История развития вычислительной техники. Отечественная вычислительная техника. Первая ЭВМ
Как только человек открыл для себя понятие «количество», он сразу же принялся подбирать инструменты, оптимизирующие и облегчающие счёт. Сегодня сверхмощные компьютеры, основываясь на принципах математических вычислений, обрабатывают, хранят и передают информацию – важнейший ресурс и двигатель прогресса человечества. Нетрудно составить представление о том, как происходило развитие вычислительной техники, кратко рассмотрев основные этапы этого процесса.
Самая популярная классификация предлагает выделить основные этапы развития вычислительной техники по хронологическому принципу:
- Ручной этап. Он начался на заре человеческой эпохи и продолжался до середины XVII столетия. В этот период возникли основы счёта. Позднее, с формированием позиционных систем счисления, появились приспособления (счёты, абак, позднее — логарифмическая линейка), делающие возможными вычисления по разрядам.
- Механический этап. Начался в середине XVII и длился почти до конца XIX столетия. Уровень развития науки в этот период сделал возможным создание механических устройств, выполняющих основные арифметические действия и автоматически запоминающих старшие разряды.
- Электромеханический этап – самый короткий из всех, какие объединяет история развития вычислительной техники. Он длился всего около 60 лет. Это промежуток между изобретением в 1887 году первого табулятора до 1946 года, когда возникла самая первая ЭВМ (ENIAC). Новые машины, действие которых основывалось на электроприводе и электрическом реле, позволяли производить вычисления со значительно большей скоростью и точностью, однако процессом счёта по-прежнему должен был управлять человек.
- Электронный этап начался во второй половине прошлого столетия и продолжается в наши дни. Это история шести поколений электронно-вычислительных машин – от самых первых гигантских агрегатов, в основе которых лежали электронные лампы, и до сверхмощных современных суперкомпьютеров с огромным числом параллельно работающих процессоров, способных одновременно выполнить множество команд.
Этапы развития вычислительной техники разделены по хронологическому принципу достаточно условно. В то время, когда использовались одни типы ЭВМ, активно создавались предпосылки для появления следующих.
Первые компьютеры были созданы во второй половине 19 века
В конце XIX века Герман Холлерит в Америке изобрел счетно-перфорационные машины. В них, так же как и в Аналитической машине Бэббиджа, использовались перфокарты, но только не для представления программы, а для хранения числовой информации. Каждая такая машина могла выполнять только одну определенную программу, манипулируя с перфокартами и числами, пробитыми на них. Счетно-перфорационные машины осуществляли перфорацию, сортировку, суммирование, вывод на печать числовых таблиц. На этих машинах удавалось решать многие типовые задачи статистической обработки, бухгалтерского учета и другие.
Г. Холлерит основал фирму по выпуску счетно-перфорационных машин, которая затем была преобразована в фирму IВМ — ныне самого известного в мире производителя компьютеров.
Непосредственными предшественниками ЭВМ были релейные вычислительные машины. К 30-м годам XX века получила большое развитие релейная автоматика.
В процессе работы релейной машины происходят переключения тысяч реле из одного состояния в другое.
Релейная машина «Марк-2», изготовленная в 1947 году, содержала около 13 000 реле. Одной из наиболее совершенных релейных машин была машина советского конструктора Н. И. Бессонова — РВМ-1. Она была построена в 1956 году и проработала почти 10 лет, конкурируя с существовавшими уже в то время ЭВМ. Поскольку реле — это механическое устройство, то его инерционность (задержка при переключении) достаточно велика, что сильно ограничивало скорость работы таких машин. Скорость РВМ-1 составляла 50 сложений или 20 умножений в секунду. Практически это был предел скорости для машин этого типа.
В первой половине XX века бурно развивалась радиотехника. Основным элементом радиоприемников и радиопередатчиков в то время были электронно-вакуумные лампы. Электронные лампы стали технической основой для первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ).
Иосиф Гайетти придумал туалетную бумагу
Вы можете жить без этого потребительского товара — туалетной бумаги? Сегодня мы не можем даже представить нашу жизнь без этого простого рулончика — что мы сейчас называем туалетная бумага. В 1857 году Иосифом Гайетти начал маркетинг нового изобретения как медицинский продукт, который поможет людям, страдающим от геморроя. Документ на этот вид товара был с водяными знаками с именем изобретателя, был душист и содержал смазку с алоэ. Это была первая коммерчески доступная туалетная бумага, а мы считаем Иосифом Гайетти изобретателем современной туалетной бумаги.
В 1890 году Джон Фроелич (John Froehlich) и его работники решили, что уже изжили паровые молотилки и построили первый трактор на двигателе внутреннего сгорания. В 1892 году увидела свет машина, которая смогла ездить вперед и назад на бензиновом двигателе с 16 лошадиными силами. В первый год его машина смогла намолотить более чем 5 тонн зерна в сутки без каких-либо проблем. Паровые молотилки были пожароопасны, а этот новый трактор зарекомендовал себя безопаснее. Он использует только 30 литров топлива для обмолота свыше 15 т зерна без риска возникновения пожара. Поэтому Джону Фроеличу приписывают изобретение первого современного трактора. Он родился 24 ноября 1849 и умер 24 мая 1933 года.
Кто изобрёл компьютер?
Дать однозначный ответ на вопрос «Кто изобрёл компьютер?» на самом деле не так просто. Как и в случае со многими другими изобретениями, свой вклад в появление компьютера внесли многие люди, работавшие в разных странах, да и на вопрос, какое же устройство, собственно, достойно называться первым компьютером, можно дать разные варианты ответов. Итак, в этом посте — про изобретателей компьютера.
Что такое компьютер? С одной стороны, компьютер считается разновидностью вычислительной техники, но важной его особенностью должна быть возможность не просто выполнять вычисления, пусть и сложные, но выполнять некую произвольно заданную программу. Т. е. устройства, предназначенные для решения лишь определённых задач, не подходят под определение компьютера, компьютер — это универсальное устройство для вычислений, которое можно запрограммировать.
История компьютеров начинается в 19 веке. В 1808 г. французский ткач Жозеф Мари Жаккар (или Жаккард) изобретает ткацкий станок, способный не просто производить ткань, а делать ткань с произвольными узорами. Фактически это был программируемый станок. Узор задавался при помощи пластинок с дырочками, просверленными в определённом порядке — перфокарт.
Перфокарты для станка Жаккара
В 1832 г. русский изобретатель Семён Николаевич Корсаков публикует проект специальных машин для обработки информации при помощи перфокарт. Фактически, это были машины для работы с базами данных. Однако изобретение не получило официальной поддержки, комиссия, рассматривавшая проект, высказала мнение, что «Г-н Корсаков потратил слишком много разума на то, чтобы научить других обходиться без разума».
Кто же придумал проект первого программируемого вычислительного устройства, т. е. компьютера? Этим человеком был англичанин Чарльз Бэббидж. Бэббидж был крайне разносторонним человеком, но известен прежде всего проектами вычислительных машин. В 1822 году он построил машину для расчётов логарифмических таблиц, эта машина стала позднее известна как малая разностная. Затем Бэббидж решил построить полномасштабную версию разностной машины, получил от правительства субсидию, но не уложился ни в сроки, ни в размеры финансирования. Вместо первоначальных трёх лет и 1500 фунтов стерлингов Бэббидж потратил 11 лет и 17000 фунтов, но так и не достроил машину. Лишь в 1991 к двухсотлетию Бэббиджа в Лондоне построили-таки работающую версию этой разностной машины.
Разностная машина Бэббиджа
Разностная машина — довольно сложное, но всё же узкоспециализированное вычислительное устройство. Назвать её компьютером нельзя. Однако в процессе работы над разностной машиной Бэббидж разработал проект ещё более сложной и универсальной аналитической машины, которая была, по сути, механическим компьютером. В этой машине был блок для хранения чисел, а сама она могла выполнять вычисления по программе, записанной на перфокартах. Увы, машина была слишком сложной и даже сегодня энтузиасты так и не решились её воспроизвести.
В 19м и начале 20го века развитие вычислительной техники продолжалось, но она всё ещё предназначалась для узкоспециализированных вычислений. В 1936 году английский математик Алан Тьюринг описал абстрактную машину, пригодную для произвольных вычислений. Описанная машина получила название машина Тьюринга. Фактически, Тьюринг определил критерии, по которым можно было определить, является ли вычислительная машина универсальной.
К концу 30-х существовали две возможности для постройки вычислительных машин. Более привычными были электромеханические машины, сочетающие электрические и механические элементы. Они считали очень медленно — одна операция могла занимать несколько секунд. Но в это время появилась и другая концепция — использовать в качестве элементов вакуумные лампы. Машины на вакуумных лампах — электронные — могли считать намного быстрее, но лампы были дорогими и не очень надёжными и часто перегорали.
Первые компьютеры появились между концом тридцатых и концом сороковых. Вопрос только в том, какое же устройство считать первым настоящим компьютером? Рассмотрим кандидатов.
1) Машины Конрада Цузе
Конрад Цузе был немецким инженером, по своей инициативе занявшимся разработкой вычислительных машин. В 1938 г. он на свои деньги разработал и построил первую электромеханическую машину, названную Z1, реализовал в ней возможность программирования, но она работала ненадёжно. В 1939 г. началась вторая мировая война и Цузе призвали на фронт, откуда ему удалось вернуться и создать вторую версию своей машины — Z2, а в начале 1941 — Z3. Вероятно, эти машины были первыми реально работавшими электромеханическими компьютерами. В 1941 Цузе вновь призвали на фронт. Как он ни доказывал руководству вермахта важность своих компьютеров, его не хотели слушать. Лишь после вмешательства фирмы Хеншель, выпускавшей самолёты, где Цузе ранее работал инженером, ему всё-таки разрешили вернуться к работе над своими вычислительными машинами. Предполагалось, что они будут использоваться для расчётов аэродинамических параметров самолётов. Руководство вермахта, впрочем, без энтузиазма отнеслось к разработкам и не видя в них особой ценности, финансировало очень неохотно. Следующую модель — Z4 Цузе закончил только после войны. В 1950 г. он продал эту модель в Швейцарию.
Z3 (восстановленная копия) в немецком музее
Z3 могла считывать программу с перфоленты и выполнять вычисления в соответствии с ней. Однако эта машина была электромеханической, поэтому работала очень медленно и не могла исполнять в явном виде команд условного перехода, которые считаются важной составляющей компьютерной программы. Можно ли считать Z3 первым в мире компьютером, а Конрада Цузе — его изобретателем? Некоторые считают, что да, некоторые — нет.
2) Компьютер Атанасова-Берри
В 1942 г. американский математик болгарского происхождения Джон Атанасов и помогавший ему инженер Клиффорд Берри построили первую на 100% электронную вычислительную машину без механических частей. Эта машина не была универсальной и предназначалась в основном для решения линейных уравнений, тем не менее, именно её в 1973 г. Федеральный районный суд США признал «первым компьютером». Возможно, из этой машины получилось бы нечто большее, если бы Атанасов не был призван в американскую армию.
3) Британские «Бомбы» и «Колоссы»
Во время второй мировой войны перед англичанами встала задача расшифровки немецких сообщений. Взломать немецкие шифры вручную было невозможно. Тогда англичане прибегли к помощи вычислительных машин.
В 1940 г. в Великобритании по проекту Алана Тьюринга была построена первая электромеханическая вычислительная машина для расшифровки немецкого кода «Энигма». Она получила название «Бомба». Одна такая машина весила 2,5 тонны и для того, чтобы расшифровать как можно больше сообщений, к 1944 году англичане построили 210 таких машин.
Но для передачи важных сообщений немцы использовали другой, ещё более сложный код «Лоренц». Для его расшифровки был спроектирован и построен (в количестве 10 штук) мощный электронный компьютер под названием «Колосс». Он был программируемой и довольно мощной для своего времени, но всё же не универсальной, а узкоспециализированной машиной. Спроектировал «Колоссы» и руководил их постройкой английский инженер Томми Флауэрс.
Можно ли считать «Бомбу» или «Колосс» первым компьютером? Возможно, но здесь снова есть аргументы и за, и против.
4) ЭНИАК
Переносимся в США. В 1943 г. учёные из Пенсильванского университета Джон Мокли и Джон Экерт задумали построить мощный электронный компьютер. Предполагалось, что его будут использовать в основном для расчётов артиллерийских таблиц — нудной и кропотливой работы, которая была поручена университету американской армией. Прежде таблицы рассчитывали люди с арифмометрами, и это отнимало у них много времени. Устройство назвали ЭНИАК (англ. ENIAC), сокращение от «Электронный числовой интегратор и вычислитель», и он мог производить расчёты в 2400 раз быстрее, чем человек с арифмометром.
ЭНИАК был построен к осени 1945 г. Он содержал более 10 тыс. электронных ламп, весил около 27 тонн и потреблял 150 кВт электроэнергии. К этому времени острая необходимость в расчётах артиллерийских таблиц отпала, и компьютер стали использовать и для других целей, например, для расчётов взрыва водородной бомбы, аэродинамики сверхзвуковых самолётов, прогноза погоды.
ЭНИАК без особых оговорок можно считать настоящим компьютером. Это была полностью электронная универсальная вычислительная машина, которая в полной мере продемонстрировала потенциал компьютеров. Кроме того ЭНИАК стал первым широко известным компьютером, информация о машинах Цузе и Атанасова всплыла позднее, а британские дешифровальные компьютеры были засекречены (и почти все уничтожены) по приказу Черчилля. Так что звание первого в мире компьютера ЭНИАК, вероятно, заслужил.
Всё же работать с ЭНИАКом было ещё не очень удобно. Программирование компьютера осуществлялось путём изменения положения кабелей и переключателей, и подготовка к расчётам часто занимала значительно больше времени, чем сами расчёты. Ещё до окончания работы американский математик Джон фон Нейман предложил использовать для будущих компьютеров архитектуру, предполагавшую хранения команд и данных в памяти. Эта архитектура стала основой при разработке последующих компьютеров.
Подведём итоги и ответим, наконец, кто изобрёл компьютер. К изобретению и созданию первых компьютеров так или иначе причастны:
История ЭВМ: от перфокарт до персональных компьютеров
Ровно 33 года назад, 12 августа 1981 года, на свет появился первый массовый персональный компьютер IBM PC, который со временем стали называть просто PC (ПК). То, что для нас уже давно стало привычным делом, в то время было настоящей революцией. M24.ru выделило основные этапы развития электронно-вычислительных машин.
Электронные вычислительные машины того времени представляли из себя массивные конструкции весом в несколько тонн. Каждый новый этап развития ЭВМ был связан не только с техническим прогрессом, но и с программным. Взять хотя бы Windows, который пришел на смену «бездушному» DOS.
Именно IBM, годом основания которой считается 1889 год, внесла огромный вклад в развитие компьютерной техники. Ее прародительница, корпорация CTR (Computing Tabulating Recording) включала в себя сразу три компании и выпускала самое различное электрическое оборудование: весы, сырорезки, приборы учета времени. После смены директора в 1914 году компания начала специализироваться на создании табуляционных машин (для обработки информации). Спустя 10 лет CTR поменяло свое название на International Business Machines или IBM.
M24.ru выделило основные этапы развития ЭВМ и их основных представителей, давших толчок к развитию современных компьютеров.
Еще в 1888 году инженер Герман Холлерит, основатель IBM, создал первую электромеханическую счетную машину — табулятор, который мог считывать и сортировать данные, закодированные на перфокартах (бумажных карточках с отверстиями). Его даже использовали при переписи населения в 1890 году в США.
При этом история компьютеров IBM началась спустя более полувека, в 1941 году, когда был разработан и создан первый программируемый компьютер «Марк 1» весом порядка 4,5 тонн, 17 метров в длину, 2,5 метра – в высоту. Президент IBM вложил в него 500 тысяч долларов. Впервые «Марк 1» был запущен в Гарвардском университете в 1944 году. Чтобы понять, насколько сложна была конструкция машины, достаточно сказать, что общая длина проводов составила 800 км. При этом компьютер осуществлял три операции сложения и вычитания в секунду.
Первое поколение ЭВМ
Первая ЭВМ, основанная на ламповых усилителях, под названием «Эниак» была создана в США в 1946 году. По размерам она была больше, чем «Марк 1»: 26 метров в длину, 6 метров в высоту, а ее вес составлял около 30 тонн. При этом по производительности «Эниак» в 1000 раз превышала «МАРК-1», а на ее создание ушло почти 500 тысяч долларов. Но у нее были существенные недостатки: очень мало памяти для хранения данных и долгое время перепрограммирования – от нескольких часов и до нескольких дней.
Кстати, среди создателей «Эниак» был ученый Джон фон Нейман, предложивший архитектуру ЭВМ, заложенную в компьютерах с конца 1940-х до середины 1950-х годов. Именно он осуществил переход к двоичной системе счисления и хранению полученной информации.
В 1951 году появился первый коммерческий компьютер UNIVAC, и уже в 1952 году вышел «IBM 701». Это был первый крупный ламповый научный коммерческий компьютер, причем создали его достаточно быстро – в течение двух лет. Его процессор работал значительно быстрее, чем у UNIVAC — 2200 операций в секунду против 455. В одну секунду процессор «IBM 701» мог выполнять почти 17 тысяч операций сложения и вычитания.
Второе поколение ЭВМ
Второе поколение ЭВМ использовало в своей основе транзисторы, созданные в 1947 году. Это была очередная революция, в результате которой существенно уменьшились размеры и энергопотребление компьютеров, так как сами биполярные транзисторы в разы меньше вакуумных ламп.
В 1959 году появились первые компьютеры IBM на транзисторах. Они были надежны, и ВВС США стали использовать их в системе раннего оповещения ПВО. А в 1960 году IBM разработала мощную систему Stretch или «IBM-7030». Она была и вправду сильна – создатели добились 100-кратного увеличения быстродействия. В течение трех лет он был самым быстрым компьютером в мире. Однако со временем IBM уменьшила его стоимость, а вскоре и вовсе сняла с производства.
Третье поколение ЭВМ
Третье поколение компьютеров связано с использованием интегральных схем (в которых используется от десятков до сотен миллионов транзисторов), впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом.
В 1964 году IBM объявила о начале работы над целой линейкой IBM System/360.
System/360 хорошо продавалась даже спустя шесть лет после анонса системы. За 6 лет IBM выпустила более 30 тысяч машин. Однако затраты на разработку System/360 были очень велики — около пяти миллиардов долларов. Таким образом, System/360 заложила фундамент для следующих поколений, первым из которых был System/370.
Четвертое поколение ЭВМ
Четвертое поколение связано с использованием микропроцессоров. Первый такой микропроцессор под названием «Intel-4004» был создан в 1971 году компанией Intel, до сих пор остающейся в лидерах. Спустя 10 лет IBM выпустила первый персональный компьютер, который так и назывался IBM PC. Самая дорогая конфигурация стоила 3000 долларов и предназначалась для бизнеса, а конфигурация за 1500 долларов – для дома.
Процессор Intel 8088 работал на частоте 4,77 МГц (сейчас этот показатель в тысячи раз больше), а объем ОЗУ — 64 кбайта (сейчас – в миллионы раз больше). Для хранения информации использовались 5,25-дюймовые флоппи-дисководы. Жесткий диск нельзя было установить из-за недостаточной мощности блока питания.
Интересно, что разработкой компьютера занимались всего четыре человека. Причем IBM не запатентовала ни операционную систему DOS, ни BIOS, что породило огромное количество клонов. Уже в 1996 году IBM уступило первое место по продажам ПК на ею же основанном рынке.
Несмотря на то, что современные гаджеты сильно отличаются по характеристикам от своего предшественника, все они относятся к тому же поколению ЭВМ.
Основные толчки для развития компьютеров дала наука (появление ламп, а затем транзисторов). В настоящее время распространяется ввод информации с голоса, общения с машиной на человеческом языке (приложение Siri в iPhone) и активная работа над роботами. Основное мнение, что будущее – за квантовыми компьютерами, которые будут использовать в своей основе молекулы и нейрокомпьютерами, использующими центральную нервную систему человека и непосредственно его мозг. Однако для того, чтобы эти технологии появились, необходимо досконально изучить эти системы.
