В настоящее время трудно представить жизнь без электронно-вычислительных машин. Появление электронно-вычислительной машины (ЭВМ) — универсальной машины для обработки информации послужило началом революции в области накопления, передачи и обработки информации. 2
В 17 веке был создан целый ряд вычислительных аппаратов — арифмометров. Числа в этих аппаратах задавались поворотами наборных колес, вращение ручки приводило в движение различные шестерни и валики, в итоге специальные колеса с цифрами приобретали положение, соответствующее результату выполнения одной из простейших арифметических операций — сложения, вычитания, умножения или деления. При этом только лучшие из арифмометров позволяли выполнять умножение и деление. 3
Точкой отсчета существования вычислительных машин (ВМ) можно считать 1623 год, когда ученый Вильгельм Шиккард (профессор библейских языков и астрономии) создал суммирующую машину с переносом цифр. 4
Основоположником прародителей ЭВМ почему-то считают Блеза Паскаля (1623–1662), который в 1641 году разработал проект суммирующей машины. Машина была готова к 1645 году и получила название « Паскалина ». 5
Благодарные потомки увековечили имя Блеза Паскаля в названии одного из языков программирования. Следует отметить, что еще в 1640 году Иоганн Кирманс предложил производить вычисления с помощью железных шестеренок. 6
Наконец, в 1671–1674 гг. Готфрид Вильгельм Лейбниц удалось построить настоящий арифмометр – машину, способную выполнять четыре основных математических действия. 7
Лейбницу и нужно было присуждать пальму первенства в создании настоящих вычислительных машин. Затем следовали изобретения ученых по усовершенствованию арифмометров. В начале 19 века Шарль Ксавье Томá приступил к их серийному производству в Париже. 8
В 19 веке английский математик Чарльз Беббидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал проект вычислительной машины, названной им «аналитической машиной». 9
В основе проекта аналитической машины лежал принцип, имеющий громадное значение и для современной вычислительной техники — принцип программного управления работой вычислительной машины. Беббидж хотел построить свой компьютер (от английского computer — вычислитель) как механическое устройство, а программы собирался задавать посредством перфокарт — карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий (они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках). 10
В 1853 году шведский ученый Георг Шойц реализовал машину, задуманную в 1823 году английским математиком Чарльзом Бэббиджем. Она была предназначена для вычисления полиномов и была установлена в обсерватории Дадли в Олбэни, США. Ее примечательной особенностью было то, что средством вывода результата служило устройство печати на негативной пластине, т.е. впервые возникла идея внешнего периферийного устройства, принтера. 11
В 1888-1890 создан табулятор Холлерита, первое автоматическое вычислительное устройство, производившееся промышленными партиями. Впоследствии ( 1896 ) Герман Холлерит основывает компанию Tabulating Machine Company, в 1924 году переименованную в International Business Machines Corporation после промежуточной смены имени в 1911. 12
В 40-х годах 20 века сразу несколько групп исследователей повторили попытку Беббиджа на основе техники 20 века — электромеханических реле. Первым из них был немецкий инженер Конрад Цузе, который в 1941 году построил небольшой компьютер под названием Z1 на основе нескольких электромеханических реле. 13
А в 1943 году в США на одном из предприятий фирмы IBM американец Говард Эйкен создал более мощный компьютер под названием «Марк — 1». 14
Однако электромеханические реле работают весьма медленно и недостаточно надежно. Коренной переворот в вычислительной технике произошел тогда, когда появились вычислительные машины, в которых стали использоваться электронные элементы. Этими элементами первоначально были электронные лампы (радиолампы). 15
Первой действующей электронной вычислительной машиной (ЭВМ) была машина ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Calculator ), изготовленная в США в конце 1945 года. Авторами проекта были Джон Мочли и Преспер Экерт. 16
Выполненная на электронных лампах, вычислительная машина ENIAC весила 30 тонн и занимала площадь 200 м 2. Она не обладала универсальностью проекта Конрада Цузе. И только математик Джон фон Нейман, разработав в 1946-1948 гг. проект «Принстонской машины», положил начало универсальным вычислительным машинам. Новизна заключалась во введении модели вычислителя, представляющего собой пятиблочную структуру последовательной ЭВМ. 17
Архитектура таких машин показана ниже. 18
Принципы фон Неймана: 1. Принцип двоичного кодирования. 2. Принцип программного управления работой электронно-вычислительной машины. Программы состоят из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 3. Принцип однородности памяти или принцип хранимой программы. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти – числа, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это позволяет создавать программы, способные в процессе вычислений изменять самих себя. 19
4. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. 5. Принцип иерархичности запоминающих устройств. Наиболее часто используемые данные хранятся в самом быстром запоминающем устройстве сравнительно малой емкости, а более редко используемые – в самом медленном, но гораздо большей емкости. 6. Принцип параллельной организации вычислительного процесса : операции над словами производятся одновременно во всех разрядах слова. 20
Принципы, сформулированные фон Нейманом, стали общепринятыми и были положены в основу как больших ЭВМ первых поколений, так и более поздних мини- и микроЭВМ. Они получили название фон-неймановских принципов. Ключевым принципом фон-неймановских машин являлся и является до сих пор принцип хранимой программы, когда программа и ее данные записываются в память машины так, чтобы их можно было при необходимости модифицировать в процессе работы. 21
В СССР первая вычислительная машина МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) была создана в 1951 году под руководством академика Сергея Александровича Лебедева. 22
В 40-х и 50-х годах 20 века ЭВМ создавались на основе электронных ламп. Эти ЭВМ были очень большими (занимали огромные залы), дорогими (стоимость составляла несколько миллионов долларов), ненадежными (электронные лампы часто перегорают). В 1948 году были изобретены транзисторы — миниатюрные и недорогие электронные приборы, которые смогли заменить электронные лампы. Это привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и повышению их надежности. 23
После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров было соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. В 1959 году Роберт Нойс (основатель фирмы Intel ) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния несколько транзисторов и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами или чипами. 24
В 1960 г. компания DEC представила первый миникомпьютер PDP-1 ( Programmed Data Processor ), стоимость которого составляла 120 000 долл. Это был первый коммерческий компьютер, оснащенный клавиатурой и монитором. 25
PDP-1 имел 18-битное машинное слово и 4 килослова основной памяти (эквивалентно 9 КБ) с возможностью расширения до 64 килослов (144 КБ). Цикл перемагничивания памяти на ферритовых элементах занимал 5 микросекунд (примерно соответствует тактовой частоте 200 КГц); соответственно большинство арифметических операций занимали 10 микросекунд (100 000 операций в секунду), потому что они имели два обращения к памяти: одно для инструкции, другое для операндов. 26
В 1963 г. Дуглас Энгельбарт изобрёл компьютерную мышь. 27
Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов 20 века. В 1965 году фирма Digital Equipment выпустила первый мини-компьютер PDP–8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тысяч долларов. 28
В 1965 г. Гордон Мур, директор подразделения исследований и разработок в Fairchild Semiconductor формулирует вывод, основанный на наблюдениях за динамикой развития технологий изготовления микросхем. Эта формулировка получает название закон Мура : плотность транзисторов в интегрированных микросхемах будет удваиваться каждые 24 месяца в течение следующих десяти лет. 29
В 1966 г. Роберт Нойс и Гордон Мур основывают корпорацию Intel. Эта компания начинает с создания микрочипов памяти, но постепенно превращается в компанию по производству микропроцессоров. 30
4 июня 1966 г. американский офис патентов выдает доктору Роберту Деннарду из компании IBM патент № 3387286 на однотранзисторную ячейку памяти ( DRAM Dynamic Random Access Memory — Динамическая Память с Произвольным Доступом) и на базовую идею 3-транзисторной ячейки памяти. Такой тип памяти сейчас повсеместно используется для краткосрочного хранения информации. 31
В 1968 году фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год, что обеспечивало постоянное уменьшение размеров и стоимости компьютеров, а также повышение их быстродействия. 32
В 1969 г. Пентагон создает четыре узла сети ARPAnet — прообраза современной Internet. День 2 сентября 1969 г. принято считать днем рождения Интернета. 33
В 1970 году был сделан важный шаг на пути к персональному компьютеру — Маршиан Эдвард Хофф, из фирмы Intel, сконструировал микросхему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel –4004, размером менее 3см. 34
В 1974 году несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel –8008 персонального компьютера, т.е. устройства выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя. 35
В начале 1975 года появился первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Альтаир–8800 на основе микропроцессора Intel –8080. Возможности его были ограничены — оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и монитор отсутствовали. Этот компьютер продавался по цене около 500 долларов, покупатели снабжали этот компьютер дополнительными устройствами: монитором, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.п. 36
В 1975 г. Билл Гейтс и Пол Аллен решили написать интерпретатор языка BASIC для компьютера Altair-8800 и основали компанию Microsoft, специализировавшуюся на разработке программного обеспечения для компьютеров. 37
1 апреля 1976 г. Стив Джобс и Стив Возняк основали фирму Apple Computer. 38
В 1976 году начался кустарный выпуск Apple I — компьютера, который послужил предтечей развития одного из современных производителей персональных компьютеров Apple Computer. 39
Персональный компьютер Apple II 40
В июне 1977 года первый серийно выпускавшийся Apple II предложил пользователям интегрированную клавиатуру, цветную графику, звук, пластиковый корпус и восемь слотов расширения. В отличие от всех предыдущих компьютеров, « Apple II» больше выглядел как офисный прибор, а не как набор электронного оборудования, имел встроенный интерпретатор Бейсика, и был значительно более дружественен по отношению к неподготовленному пользователю. Тем самым « Apple II» положил начало революции в области персональных компьютеров: это была машина для масс, а не только для любителей, учёных или инженеров. 41
В 1979 году фирма IBM ( International Business Machines Corporation ) — ведущая компания по производству больших компьютеров приступила к разработке персонального компьютера. В августе 1981 года компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике и фактически стал стандартом персонального компьютера. 42
Фирма IBM не стала защищать конструкцию своего компьютера патентами. Принципы конструкции IBM PC были доступны всем желающим. Этот подход, называемый принципом открытой архитектуры, обеспечил успех компьютеру IBM PC. Многие фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать компьютеры, совместимые с IBM PC. 43
Конкуренция между производителями привела к удешевлению IBM–совместимых компьютеров и стремительному улучшению их характеристик. В настоящее время IBM-совместимые компьютеры превратились в мощные высокопроизводительные устройства. По всем показателям они в сотни раз превосходят первоначальную модель IBM PC. Персональные IBM–совместимые компьютеры являются в настоящее время наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. 44
В 1980—1983 годах «Микро-80» — советский любительский 8-разрядный микрокомпьютер на основе микропроцессора К580ИК80А. Схема «Микро-80» была опубликована в журнале «Радио» в 1983 г., издававшимся в СССР миллионным тиражом. 45
В 1981—1983 годах был разработан 8-разрядный ПК «Агат», который выпускался с 1984 до 1993 г. 46
В 1984 году на заседание пленума ЦК КПСС было принятие постановление о «Компьютеризации школьного образования в СССР», что ускорило появление персональных ЭВМ в школах и уже через несколько лет, в школах появились компьютерные классы и школьников обучали азбуке программирования непосредственно на школьных ПЭВМ. Благодаря этому в 90е годы было большое количество программистов в постсоветских республиках. 47
В январе 1985 года начато серийное производство 16-разрядных персональных компьютеров БК-0010 (и его варианты БК-0010Ш, БК0010-01, БК0010-01Ш). Один из самых массовых «домашних» ПК в СССР. Следующая модель из ряда БК, БК-0011, появилась в 1990 году но несмотря на его улучшенные характеристики (ОЗУ 128 КБайт, частота процессора 4 МГц, в комплекте контроллер НГМД), он не получил такого распространения как БК0010-01. 48
В 1986 году в журнале «Радио» опубликована схема микрокомпьютера «Радио-86РК». Благодаря своей простоте «Радио-86РК» завоевал популярность среди радиолюбителей СССР и впоследствии развился в целый ряд аналогов и вариантов, выпускавшихся как в любительских условиях, так и промышленно. «Радио 86РК» частично совместим с «Микро-80». 49
В 1986 году разработан бытовой персональный компьютер «Вектор-06Ц». В 1987 году благодаря ДОСААФ компьютер был представлен на 33-й Всесоюзной радиовыставке и после выставки «Вектор — 06Ц» стал выпускаться серийно. «Вектор — 06Ц» по параметрам превосходил «ZX Spectrum » в то время, у него был цветной графический экран с большой цветовой палитрой, трехканальный звук и доступная цена. 50
В 1985—1987 годах сотрудниками Института ядерной физики Московского государственного университета Николаем Роем, Александром Скурихиным и Олегом Щербаковым был разработан 8-разрядный персональный компьютер «Корвет», который с 1988 года выпускался серийно на заводах Министерства Радиопромышленности СССР 51
В конце 80-х — начале 90-х годов прошлого века в СССР завоевали широкую популярность компьютеры ZX Spectrum, которые впоследствии с успехом тиражировали многочисленные кооперативы и военные предприятия «вставшие на рельсы конверсии». У аналогов ZX Spectrum было очень много разных названий, некоторые из них: «Хобби», «Львов», «Москва», «Ленинград», «Пентагон», «Скорпион», «Дельта», «Композит», «Согдиана». 52
В 1990—1991 годах выпущен лэптоп ПК-300, портативный персональный компьютер (совместимый IBM PC/XT), умещающийся в порфель, с полноформатной клавиатурой, жидкокристаллическим экраном (640x200 точек), оперативной памятью на 640 кБайт, двумя дисководами для дискет 3½" ёмкостью 720 Кбайт. Устанавливаемая операционная система — MS DOS 3.3. Автономность работы лэптопа 4 часа. 53
В 90-х годах XX в. микроэлектроника подошла к пределу, разрешенному физическими законами. Была достигнута фантастически высокая плотность упаковки компонентов в интегральных схемах и почти предельно возможная скорость их работы. В совершенствовании вычислительной техники намечены два пути: на физическом уровне – это переход к использованию иных физических принципов построения узлов компьютера: на основе оптоэлектроники, использующей оптические свойства материалов, на базе которых создаются процессор и оперативная память, и криогенной электроники, использующей сверхпроводящие материалы при очень низких температурах; 54
на уровне совершенствования интеллектуальных способностей машин, отнюдь не всегда определяемых физическими принципами их конструкций, постоянно возникают новые результаты, опирающиеся на принципиально новые подходы к программированию. Уже сегодня компьютер выигрывает шахматные партии у чемпиона мира, а ведь совсем недавно это казалось совершенно невозможным. Создание новейших информационных технологий, систем искусственного интеллекта, баз знаний, экспертных систем продолжается в XXI веке. 55
Наконец, уже сегодня огромную роль играют вычислительные сети, позволяющие разделить решение задач между несколькими компьютерами. В недалеком будущем сетевые технологии обработки информации станут, по-видимому, доминировать, существенно потеснив персональные компьютеры (точнее говоря, интегрировав их в себя). 56
