Пять поколений компьютеров: с 1-го по 5-е

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.

Сколько существует поколений компьютеров?

Хотя разработка компьютерных технологий началась примерно в 1940 году, развитие этой технологии началось примерно в 1946 году с первого поколения компьютеров и с тех пор постоянно развивается. На данный момент существует пять поколений компьютеров .

Пять поколений компьютеров перечислены ниже:

Каждое из этих поколений компьютеров также обсуждается ниже с необходимыми деталями и соответствующими изображениями. Разберем подробно каждое поколение:

Первое поколение (1946 — 1959)

Это самое раннее поколение компьютеров, известное как первое поколение компьютеров. Период первого поколения считается с 1946 по 1959 год. В первом поколении компьютеры разрабатывались с использованием электронных ламп в качестве базовой технологии. В компьютерах первого поколения использовался машинный язык, язык программирования самого низкого уровня, поэтому он мог легко обрабатываться и пониматься компьютерами.

ENIAC, сокращение от Electronic Numeric Integrated and Calculator, является наиболее популярным примером компьютера первого поколения. Другие примеры включают UNIVAC, EDVAC, EDSAC, IBM-650, IBM-701, Manchester Mark 1, Mark 2, Mark 3 и т. д.

Преимущества компьютеров первого поколения

Ниже перечислены основные преимущества компьютеров первого поколения:

• Электронные лампы использовались в компьютерах первого поколения, и это поколение помогло внедрить компьютерные устройства.
• Благодаря использованию машинных языков компьютеры этого поколения были быстрее на раннем этапе развития.
• Компьютеры могли выполнять вычисления за миллисекунды.

Ниже перечислены основные недостатки компьютеров первого поколения:

• Компьютеры первого поколения были очень большими и могли покрыть целую комнату.
• Компьютеры этого поколения выделяли слишком много тепла и требовали большой системы охлаждения.
• Емкость запоминающих устройств в компьютерах в этом поколении была очень низкой.

Второе поколение (1959-1965)

Второе поколение компьютеров началось с широкого использования транзисторов. В этом поколении электронные лампы больше не были основной технологией. Их заменили транзисторы. Период второго поколения считается с 1959 по 1965 год. Магнитные сердечники (как первичные запоминающие устройства) и магнитные ленты (как вторичные запоминающие устройства) также использовались для требований к памяти в компьютерах.

Во втором поколении компьютеры использовали языки ассемблера вместо двоичных машинных языков. Кроме того, в этом поколении были представлены ранние версии языков высокого уровня, такие как COBOL и FORTRAN

CDC-3600 и IBM-7094 — самые популярные компьютеры второго поколения. К другим примерам относятся компьютеры серий UNIVAC-1108, IBM-7070, CDC-1604, IBM-1400, серии IBM-1600, серии IBM-7000, Honeywell-400 и т. д.

Преимущества компьютеров второго поколения

Ниже перечислены основные преимущества компьютеров второго поколения:

• Транзистор помог сделать компьютер второго поколения немного меньше, чем компьютер первого поколения.
• Благодаря технологии магнитного сердечника компьютеры этого поколения могут хранить инструкции в памяти.
• Компьютеры стали быстрее, надежнее и могли выполнять вычисления за микросекунды.

Ниже перечислены основные недостатки компьютеров второго поколения:

• Во втором поколении по-прежнему требовалась система охлаждения.
• Компьютеры второго поколения требовали регулярного обслуживания.
• Стоимость компьютера все еще оставалась высокой; однако меньше, чем компьютер первого поколения.

Третье поколение (1965 — 1971)

Третье поколение компьютеров характеризовалось использованием в компьютерах интегральных схем (ICs), а не транзисторов. Период третьего поколения считается с 1965 по 1971 год. В этом поколении интегральные схемы использовались как основная часть технологии. Интегральные схемы были очень маленькими по размеру и помогли сделать компьютер меньше, чем его предшественник.

Кроме того, в этом поколении были представлены усовершенствованные устройства ввода-вывода, такие как мышь, клавиатура и монитор. До появления этих устройств в компьютерах использовались перфокарты и распечатки. Что касается языков, компьютеры третьего поколения использовали языки более высокого уровня, такие как COBOL, BASIC, ALGOL-68, PASCAL PL/1, FORTRAN-II-IV и т. д.

Компьютеры, разработанные в рамках семейства IBM-360, являются лучшими образцами компьютеров третьего поколения. Другие примеры включают PDP-8, PDP-11, TDC-316, Honeywell-6000 series, ICL 2900 и т. д. Кроме того, в сегодняшнем поколении компьютеров до сих пор используются интегральные схемы.

Преимущества компьютеров третьего поколения

Ниже перечислены основные преимущества компьютеров третьего поколения:

• Компьютеры третьего поколения были меньше компьютеров предыдущего поколения, что делало компьютеры второго поколения портативными и доступными для коммерческого использования по относительно низким ценам.
• Компьютеры были быстрыми, надежными и могли выполнять вычисления за наносекунды. У них также было больше места для хранения.
• Компьютеры третьего поколения производили меньше тепла и стали более энергоэффективными, чем компьютеры предыдущего поколения.

Ниже перечислены основные недостатки компьютеров третьего поколения:

• Для компьютеров третьего поколения также требовалась система охлаждения.
• В то время производство и обслуживание интегральных схем было трудным.
• Цена на компьютеры третьего поколения для личных нужд оставалась высокой.

Четвертое поколение (1971-1980)

Период четвертого поколения рассматривается с 1971 по 1980 год. В течение этого поколения разрабатывались компьютеры, в которых микропроцессор был основным компонентом технологии. Микропроцессоры также были основаны на технологиях LSI (крупномасштабная интеграция) и VLSI (очень крупномасштабная интеграция). Они были разработаны путем сборки нескольких интегральных схем на одном кремниевом кристалле.

Микропроцессоры не только помогли уменьшить размеры компьютеров, но также сделали их такими мощными и надежными. Благодаря своим компактным размерам компьютеры стали доступны для личного использования в четвертом поколении. Кроме того, в компьютерах этого поколения использовались языки программирования высокого уровня, такие как C, C ++, DBASE и др. В компьютерах этого поколения также использовались сетевые распределенные операционные системы с разделением времени.

IBM-5100, Altair-8800 и Micral — самые популярные компьютеры четвертого поколения. Другие примеры включают PDP-11, DEC-10, IBM-4341, STAR-1000, CRAY-1, CRAY-X-MP и т. Д. Кроме того, микропроцессоры все еще используются в сегодняшнем поколении (пятое поколение компьютеров). Однако в нынешнем поколении они не считаются базовой технологией.

Преимущества компьютеров четвертого поколения

Ниже перечислены основные преимущества компьютеров четвертого поколения:

• Благодаря компактным размерам компьютер стал широко доступен для коммерческого и личного использования. Это также привело к революционному использованию персональных компьютеров (ПК).
• Компьютеры четвертого поколения были быстрее, меньше, надежнее и энергоэффективнее своих предшественников. Кроме того, у компьютеров четвертого поколения была большая доступность хранилища.
• Значительно снижено количество тепла в компьютерах четвертого поколения. Выделяемое тепло было почти незначительным, и, следовательно, в системе кондиционирования больше не было необходимости.

Ниже перечислены основные недостатки компьютеров четвертого поколения:

• Создание схем СБИС и микропроцессоров было сложным и требовало сложных технологий и передовых технических навыков.
• Вентилятор охлаждения был включен в компьютеры вместо системы кондиционирования воздуха. Эти охлаждающие вентиляторы создавали шум при интенсивном использовании компьютеров.
• В компьютерах четвертого поколения по-прежнему использовались интегральные схемы, поэтому для создания и сборки этих ИС требовались высокие технические навыки.

Пятое поколение (с 1980 г. по настоящее время)

Компьютеры пятого поколения основаны на технологии ULSI (Ultra Large Scale Integration), программном обеспечении AI (искусственный интеллект) и аппаратном обеспечении параллельной обработки. ULSI произвел революцию в разработке микропроцессоров. Теперь около десяти миллионов электронных устройств можно собрать на одной микросхеме микропроцессора. С другой стороны, AI помогает компьютерам эффективно реагировать на естественные языки.

Считается, что период пятого поколения начался в 1980 году и продолжается. Это означает, что нынешнее поколение — это пятое поколение компьютеров. В компьютерах пятого поколения интегральные схемы все еще используются для удовлетворения различных потребностей. Однако основная технология — это AI, где еще есть возможности для улучшения.

В пятом поколении компьютеры особенно основаны на логическом программировании и массовых параллельных вычислениях. В этом поколении поддерживаются все языки высокого уровня. Некоторые из таких языков включают C, C ++, Java, .NET и др. Кроме того, используются многопоточные и распределенные операционные системы. Распространенными примерами компьютеров пятого поколения являются настольные ПК, ноутбуки, ноутбуки, Chromebook, Ultrabook, планшеты и т. д.

Создание первых компьютеров

В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу над созданием так называемой «разностной» машины, которая, по его замыслам, должна была не просто выполнять арифметические действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию. В качестве основного элемента своей машины Бэббидж взял зубчатое колесо для запоминания одного разряда числа (всего таких колёс было 18). К 1822 году учёный построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов.

В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины. Его проект содержал более 2000 чертежей различных узлов. Машина Бэббиджа предполагалась как чисто механическое устройство с паровым приводом. Она состояла из хранилища для чисел («склад»), устройства для производства арифметических действий над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой») и устройства, управляющего операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни (он умер в 1871 году), успев сделать лишь некоторые узлы своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня развития техники.

В 1842 году в Женеве была опубликована небольшая рукопись итальянского военного инженера Л. Ф. Менабреа «Очерк об аналитической машине, изобретённой Чарльзом Бэббиджем», переведённая в последствии ученицей и помощницей Бэббиджа дочерью Дж. Г. Байрона — леди Адой Лавлейс. При содействии Бэббиджа Ада Лавлейс составляла первые программы для решения систем двух линейных уравнений и для вычисления чисел Бернулли. Леди Лавлейс стала первой в мире программисткой.

После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина — табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и

в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую сейчас передовым разработчиком компьютеров.

Новый инструмент — ЭВМ — служит человеку пока лишь чуть больше полувека. ЭВМ — одно из величайших изобретений середины XX века, изменивших человеческую жизнь во многих её проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один из рычагов, обеспечивающих развитие и достижения научно-технического прогресса.

Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный К. Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а в 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. В качестве элементной базы Цузе выбрал реле, которые к тому времени давно применялись в различных областях техники. В 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1 на 16 слов; в следующем году модель Z2, а ещё через два года он построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением (модель Z3), которая демонстрировалась в Германском научно-исследовательском центре авиации. Это был релейный двоичный компьютер, имеющий память на 64 22-разрядных числа с плавающей запятой: 7 разрядов для порядка и 15 разрядов для мантиссы. К несчастью, все эти образцы машин были уничтожены во время бомбардировок в ходе Второй мировой войны. После войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5. К. Цузе в 1945 году создал язык Plankalkul (от немецкого «исчисление планов»), который относится к ранним формам алгоритмических языков. Этот язык был в большей степени машинно-ориентированным, но по некоторым возможностям превосходил АЛГОЛ.

Независимо от Цузе построением релейных автоматических вычислительных машин занимались в США Д. Штибитц и Г. Айкен.

Д. Штибитц, тогда работавший в фирме Bell, собрал на телефонных реле первые суммирующие схемы. В 1940 году вместе с С. Уильямсом Штибитц построил «вычислитель комплексных чисел», или релейный интерпретатор, который впоследствии стал известен как специализированный релейный компьютер «Bell-модель 1». В этом же году машина демонстрировалась на заседании Американского математического общества, где были проведены её

первые промышленные испытания. В последующие годы были созданы ещё четыре модели этой машины. Последняя из них разработана Штибитцем в 1946 году (модель V) — это был компьютер общего назначения, содержащий 9000 реле и занимающий площадь почти 90 м 2 , вес устройства составлял 10 т.

Другую идею релейного компьютера выдвинул в 1937 году аспирант Гарвардского университета Г. Айкен. Его идеей заинтересовалась фирма IBM. В помощь Айкену подключили бригаду инженеров во главе с К. Лейком. Работа по проектированию и постройки машины, названной «Марк-1», началась в 1939 году и продолжалась 5 лет. Машина состояла из стандартных деталей, выпускаемых IBM в то время. Электронные лампы при создании вычислительной машины были впервые применены американским профессором физики и математики Д. Атанасовым. Атанасов работал над проблемой автоматизации решения больших систем линейных уравнений. В декабре 1939 году Атанасов окончательно сформулировал и осуществил на практике свои основные идеи, создав вместе с К. Берри работающую настольную модель машины. После этого он приступил к созданию машины, способной решить систему с 29 неизвестными. Память машины была энергоёмкая — использовалось 1632 бумажных конденсатора. Всего использовалось 300 электронных ламп. К весне 1942 г. когда монтаж машины был почти завершён, США уже находилось в состоянии войны с Германией, и, к несчастью, проект был свёрнут.

В 1942 году профессор электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Д. Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений», положивший начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC. Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США. В 1943 году под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, демонстрация состоялась 15 февраля 1946 года. Новая машина имела «впечатляющие» параметры: 18000 электронных ламп, площадь 90 × 15 м 2 , весила 30 т и потребляла 150 кВт. ENIAC работала с тактовой частотой 100 кГц и выполняла сложение за 0,2 мс, а умножение — за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычислительные машины.

Долгое время считалось, что ENIAC единственный электронный компьютер, но в 1975 году Великобритания сообщила о том, что уже с декабря 1945 года в государственном институте Блетчли-Парк работал первый программируемый ЭВМ «Колосс», но для правильной оценки компьютера Англия не предоставила много данных.

С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой революционными были идеи американского математика, члена Национальной АН США и американской академии искусств и наук Джона фон Неймана (1903—1957). Эти идеи были изложены в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства», написанная вместе с А. Берксом и Г. Голдстайном и опубликованная в 1946 году.

ЭВМ на полупроводниковых устройствах

Первым полупроводниковым компьютером считается машина TX-0 (tixo) с 16-битной адресацией, созданная в 1955 году. Tixo была полностью выполнена на транзисторной базе с памятью на магнитных сердечниках.

Наиболее производительными компьютерами на транзисторной логике считались британский «Atlas» американские «Stretch» и CDC-6600 и наш советский БЭСМ-6.

Когда появился первый компьютер?

На протяжении всей истории существования человека он то и дело пытался совершенствовать мир вокруг, чтобы улучшить свою жизнь сделать ее проще и комфортнее. История создания компьютера – это прежде всего стремление человека изобрести устройство для решения задач, непосильных для человеческого разума. И как показывает практика, задача эта исполнена на «ура».

Если вы думаете, что компьютер появился несколько десятилетий назад, то глубоко заблуждаетесь, ведь его история насчитывает несколько столетий. Конечно же, первые предки современного ПК были очень примитивными и даже язык не поворачивается назвать их «компьютерами», но не пройдя всех этих этапов становления он, возможно, не стал таким чудом техники.

Итак, первым созданным компьютером в истории человечества считается машина для подсчетов Блеза Паскаля, возникшая в 1642 году. Это был первый примитивный калькулятор, который помогал изобретателю слагать и вычитать. Изобретение Паскаля считается нулевым этапом в разработке компьютеров и для своего времени это было прогрессивное устройство, ведь ранее никаких попыток механизировать вычисления не было.

Придуманный Паскалем «компьютер» назвали «Паскалина» и представлял он собой ящик с многочисленными шестернями. С помощью колесиков прибор позволял вводить числа от 0 до 9, а в верхней части корпуса, после ввода исходных данных, показывался результат.

Аппарат Паскаля – первый компьютер