 году знаменитый математик Фон Нейман сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, на основании которых английским исследователем Морисом Уилксом в 1949 году был построен первый компьютер.

Дальнейшее совершенствование элементной базы привело к существенному уменьшению размеров, стоимости и энергопотребления, а также к повышению быстродействия и надежности ЭВМ. Эволюция архитектурных решений способствовала еще большему улучшению последних двух показателей.

Первая в Европе ЭВМ была создана в СССР в 1951 г. под руководством академика С.А.Лебедева и называлась Малая Электронная Счетная Машина – МЭСМ.

Первая ПЭВМ была сконструирована американской фирмой MITS в 1975 году и названа Altair 880. В 1976 году была создана следующая ПЭВМ (С.Возняк и С.Джобс), получившая название Apple-1. Весной 1977 года теми же авторами был изготовлен относительно дешевый и вместе с тем вполне законченный персональный компьютер Apple-2, вызвавший взрыв в области ПЭВМ. Он был построен по принципу «открытой архитектуры». Этот принцип заключался в том, что пользователь мог без труда открыть компьютер и расширить его возможности, добавляя или заменяя в нем электронные платы. Чем более «открыта архитектура», тем более универсален компьютер. Кроме того, персональный компьютер был предназначен для работы лишь одного пользователя с единственной программой.

Идея «открытой архитектуры» пришлась по вкусу многим фирмам, которые стали выпускать дополнительные платы и отдельные элементы ЭВМ, быстро улучшая исходную модель персонального компьютера.

В начале 80-х годов в число производителей ПЭВМ влились компьютерные гиганты International Business Machine Corp. (IBM) и Hewlett Packard (НР). Это не могло не привести к структурным изменениям на рынке персональных компьютеров. Так в 1981 году IBM выпустила первую удачную 16 – разрядную модель PC (Personal Computer) и с этого момента стала флагманом в производстве не только больших, но и персональных ЭВМ. В 1983-84 появились новые модели машин этой же фирмы, а именно: PC XT (eXtended Technology) и PC AT (Advanced Technology) соответственно. Они стали неписанными стандартами в области ПЭВМ. Многие фирмы-производители освоили выпуск двойников этих изделий, улучшая некоторые из их характеристик или снижая стоимость. Наиболее в этом отношении преуспели компании Compaq и Tandy.

В 1987 году на рынке ПЭВМ произошло новое потрясение – фирма IBM объявила о выпуске следующего семейства ПЭВМ –PS/2 (Personal System/2), в которое включены не только 16-ти, но и 32 – разрядные модели машин.

Развитие компьютеров типа IBM PC теперь осуществляется многими конкурирующими фирмами, хотя IBM и остается самым крупным производителем этих компьютеров. Наибольшее влияние на развитие компьютеров типа IBM PC теперь оказывает не IBM, а фирма Intel – производитель микропроцессоров, являющихся «мозгом» IBM PC, и фирма Microsoft – разработчик операционной системы MS DOS, Windows и многих других используемых на IBM PC программ.

Дальнейшие перспективы развития компьютерной техники связываются с использованием микропроцессоров Pentium, способных обрабатывать несколько команд за один тактовый цикл. Все процессоры Intel Pentium относятся к так называемому семейству x86. Родоначальником этого семейства был 16-разрядный процессор Intel 8086, на базе которого собиралась первая модель компьютера IBM PC. Впоследствии выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486, Intel Pentium 60, 66, 75, 90, 100, 133; несколько моделей процессоров Intel Pentium MMX, модели Intel Pentium Pro, Intel Pentium II, Intel Celeron, Intel Xeon, Intel Pentium III. Все эти модели, а также модели процессоров компаний AMD и Cyrix относятся к семейству x86 и обладают совместимостью по принципу «сверху вниз».

Принцип совместимости «сверху вниз» - это пример неполной совместимости, когда каждый новый процессор «понимает» все команды своих предшественников, но не наоборот. Это естественно, поскольку двадцать лет назад разработчики процессоров не могли предусмотреть систему команд, нужную для современных программ. Благодаря такой совместимости на современном компьютере можно выполнять любые программы, созданные в последние десятилетия для любого из предшествующих компьютеров, принадлежащего той же аппаратной платформе.

Дата добавления: 2014-01-07