Файл: История развития средств вычислительной техники (ГЛАВА 1. ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧЕСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ).pdf

Только ближе к 80-ымгодам прошлого столетия потребителями становились и простые граждане, обычно крупных мегаполисов и городов.

Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX в. И могли выполнять заданную последовательность операций по заданной ранее программе, или последовательно решать задачи разных типов. Первые компьютеры были способны хранить информацию в специальной памяти.

В 1934 году немецкий студент Конрад Цузе, который работал над дипломным проектом, решил создать у себя дома цифровую вычислительную машину с программным управлением и с использованием (впервые в мире) двоичной системы счисления. В 1937 году машина 21 (Цузе 1) заработала. Она была 22-разрядной, с памятью на 64 числа и работала на сугубо механической (рычажной) базе. Необходимость в быстрых и точных вычислениях, как уже говорилось, особенно возросла во время Второй мировой войны (1939-1945 гг.), прежде всего для решения задач баллистики, то есть науки о траектории полета артиллерийских и других снарядов к цели.

В 1937 году Джон Атанасов (американский ученый, болгарин по происхождению) впервые предложил идею использования электронных ламп как носителей информации.

В 1942-1943 годах в Англии была создана при участии Алана Тьюринга вычислительная машина «Колос». В ней было 2000 электронных ламп. Машина предназначалась для расшифровки радиограмм немецкого вермахта. «Колос» впервые в мире хранил и обрабатывал данные с помощью электроники, а не механически.

Машины Цузе и Тьюринга были засекреченными, об их создании стало известно через много лет после окончания войны^[14].

В 1944 году под руководством профессора Гарвардского университета Говарда Айкена была создана вычислительная машина с автоматическим управлением последовательностью действий, известная под названием Марк 1. Эта вычислительная машина была способна воспринимать входные данные с перфокарт или перфолент. Машина Марк 1 была электромеханической, для хранения данных использовались механические приборы (колесики и переключатели). Машина Айкена могла выполнять около одной операции в секунду и имела огромные размеры: более 15м в длину и около 2,5м высотой и состояла более чем из 750 000 деталей^[15].

В 1946 году группой инженеров под руководством Джона Моучли и Дж. Преспера Эккерта по заказу военного ведомства США было создано машину ЭНИАК (рисунок 3), которая была способна выполнять около 3 тысяч операций в секунду. По размерам Эниак был больше Марк 1: более 30 метров длиной, его объем составлял 85 м³. Весил Эниак 30 тонн. Вместо тысяч механических деталей Марка 1, в Эниак было использовано 18 000 электронных ламп^[16].

Рисунок 3 – ENIAC – первый электронный цифровой компьютер общего назначения

Существенный вклад в создание ЭВМ сделал американский математик Джон фон Нейман, принимавший участие в создании Эниак. Фон Нейман предложил идею хранения программы в памяти машины. Такие ЭВМ были значительным шагом вперед на пути создания более совершенных машин. Они были способны обрабатывать команды в разном порядке. Первая ЭВМ, которая хранила программы в памяти, получила название ЭДСАК (Electronic Delay Storage Automatic Calculator - электронный калькулятор с памятью на линиях задержки). Она была создана в Кембриджском университете (Англия) в 1949 году. С тех пор все ЭВМ являются компьютерами с программами, которые хранятся в памяти.

В 1951 году компания Джона Моучли и Дж. Преспера Эккерта создала машину UNIVAC (Universal Automatic Computer – универсальная автоматическая вычислительная машина). Первый экземпляр ЮНИВАКа было передано в Бюро переписи населения США. Затем было создано много различных моделей ЮНИВАКа, которые начали применяться в различных сферах деятельности.

Таким образом, ЮНИВАК стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, в котором вместо перфолент и карточек была использована магнитная лента.

1.3 Поколения вычислительной техники

Рассмотрим детальнее поколения вычислительной техники.

На чем основывались первые компьютеры? Первые компьютеры создавались на основе электронных ламп. Первым, кто случайно получил электронную лампу, стал Томас Альва Эдисон, американский ученый и предприниматель, который в довольно молодом возрасте смог получить свой первый патент (1869 год). Молодой Томас сформулировал для себя очень важный принцип, которого придерживался всю жизнь: «никогда не изобретать того, на что не имеется спроса». Поэтому, когда он пытался продлить срок службы лампы, то случайно для себя открыл непонятное для него явление. Он ввел угольную нить в вакуумный баллон, платиновый электрод, положительное напряжение и понял, что в вакууме между электродом и нитью начинает протекать ток. Американский изобретатель не понял всей важности своего открытия, и решил подробно описать явление, которое происходит в лампе. Это была первая электронная лампа, с которой начинается развитие элементной базы компьютеров.

Вскоре после открытия Эдисона, многие ученые-изобретатели начинали усовершенствовать его электронную лампу. Первое поколение компьютеров. Компьютеры создавались на основе электронных ламп, которые имели свой ряд недостатков. Так как электронные лампы были высотой около 7 см, то компьютеры имели довольно внушительные (огромные) размеры, для которых порой требовались несколько больших (смежных между собой) комнат. Также каждые 5-10 минут одна из ламп выходила из строя, для поиска вышедшей из строя лампы уходило длительное время, потому что в среднем один компьютер состоял примерно из 15-20 тысяч электронных ламп. Еще один из минусов состоял в том, что большие компьютеры требовали специальной системы охлаждения. Что тоже было нелегким трудом для обслуживающего персонала. Примерами компьютеров первого поколения могут служить такие модели как MarkI (Automatic Sequence Controlled Calculator), ENIAC (Electronic Numerical Integratorand Computer), EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator).

Второе поколение компьютеров. Компьютеры второго поколения содержали уже транзисторы. Транзисторы были открыты в конце 40-х годов прошлого столетия. Это стало главным открытием в компьютерной отрасли, и заняло очень важное место в конструировании второго поколения вычислительной техники.

Во-первых, транзисторы были более просты в изготовлении, намного надежнее электронных ламп, дешевле в производстве и еще один немаловажный фактор, это потребление меньшей электроэнергии.

Во-вторых, один транзистор мог заменять уже более 40 электронных ламп, они были более стабильны в работе. Также сами компьютеры уменьшились в размерах, что тоже было немаловажным фактором. Быстродействие таких компьютеров достигало до полумиллиона операций в секунду. С развитием второго поколения начали появляться первые запоминающие устройства на основе магнитных носителей, а также первые алгоритмические языки, такие как LISP (List Processing Language), COBOL (Common Business Oriented Language), ALGOL-60, и пакетные операционные системы, которые автоматизируют процесс запуска одной программы из пакета в другой, что увеличивает коэффициент загрузки процессора.

Для реализации пакетной обработки был создан язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу хотел бы он выполнить на ЭВМ. В то же время произошло деление основного персонала на программистов, операторов и специалистов, обслуживающих вычислительные машины.

Один из суперкомпьютеров был разработан в конце 1965 года в СССР под названием БЭСМ-6 (Большая Электронно-Счётная Машина)^[17]. Его быстродействие достигало одного миллиона операций в секунду.

Третье поколение компьютеров. Это поколение характеризуется переходом от транзисторов к интегральным схемам. В это время вычислительная техника становится более прогрессивной по сравнению со вторым поколением. Сама же вычислительная техника образует более дешевую и надежную технологию. Меняются габариты, растет и сложность операций, и количество выполняемых задач, которые может выполнить техника на базе интегральных схем. Быстродействие таких ЭВМ уже достигало выше одного миллиона операций в секунду, что во втором поколение было доступно только сверхкомпьютерам. В этот же период появляется микропроцессор. По определению, ЭВМ на интегральных схемах, или как еще называют кристаллом – это миниатюрная схема, которая выполнена на одном кристалле полупроводника. В это же время появляется полупроводниковая память, которая используется и в наше время в качестве оперативной памяти.

Первая интегральная микросхема была изобретена в 1958году американским ученым Джеком Сент-Клэр Килби, который в то время работал в компании Texas Instruments. Также он изобрел карманный калькулятор и термопринтер.

Новые машины уже могли использовать широкий спектр оборудования для ввода и вывода, а также хранения информации. Появление интегральных схем было революцией в вычислительной технике, которые смогли заменить собой сотни транзисторов. Быстродействие машин на таких схемах достигало более одного миллиона операций в секунду. А размеры компьютеров уменьшились в несколько раз. Поэтому производство компьютеров приобретает промышленный размах.

Одна из лидирующих компаний того времени была IBM (International Business Machines)^[18], которая смогла реализовать целое семейство ЭВМ.

Программное обеспечение начинает дальнейшее развитие, это касается операционных систем, которые должны быть многорежимными, тем самым поддерживая работу в различных режимах: (1) пакетная обработка; (2) разделение времени; (3) запрос-ответ.

В 1968 году был разработан Язык Программирования Паскаль профессором кафедры вычислительной техники Швейцарского Федерального института технологии Никлаусом Виртом. Язык Паскаль становится одним из важных и широко используемых языков программирования, как в школьных учебных заведениях, так и вузах^[19]. Четвертое поколение компьютеров (начиная с 1980 года).

В период эволюции поколения ЭВМ произошли серьезные изменения, так как наш прогресс никогда не стоит на месте, люди всегда стараются усовершенствовать технологии настолько, насколько считают возможным. Мы уже знаем, что интегральные схемы сделали большой переворот в компьютерной технике. Поэтому, казалось бы, что можно придумать еще? Оказалось можно. Ученые смогли уместить в одном кристалле тысячи интегральных схем. С этого начинается эпоха микрокомпьютеров^[20]. Быстродействие было колоссальным, оно в 10 раз превосходило третье поколение, не говоря уже о первом и втором поколениях. Стоимость производства таких микросхем была снижена, а это означало, что эксплуатация компьютеров становится доступной каждому человеку. Наступает эра персональных компьютеров^[21]. Компьютеры стали использовать не только специалисты, но и простые люди, что требовало разработки доступного и простого программного обеспечения.

В середине 80-хгодов прошлого столетия стали бурно развиваться сети компьютеров, в том числе персональных, работающих под управлением сетевых или распределенных операционных систем. В то время были только две лидирующие компании, это AppleInc. и IBM (International Business Machines), между которыми шла долгое время война за первенство продаж и производства персональных компьютеров. Но каждая из компаний имела ряд своих преимуществ.

Можно считать, что четвертое поколение появилось на свет благодаря компании Intel Corporation, которая занималась разработкой микропроцессоров, создав свой революционный чип, который при малых размерах кристалла содержал 2300 транзисторов и имел тактовую частоту 108 кГц. Это был настоящий прорыв ЭВМ. В современном мире компания Intel Corporation занимает одно из лидирующих мест по производству процессоров. Как и сами компьютеры, процессоры требовали не менее важных затрат на их разработку и усовершенствование^[22].

Компании, которые занимались разработкой процессоров, шли в ногу со временем. Можно утверждать, что эволюция ЭВМ напрямую зависела от разработок и новшеств процессоров. Благодаря всему этому, компьютеры стали по-настоящему общедоступны. Несмотря на то, что персональные компьютеры имели некоторое отставание от больших машин, большая часть всех новшеств в 90-егодыпрошлого столетия приходилась на современные операционные системы, графические интерфейсы, периферийные устройства, которые немаловажно повлияли на появление глобальных сетей. Уже в этот период суперкомпьютеры даже при своих развитиях не занимали лидерство на компьютерной арене.

Пятое поколение компьютеров (создание искусственного интеллекта). Пятое поколение основывалось на создании искусственного интеллекта^[23], который смог бы при помощи логических языков программирования подойти вплотную к решению задач по обработке и хранению знаний. Основная задача состояла в том, что для компьютеров пятого поколения не требовалось бы каких-то программных кодов для решения целевых процессов, а достаточно простое объяснение на «почти естественном» языке.

Многие считают, что в то время это было провальное пятое поколение, которое даже при большой финансовой поддержке оказалось недостигаемой. Одна из задач проекта состояла в разработке машины, которая имела бы искусственный интеллект, а общение с пользователем было бы максимально простым. Самым сложным являлось создание простого интерфейса, при помощи которого пользователь мог бы вести диалог с такой машиной и решать необходимые ему задачи. Многие интерфейсы операционных систем (или программ) решают лишь половину проблемы, то есть пользователь может вести диалог строго по спроектированному программному обеспечению такой машины. При этом, на сегодняшний день ученые и многие разработчики ведут исследования в данном направлении, и пытаются создать полностью уникальный искусственный интеллект, который будет помощником человека.