Одним из первых устройств (V-IV вв. до н.э.), с которых, можно считать, началась история развития компьютеров, была специальная доска, названная впоследствии «абак». Вычисления на ней проводились перемещением костей или камней в углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости и тому подобное. В Греции абак существовал уже в V в. до н.э., у японцев он назывался «серобаян», у китайцев — «суанпань». В Древней Руси для счета применялось устройство, похожее на абак, — «дощаный счет». В XVII веке этот прибор принял вид привычных российских счетов.
Абак (V-IV вв. до н.э.)
Французский математик и философ Блез Паскаль в 1642 г. создал первую машину, получившую в честь своего создателя название — Паскалина. Механическое устройство в виде ящика со многими шестернями кроме сложения выполняла и вычитание. Данные вводились в машину с помощью поворота наборных колесиков, которые отвечали числам от 0 до 9. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса.
Паскалина
В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механическое счетное устройство (ступенчатый вычислитель Лейбница — калькулятор Лейбница), которое впервые не только складывало и вычитало, а еще умножало, делило и вычисляло квадратный корень. Впоследствии колесо Лейбница стало прототипом для массовых счетных приборов — арифмометров.
Модель ступенчатого вычислителя Лейбница
Английский математик Чарльз Бэббидж разработал устройство, которое не только выполняло арифметические действия, но и сразу же печатало результаты. В 1832 г. была построена десятикратно уменьшенная модель из двух тысяч латунных деталей, которая весила три тонны, но была способна выполнять арифметические операции с точностью до шестого знака после запятой и вычислять производные второго порядка. Эта вычислительная машина стала прообразом настоящих компьютеров, называлась она дифференциальной машиной.
Дифференциальная машина
Суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков создает российский математик и механик Пафнутий Львович Чебышев. В этом аппарате достигнута автоматизация выполнения всех арифметических действий. В 1881 году была создана приставка к суммирующему аппарату для умножения и деления. Принцип непрерывной передачи десятков широко использовался в различных счетчиках и вычислительных машинах.
Суммирующий аппарат Чебышева
Автоматизированная обработка данных появилась в конце прошлого века в США. Герман Холлерит создал устройство — Табулятор Холлерита — в котором , нанесенная на перфокарты, расшифровывалось электрическим током.
Табулятор Холлерита
В 1936 году молодой ученый из Кембриджа Алан Тьюринг придумал мысленный счетный аппарат-компьютер, который существовал только на бумаге. Его «умная машина» действовала по определенному заданному алгоритму. В зависимости от алгоритма, воображаемая машина могла применяться для самых разнообразных целей. Однако в то время это были чисто теоретические рассуждения и схемы, которые послужили прототипом программируемого компьютера, как вычислительного устройства, которое обрабатывает данные в соответствии с определенной последовательностью команд.
Информационные революции в истории
В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций — преобразований социальных общественных отношений вследствие изменений в области обработки, сохранения и передачи информации.
Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку цивилизации. Появилась возможность передачи знаний от поколений к поколениям.
Вторая (середина XVI в.) революция вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.
Третья (конец XIX в.) революция с открытиями в области электричества, благодаря чему появились телеграф, телефон, радио, устройства, которые позволяют оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.
Четвертая (с семидесятых годов XX в.) революция связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, системы передачи данных (информационные коммуникации).
Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:
- переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
- миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
- создание программно-управляемых устройств и процессов.
История развития компьютерной техники
Потребность в хранении, преобразовании и передачи информации у человека появилась значительно раньше, чем был создан телеграфный аппарат, первая телефонная станция и электронная вычислительная машина (ЭВМ). Фактически весь опыт, все знания, накопленные человечеством, так или иначе, способствовали появлению вычислительной техники. История создания ЭВМ — общее название электронных машин для выполнения вычислений — начинается далеко в прошлом и связана с развитием практически всех сторон жизни и деятельности человека. Сколько существует человеческая цивилизация, столько времени используется определенная автоматизация вычислений.
История развития компьютерной техники насчитывает около пяти десятилетий. За это время сменилось несколько поколений ЭВМ. Каждое следующее поколение отличалось новыми элементами (электронные лампы, транзисторы, интегральные схемы), технология изготовления которых была принципиально иной. В настоящее время существует общепринятая классификация поколений ЭВМ:
- Первое поколение (1946 — начало 50-х гг.). Элементная база — электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах.
- Второе поколение (конец 50-х — начало 60-х гг.). Элементная база — полупроводниковые . Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего поколения практически все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки.
- 3-е поколение (конец 60-х — конец 70-х). Элементная база — интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов.
- Четвёртое поколение (с середины 70-х — конец 80-х). Элементная база — микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.
- Пятое поколение (с середины 80-х гг.). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, которая пока не увенчалась успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.
Вместе со сменой поколений ЭВМ менялся и характер их использования. Если сначала они создавались и использовались в основном для решения вычислительных задач, то в дальнейшем сфера их применения расширилась. Сюда можно отнести обработку информации, автоматизацию управления производственно-технологическими и научными процессами и многое другое.
Принципы работы компьютеров Конрада Цузе
Идея о возможности построения автоматизированного счетного аппарата пришла в голову немецкому инженеру Конраду Цузе (Konrad Zuse) и в 1934 г. Цузе сформулировал основные принципы, на которых должны работать будущие компьютеры:
- двоичная система счисления;
- использование устройств, работающих по принципу «да / нет» (логические 1 / 0);
- полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;
- программное управление процессом вычислений;
- поддержка арифметики с плавающей запятой;
- использование памяти большой емкости.
Цузе первым в мире определил, что обработка данных начинается с бита (бит он называл «статусом да / нет», а формулы двоичной алгебры — условными суждениями), первым ввел термин «машинное слово» (Word), первым объединил в вычислители арифметические и логические операции, отметив, что «элементарная операция компьютера — проверка двух двоичных чисел на равенство. Результатом будет тоже двоичное число с двумя значениями (равно, не равно)».
Первое поколение — ЭВМ с электронными лампами
Colossus I — первая вычислительная машина на лампах, созданная англичанами в 1943 г., для раскодирования немецких военных шифров; она состояла из 1800 электронных ламп — устройств для хранения информации — и была одним из первых программируемых электронных цифровых компьютеров.
ENIAC — был создан для расчета артиллерийских таблиц баллистики; этот компьютер весил 30 тонн, занимал 1000 квадратных футов и потреблял 130-140 кВт электроэнергии. Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов, и содержались они в шкафах общим объемом около 100 м 3 . ENIAC имел производительность 5000 операций в секунду. Общая стоимость машины составляла $ 750 000. Потребность в потребления электричества — 174 кВт, общее занимаемое пространство — 300 м 2 .
ENIAC — устройство для расчета артиллерийских таблиц баллистики
Еще один представитель 1-го поколения ЭВМ, на который следует обратить внимание, это EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). EDVAC интересен тем, что в нем была сделана попытка записывать программы электронным способом в так называемых «ультразвуковых линиях задержки» с помощью ртутных трубок. В 126 таких линиях было возможно сохранять 1024 строк четырехзначных двоичных чисел. Это была «быстрая» память. В качестве «медленной »памяти предполагалось фиксировать числа и команды на магнитном проводе, однако этот метод оказался ненадежным, и пришлось вернуться к телетайпным лентам. EDVAC работал быстрее своего предшественника, сложение занимало 1 мкс, деление — 3 мкс. Он содержал всего 3,5 тыс. электронных ламп и располагался на 13 м 2 площади.
UNIVAC (Universal Automatic Computer) представлял собой электронное устройство с программами, хранящимися в памяти, которые вводились туда уже не с перфокарт, а с помощью магнитной ленты; это обеспечивало высокую скорость чтения и записи информации, а, следовательно, и более высокое быстродействие машины в целом. Одна лента могла содержать миллион символов, записанных в двоичной форме. Ленты могли хранить и программы, и промежуточные данные.
Представители I-го поколения ЭВМ: 1) Electronic Discrete Variable Computer; 2) Universal Automatic Computer
Второе поколение — ЭВМ на транзисторах.
Транзисторы пришли на смену электронным лампам в начале 60-х годов. Транзисторы (которые действуют как электрические переключатели), потребляя меньше электроэнергии и выделяя меньше тепла, занимают и меньше места. Объединение нескольких транзисторных схем на одной плате дает интегральную схему (chip — «щепка», «стружка» буквально, пластинка). Транзисторы это счетчики двоичных чисел. Эти детали фиксируют два состояния — наличие тока и отсутствие тока, и тем самым обрабатывают информацию, представленную им именно в таком двоичном виде.
В 1953 г.. Уильям Шокли изобрел транзистор с p — n переходом (junction transistor). Транзистор заменяет электронную лампу и при этом работает с большей скоростью, выделяет очень мало тепла и почти не потребляет электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации: как устройства памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны, а уже в 60-е годы получило распространение хранение информации на дисках.
Один из первых компьютеров на транзисторах — Atlas Guidance Computer — был запущен в 1957 г. и использовался при управлении запуском ракеты Atlas.
Созданный в 1957 г.. RAMAC был недорогим компьютером с модульной внешней памятью на дисках, комбинированным оперативным запоминающим устройством на магнитных сердечниках и барабанах. И хотя этот компьютер еще не был полностью транзисторным, он отличался высокой работоспособностью и простотой обслуживания и пользовался большим спросом на рынке средств автоматизации делопроизводства в офисах. Поэтому для корпоративных заказчиков срочно выпустили уже «большой» RAMAC (IBM-305), для размещения 5 Мбайт данных системе RAMAC нужно было 50 дисков диаметром 24 дюйма. Созданная на основе этой модели информационная система безотказно обрабатывала массивы запросов на 10 языках.
В 1959 году IBM создала свой первый полностью транзисторный большой универсальный компьютер модели 7090, способный выполнять 229 тыс. операций в секунду — настоящий транзисторный мэйнфрейм. В 1964 году на основе двух 7090-х мейнфреймов американская авиакомпания SABRE впервые применила автоматизированную систему продажи и бронирования авиабилетов в 65 городах мира.
В 1960 году DEC представила первый в мире миникомпьютер — модель PDP-1 (Programmed Data Processor, программируемый процессор данных), компьютер с монитором и клавиатурой, который стал одним из самых заметных явлений на рынке. Этот компьютер был способен выполнять 100 000 операций в секунду. Сама машина занимала на полу всего 1,5 м 2 . PDP-1 стал, по сути, первой в мире игровой платформой благодаря студенту MIT Стиву Расселу, который написал для него компьютерную игрушку Star War!
Представители II-го поколения ЭВМ: 1) RAMAC ; 2) PDP -1
В 1968 году Digital впервые наладила серийное производство мини-компьютеров — это был PDP-8: цена их была около $ 10000, а размером модель была холодильник. Именно эту модель PDP-8 смогли покупать лаборатории, университеты и небольшие предприятия.
Отечественные компьютеры того времени можно охарактеризовать так: по архитектурным, схемным и функциональных решений они соответствовали своему времени, но их возможности были ограничены из-за несовершенства производственной и элементной базы. Наибольшей популярностью пользовались машины серии БЭСМ. Серийное производство, достаточно незначительное, началось выпуском ЭВМ «Урал-2» (1958), БЭСМ-2, « Минск-1» и « Урал-3» (все — 1959 г.). В 1960 г. пошли в серию « М-20» и «Урал-4». Максимальной производительностью в конце 1960 располагал «М-20» (4500 ламп, 35 тыс. полупроводниковых диодов, память на 4096 ячеек) — 20 тыс. операций в секунду. Первые компьютеры на полупроводниковых элементах («Раздан-2», «Минск — 2», «М-220» и «Днепр») находились еще в стадии разработки.
Третье поколение — малогабаритные ЭВМ на интегральных схемах
В 50-х и 60-х годах сборка электронного оборудования представляла трудоемкий процесс, который замедлялся возрастающей сложностью электронных схем. Так, например, компьютер типа CD1604 (1960 , Control Data Corp.) , содержал около 100 тыс. диодов и 25 тыс. транзисторов.
В 1959 американцы Джек Сент Клэр Килби (фирма Texas Instruments) и Роберт Н. Нойс (фирма Fairchild Semiconductor) независимо друг от друга изобрели интегральную схему (ИС) — совокупность тысяч транзисторов, размещенных на одном кристалле кремния внутри микросхемы.
Производство компьютеров на ИС (микросхемами их стали называть позже) было гораздо дешевле, чем на транзисторах. Благодаря этому многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения различных задач. В эти годы производство компьютеров приобрело промышленные масштабы.
В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах.
Представитель III-го поколения ЭВМ — ЕС-1022
Четвертое поколение — персональные компьютеры на процессорах
Предшественниками IBM PC были Apple II, Radio Shack TRS-80, Atari 400 и 800, Commodore 64 и Commodore PET.
Рождения персональных компьютеров (ПК, PC) с полным основанием связывают с процессорами Intel. Корпорация была основана в середине июня 1968 г. с тех пор Intel превратилась в крупнейшего в мире производителя микропроцессоров с числом сотрудников более 64 тысяч. Целью Intel было создание полупроводниковой памяти и, чтобы выжить, фирма стала брать и сторонние заказы на разработку полупроводниковых устройств.
В 1971 г.. Intel получила заказ на разработку набора из 12 микросхем для программируемых микрокалькуляторов, но инженерам Intel создание 12 специализированных чипов показалось громоздким и неэффективным. Задача сокращения номенклатуры микросхем была решена путем создания «спарки» с полупроводниковой памяти и исполнительного устройства, способного работать по командам, хранящимся в ней. Это был прорыв в философии создания вычислительных средств: универсальное логическое устройство в виде 4-разрядного центрального процессорного устройства i4004, который позже был назван первый микропроцессором. Он представлял собой набор из 4 чипов, в числе которых был один чип, управляемый командами, которые хранились в полупроводниковой внутренней памяти.
Как коммерческая разработка, микрокомпьютер (так тогда называлась микросхема) появился на рынке 11 ноября 1971 под названием 4004: 4 битный, содержащий 2300 транзисторов, тактовая частота 60 кГц, стоимость — $ 200. В 1972 г. компания Intel выпустила восьмибитный микропроцессор 8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intel-8080, которая к концу 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии. Уже в 1973 году во Франции появляется первый компьютер на базе процессора 8080 — Micral. По разным причинам этот процессор не имел успеха в Америке (в Советском Союзе он был скопирован и выпускался долгое время под названием 580ВМ80). Тогда же группа инженеров ушла из Intel и образовала фирму Zilog. Наиболее громким ее продуктом является Z80, который имеет расширенный набор команд 8080 и, что обеспечило его коммерческий успех для бытовых приборов, обходился одним напряжением питания 5В. На его основе был создан, в частности, компьютер ZX-Spectrum (иногда его называют по имени создателя — Sinclair), ставший практически прообразом Home PC середины 80-х. В 1981 г. Intel выпускает 16-разрядный процессор 8086 и 8088 — аналог 8086, за исключением внешней 8-битной шины данных (вся периферия тогда была еще 8-битной).
Конкурент Intel, компьютер Apple II отличался тем, что не был вполне законченным аппаратом и оставалась некоторая свобода для доработки непосредственно пользователем — можно было устанавливать дополнительные интерфейсные платы, платы памяти и др. Именно эта особенность, которую впоследствии стали называть «открытой архитектурой», стала его основным преимуществом. Успеху Apple II способствовали еще две новинки, разработаные в 1978 году. Недорогой накопитель на гибких дисках, и первая программа для коммерческих расчетов — электронная таблица VisiCalc.
Большой популярностью в 70-х годах пользовался компьютер Altair-8800, построенный на основе процессора Intel -8080. Хотя возможности Altair были довольно ограничены — оперативная память составляла всего 4 Kb, клавиатура и экран отсутствовали, его появление было встречено с большим энтузиазмом. Он был выпущен на рынок в 1975 году, и в первые месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины.
Представители IV -го поколения ЭВМ: а) Micral; б) Apple II
Этот компьютер, разработанный фирмой MITS, продавался по почте в виде набора деталей для самостоятельной сборки. Весь комплект для сборки стоил $ 397, тогда как только один процессор от Intel продавался за $360.
Распространение ПК к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ — фирма IBM в 1979 выпустила IBM PC на базе процессора 8088. Существующее в начале 80-х годов программное обеспечение было ориентировано на обработку текстов и простых электронных таблиц, а сама мысль о том, что «микрокомпьютер» может стать привычным и необходимым устройством на работе и дома, казалась невероятной.
12 августа 1981 года IBM представила Personal Computer (PC), ставший, в сочетании с программным обеспечением от Microsoft, стандартом для всего парка ПК современного мира. Цена модели IBM PC с монохромным дисплеем составила около $3.000, с цветным — $6.000. Конфигурация IBM PC: процессор Intel 8088 с частотой 4,77 МГц и 29 тысячами транзисторов, 64 Кб оперативной памяти, 1 флоппи-дисковод емкостью 160 Кб, — обычный встроенный динамик. В это время запуск приложений и работа с ними были настоящей мукой: из-за отсутствия жесткого диска приходилось все время менять дискеты, не было ни «мыши», ни графического оконного пользовательского интерфейса, ни точного соответствия между изображением на экране и конечным результатом (WYSIWYG). Цветная графика была крайне примитивна, о трехмерной анимации или фотообработке не было и речи, однако история развития персональных компьютеров началась именно с этой модели.
В 1984 году IBM представила еще две новинки. Во-первых, была выпущена модель для домашних пользователей, названная PCjr на базе процессора 8088, котрая была оснащена едва ли не первой беспроводной клавиатурой, но успеха на рынке эта модель не добилась.
Вторая новинка — IBM PC AT. Важнейшая особенность: переход на микропроцессоры более высоких уровней (80286 с цифровым сопроцессором 80287) с сохранением совместимости с предыдущими моделями. Этот компьютер оказался законодателем стандартов на много лет вперед в целом ряде отношений: здесь впервые появилась 16-разрядная шина расширений (остающаяся стандартной и по сей день) и графические адаптеры EGA с разрешением 640х350 при глубине представления цвета 16 бит.
В 1984 г. состоялся выпуск первых компьютеров Macintosh с графическим интерфейсом, манипулятором «мышь» и многими другими атрибутами пользовательского интерфейса, без которых не мыслятся современные настольные компьютеры. Пользователей новый интерфейс не оставил равнодушными, но революционный компьютер не был совместим ни с прежними программами, ни с аппаратными компонентами. А в тогдашних корпорациях уже стали нормальными рабочими инструментами WordPerfect и Lotus 1-2-3. Пользователи уже привыкли и приспособились к символьному интерфейса DOS. С их точки зрения, Macintosh выглядел даже как-то несерьезно.
Пятое поколение компьютеров (с 1985 и по наше время)
Отличительные признаки V -го поколения:
- Новые технологии производства.
- Отказ от традиционных языков программирования таких, как Кобол и Фортран в пользу языков с повышенными возможностями манипулирования символами и с элементами логического программирования (Пролог и Лисп).
- Акцент на новые архитектуры (например, на архитектуру потока данных).
- Новые способы ввода-вывода, удобные для пользователя (например, распознавание речи и образов, синтеза речи, обработка сообщений на естественном языке)
- Искусственный интеллект (то есть автоматизация процессов решения задач, получения выводов, манипулирования знаниями)
Именно на рубеже 80-90-х сформировался альянс Windows-Intel. Когда в начале 1989 г. Intel выпустила микропроцессор 486, производители компьютеров не стали дожидаться примера со стороны IBM или Compaq. Началась гонка, в которую вступили десятки фирм. Но все новые компьютеры были чрезвычайно похожи друг на друга — их объединяла совместимость с Windows и процессоры от Intel.
В 1989 г. был выпущен процессор i486. Он имел встроенный математический сопроцессор, конвейер и встроенный кэш первого уровня.
Направления развития компьютеров
Нейрокомпьютеры можно отнести к шестому поколению ЭВМ. Несмотря на то, что реальное применение нейросетей началось относительно недавно, нейрокомпьютингу как научному направлению пошел седьмой десяток лет, а первый нейрокомпьютер был построен в 1958 году. Разработчиком машины был Фрэнк Розенблатт, который подарил своему детищу имя Mark I.
Теория нейронных сетей впервые была обозначена в работе МакКаллока и Питтса в 1943 г.: любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети. Интерес к нейрокомпьютингу снова вспыхнул в начале 80-х годов и был подогрет новыми работами с многослойным перцептроном и параллельными вычислениями.
Нейрокомпьютеры — это ПК, состоящих из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов, которые называют нейронами. Нейроны образуют так называемые нейросети. Высокое быстродействие нейрокомпьютеров достигается именно за счет огромного количества нейронов. Нейрокомпьютеры построены по биологическим принципу: нервная система человека состоит из отдельных клеток — нейронов, количество которых в мозгу достигает 10 12 , при том, что время срабатывания нейрона — 3 мс. Каждый нейрон выполняет достаточно простые функции, но так как он связан в среднем с 1 — 10 тыс. других нейронов, такой коллектив успешно обеспечивает работу человеческого мозга.
Представитель VI-го поколения ЭВМ — Mark I
В оптоэлектронных компьютерах носителем информации является световой поток. Электрические сигналы преобразуются в оптические и обратно. Оптическое излучение в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:
- Световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;
- Световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;
- Взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, что дает новые степени свободы в организации связи и создания параллельных архитектур.
В настоящее время ведутся разработки по созданию компьютеров полностью состящих из оптических устройств обработки информации. Сегодня это направление является наиболее интересным.
Оптический компьютер имеет невиданную производительность и совсем другую, чем электронный компьютер, архитектуру: за 1 такт продолжительностью менее 1 наносекунды (это соответствует тактовой частоте более 1000 МГц) в оптическом компьютере возможна обработка массива данных около 1 мегабайта и больше. К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических компьютеров.
Оптический компьютер размером с ноутбук может дать пользователю возможность разместить в нем едва ли не всю информацию о мире, при этом компьютер сможет решать задачи любой сложности.
Биологические компьютеры — это обычные ПК, только основанные на ДНК-вычислений. Реально показательных работ в этой области так мало, что говорить о существенных результатах не приходится.
Молекулярные компьютеры — это ПК, принцип действия которых основан на использовании изменении свойств молекул в процессе фотосинтеза. В процессе фотосинтеза молекула принимает различные состояния, так что ученым остается только присвоить определенные логические значения каждом состояния, то есть «0» или «1». Используя определенные молекулы, ученые определили, что их фотоцикл состоит всего из двух состояний, «переключать» которые можно изменяя кислотно-щелочной баланс среды. Последнее очень легко сделать с помощью электрического сигнала. Современные технологии уже позволяют создавать целые цепочки молекул, организованные подобным образом. Таким образом, очень даже возможно, что и молекулярные компьютеры ждут нас «не за горами».
История развития компьютеров еще не закончена, помимо совершенствования старых, идет и разработка совершенно новых технологий. Пример тому квантовые компьютеры — устройства, работающие на основе квантовой механики. Полномасштабный квантовый компьютер — гипотетическое устройство, возможность построения которого связана с серьезным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов; эта работа лежит на передовом крае современной физики. Экспериментальные квантовые компьютеры уже существуют; элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.
Сейчас использование персональных компьютеров от Apple, Samsung, HP, Dell и других производителей кажется нам чем-то абсолютно естественным. Однако меньше века назад среднестатистический человек не имел представления о компьютерных технологиях, и любые разработки, которые сегодня используются на каждом устройстве, становились настоящим прорывом в индустрии.
В этой статье мы поговорим о том, что представляли собой самые первые компьютеры в мире, кто и зачем их разрабатывал, каковы были их возможности, и насколько большой вклад в развитие технологий они привнесли.
Создание самых первых компьютеров
Самые первые компьютеры в мире занимали десятки квадратных метров, а их вес измерялся тоннами. Тем не менее, именно они позволили человечеству прийти к тем компактным и удобным устройствам, которыми мы пользуемся сейчас. Точного ответа на вопрос, какая ЭВМ действительно была самым первым компьютером, к сожалению, нет. Однако существуют несколько вариантов этого ответа, которые мы рассмотрим ниже.
Компьютер «Марк 1»
«Марк 1», также известный как ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator), был спроектирован и создан в 1941-ом году. В роли заказчика работ выступал Военно-морской флот США, а в качестве генерального подрядчика – компания IBM. Непосредственно разработкой устройства занимались пять инженеров, которыми руководил представитель американской армии Говард Эйкен. За основу при реализации проекта разработчики взяли аналитическую вычислительную машину, которую создал известный британский изобретатель Чарльз Бэббидж.
По своей сути «Марк 1» был усовершенствованным арифмометром, который можно было запрограммировать и который не требовал человеческого вмешательства непосредственно в сам процесс выполнения расчетов. Разработчики не учли всех преимуществ двоичной системы счисления, которой пользуется большинство современных компьютеров мира, и заставили машину оперировать десятичными числами.
Ввод информации в устройство выполнялся при помощи перфолент. Никаких условных переходов «Марк 1» выполнять не мог, и потому код каждой программы был очень длинным и громоздким. Программной возможности для создания циклов также не было: чтобы сделать петлю в коде, перфоленту с кодом в буквальном смысле слова нужно было «замкнуть», соединив ее начало и конец.
Физически ASCC имел следующий вид:
- длина порядка 17 м;
- высота свыше 2,5 м;
- вес около 4,5 тонн;
- 765 000 деталей;
- 800 км соединительных проводов;
- 15-метровый вал, обеспечивающий синхронизацию основных вычислительных элементов;
- электрический двигатель мощностью 4 кВт.
По настоянию главного исполнительного директора IBM Томаса Уотсона компьютер был помещен в корпус из нержавеющей стали и стекла, тогда как Говард Эйкен настаивал на прозрачном корпусе, чтобы оставить «внутренности» ЭВМ видимыми.
«Марк 1» умел работать с числами, длина которых составляла до 23 разрядов. На вычитание и сложение тратилось всего 0,3 с, на умножение – 6 секунд, на деление – 15,3 секунды, на выполнение тригонометрических функций и вычисление логарифмов – более минуты. На то время это было поразительное быстродействие, позволявшее за один день выполнять расчеты, на которые ранее потребовалось бы полгода. Поэтому на завершающем этапе Второй Мировой войны устройство довольно успешно использовалось американским флотом, после чего около 15 лет проработало в Гарвардском университете.
Споры о том, кто создал самый первый в мире компьютер, и когда это произошло, не утихают до сих пор. Как не сложно догадаться, в США первым «предком» современных ПК считают именно «Марк 1». Однако в действительности он начал работать примерно через 2 года после того, как немецкий инженер Конрад Цузе разработал свою ЭВМ Z3, представленную широкой общественности все в том же 1941-ом году. Кроме того, Цузе в принципе использовал более прогрессивные технологии (хотя бы двоичную систему счисления), тогда как «Марк 1», по оценкам ряда исследователей, устарел еще до того, как был создан.
Или все-таки Z3 от Цузе Конрада
Конрад Цузе – одна из самых важных фигур в истории всего компьютеростроения в мире, хотя он и трудился на благо Третьего рейха. Впрочем, главной мотивацией в своем труде Цузе считал бомбардировки Дрездена и других немецких городов, где оставалось преимущественно гражданское население, англо-американской авиацией. Работать над своими вычислительными машинами Конрад начал еще в 1930-ых годах, проходя обучение в Берлинском политехническом университете.
Его работы были основаны на нескольких, революционных на тот момент, идеях:
- Память должна быть разделена: одна ее часть должна отводиться под управляющие данные, другая – под вычисляемые.
- Числа должны быть представлены в двоичной системе счисления.
- Машина должна уметь работать с числами с плавающей запятой (тогда как «Марк 1» работал только с числами с фиксированной запятой). Стоит отметить, что алгоритм реализации этой идеи, который Цузе назвал «полулогарифмической записью», аналогичен применяемому на современных компьютерах.
Данные в Z3 вводились при помощи перфоленты. Все инструкции, которые могла выполнят машина, были разделены на три группы: арифметические операторы, память, и также ввод и вывод. Никаких ограничений на расположение инструкций в пределах перфоленты не накладывалось, при этом существовали две специфические команды — Ld и Lu – предназначенные для вывода информации на дисплей и чтения с клавиатуры соответственно.
Обе эти инструкции останавливали машину, чтобы оператор смог записать полученный результат, или ввести необходимое число. Условные переходы эта ЭВМ не поддерживала, а циклы, как и в случае с «Марк 1», приходилось реализовывать скреплением начала и конца перфоленты.
Основные характеристики машины сводятся к следующим:
- операция сложения выполнялась за 0,7 секунды;
- операции умножения и деления длились 3 секунды;
- устройство состояло из 2600 телефонных реле;
- тактовая частота Z3 составляла примерно 5,33 Гц;
- устройство потребляло 4 кВт энергии;
- его размер был примерно в два раза меньше, чем габариты «Марк 1»;
- его вес составлял 1 тонну.
Машина просуществовала до 1944-го года и помогала Третьему рейху производить сложные расчеты для фашистской авиации. В 1944-ом году ЭВМ сгорела вместе с проектной документацией после одной из очередных авиабомбардировок. Впрочем, вскоре Конрад Цузе создал Z4, а компьютер Z3 был в 1960-ом году реконструирован силами компании «Zuse KG». Но это уже совсем другая история.
Непредвзятые критики сходятся на том, что статус первого свободного программируемого и работоспособного компьютера в мире по праву принадлежит именно Z3, а все попытки опровергнуть это утверждение – псевдопатриотическая спекуляция представителей отдельных стран. Вряд ли когда-то будет положен конец этим дискуссиям, однако однозначно можно сказать следующее: если «Марк 1» устарел еще до своего выпуска, то в Z3 были реализованы многие технологии и принципы, которые начали применяться в компьютерах будущего.
Первая в СССР и континентальной Европе электронно-вычислительная машина
Первой ЭВМ на территории СССР и континентальной Европы считается разработка под названием «МЭСМ», что расшифровывается как «Малая электронная счетная машина». Устройство было создано в Украине, в лаборатории вычислительной техники киевского Института электротехники. Проект реализовывался под руководством академика Сергея Лебедева.
Над созданием ЭВМ Сергей Алексеевич, как и Цузе, начал задумываться еще в 30-ых годах прошлого века. Однако вплотную приступить к этой работе он смог только после войны, да и то не в самых лучших условиях: Институту электротехники предоставили помещения монастырской гостиницы в Феофании (на расстоянии около 10 км от Киева), в полуразрушенном доме.
Однако отечественным инженерами удалось более-менее отремонтировать здание, и всего за три года создать и наладить МЭСМ. При этом над проектом трудились всего лишь 12 инженеров, а также 15 монтажниц и техников, которые помогали им по мере необходимости. Машина имела следующие характеристики:
- занимала комнату площадью порядка 60 квадратных метров;
- могла совершать 3000 операций в минуту, что по тем временам было невероятным показателем;
- работала на 6000 электронных ламп, которые потребляли 25 кВТ;
- могла выполнять сложение, вычитание, деление, умножение и сдвиг с учетом сравнения по абсолютной величине, знака, передачи чисел с магнитного барабана, передачи управления и сложения команд.
Как не сложно догадаться, 6000 ламп обеспечили в помещении практически тропический климат. Тем не менее, МЭСМ вплоть до 1957-го года успешно использовалась в большом количестве научных исследований: в области космических полетов, термоядерных процессов, механики, дальних линий электропередач и так далее.
Другие самые первые системы
«Марк 1» и Z3 – это далеко не все участники спора за титул самого первого компьютера в мире. Учитывая, что в середине двадцатого века разработка компьютерных технологий начала развиваться в геометрической прогрессии, и ЭВМ приобретали все больше признаков современных компьютеров, многие исследователи отдают первое место в этом своеобразном «рейтинге» и тем системам, о которых речь пойдет ниже.
Вычислители Eniac
Электронный цифровой вычислитель ЭНИАК начали разрабатывать в 1943-ем году, а закончили – в 1945-ом. Над его созданием трудились ученые из Пенсильванского университета Джон Эккерт и Джон Мокли. Заказ на разработку ЭНИАКа выполнила Армия США, которой нужно было устройство для точного расчета таблиц стрельбы. Но из-за того, что компьютер собрали только к концу войны, его предназначение пришлось поменять: с 1947-го по 1955-ый годы его использовала Лаборатория баллистических исследований Армии США, которая с помощью ENIAC выполняла различные расчеты при разработке термоядерного оружия. Примечательно, что первыми программистами этого компьютера стали шесть девушек.
Первые коммерческие экземпляры UNIVAC
Условно первый компьютер серии UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer I) считают первой коммерческой ЭВМ в США, и третей – во всем мире. Его разработкой занимались те же Джон Эккерт и Джон Мокли, по заказу ВВС США и Армии США в сотрудничестве с Бюро переписи населения. Разработка UNIVAC I производилась с 1947-го по 1951-ый годы. Первую ЭВМ этой серии официально продали именно Бюро, несколько других десятков экземпляров появились в частных корпорациях, правительственных учреждениях и трех американских университетах. UNIVAC I использовал двоично-десятичную арифметику, 5200 электровакуумных ламп с потреблением 125 кВт электричества, и весил 13 тонн. В одну секунду он мог осуществлять 1905 операций. Для его размещения требовалась комната площадью 35,5 квадратных метров.
Первый компьютер от Apple
Первая ЭВМ от именитого «яблочного» бренда носила название «Apple I» и была выпущена в 1976-ом году. Ключевой новинкой, использованной при создании этого компьютера, стала возможность вводить информацию с клавиатуры с ее мгновенным отображением на дисплее. Во время презентации устройства проявился ораторский и предпринимательский талант Стива Джобса, тогда как непосредственно разработкой Apple I занимался его стеснительный приятель Стив Возняк. Эта ЭВМ была полностью собрана на монтажной плате, которая состояла примерно из тридцати микросхем, из-за чего ее порой называют самым первым полноценным ПК в мире.
Цена самого первого компьютера
Стоимость разработок первых ЭВМ в мире была существенно выше, чем актуальные расценки на компьютеры среднего ценового сегмента. Так, в создание «Марк 1» было вложено порядка 500 000 долларов. Z3 обошелся Третьему рейху в 50 000 рейхсмарок, что по курсу тех времен составляло примерно 20 000 долларов. На создание ЭНИАКа разработчики запросили 61 700 долларов. А для выполнения первого заказа на Apple I, сделанного Полом Терреллом, Джобсу и Возняку понадобилось 15 000 долларов. При этом первые модели «яблочного» компьютера продавались по 666,66 долларов за штуку.
Видео «Первый компьютер»
Вся предоставленная выше информация была взята из открытых источников, преимущественно – из свободной энциклопедии «Википедия».
Одно из величайших изобретений своего времени. Миллиарды людей используют компьютеры в своей повседневной жизни во всем мире.
На протяжении десятилетий, компьютер превратился из очень дорогого и медленного устройства, в нынешние крайне умные машины с невероятной вычислительной мощностью.
Ни одному человеку не приписывают изобретение компьютера, многие считают, что Конрад Цузе и его машина Z1 была первым в длинной череде нововведений, которые дали нам компьютер. Конрад Цузе был немцем, который получил известность за создание первого свободно программируемого механического вычислительного устройства в 1936 году. Z1 Цузе был создан с акцентом на 3 основных элемента, которые все еще используются в современных калькуляторах. Позже, Конрад Цузе создал Z2 и Z3.
Первые компьютеры из серии Mark были построены в Гарварде. МАРК создали в 1944 году, и этот компьютер был величиной с комнату, имеющей размер 55 футов в длину и 8 футов в высоту. МАРК мог выполнять широкий спектр расчетов. Он стал успешным изобретением и был использован ВМС США, эксплуатировался до 1959 года.
Компьютер ENIAC был одним из самых важных достижений в вычислительной технике. Он был заказан во время Второй мировой войны американскими военными. В этом компьютере использовались вакуумные трубки вместо электродвигателей и рычагов для быстрых вычислений. Его скорость была в тысячи раз быстрее, чем у любого другого вычислительного устройства того времени. Этот компьютер был огромен и имел общую стоимость $ 500,000. ENIAC был в эксплуатации до 1955 года.
ОЗУ или Random Access Memory был введен в 1964 году. Первый ОЗУ был металлоискательной пластиной, расположенной рядом с вакуумной трубкой, которая обнаружилвала разницу в электрических зарядах. Это был легкий способ хранения компьютерных команд.
Существовало много нововведений в 1940 году. Манчестер разработал телекоммуникации Research Establishment. Это был первый компьютер, использовавший хранимую программу, и она начала функционировать в 1948 году. Манчестер MARK I продолжал жить в 1951 году и показал огромный прогресс.
UNIVAC был построен создателями ENIAC. Это был самый быстрый и самый инновационный компьютер способный обрабатывать множество вычислений. Это был шедевр своего времени и получил высокую оценку общественности.
IBM, первый персональный компьютер, широко используемый и доступный для людей. IBM 701 был первым компьютером общего назначения, разработанный IBM. Новый компьютерный язык называемый «Фортран» был использован в новой 704 модели. IBM 7090 также имел большой успех, и доминировал как офисный компьютер в течение следующих 20 лет. В конце 1970-х и в 1980 IBM разработала персональный компьютер, известный как ПК. IBM оказала огромное влияние на компьютеры, используемые сегодня.
С ростом рынка персональных компьютеров в начале и середине 1980-х годов, многие компании поняли, что графический интерфейс более дружественен к пользователю. Это привело к разработке операционной системы под названием Windows, Майкрософт. Первая версия была названа Windows 1.0 и позже пришел Windows 2.0 и 3.0. Microsoft становится все более популярным сегодня.
Сегодня компьютеры являются чрезвычайно мощным и более доступным, чем когда-либо. Они практически проникли в каждый аспект нашей жизни. Они используется в качестве мощного инструмента общения и торговли. Будущее у компьютеров огромно.
Наше время компьютеризации обязывает каждого образованного человека знать множество вещей, связанных непосредственно с компьютерными технологиями. А начать можно с изучения того, когда появился первый компьютер. Согласитесь, мало, кто задумывается о происхождении компьютера.
История создания первого компьютера
Компьютер, каким мы его видим сейчас, не всегда был таким. «Жизненный путь» компьютера легко можно проследить. Начало ему было положено при изобретении Блезом Паскалем в 1642 году устройства, способного прибавлять и отнимать десятичные числа – «паскалина». Первый компьютер в мире сложно было назвать компьютером, потому что это было что-то похожее скорее на калькулятор. Эта вычислительная машина выполняла всего два действия – сложение и вычитание. Затем, в 1653 году, к этим функциям добавились умножение и деление. Далее развитие функционала несколько замерло, упор стали делать на внешний вид, то есть все те же опции старались облечь в более компактную и менее громоздкую оболочку. И лишь в 1822 году изобрели машину, которая могла решать простые уравнения. Это был переломный момент в истории развития вычислительной техники. После этого автоматизированные вычислительные приборы эволюционировали с огромной скоростью. Уже в 1946 году миру предстала новая ЭВМ. Конечно, сравнивая первую ЭВМ и современный ПК, можно скептически улыбаться, ведь непонятно, как машина, весом в 30 тонн могла превратиться в то, что с легкостью поднимет даже женщина.
Кто разработчик первого компьютера
Безусловно, тот, кто изобрел первый компьютер в мире, совершил огромное дело в развитии технологий. Так кто же этот человек, представивший миру первый компьютер? Это был ученый немецкого происхождения Конрад Цузе. Самый первый компьютер в мире, как утверждает википедия, как раз и есть изобретенная в сороковых годах XX века ЭВМ, так как в ней были заложены все основные функции современного компьютера. Но размер этой техники все еще был невероятно большим, порой занимая в одиночку целую комнату. И лишь с изобретением микропроцессора, за что спасибо Тедду Хоффу, компьютер стал приближаться по размерам к привычному нам с вами ПК.
Кстати, широкую популярность приобрел ПК после начала конкуренции двух фирм – Apple и Microsoft. В битве за клиентов эти компании все совершенствовали и совершенствовали свою продукцию, радуя нас компактностью и функциональностью. С тех пор, как был изобретен первый ПК, прошло сравнительно немного времени, но отличия того устройства и нынешнего огромны. Мы можем лишь догадываться, какие улучшения ждут компьютер в будущем.
Загрузка...