Хроника развития вычислительной техники

Содержание:

Введение.

Компьютер (англ. computer - вычислитель) или ЭВМ (электронно-вычислительная машина) - это аппаратно-программное вычислительное устройство, реализованное на электронных компонентах и выполняющее заданные программой действия.

Появление компьютеров – одна из существенных особенностей современного мира. В настоящее время компьютер является неотъемлемой частью нашей жизни. Некогда огромные устройства доступные только узкому кругу специалистов, сейчас есть практически в каждом доме или офисе и помещаются на ладони. Такое широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей выбирают своей профессией специальности связанные с устройством компьютеров, программированием, изучают основы вычислительной техники и т.д.

Развитие компьютеров уходит своими корнями глубо вдаль веков. С появлением и развитием торговли, увеличением объема имущества появилась необходимость в подсчете. Люди стали учиться считать и первым вычислительным инструментом стали пальцы рук. Хотя этот способ подсчета имел ряд преимуществ, такие как простота, удобство, компактность, но так же были и недостатки, например: на пальцах неудобно сохранять результаты счета не только на длительные, но даже и на сравнительно короткие сроки. Поэтому человечество стало изобретать все новые способы вычисления. Особое место среди них занимал АБАК. Затем спустя многие годы появились первые ЭВМ, которые дали толчок к развитию все более новых современных технологий.

Домеханический период.

1. Примитивные средства

- Счет на пальцах

Древнейшим вычислительным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. Возникновение приемов пальцевого счета уходит вглубь веков, так как было вызвано практической потребностью жизненной деятельности людей, причем этому счету придавалась необходимая тогда наглядность.

Пальцевой счет сыграл громадную роль в развитие математики, от него берет начало десятичная система счисление.

- Счет на камнях.

Чтобы сделать процесс счета более удобным, человек начал использовать небольшие камни. Он складывал из них пирамиду и определял сколько в ней камней, но если число велико, то на глаз подсчитать количество камней проблематично. Поэтому первобытный человек стал составлять мелкие пирамиды одинаковой величины, а т.к. на руках десять пальцев, то и пирамиды насчитывали по десять камушков. Разные народы использовали вместо камушков разные приспособления – ракушки, бобы, кости.

- Насечки на дереве или кости (бирки)

Простейшим и первым искусственным счетным прибором является бирка. Бирка – это деревянная или костяная палочка, на которую ножом наносят различной формы насечки. Вначале бирки служили для того, чтобы при их помощи зафиксировать на память те или иные цифры. С помощью них считали поголовье скота, количество урожая, величину долга. Для различных целей существовали разные бирки, форма зарубок также была достаточно разнообразна. Кроме того и сами бирки делали различных форм: квадратного сечения, прямоугольного, круглого.

Бирки являлись не только документами, на которых записывались те или иные данные, но и своеобразным счетным прибором со своими правилами.

- Узелковое письмо.

Узелковое письмо представляло собой несколько связанных между собой шерстяных или хлопчатобумажных ниток. Знаками на этих нитках служили узлы, иногда с вплетенными в них камнями, цветными ракушками, так же использовались нити разных цветов.

У разных народов узелки считались неприкосновенными и священными.

2. Первые приспособления

- Абак.

Следующим шагом в развитие вычислительных устройств, известным практически у всех народов, стал абак. Первоначально абак представлял собой специальную доску, для удобства покрытую песком или пылью, на которой в определенном порядке раскладывали однородные предметы (камушки, бобы, ракушки и т.д.) и пересчитывали их.

Со временем доски для подсчета стали расчерчивать на несколько полос или колонок. Это позволило вести счет значительно быстрее. При этом количество однородных предметов в первой колонке соответствовало единицам, во второй – десяткам и т.д.

Так люди и пришли к созданию абака - счетной доски, которая многие сотни лет в разных странах помогала экономить время в действиях с большими числами.

У разных народов абак выглядел по-разному. Так, например, в Вавилоне пользовались абаком с колонками, соответствующими шестидесятеричной системе счисления. В Греции вместо дощечек стали использовать каменные плиты, в которых вытачивались желобки. Такие плиты обычно изготавливали из мрамора, имели внушительные размеры и назывались Саламинская доска. Для изготовления римского абака стали использовать бронзу, слоновую кость и даже цветное стекло. В вертикальных желобках также помещались камешки или мраморные шарики. В Риме абак стали называть calculi (calculus-галька, голыш), впоследствии от этого слово и произошло слово calculatore (вычислять) и наше калькуляция. Египетский абак интересен тем, что камушки там передвигались справа налево. В Китае абак назывался «суаньпань» и представлял собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу были натянуты проволоки или веревки числом от девяти и более. Проволоки соответствовали десятичной системе. Японский абак произошел от китайского и назывался «соробан». Цивилизацией Ацтеков был придуман новый абак – nepohualtzitzin. Сквозь деревянный каркас были протянуты нити, на которые нанизывались зерна кукурузы. Каркас был разделен на два поля. Для работы с таким инструментом использовалась своя, особая система счета. Так же существовал абак Герберта, в котором камешки были заменены на нумерованные жетоны. Герберт сформулировал правила вычисления. Английский абак или линейчатая доска, представлял собой горизонтально разлинованную таблицу, на которой выкладывались специальные жетоны. В России использовали счет на линиях или счет костьми, который не выдержал конкуренции в борьбе с уникальным и замечательным средством вычислений – русскими счетами.

- Счеты.

Один из ранних образцов счетов представлял собой два соединенных между собой ящика, одинаково разделенных по высоте перегородками и назывался «дощаным счетом». В каждом ящике два счетных поля с натянутыми веревками или проволоками. Позже счеты приняли иной вид существующий и поныне. Осталось лишь одно поле, на спицах которого размещались косточки по десять или четыре.

Все виды абака подходили в основном для выполнений операций сложения и вычитания, а вот умножать или делить с его помощью было проблематично. Это и подтолкнуло многих изобретателей придумывать приспособления для облегчения этих операций.

3. Первые приборы.

- Счетные палочки (костяшки) Непера.

Революцию в области механизации умножения и деления совершил шотландский математик лорд Джон Непер (1550 -1617). Он предложил инструмент получивший название «счетные палочки Непера». Они выполнялись в виде прямоугольных брусков, разделенных на десять квадратов. Каждый квадрат, кроме самого верхнего, делился по диагонали на две части, в каждой из которых в определенном порядке записывались числа.

Так же Непер является изобретателем логарифмов. Логарифм – это показатель степени, в которую нужно возвести число, чтобы получить другое заданное число. Это изобретение значительно упростило процесс вычисления, но все же эта операция оставалась достаточно трудоемкой. Поэтому стали появляться новые изобретения на основе логарифмов.

-Логарифмическая шкала.

Эдмунд Гюнтер (1581- 1626) построил логарифмическую шкалу, которая использовалась вместе с двумя циркулями – измерителями. Эта шкала представляла собой прямолинейный отрезок, на котором откладывались логарифмы чисел или тригонометрических величин. Циркули – измерители нужны были для сложения или вычитания отрезков вдоль линий шкалы.

Логарифмическая шкала является прародительницей логарифмической линейки.

-Логарифмическая линейка.

Таблицы Непера позже были «встроены» в удобное устройство, чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления – логарифмическую линейку.

Изобретателями первых логарифмических линеек независимо друг от друга являются Уильям Отред (1575 – 1660) и Ричард Деламейн (1600 – 1644)

Англичанин Роберт Биссакер предложил конструкцию прямоугольной логарифмической линейки. Его линейка состояло из трех самшитовых планок. Две внешние удерживались вместе медной оправой, а третья свободно скользила между ними. Идея «бегунка» - неотъемлемого элемента современной линейки – была высказана Исааком Ньтоном (1643 – 1727), но физически появилась только спустя сто лет.

За 350-летнюю историю были созданы сотни различных конструкций логарифмических линеек.

Но человеческие ум, фантазия и желание облегчить себе жизнь не имеют границ, поэтому помимо немеханических способов вычисления появлялись и механические.

Механический период.

1. Первые механические машины.

В средние века, в связи с резко возросшими торговыми операциями и океаническим судоходством, появилась потребность в автоматическом вычислении. Так же необходимость в нем появилась и для расчета природных явлений. В результате появились различные механизмы – первые суммирующие машины и арифмометры.

В течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.

- Машина Леонардо да Винчи.

Основу машины Леонардо да Винчи (1452 – 1519) составляли стержни, на которые крепились два зубчатых колеса, большее с одной стороны. А меньшее – с другой. Вся система состояла из 13 стержней с зубчатыми колесами и приводилась в движение набором грузов.

Суммирующую машину Леонардо да Винчи можно считать изначальной вехой в истории вычислительной техники. Это был первый цифровой сумматор, прообраз будущего электронного сумматора – важнейшего элемента современных ЭВМ, пока еще механический с ручным управлением.

- Машина В. Шиккарда

Немецкий ученый Вильгельм Шиккард (1592 – 1636) разработал счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел для помощи своему знакомому польскому астроному Иоганну Кеплеру (1571 – 1630).

Машина Шиккарда состояла из трех частей :суммирующее устройство ( для сложения и вычитания); множительного устройства (для умножения); механизм для записи промежуточных результатов.

Об изобретениях Шиккарда и Леонардо да Винчи стало известно только в наше время, современникам они были неизвестны. По этой причине долгое время первым арифмометром считалось изобретение Б. Паскаля.

- Суммирующая машина Паскаля.

Первую машину, которая могла считать сама, создал французский ученый Блез Паскаль (1623 – 1662) в 1642году. На создание побудило его желание помочь отцу, налоговому инспектору. Данное устройство представляло собой смонтированную в деревянном корпусе систему зубчатых колес вращающих наборные диски с цифрами. Результат вычислений считывался в специально прорезанных в корпусе окошечках. Эта машина вошла в историю вычислительной техники под названием «Паскалина».

Труды Б. Паскаля оказали заметное влияние на весь дальнейший ход развития вычислительной техники.

- Счетная машина Лейбница.

Немецкий математик Готфрид Вильгейм Лейбниц (1646 – 1716) в 1673 создал «ступенчатый вычислитель»- счетную машинку, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни. Машина работала с 12- разрядными числами.

В основе множительного устройства этой машины лежит ступенчатый валик, который представляет собой цилиндр с зубцами разной длины, взаимодействующих со счетным колесом. Передвигая колесо вдоль валика, его вводят в зацепление с необходимым числом зубцов и обеспечивают установку определенной цифры.

С некоторыми усовершенствованиями эти машины, или арифмометры, использовались до недавнего времени.

- Счетная машина Якобсона.

Одна из первых отечественных машин была создана Евной Якобсоном примерно в 18 веке. Представляла собой латунную коробку на четырех ножках и имела компактные размеры. Механизмы машины смонтированы на верхней крышке коробки с внутренней стороны, а на наружной стороне сосредоточены все поводки для осуществления счетных операций и все шкалы. Устройство, изобретенное Якобсоном, было выдающимся изобретением своего времени.

- Арифмометр Томаса.

Впервые «серийное производство» арифмометров наладил Карл Ксавье Томас ( 1785 – 1870). Сконструированный им в 1818 году арифмометр выпускался с различными усовершенствованиями в течение 100 лет по 300 – 400 экземпляров в год. В основу устройства Томаса был положен ступенчатый валик Лейбница. На поверхности ступенчатого валика в машине имеется девять зубцов, причем второй зубец в два раза длиннее первого, третий – в три и т.д. Против каждого ступенчатого валика находится установочная зубчатка, имеющая возможность двигаться вдоль четырехглавой оси. В машине столько ступенчатых валиков с соответствующими установочными зубчатками, сколько знаков имеет наибольшее число, которое можно установить на машине. Все валики расположены рядом. Передвижение установочной зубчатки производится с помощью ползуна.

Многие конструкторы и ученые занимались усовершенствованием машины Томаса. Появлялись новые приборы , в основе которых идея арифмометра Томаса оставалась неизменной.

2.Простейшие счетные машины 19-го века.

Машины Паскаля, Лейбница, Томаса и т.д. не могли удовлетворить потребности в счетных машинах. Одни из них были несовершенны, другие имели сложное устройство и поэтому подвергались частым поломкам, третьи громоздки и дороги. Для практики нужна была машина достаточно простая, дешевая и удобная в работе.

В 19 веке появляется довольно много разнообразных изобретений, относящихся к производству вычислений.

- Отечественные машины.

В России стали приспосабливать счеты к возросшим требованиям вычислительной практики.

В 1828 году генерал – майор Федор Михайлович Свободской предложил свой первый счетный прибор после многих лет работы на нем. Он состоял из соединенных в общей раме нескольких счетов, чаще всего употреблялось 12 счетов. Для передвижения костяшек служил специальный прут с рукояткой. Кроме четырех арифметических действий, Свободской производил много различных операций, достигая при этом большой скорости. В 1861 году И.Бураков предложил счеты, в которых было 20 полных рядов и один с четырьмя костяшками, кроме арифметических действий на этих счетах возводили в степень и извлекали корни. В 1872 году Ф. В. Езерский сконструировал счеты с машинкой умножения и деления, вдоль нижней планки которых было по два валика с навернутыми таблицами. Вращая валики можно было получать частные произведения, которые затем складывались на счетах. В 1882 году Н. Компанейский описал свои двойственные счеты, состоящие из счетов и валиков. Причем оси валиков шли параллельно проволокам счетов и могли передвигаться относительно проволок. В 1921 году Б. Н. Компанейский создал прибор, который соединял в себе довольно удобные таблицы умножения с обыкновенными счетами.

Попыток усовершенствовать счеты было много, но создать универсальный счетный прибор на основе счетов не удалось.

- Приборы Слонимского.

В 1893 году Зиновий Яковлевич Слонимский (1810 – 1904) предложил простое множительное устройство, которое позволяло получать произведения любого числа на любое однозначное число. Устройство представляло собой продолговатый и невысокий ящик. Внутри ящика помещались цилиндры, на которых нанесены цифры и буквы. На верхней грани прибора имеется одиннадцать рядов отверстий, в каждом из которых при работе можно прочесть одну цифру или букву.

Так же Слонимский предложил суммирующее устройство, в основе которого лежат зубчатые колеса с 24 коническими зубцами: по одному колесу на один разряд числа. Суть конструкции состоит в характере расположения колес друг относительно друга : колеса независимы.

- Счислитель Куммера.

Петербургский учитель музыки Эрнст Эдуард Куммер (1810 – 1893) в 1846 году представил проект своей машины, в основу которой лег принцип конструкции Слонимского. Счетный прибор имеет вид прямоугольной доски с фигурными рейками. Передвигая рейки, производят сложение и вычитание. Вдоль реек нанесены цифры сверху и снизу. Верхнюю и нижнюю половины разделяет планка с круглыми окнами для считки. На рейках, около цифр, находятся отверстия, вставляя в которые специальный штырек, можно передвигать рейки вверх и вниз. Отверстия были круглые и квадратные.

Счислитель Куммера получил широкое распространение, как в нашей стране, так и за рубежом.

3. Машины Бэббиджа.

Наивысшим достижением английского профессора математики Чарльза Бэббиджа (1791 – 1871) была разработка принципов, положенных в основу современного компьютера, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Им были созданы две машины - разностная и аналитическая.

- Разностная машина.

Первое вычислительное устройство, разработанное Бэббиджем в 1822, была «разностная машина». Работа модели была основана на хорошо разработанном методе конечных разностей. Благодаря этому методу все сложно реализуемые в механике операции умножения и деления сводились к цепочкам простых сложений известных разностей чисел. Составными частями машины были:

- «Память» - несколько регистров для хранения чисел;

- Счетчик числа операций со звонком – при выполнении заданного числа шагов вычислений раздавался звонок;

- Печатающее устройство – результаты выводились на печать.

Движение механических частей машины должен был осуществлять паровой двигатель. Но вычисления были полностью автоматизированы.

- Аналитическая машина.

После изобретения разностной машины, Бэббидж задумал новое устройство – аналитическую машину. По архитектуре она была механическим прототипом современного компьютера и содержала следующие устройства:

- «Склад» – устройство для хранения цифровой информации ( теперь это запоминающее устройство или память);

- «Мельница» или «фабрика» - устройство, выполняющее операции над числами, взятыми на «складе» (ныне это арифметическое устройство);

- Устройство, управляющее последовательностью машины;

-Устройство ввода и устройство вывода информации.

Окончательный вариант машины был представлен в 1840 году. Программа и данные считывались с перфокарт, идею которых Бэббидж заимствовал у Жозефа Мари Жакарда (1752 – 1834), изобретателя ткацкого станка с использованием перфокарт для нанесения узора.

Чарльз Бэббидж в своих идеях опережал свое время.

4. Арифмометр Чебышева

. Среди многих вычислительных устройств 19 века нельзя не отметить наиболее оригинальную конструкцию арифмометра, построенного великим русским математиком Пафнутием Львовичем Чебышевым (1821 – 1894). В ее основу был положен принцип «непрерывной передачи десятков». Суть принципа в том, что шестеренка единиц, делая полный оборот, поворачивает шестеренку десятков на 1/10 оборота, а шестеренку сотен – на 1/100 и т.д. Этим обеспечивается плавное изменение угла поворота всех вступающих во взаимодействие колес.

Этот принцип получил настоящее признание гораздо позже, лишь с применением электропривода. При непрерывной передаче ход машины был плавным, что позволяло без опасений поломок значительно увеличить скорость работы механических вычислительных устройств.

5. «Колесо Однера».

В 1874 году Вильгодт Теофил Однер (1845 – 1905) предложил надежную и простую конструкцию колеса, ставшее основным узлом многих арифмометров.

Арифмометр В. Однера был построен на новых принципах. Главным его элементом является колесо Однера – зубчатка с переменным числом зубцов и девятью выдвижными спицами. Число выдвинутых спиц определяется углом поворота установочного рычажка до соответствующей цифры на шкале.

Изобретение Однера имело большое значение для развития счетных машин. В первой четверти 20 века арифмометры Однера были основными математическими машинами, которые широко применялись во многих областях деятельности человека.

6. Первые клавишные приборы.

Во Франции Пететин из г. Безансона в 1885 предложил карманный прибор для сложения. Прибор имеет три кнопки для единиц, десятков и сотен. Но был очень медленным, для набора каждого слагаемого кнопки надавливались столько раз, сколько составляет сумма всех цифр этого числа. В 1893 году во Франции был изобретен сантиграф – прибор для сложения с пятью пронумерованными клавишами. При нажатии на клавиатуру клавиша опускалась, а при снятии пальца пружина возвращала ее в исходное положение. Прибор имел существенные недостатки: сложность механизма, неудобство, медлительность.

Электромеханический период.

Несмотря на разнообразие машин, развитие науки и техники требовало увеличения скорости работы и меньшей утомляемости вычислителей. Арифмометры уже не удовлетворяли возросшим требованиям из-за недостатков таких как: необходимость вращать ручку; сложение и вычитание производятся медленно; наличие большого количества пружин, которые ослабевают и лопаются и др.

Актуальным стал вопрос о применении электричества в счетных машинах.

1. Табулятор Холлерита.

Электромеханическая эпоха в истории вычислительной техники начинается с создания в 1887 году табулятора американским инженером Германом Холлеритом (1860 – 1929) для обработки результатов переписи населения. Составляющими частями изобретения были: воспринимающий пресс, реле, счетчики, сортировальный ящик, источник энергии - электрические батареи.

В табуляторе использовались перфокарты размером в долларовую бумажку. На каждой карте имелось 12 рядов, в каждом из которых можно было пробить по 20 отверстий. Перфокарты загружали в специальное устройства, соединенные с табуляционной машиной, где они нанизывались на ряды тонких игл. Когда игла попадала в отверстие, она замыкала контакт в соответствующей электрической цепи машины. Это приводило к тому, что счетчик, состоящий из вращающихся цилиндров, продвигался на одну позицию вперед.

Герман Холлерит стал основателем целого направления вычислительной техники – счетно-перфорационного.

Хотя счетно-аналитические машины были широко распространены, они имели ряд недостатков. Их работа производилась в основном на перфокартах, а это требовало кроме основных автоматов целый ряд вспомогательных машин. Но основным их недостатком была медленность проведения операций из-за механического принципа работы, к тому же они имели большие размеры.

2. Использование электрической энергии в работе механических счетчиков.

Наряду со счетно-аналитическими машинами электричество начинают применять и в машинах, в основе которых лежат старые конструкции, вначале приспособленные к чисто механическим вычислениям. В первую очередь применение электричества относится к использованию электроприводов.

Вначале в счетных машинах электроприводом заменяют ручку, которую утомительно вращать. Так широкое распространение получила машина, выпускаемая фирмой «С. Вальтер». Это машина с колесами Однера, с рычажной установкой чисел и с электрическим приводом. Для гашения результатов служит ручка на левой стороне каретки. Установочный механизм гасится с помощью расположенной под ним планки. Каретка передвигается при нажатии клавиши. При умножении и делении нужно считать на слух число оборотов вала. Более совершенными являются клавишные машины с колесами Однера с электрическим приводом. Они выпускаются как с полной, так и с десятиклавишной клавиатурой установочного механизма. В этих машинах при производстве действий число оборотов ведущего вала считается на слух.

Электрический привод применяется и в машинах со ступенчатым валиком.

Дальнейшее развитие счетных машин шло в направлении создания автоматически работающей машины, которая после установки чисел работало бы без дальнейшего вмешательства вычислителя. Вначале была разработана конструкция машин, автоматически выполняющих деление, с умножением были проблемы. В итоге был создан специальный установочный механизм для однозначного множителя. Затем от этого устройства перешли к полностью автоматическому умножению. Наиболее распространенными машинами такого типа являются «Архимед», модель М, «Рейнметалл» и др.

В СССР была создана десятиклавишная вычислительная машина ВК-1. Она представляла собой усовершенствованный арифмометр, работающий на принципе колес Однера, и предназначалась для выполнения четырех арифметических действий. В дальнейшем ВК-1 стала ВК-2,которая является десятиклавишным полуавтоматом и работает от переменного тока.

Наряду с десятиклавишными машинами появились и полно-клавишные полуавтоматические вычислительные машины, например КСМ-1 и КСМ-2, в которых использовались ступенчатые валики.

Были созданы и полно-клавишные автоматические вычислительные машины, которые в основном работают на принципе или ступенчатого валика, или пропорционального рычага.

Период электрических (электромеханических) машин сменился периодом электронных машин, необычайно бурный прогресс которых продолжается и в настоящее время.

3. Довоенные разработки.

Особенно много внимания правительства разных стран стало уделять развитию вычислительной техники перед Второй мировой войной, понимая, как много преимуществ получает сторона, владеющая машинными способами кодирования и декодирования информации.

В конце 30-х годов 20 века был построен ряд релейных вычислительных систем, способных выполнять сложные научно-технические расчеты в автоматическом режиме и со скоростью, на порядок выше скорости работы арифмометров с электроприводом. Наиболее крупные проекты были выполнены в Германии и США.

- Изобретение Цузе.

Немецкий инженер Конрад Цузе (1910 – 1995) создал в 1938 году Z1, машину представляющую собой хитросплетение проводов и реле, имеющую клавиатуру для ввода данных. Результат вычислений появлялся на панели – для этого использовалось множество маленьких лампочек. Впоследствии ввод с клавиатуры Цузе заменил на ввод с помощью использованной 35-миллиметровой фотопленки. Пашина с перфолентой получила название Z2. А в 1941 году Конрад Цузе завершил постройку релейного компьютера Z3, где применялась двоичная система счисления. Уже в послевоенные годы Цузе построил Z22, которая поддерживала общие алгоритмы вычислений, могла работать с произвольными структурами данных, имела достаточный объем памяти.

Цузе оказал несомненное влияние на развитие европейских компьютерных технологий.

- Машины Дж. Стибица.

Математик Джордж Стибиц (1904 – 1995) разработал вычислительную машину «Bell-1» на электромагнитном реле, способную оперировать с комплексными числами. В 1942 году была сконструирована машина «Bell-2», автоматически управляемая программой. В этой машине впервые была применена встроенная система обнаружения ошибок. В 1942 – 1944 годах была построена вычислительная машина «Bell-3» с управлением с помощью программы, записанной на перфоленте., по образу которой был построен релейный калькулятор «Bell-4». Последней релейной машиной была «Bell-5». Она оперировала 7-разрядными десятичными числами и имела многопроцессорную систему.

- Машина Эйкена.

В 1937 году гарвардский математик Говард Эйкен (1900 – 1973) предложил проект создания большой счетной машины, проектирование которой началось в 1939 году. Машина была создана с использованием и релейных и механических элементов. Устройство управления машиной состояло из зубчатого колеса, которое перематывало перфорированную бумажную ленту с нанесенной программой. Компьютер не умел выполнять условные переходы, из-за чего каждая программа представляла собой довольно длинный ленточный рулон. Циклы организовались за счет замыкания начала и конца считываемой ленты.

Главным отличием компьютера «Марк 1» было то, что он был первой полностью автоматизированной вычислительной машиной, не требовавшей какого либо вмешательства человека в рабочий процесс.

Электронный период.

В течение механического, электромеханического и в начале электронного периода развития цифровая вычислительная техника оставалась областью техники, научные основы которой только закладывались.

1. Первые разработки.

-Машина Атанасова.

Первой попыткой создания ЭВМ была разработка американского физика Джона Атанасова (1903 – 1995). В 1939 году он опубликовал окончательный вариант своей концепции современной вычислительной машины: для работы использовалась двоичная система счиления, исходные данные вводились с помощью перфокарт в десятичной форме. Запоминающее устройство представляло собой барабан, на котором размещались конденсаторы и смонтирована матрица медных контактов для соединения запоминающего устройства со схемной частью машины. Внешняя память была выполнена на типовом оборудовании для ввода и вывода перфокарт, и это был самый надежный блок вычислительной машины.

2. Первое поколение ЭВМ (1946 – 1955)

Первое поколение электронно-вычислительных машин было основано на применении электронных ламп - электровакуумном приборе, работающем за счет управления интенсивностью потока электронов.

- ЭНИАК.

Роль ЭНИАК, собранной в 1945 году, в развитие вычислительной техники определяется прежде всего тем, что это была первая действующая машина, в которой для выполнения арифметических и логических операций , а так же запоминания информации использовались электронные схемы. Благодаря использованию электронных ламп работа осуществлялась очень быстро, таких скоростей нельзя было достичь при использовании механических или электромеханических элементов. В компьютере использовалось три типа электронных схем: схемы совпадения, сигнал на выходе которых появлялся только в том случае, если поступили сигналы на входы; собирательные схемы, сигнал на выходе которых появляется, если есть сигнал хотя бы на одном входе; триггеры, выполненные на двойных триодах.

Но из-за ряда недостатков, таких как: малый объем внутренней памяти, использование десятичной системы и прочие, использовать ЕМИАК в качестве универсального компьютера не стали.

-Инновационные идеи фон Неймана.

Математик Джон фон Нейман (1903 – 1957) оказал огромное влияние на развитие вычислительной техники в послевоенные годы. Фон Нейман понимал, что компьютер – это нечто большее, чем простой калькулятор и должен представлять собой универсальный инструмент для научных исследований. На основе критического анализа конструкции Эниак он предложил ряд новых идей организации ЭВМ. Чтобы компьютер был и эффективным, и универсальным инструментом, он должен включать в себя следующие структуры: арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции; устройство управления, организующее процесс выполнения программ; запоминающее устройство или память для хранения программ и данных; устройство ввода-вывода информации. И ряд принципов: двоичного кодирования, программного управления работой машины, однородности памяти или принцип хранимой информации, адресности, иерархичности запоминающих устройств, принцип параллельной организации вычислительного процесса. Эти принципы легли в основу многих ламповых ЭВМ.

- Яркие представители поколения.

Первая серийно выпускавшаяся ЭВМ – «Юнивак» (Универсальный автоматический компьютер). Разработчики Джон Мочли (1907- 1980) и Джон Преспер Эккер(1919 – 1995) . Представляла собой электронное устройство с хранимыми в памяти программами. Устройства ввода-вывода работали с носителями на магнитных лентах и перфокартах. «Юнивак» предназначался для обработки больших массивов коммерческой информации.

Первая советская ЭВМ – МЭСМ (малая электронная счетная машина) разработанная в 1948 году Сергеем Алексеевичем Лебедевым (1902 – 1974) и выпущенная в 1951 году. Состояла из электронных ламп, трехадресной системы команд, одного арифметического устройства параллельного действия на триггерных ячейках, запоминающего устройства, без внешнего устройства памяти. Служила для подготовки первых в стране программистов. В 1953 году С. А. Лебедев создал ЭВМ БЭСМ –Большая электронная счетная машина. В ее конструкцию уже входит внешняя память, состоящая из двух частей: четырех магнитных лент и двух магнитных барабанов.

Первая в СССР серийная ЭВМ – «Стрела». Составляющими частями были: электронные лампы; полупроводниковые диоды; запоминающее устройство высокого быстродействия , созданное на электронно-лучевых трубках; внешняя память, реализованной на магнитных лентах, устройства вывода информации на перфокарты и магнитные ленты. Так же «Стрела» имела широкоформатное печатающее устройство и совершенную и достаточно гибкую систему программирования.

В ходе использования машин первого поколения стало ясно, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета. Поэтому началась интенсивная разработка средств автоматизации программирования, создание систем обслуживания программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность ее использования.

3. Второе поколение ЭВМ (1955 – 1965).

Важное событие, определившее возможность перехода на новую элементную базу в производстве компьютеров, создание в 1948 году Джоном Бардином (1908 – 1991), Уолтером Брайттенов (1902 -1987) и Ульямом Шокли (1910 – 1989) первого точечного германиевого транзистора. Транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух элементов управляется третьим электродом. Дальнейшее исследование полупроводниковых материалов привели к созданию плоскостных кремниевых транзисторов.

Изобретенный транзистор позволил заменить элементную юазу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), а так же появились резисторы и конденсаторы более совершенной конструкции. Достоинства транзистора: один заменял сорок электронных ламп; работал с больше скоростью, чем электронная лампа; транзистор выделял очень мало тепла и почти не потреблял электроэнергии; срок службы превосходил продолжительность работы электронных ламп.

Изменилась технология элементов. Появились первые печатные платы – пластины из изоляционного материала, на которые специальной технологией наносился токопроводящий материал.

-Отечественные разработки.

ЭВМ «Сетунь» - это единственная в своем роде ЭВМ, не имеющая аналогов в истории вычислительной техники, работающая на магнитных логических элементах. Хотя она еще не относится к транзисторным машинам, в этой ЭВМ впервые использовалась троичная система счисления.

В 1963 году начинается производство ЭВМ «Минск -2» - первая универсальная советская ЭВМ второго поколения с возможностью обработки алфавитно-цифровой информации. У машины было две модификации – «Минск -22» и «Минск – 23». Основные характеристики ЭВМ «Минск-22»: быстродействие; оперативное запоминающее устройство на ферритах; внешняя память на магнитных лентах; ввод информации осуществлялся с перфокарт и перфолент, а так же с рулонного телетайпа; вывод информации – на перфокарты, перфоленты, телетайп и алфавитно-цифровое печатающее устройство. Характеристики «Минск -23»: восьмиразрядная символьная форма представления чисел и команд; двоично-десятичная система счисления; реализация аппаратного канала ввода/вывода.

«БЭСМ -6» - еще одна разработка С. А. Лебедева, в которой появилась виртуальная память. В структуру машины внесены несколько важных новшеств: разделили оперативную память на восемь блоков; реализовали буфер заказов к системе памяти; сделали системный КЭШ. Это первая советская суперэвм на полупроводниковых транзисторах.

- Зарубежные разработки.

С 1955 по 1961 год в США разрабатывался проект «Stretch», оказавший большое влияние на развитие структуры универсальных компьютеров. В этой ЭВМ были собраны практически все известные на тот момент достижения вычислительной техники, что позволило достичь небывалой производительности: использование принципов параллельной работы; большой набор команд; огромное количество высококачественных элементов.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем.

4. Третье поколение ЭВМ 1965 -1970.

Третье поколение компьютеров разрабатывается на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС). В 1958 году Джон Килби (1923 – 2005) впервые создал опытную интегральную схему, такие схемы могли содержать в себе десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов. Появление ИС явилось революцией в вычислительной технике и позволило значительно уменьшить размеры вычислительной техники, увеличить производительность.

На интегральных схемах в 1961 году был создан первый компьютер фирмой «Texas Instrument». Компьютер имел 15 команд, был одноадресным, емкость запоминающего устройства 30 чисел, для представления чисел использовалось одиннадцать двоичных разрядов.

В 1962 году компанией IBM были сформулированы два основных принципа разработки будущих компьютеров. Первый принцип – любая новая машина должна быть универсальной, т. е. справляться с широким спектром проблем. Второй принцип – новые компьютеры должны быть совместимы друг с другом. Так родилась «Система – 360» - это был первый ряд компьютеров, в котором проводилось четкое различие между архитектурой и реализацией. Создав эту системы, IBM открыла новую эру – эру расцвета технологии устройств ввода-вывода.

Благодаря широкому распространению IBM/360, изобретенные для нее 8-битные символы и 8-битный байт как минимально адресуемая ячейка памяти стали стандартом для всей компьютерной техники. Так же IBM/360 была первой 32-разрядной системой, и в ней впервые использовался микрокод для реализации отдельных команд процессора.

Старшие модели семейства IBM/360 и следующие за ними IBM/370 были одними из первых компьютеров с виртуальной памятью.

В Советском союзе в основном все машины были построены на основе архитектуры IBM Системы 360. Первой ЭВМ, разработанной в СССР на интегральных микросхемах в 1970 году в Ереванском научно-исследовательском институте математических машин, была «Наири3». Она была предназначена для широкого круга инженерных, научно-технических и пр. задач. В машине использовался упрощенный машинный язык, облегчающий программирование, а также был введен режим автоматического программирования, позволявший вводить задачи на обычном математическом языке. Основной особенностью ЭВМ «Наири3» было двухступенчатое построение микропрограммного устройства управления, обеспечивающее хранение больших массивов микропрограмм.

5. Четвертое поколение ЭВМ 1970 – наше время.

Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном кристалле тысячи интегральных схем. В 1971 году компания Intel выпустила важное для развития вычислительной техники устройство – микропроцессор Intel- 4004.

Микропроцессор – это интегральная микросхема, на которой размещено обрабатывающее устройство с собственной системой команд Использование микросхем значительно упростило конструкцию вычислительных машин. С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники – создание и применения персональных ЭВМ. Термин ЭВМ заменяется словом компьютер, а вычислительная техника – компьютерной.

Компьютеры по своим характеристикам становятся такими разнообразными, что их начинают классифицировать по размерам и функциональным возможностям, по назначению, по совместимости и другим критериям. Классификация компьютеров : суперкомпьютер, к ним

относят компьютеры, которые имеют максимальную на время их выпуска производительность; мэйнфрейм – вычислительные системы общего назначения, обеспечивающие непрерывный круглосуточный режим эксплуатации; сервер - специализированный компьютер для выполнения на нем сервисного программного обеспечения; мини-ЭВМ- предназначены для управления технологическими процессами; микроЭВМ- микропроцессорная система, имеющая устройство связи с внешней аппаратурой, панель управления, собственный источник питания.

Основным достижением четвертого поколения ЭВМ было создание персонального компьютера, предназначенного для личного пользования, цена, размеры и возможности которого удовлетворяют потребностям большого количества людей. Термин «персональный компьютер» появился в 1981 году, когда корпорация IBM разработала и начала выпускать настольный компьютер IBM PC.

Первым персональным компьютером можно считать Altair – 8800, созданный на базе новейшего для того времени микропроцессора Intel-8080 в 1974 году Генри Робертсом 1941- 2010). В нем не было ни клавиатуры, ни дисплея, ни долговременной памяти. Программы вводились переключением тумблеров на передней панели, а результаты считывались со светодиодных индикаторов.

В 1977 году Стив Джобс (1955 -2011) и Стив Возняк (1950 – н.вр.), основатели компании «Aplle», выпустили «Aplle II». У модели был пластиковый корпус со встроенной клавиатурой. Компьютер был построен на минимально возможном количестве микросхем, расположенных на одной печатной плате, имел защитное в ПЗУ программное обеспечение, 4 Кбайта оперативной памяти и систему цветной графики для работы с цветным монитором.

В 1981 году компания IBM представила свой первый ПК – IBM PC 5150, который был построен на базе 16-разрядного микропроцессора, имел 64 Кбайта оперативной памяти с возможностью расширения и был оснащен дисководом. Информация отображалась на 12-дюймовом монохромном мониторе.

В дальнейшем все больше увеличивалась скорость и интеграция микропроцессоров. Появлялись сверхбольшие интегральные схемы, включающие миллионы элементов на один кристалл. Это позволила продолжить уменьшение размеров компьютеров и повышения их производительности и надежности. Появилась разновидность компьютеров: стационарные - не предназначенные для переноски, состоящие из отдельных частей монитора, системного блока, клавиатуры, мыши; мобильные – компактные компьютеры, содержащие все необходимые элементы; промышленные – используемые на предприятиях и имеющие высокую степень защиты и т.д.

Заключение.

Итак, история вычислительной техники насчитывает много столетий от счета на пальцах и до привычных для нас компьютеров. На каждом этапе развития были свои недостатки, исправляя которые появлялись все новые устройства. Сейчас компьютер это многофункциональное устройство, являющее неотъемлемой частью нашей жизни. С появлением компьютеров значительно ускорилась работа на предприятиях, стало возможным получать образование удаленно, даже общаться с людьми из других городов и стран теперь проще. Компьютер, несомненно, символ прогресса.

Наука и техника не стоит на месте и уже сейчас, благодаря силе человеческой мысли, ведутся разработки вычислительной техники на основе искусственного интеллекта. И возможно в скором времени устройства будут работать без помощи человека.

Список литературы

1. Апокин И. А. История вычислительной техники./ Издательство «Наука», 1974 г.-396 с.
2. Казакова И.А. История вычислительной техники : учеб. пособие//Изд-во ПГУ- 2011
3. Б.Н. Малиновский История вычислительной техники в лицах/ фирма «КИТ», 1995 г.-384 с.
4. Гладких Б.А. Информатика от абака до интернета. Введе-ние в специальность: Учебное пособие/ Изд. НТЛ, 2005 г. -484 с.
5. Душутин Н.К., Ушакова С.Н., Ясюкевич Ю.В. Из истории вычислительной техники/ ФГБОУ ВПО «ИГУ», 2011-275 с.
6. Лапина Э.П. История развития вычислительной техники/ ИрГТУ, 2001-166 с.
7. Соколинский Л.Б. История и методология информатики и вычислительной техники/ 2008г.
8. Попова О. В. Учебное пособие по информатике/ НОУ ВПО,2007 г.- 186 с.
9. Гаков В. Ископаемые вычислительные // Коммерсантъ Деньги.
10. Виртуальный компьютерный музей/ http://www.computer-museum.ru/
11. Учебник по информатике/ http://dssp.petrsu.ru/p/tutorial/zonna/3_ychebnik_1.htm
12. Викиучебник/ https://ru.wikibooks.org/wiki/История_развития_ЭВМ
13. Информационный сайт о высоких технологиях/ http://all-ht.ru/index.html