История развития средств вычислительной техники (История развития ВТ в нашей стране)

Содержание:

Введение

Несмотря на то, что современная история вычислительной техники (далее – ВТ) насчитывает чуть более полувека, предыстория имеет гораздо более длительный путь. Человечество шло к появлению современной ВТ сложным и тернистым путем, ведь никакие нынешние изобретения, технологии не рождались на пустом месте. Знание этапов этого пути, знание истории развития ВТ необходимо не только для общего развития, общей культуры. Народная мудрость гласит – «все новое, это хорошо забытое старое». В современных и проектируемых моделях ВТ реализуются идеи, о которых начинали говорить десятки, сотни лет назад, но ввиду отсутствия материально-технической, научной баз, не нашедшие воплощения в свое время.

В представленной работе я попытаюсь отразить основные события истории развития ВТ, благодаря которым станет понятно, что создание современной техники — это результат работы множества поколений изобретателей, ученых. Для максимального раскрытия темы история развития ВТ разделена на два периода: до появления компьютера (счетно-решающего средства) и после появления компьютера. Также в работе будут кратко отражены основные характеристики поколений электронных вычислительных машин (далее – ЭВМ). Помимо этого, будет отдельно рассмотрена история развития ВТ в нашей стране, отмечены наиболее выдающиеся ученые, разработки и их вклад в мировую историю развития средств ВТ.

1. Доэлектронная эпоха

Ручной этап развития

С самых древних времен, примерно с эпохи верхнего палеолита, человечество «автоматизировало» вычисления используя, в первую очередь, пальцы собственных рук и ног. Привычные для современного человека десятичная система счисления, компактность и удобство транспортировки, надежность и простота использования – все, к чему стремятся современные разработчики ЭВМ было реализовано самой природой. Счет на пальцах применялся и в древнем мире, и в эпоху средневековья, и даже в настоящее время можно встретить, хоть и ограниченно, использование дактилономии на Среднем Востоке арабскими и индийскими торговцами^[1]. Существенным недостатком пальцевого счета является отсутствие возможности сохранять результат счета. В дальнейшем появился счет с использованием различных приспособлений – небольших камней, ракушек, бобов. Следующим этапом стало начало применения в счете и фиксации результатов различных деревянных палочек (костей) с зарубками. Впервые упоминание о способе записи чисел путем нанесения зарубок встречается на барельефе храма фараона Сети I (1350 г. до н. э.) в Абидосе. Здесь изображен бог Тот, отмечающий с помощью зарубок на пальмовой ветви длительность срока правления фараона^[2]. Вместо палочек и костей некоторые народы использовали веревки (ремни) с узелками.

Очередной виток развития вычислительных устройств связан с усилением торговых отношений в государствах Средиземноморья приблизительно в 3-м тысячелетии до н. э. Применявшиеся камушки, веревки с узелками уже не удовлетворяли возросшим потребностям торговцев, и для ведения счета и простейших математических действий появился абак. Абак представлял собой дощечку, расчерченную на несколько полос или колонок, и какие-нибудь предметы, например камешки или палочки, размещались в получившихся колонках по позиционному принципу. Значения, приписываемые камешкам в различных колонках, обычно сообразовывались с соотношениями разрядов единиц. Аналоги абака использовались в странах Востока, в Европе, на территории современной России, в империях инков и ацтеков^[3]. В последующем абак и его аналоги развивались и модернизировались. В X веке в Европе французский монах Герберт Аврилакский при счете на абаке употреблял жетоны и сформулировал ряд правил, позволявших перемножать числа. В Англии в XV веке появилась новая разновидность абака – «линейчатая доска», использование которой продолжалось вплоть до XVIII века. Японский соробан и русские счеты – современное наследие абака – используются до сих пор.

Потребность в быстром проведении сложных расчетов росла и в начале XVII века шотландский математик, астроном Джон Непер представил два своих изобретения, позволивших упростить счет. В 1617 году счетный прибор, позволивший упростить операции умножения, деления извлечение квадратного корня, известный как «счетные палочки Непера»^[4]. Более значимым изобретением стало открытие логарифмов. Благодаря свойствам логарифмов сложное действие умножения сводилось к простой операции сложения. Чтобы перемножить два больших числа, нужно лишь посмотреть их логарифмы в таблице, сложить найденные значения и отыскать число, соответствующее этой сумме, в обратной таблице, называемой таблицей антилогарифмов. Однако и работа с логарифмическими таблицами оставалась достаточно трудоемкой и утомительной для тех, кому приходилось ею заниматься ежедневно.

Упрощением занимался ряд ученых и вскоре профессор астрономии Эдмунд Гюнтер предложил идею использовать логарифмическую шкалу с двумя циркулями-измерителями. Идея оказалась удачной и получила развитие, но уже без циркулей. В период между 20-ми 30-ми годами XVII века учеными Уильямом Отредом и Ричардом Деламейном независимо друг от друга была изобретена логарифмическая линейка. Благодаря преимуществам использования логарифмической линейки для сложных подсчетов они становятся широко известны. Примерно в те же годы появляется круговая линейка, спиральная линейка, цилиндрическая. В 1654 году Роберт Бессакер доработал конструкцию, разместив одну подвижную планку между двух неподвижных. Спустя 200 лет, в 1850-м году француз Амадей Маннхейм доработал линейку, добавив «бегунок», который не только расширил возможности счета на логарифмической линейке, но и позволил фиксировать промежуточный результат счета без записи.

Механический этап развития

С начала XVII века с развитием механики началась новая эпоха в создании счетных устройств. Способствовали этому открытие и развитие океанского судоходства (и связанного с ним развития астрономии), расширение объемов торговли, которые требовали ускорения и точности^[5] работы с данными. В 1623-1624 годах немецкий ученый Вильгельм Шиккард разработал проект и изготовил два образца счетной машины. Она состояла из двух устройств: первое – счетное, второе - для запоминания промежуточных результатов. Счетное устройство было шестиразрядным и позволяло автоматически проделывать сложение, вычитание, умножение и деление. Сложение и вычитание были реализованы с помощью шестью десяти зубовых шестерен, однозубого колеса для переноса разряда и нескольких промежуточных шестерен. Результат операций был виден в окошках корпуса. Для операций умножения и деления использовалось механизированное подобие неперовых палочек свернутых в цилиндр^[6]. Оба образца этой счетной машины были уничтожены во время пожара и дальнейших упоминаний устройства история не сохранила.

В 1642 году французский ученый Блез Паскаль создал «суммирующую машину», однако результат его не удовлетворил и дальнейшие изыскания продолжались 12 лет. За это время Паскаль много экспериментировал с материалом, формой деталей, и построил около 50 различных модификаций машины, из которых 8 сохранилось до наших дней^[7]. Окончательный вариант был сделан из латуни и получился достаточно компактным - 35х12,5х7 см. Внутри нее располагались барабаны с нанесенными цифрами от 0 до 9, которые отображали результат операции. Для ввода слагаемых сверху машины располагались наборные колесики. Конструкция получилась достаточно сложной, вращение колес проводилось только в одном направлении и позволяла проводить только операции сложения. Для проведения вычитания Паскаль применил схему с десятичным дополнением. Несмотря на высокую стоимость, сложность конструкции, принципы, заложенные в «Паскалине» определили дальнейшее развитие механических счетных устройств.

Занимаясь модернизацией счетной машины Паскаля Готфрид Вильгельм Лейбниц понял, что для проведения умножения и деления необходимо принципиально новое решение. В 1673 году он представил демонстрационный образец устройства, которое позволяло складывать, вычитать, умножать, делить и извлекать квадратные корни. Однако сам ученый признавал, что устройство несовершенно, и спустя два года он представил 12-ти разрядную модель. Главной идей стало использование в качестве множительного устройства ступенчатого валика, представляющего собой цилиндр, на боковой поверхности которого были нанесены 9 ступенек различной длины, взаимодействующим со счетным колесом. Ступенчатый валик использовался в арифмометрах вплоть до начала XX века, претерпел несколько усовершенствований^[8]. С 1818 года серийное производство арифмометров начал Карл Ксавье Томас и в течение следующих 100 лет производилось до 400 устройств в год. В 1874 году наш соотечественник Вильгодт Теофил Однер доработал «практически совершенный» арифмометр К. Томаса, установив зубчатое колесо с переменным числом зубцов. Арифмометры «Феликс» выпускавшиеся вплоть до конца 70-х годов XX века в СССР были основаны на использовании «колеса Однера»^[9].

Очередной этап развития механических счетных машин связан с именем английского математика Чарльза Бэббиджа. Именно он создал в 1822 году устройство, получившее название «разностная машина^[10]». Принцип работы заключался на использовании метода конечных разностей, суть которого сводилась к рядам простых сложений известных разностей чисел. Использовалась разностная машина для решения дифференциальных уравнений. Впервые в истории в ней были применены такие части как «память» (регистры для хранения нескольких промежуточных результатов), «печатающее устройство» (результаты выводились на печать). Ввиду сложности изготовления полностью рабочего экземпляра, работы были приостановлены до 1847 года, однако, даже будучи частично построенной, машина производила вычисления.

Вторым устройством, спроектированным Ч. Бэббиджом стала «аналитическая машина»^[11]. Фактически именно это устройство можно считать прообразом современного компьютера, ведь в нем было то, что присуще современной ЭВМ:

1. «Склад» (хранение чисел, по современной аналогии – запоминающее устройство);
2. «Мельница» (устройство для производства арифметических действий с числами со «склада»);
3. Устройство для управления последовательностью действий машины;
4. Устройства ввода-вывода данных.

Еще одним замечательным свойством аналитической машины, присущим современным машинам, стало разделение информации на команды и данные. Управление машиной осуществлялось с помощью перфокарт нескольких типов. Ими осуществлялось переключение режимов работы (сложение, вычитание и т.п.), передача данных со «склада» в «мельницу» и обратно^[12], а также для ввода информации в память. Выходная информация могла пробиваться на перфокартах^[13].

Однако аналитическая машина так и не была полностью построена, слишком сложная, огромная конструкция была для того времени^[14]. Доработанные модели счетных устройств по образу разностной машины Бэббиджа были произведены в ряде стран. По чертежам, схемам и деталям узлов оригинальной разностной машины в ноябре 1991 года в лондонском Музее науки энтузиастами была создана разностная машина, а в 2000 году – принтер, которые работают наглядно показывают то, с чего начиналась эпоха компьютеров^[15].

Электромеханический этап развития

Предпосылками создания электромеханических моделей ВТ послужило не только стремительное развитие электротехники в конце XIX века, но и возрастающая потребность проведения массовых расчетов в статистике, экономике и т.д.

Идея Бэббиджа использования перфокарт для работы с информацией была с успехом применена в США на устройстве известном как табулятор Холлерита. Основными узлами были вычислительный механизм (счетчик) на основе электромагнитного реле, перфоратор (пробойник) и сортировальная машина. Принцип работы заключался в следующем: перфокарты помещались между подпружиненными штырями и резервуаром с ртутью. При попадании штыря в отверстие и касании ртути, замыкалась соответствующая цепь, срабатывало реле и стрелка на циферблате перемещалась на единицу шкалы. Первое практическое использование табулятора состоялось в 1887 году для составления статистики смертности. Но настоящий успех состоялся во время переписи населения 1890 года, когда сотрудники статистической службы предоставили результаты переписи в 4 раза быстрее^[16]. В 1896 году Герман Холлерит создает компанию TMC (просуществовавшую до 1924 года, когда в результате слияния с несколькими компаниями появилась фирма IBM^[17]), налаживает серийный выпуск табуляторов, продолжая развивать идею перфокарт и модернизируя устройства. Сферы применения табуляторов расширяются – железнодорожная статистика, учет заработной платы и материалов на предприятиях и т.д. В 1902 году появляется автоматическая подача перфокарт, в 1908-ом в схеме появляется сумматор для сортировальной машины, использующий ступенчатый валик Лейбница. В 1911 году появляются табуляторы, дополненные печатающим устройством. Растет география использования табуляторов – поставки машин начинаются в страны Европы, Российскую Империю. Появляется ряд компаний в Европе, производящих подобные счетно-аналитические машины. В 1920-ых годах появляются счетно-аналитические комплексы – счетные станции, состоящие из множества табуляторов, обслуживающие множество организаций, предприятий, банков. Табуляторы и перфокарты оказали огромное влияние на дальнейшее развитие ВТ. Первые поколения ЭВМ долгое время использовали перфокарты как средство хранения информации и как средство для ввода-вывода информации.

В конце 1930-х годов появляются первые электромеханические компьютеры и аналоговые вычислители, способные производить сложные расчеты со скоростью значительно превосходящей арифмометры и в автоматическом режиме. В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе во дворе дома построил вычислительную машину, названную им Z-1. Машина была построена на механической основе, имела клавиатуру для ввода данных (сделанную на основе печатающей машинки), устройство для чтения перфокарт, и приводилась в действие от двигателя пылесоса^[18]. Несмотря на нестабильную работу вычислителя и ненадежной механической памяти, Цузе продолжал работу над усовершенствованием машины. В 1939 выпускает модель Z-2, в которой увеличивает надежность вычислителя, заменив механические переключатели на электромагнитные телефонные реле.

Очередная модель – Z-3 – была построена в 1941 году и стала первой программно-управляемой вычислительной машиной. Управление устройством осуществлялось от перфоленты, которую замена кинопленка, использовалась двоичная система счисления. Основу состояли из 2400 реле, из которых 1400 были отданы под оперативную память, позволяющую хранить 64 22-хразрядных слова. Данные в машину вводились с помощью клавиатуры, вывод результатов – на ламповое табло. В 1942 году Цузе начинает постройку Z-4, в которой решает заменить реле на более надежные вакуумные лампы, однако война внесла свои коррективы – Z-3 была уничтожена, а Z-4 не закончена.

Почти одновременно с Цузе в 1937 году начинает работать над автоматической вычислительной машиной американский физик Говард Эйкен. Подрядчиком Марк-1 выступила фирма IBM. Эйкен при разработке машины опирался на идеи, предложенные в аналитической машине Бэббиджа. Механические элементы машины использовались для представления чисел, а электромеханические (на основе электромеханических реле) – для ее управления. Инструкции передавались с помощью перфоленты. По сути Марк-1 был сильно доработанным арифмометром, хотя и с возможностью программирования. Ввиду того, что Марк-1 был запущен спустя два года (в 1944-м) после немецкой Z-3 при сопоставимой скорости работы и использования десятичной системы счисления, можно сказать, что Марк-1 устарел еще до того, как был построен.

Электронный этап развития

Предпосылками появления электронной ВТ послужило не только развитие электроники, но целый ряд сопутствующих факторов, в том числе вторая мировая война, которая увеличила потребность в быстром счете.

Первым предпринял попытку создания полноценной ЭВМ американский физик Джон Атанасов в 1939 году. Машина состояла из двух основных блоков: счетно-арифметическое устройство было сделано на радиолампах, а запоминающее устройство на крутящемся барабане с конденсаторами. Ввод данных осуществлялся с помощью перфокарт в десятичном виде, далее в устройстве происходило преобразование в двоичный формат, и после этого происходило вычисление. Осенью 1941 года США вступили в войну, и дальнейшая работа по развитию этой машины была прервана.

Говоря о начале эпохи ЭВМ нельзя не упомянуть теоретические разработки английского математика Алана Тьюринга. В своих работах Тьюринг описывает некую абстрактную машину и принципы ее работы. В частности, он описывает алгоритм работы устройства, в котором каждое действие связано с тремя операциями – запись, вычисление и сдвиг. Подобные алгоритмы в настоящее время используются для прогнозирования счетных возможностей ЭВМ будущего.

В 1943 году специально для расшифровки немецких сообщений в Англии был построен компьютер Colossus (Колосс). Состояло устройство из 1500 ламп и позволяло обрабатывать около 25000 знаков в секунду, что в то время было недостижимо ни на каких других устройствах. Ввиду того, что «Колосс» был узкоспециализированной секретной разработкой, влияния на мировую индустрию развития ВТ он не оказал^[19].

Примерно с начала 50-х годов XX века примерно каждые 10 лет существенным образом происходит обновление конструктивно-технологических и программных принципов построения и работы ВТ связанных с технологическим прогрессом. Этапы развития (поколения) ЭВМ принято делить по техническим признакам и научным решениям, четко выраженных границ между поколениями нет. Основными признаками для градации поколений ЭВМ являются: элементная база и связанное с ней быстродействие, объем памяти, а также способы работы с информацией.

Первое поколение ЭВМ

В 1943 году по заказу армии США американские ученые Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли начали разработку ЭВМ, пригодной для проведения сложных расчетов таблиц стрельбы. ЭВМ получила название ЭНИАК (ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Computer^[20]). Несмотря на то, что машина предназначалась для расчетов траекторий снарядов, фактически она оказалась пригодной для программирования достаточно широкого спектра задач. Полностью завершили постройку ЭНИАКа уже после окончания войны – осенью 1945 года – в дальнейшем она использовалась для расчетов прогнозов погоды, при разработке ядерного оружия. В 1949 году в результате трех дней непрерывной работы ЭВМ был произведен расчет числа π с точностью 2037 знаков после запятой^[21]. Внутри устройства содержалось 17468 вакуумных трубок, наряду с 70 тысячами резисторов, 10 тысячами конденсаторов, 1500 реле, 6 тысячами ручных переключателей и 5 миллионами паяных соединений. Он охватывал около 167 квадратных метров площади, весил 30 тонн, потреблял 160 киловатт электроэнергии^[22]. Столь большие количество элементов связано с использованием для счета десятичной системы счисления, в результате чего внутренний объем памяти был очень скромным – всего 20 слов. Несмотря на сложность в эксплуатации, компьютер проработал больше 10 лет. Создание ЭНИАКа не устроило технического рывка, ведь по сути и ЭНИАК и Колосс были по содержанию существенно доработанными счетными устройствами электромеханической эры.

Продолжая работы над ЭНИАКом Джон Экерт начинает в 1944 году работы над ЭДВАК (EDVAC - Electronic Discrete Variable Automatic Computer^[23]). Основными отличиями от предыдущей ЭВМ были увеличенная до 1000 44-хразрядных слова внутренняя память (которая содержала и программу и данные) и использование двоичной системы счисления, что позволило уменьшить количество элементов и заметно снизить потребление электричества. Ввод-вывод информации осуществлялся с помощью магнитной ленты, для контроля целостности машины использовался осциллограф.

В Англии примерно в это же время (1949 год) Морис Уилкс создает ЭДСАК (EDSAC - Electronic Delay Storage Automatic Calculator^[24]). Машина создается при участии Алана Тьюринга, архитектура основана на идеях Фон Неймана. В качестве памяти использовались 32 ртутные трубки, которые могли хранить 256 двоичных знаков каждая. По сравнению с американскими ЭВМ ЭДСАК заметно меньше потреблял энергии (12 кВт) и занимал площадь 20 м². Именно на ЭДСАКе была запущена первая компьютерная игра с выводом на экран – крестики-нолики.

В США в период с 1947 по 1951 года разрабатывают UNIVAC (акроним от англ. UNIVersal Automatic Computer), который стал первым серийно производимым компьютером, созданным не только военных нужд, но и для коммерческой эксплуатации. Ввод-вывод информации происходил с помощью осциллографа и пишущей машинки. Вместо перфолент стала использоваться длинная бронзовая лента, позволявшая проводить больше 1000 циклов перезаписи.

Второе поколение ЭВМ

Очередной этап развития ВТ напрямую связан с изобретением в 1947 году транзистора. Компактные, надежные, экономичные и более производительные они заменили лампы. Одной из первых ЭВМ на транзисторах стала TX-0 (Transistorized Experimental computer zero) построенная в США в 1953 году. По сути это был ламповый компьютер Whirlwind, в котором лампы были заменены на транзисторы. Однако такое решение позволило существенно уменьшить габариты ЭВМ при небольшом увеличении производительности. Проект получил дальнейшее развитие в виде TX-1 и TX-2, основным отличием которых был увеличенный объем памяти. Все три модели серии TX использовались ВВС США для противовоздушной обороны. В последующем часть разработчиков основали компанию DEC (Digital Equipment Corporation) которая занялась серийным производством компьютеров серии PDP, базой для которых послужили TX-0^[25].

В конце 1950-х годов производство ЭВМ начинают во Франции - компьютер Гамма-60 использовался для расчета зарплаты более чем 250000 сотрудников национальной железной дороги, заменив 5 машиносчетных перфораторных станций.

Фирма IBM c 1954 года начинает серийный выпуск модели IBM 704. Всего до 1960 года было продано около 150 компьютеров этой модели. Успеху послужили не только хорошие характеристики, но и наличие различных периферийных устройств, в том числе принтер и 21 дюймовый дисплей^[26].

В 1957 году по заказу комитета по атомной энергии США началась разработка многопроцессорной ЭВМ, в которой входил центральный процессор и 10 сопутствующих.

Третье поколение ЭВМ

Очередную революцию в сфере ВТ произвело изобретение в 1958 году интегральных схем, внутри которых могут находиться сотни транзисторов и других компонентов^[27]. Уже в 1961 году по заказу ВВС США фирмой «Texas Instruments» был построен компьютер, состоящий из менее чем 600 интегральных схем и потребляющий всего 16 Вт энергии. В 1964 году фирма IBM заявляет о создании серии ЭВМ на основе интегральных схем. Проект «Система-360» был представлен 6 моделями машин, различающимися по техническим характеристикам и, соответственно, стоимости. В проекте были реализованы два принципа на которые опирается современная индустрия ВТ: машины должны быть универсальными, независимыми от сферы применения и должна быть совместимость друг с другом.

Широкое распространение Системы-360, её модульность, способствовало развитию производства различных совместимых устройств, периферийного оборудования. Система команд и архитектура, предложенные IBM, de facto стали стандартом, и последующие 20 лет несмотря на технический прогресс практически не претерпели изменений. Другие фирмы начали подстраиваться под Систему-360 налаживая выпуск совместимого оборудования. Революционным решением стали системы хранения информации на магнитных дисках, использование для ввода-вывода информации символьных дисплеев. Система-360 получила дальнейшее развитие, появились IBM/370/390/System Z.

IBM не была единственной фирмой-производителем ЭВМ третьего поколения. В 1965 году фирма DEC выпускает мини-ЭВМ PDP-8. Процессор выполнял всего 7 команд (против 144 в IBM/360), однако за счет значительно низкой цены, наличия «в стандартной комплектации» устройств ввода-вывода, программного обеспечения позволить купить себе ЭВМ могли не только крупные банки, предприятия, но и небольшие организации. В последующем DEC выпускает линейку PDP-11, которая обладала сравнимой с IBM/360 производительностью при меньших размерах и цене.

Четвертое поколение ЭВМ

Следующий виток развития ВТ связан с выпуском микропроцессоров. В 1971 году фирма Intel выводит на рынок микропроцессор Intel-4004, который имел на борту 2250 транзисторов и скорость работы 60000 операций в секунду. В 1972 году - Intel-8008 (300000 операций в секунду). В 1974 году выходит процессор i8080 на основе которого фирма MITS выпускает первый персональный компьютер Altair-8800 стоимость которого составила 439долларов^[28]. В 1975 году два студента – Билл Гейтс и Пол Аллен написали интерпретатор языка Бейсик^[29], что, учитывая доступность компьютера и его простоту, способствовало повальному увлечению молодежи азам программирования. Растет число фирм-производителей ПК. В 1977 году Apple выводит на рынок компьютер Apple-II с цветным дисплеем. В 1981 году IBM представила модель PC5150, в которой был продолжен принцип открытой архитектуры, позволявший проводить модификацию и доработку ПК дополнительными устройствами без замены всего компьютера.

Дальнейшее развитие микропроцессоров движется по уменьшения физических размеров с одновременным ростом элементов в них, однако бесконечно уменьшать размеры и повышать частоту невозможно. В первом случае производство упрется в размеры кристаллических решеток, а во втором – в небесконечную скорость распространения электрических сигналов. Увеличить производительность станет возможно за счет увеличения разрядности, увеличения количества процессоров, усложнения архитектуры процессора. Но все это основано на кремниевых технологиях и для очередного серьезного витка в развитии средств ВТ нужна новая технология. В настоящее время идут разработки по нескольким направлениям: БИО-компьютеры, компьютеры основанные на ДНК, оптические и квантовые компьютеры. И несмотря на кажущуюся невозможность, наработки по каждому типу представленных компьютеров уже есть и вполне работоспособные.

2. История развития ВТ в нашей стране

Российская микроэлектронная промышленность — достаточно традиционный объект для шуток еще с советских времен: выбранная в СССР стратегия копирования западных образцов оборудования фактически привела к краху советской микроэлектроники. Однако, вклад наших соотечественников в мировую историю развития средств ВТ оказался весьма существенным. Еще со времен Российской империи русские инженеры и ученые существенно продвинулись в области разработки вычислительных машин и теории информации. Русский математик и морской инженер Алексей Николаевич Крылов в 1904 году изобрел первую механическую вычислительную машину, решающую дифференциальные уравнения (применялась при проектировании кораблей). В 1917 году Михаил Дмитриевич Бонч-Бруевич изобрел электроламповый триггер («катодное реле»), сыгравший впоследствии огромную роль в развитии вычислительной техники^[30]. В 1935 году под руководством инженера Николая Минорского начался выпуск первой советской электродинамической счётно-аналитической машины САМ (модель Т-1). Примерно в это же время были сконструированы механический интегратор и электрический расчётный стол для определения стационарных режимов энергетических систем.

В целом же развитие средств ВТ до окончания второй мировой войны в СССР шло параллельно с остальными странами. Бурное развитие компьютерной отрасли началось с конца 1940-х годов. В 1948 году Постановлением Совета Министров СССР №2369 был создан Институт точной механики и вычислительной техники. 17 декабря 1948 года при московском заводе САМ образовано специальное конструкторское бюро №245 (СКБ-245), задачей которого была разработка и обеспечение изготовления средств вычислительной техники для систем управления оборонными объектами. В это же время практически одновременно и независимо в двух научных институтах начались работы по созданию ЭВМ. Первый - в киевском институте электротехники АН Украины, под руководством Сергея Алексеевича Лебедева. Второй - в московском энергетическом институте им. Г.М. Кржижановского, под руководством Исаака Семеновича Брука. Разные принципы и подходы сформировали три основных научных школы ВТ:

1. Школа С.А. Лебедева – где основным вектором развития была разработка машин с высочайшим быстродействием.
2. Школа И.С. Брука, где в приоритете была разработка малых и управляющих вычислительных машин.
3. Школа Б.И. Рамеева, где упор был на разработку и создание ВТ универсального применения.

В том же 1948 году появляется проект автоматической цифровой вычислительной машины под авторством И.С Брука и Б.И. Рамеева. В этом проекте было дано описание принципиальной схемы машины, определены арифметические операции в двоичной системе счисления, предусматривалось управление работой машины от главного программного датчика. Датчик считывал программу, записанную на перфоленте, и обеспечивал выдачу результатов на такую же перфоленту или ввод с нее полученных чисел снова в машину для последующих вычислений.

Первой «полноценной» отечественной ЭВМ принято считать созданную С.А. Лебедевым малую электронную счетную машину (МЭСМ). На ее проектирование, монтаж и отладку было потрачено два года и силы 17 человек. 6 ноября 1950 года состоялся пробный запуск МЭСМ и через год начата регулярная эксплуатация машины. При разработке машины С.А. Лебедев самостоятельно переоткрыл и сформулировал принципы фон Неймана, лежащие в основе любого современного компьютера. МЭСМ оказалась первой ЭВМ в континентальной Европе^[31].

При этом существует мнение^[32], что созданная под руководством Исаака Брука машина М-1 опередила МЭСМ. Формально первые биты информации М-1 обработала 15 декабря 1950 года, а МЭСМ - на десять дней позже - 25 декабря. М-1 в части быстродействия была в 2-2.5 раза хуже МЭСМ, однако в техническом плане была действительно малогабаритной (элементную базу М-1 составляли 730 ламп, МЭСМ - 6000; М-1 занимала площадь 15 м², МЭСМ - 60 м²). И если МЭСМ использовалась, в основном, как «стартовая площадка» для подготовки первых в стране программистов и решения принципиальных вопросов методики программирования, то на М-1 проводились расчеты для космического бюро С.П. Королева и для института атомной энергии.

1950-1960-ые годы эпоха расцвета отечественной индустрии ВТ. В 1953 году построена Большая Электронная Счетная Машина (БЭСМ), которая даже спустя три года была самой быстрой ЭВМ в Европе и составляла конкуренцию лучшим мировым разработкам в этой области^[33]. В СКБ-245 под руководством Б.И. Рамеева первая ЭВМ запущенная в серийное производство– «Стрела». В это же время после глубокой модернизации М-1 выходит М-2 - ее производительность возросла в 100 раз до 2000 операций в секунду. В 1956 году сдана в эксплуатацию М-3 которая стала прототипом ЭВМ, выпускаемых в Минске и Ереване, а также схемы М-3 были переданы в академии наук Китая и Венгрии^[34]. В конце 1950-х в серийное производство выходит ЭВМ «Урал-1», которых всего было выпущено 183 экземпляра. Самой производительной отечественной ЭВМ первого поколения стала М-20, созданная С.А. Лебедевым в 1958 году^[35].

Второе поколение ЭВМ приходится на период от конца 1950-х годов и связано с успехами развития в нашей стране полупроводниковой технологии и появившимися возможностями совершенствования структуры компьютеров. В 1959 году под руководством Николая Павловича Брусенцова в МГУ завершилась разработка уникальной троичной ЭВМ «Сетунь», не имеющей аналогов в своем роде. Выходят в серийное производство ЭВМ семейств «Мир», «Минск», «Урал», «Раздан» и др. ЭВМ начинают широко использоваться не только в военной и космических сферах, но и в гражданской. Например, «Раздан-3» использовалась для продажи железнодорожных билетов.

Одной из самых выдающихся разработок в области вычислительной техники, получившей мировое признание, стала разработка школы С.А. Лебедева — законченная в 1967-м БЭСМ-6. В ее конструкцию было заложено так много новых принципов, что она выпускалась Московским заводом САМ еще двадцать лет – до 1987 года, а использовалась до 1995 года. БЭСМ-6 отличалась целым рядом особенностей, революционных для своего времени и предвосхитивших архитектурные особенности ЭВМ следующего поколения. Директор английского музея вычислительной техники Дорон Свейд в 1996 году писал по поводу БЭСМ-6, что «пресловутое технологическое превосходство США в период «холодной войны» было в значительной степени мифом»^[36]. Американский ILLIAC-IV, прямой конкурент БЭСМ-6, был закончен позднее, обошелся много дороже и уступал советской конструкции в быстродействии на определенных классах задач, несмотря на то, что в нем было чуть ли не на порядок больше элементов^[37]. В 1975-м в ходе совместного космического проекта «Союз - Аполлон» советские специалисты обработали параметры орбиты на БЭСМ-6 быстрее американцев на 20 минут^[38].

Несмотря на некоторые успехи в части производительности ВТ в СССР перспективы развития были далеко не безоблачные. Выдающийся ученый А.И. Китов направил в 1967 году Генеральному секретарю ЦК КПСС Л.И. Брежневу аналитическую записку «О состоянии электронной вычислительной техники в нашей стране», в которой эти перспективы было описаны без прикрас. В частности, в ней было указано, что В США на тот момент было около 30000 ЭВМ, всесторонне оснащённых с развитой системой обеспечения, в отличии от СССР, где имелось чуть более 1000 ЭВМ без должной поддержки^[39]. Помимо этого, более быстрому развитию ВТ за рубежом способствовало не только участие научного сообщества и государства, но и деловых кругов, которые в условиях жесткой конкуренции были заинтересованы в широком использовании самых современных разработок ВТ. В СССР ситуация была прямо противоположная - плановая экономика, неконкурентный централизованный рынок, ориентация на оборонную промышленность, бюрократизм явно не способствовали развитию ВТ. Немаловажную роль сыграл и тот факт, что к началу разработок ЭВМ третьего поколения в нашей стране не возникла парадигма программной совместимости. Талантливые разработчики ЭВМ и программного обеспечения для них работали разобщенно, вне рамок какой-либо государственной программы и требований стандартизации. В результате в конце 1960-х годов СССР отступил от изначально впечатляющей попытки развиваться собственным независимым курсом в области ВТ и с принятием государственной директивы «Ряд» дальнейшее развитие ВТ направилось по пути клонирования конструкций передовых зарубежных ЭВМ.

Первое семейство клонированных отечественных ЭВМ воспроизводило линейку IBM S/360 и называлось Единой системой ЭВМ (ЕС ЭВМ), производство которых было организовано на мощностях ВНИЦЭВТ^[40]. Вторым семейством стали копии миниЭВМ фирмы Hewelett-Packard, выпускаемые у нас под маркой СМ-1 и СМ-2. Производимые в дальнейшем СМ-3 и СМ-4 были фактически компьютерами PDP-11 фирмы DEC, их выпуском занимался ИНЭУМ^[41]. Именно с начала копирования зарубежных образцов в области компьютерных технологий наша страна оказалась и продолжает оставаться на позициях догоняющей и никогда больше не выбивалась в лидеры. Еще оставалось немного наработок для использования в военной (например, 5Э92Б - двухпроцессорный компьютер, используемый в первой системе ПРО г.Москвы), или в космической (созданная в 1973 году многомашинная система АС-6 для управления космическими полетами) сферах.

Единственной отечественной конкурентоспособной разработкой 1970-х годов стал проект многопроцессорного комплекса «Эльбрус». На тот момент это была великолепная машина: впервые в мире применялась суперскалярная архитектура, позволявшая параллельно отрабатывать несколько машинных команд. «Эльбрус-2», запущенный в серийное производство в 1985 году, благодаря своей надежности и быстродействию использовался на центральных узлах стратегических систем страны. В 1986 году началась разработка «Эльбрус-3», однако, развитие остановилось в 1990 году на этапе опытного образца из-за экономических проблем того времени. Будучи построенным «Эльбрус-3» благодаря совершенству своей архитектуры мог обеспечить в два раза большую скорость обработки данных, чем самый быстрый американский суперкомпьютер тех лет Cray Y-MP^[42].

Продолжение развития отечественных микропроцессоров и высокопроизводительных комплексов серии «Эльбрус» продолжилось в 2006 году, когда произошёл процесс интеграции и объединения деятельности ИНЭУМ и ЗАО «МЦСТ». В 2010 году начинает выпускаться микропроцессор «Эльбрус-S», в 2011-ом - «Эльбрус-2С+», в 2014-ом - «Эльбрус-4С» производительность которого (50 Гфлопс) сравнима с процессором Intel Core i7-975 (53 Гфлопс). В планах до 2022 года не только начать производство процессоров «Эльбрус-32С», заявленные характеристики которого составят конкуренцию ведущим процессорам мировых производителей. Сейчас идут работы по созданию суперкомпьютера на процессорах «Эльбрус», который наверняка сможет войти в рейтинг ТОП500^[43].

Заключение

В представленной работе изложена мировая история развития ВТ от абака до современных ЭВМ пятого поколения и перспективных устройств ближайшего будущего. Рассмотрены характерные черты счетных устройств каждой эпохи, отличительные особенности всех поколений ЭВМ, отмечена роль выдающихся ученых.

Отдельно в работе рассмотрена история развития вычислительных средств в нашей стране, отмечены наиболее значимые люди, события, разработки, оказавшие влияние на мировую индустрию ВТ.

Многовековая история развития ВТ вобрала в себя настолько много имен, фактов, что в рамках данной работы невозможно упомянуть абсолютно всё и всех. Однако, главной целью работы была попытка показать тот путь, который прошла мировая индустрия средств ВТ, без которых люди уже не представляют своей жизни, и данная цель в ходе работы была достигнута.

Библиография

Постановление Совета Министров СССР №4663-1829

Владимир Липаев Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы // М.: СИНТЕГ, 2012.

Гутер, Р. С. От абака до компьютера / Р. С. Гутер, Ю. Л. Полунов. – М. : Знание, 1981.

Ким А.К., Волконский В.Ю., Груздов Ф.А., Михайлов М.С., Парахин Ю.Н., Сахин Ю.Х., Семенихин С.В., Слесарев М.В., Фельдман В.М. Микропроцессорные вычислительные комплексы с архитектурой «Эльбрус» и их развитие, // Современные информационные технологии и ИТ-образование. Сборник докладов 3-й международной научно-практической конференции, Москва, 6-9 декабря 2008.

Лорен Грэхэм Сможет ли Россия конкурировать? История инноваций в царской, советской и современной России // Лорен Грэхэм: Манн, Иванов и Фербер; Москва, 2014

Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах. // Киев: фирма "КИТ", ПТОО "А.С.К.", 1995.

Поликарпов, В. С. История науки и техники / В. С. Поликарпов. – М. : Феникс, 1999.

Тютляева Е.О., Конюхов С.С., Московский А.А., Одинцов И.О. Оценка потенциала использования платформы Эльбрус для высокопроизводительных вычислений // Суперкомпьютерные дни в России. Труды международной конференции. 2016.

Ходаков В.Е. Научные школы компьютеростроения: история отечественной вычислительной техники // ХНТУ, 2010.

Хрестоматия по истории информатики / Автор-составитель Я.И. Фет ; отв. ред. Б.Г. Михайленко ; Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Институт вычислительной математики и математической геофизики. – Новосибирск : Академическое изд-во «Гео», 2014.

1. Карл Меннингер «История цифр. Числа, символы, слова», — М: ЗАО Центрполиграф, 2011, С.49-53 ↑

2. Гутер, Р. С. От абака до компьютера / Р. С. Гутер, Ю. Л. Полунов. – М. : Знание, 1981, С.6 ↑

3. Александрова Н. В. История математических терминов, понятий, обозначений: Словарь-справочник. — 3-е изд., испр. — М.: ЛКИ, 2008. ↑

4. Неперовы палочки // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907. ↑

5. Логарифмическая линейка дает точность с погрешностью 0.1-1 % (2-3 знака после запятой), что для астрономии совершенно неприемлемо ↑

6. Златопольский Д. М. Вычислительная машина Шиккарда // Информатика, № 33/ 2001 ↑

7. Знакомьтесь: компьютер = Understanding computers : Computer basics : Input/Output; Пер. с англ. К. Г. Батаева; Под ред. и с пред. В. М. Курочкина — Москва : Мир, 1989 — 240 с. ↑

8. В частности, немцем Бургхардтом (1884), англичанином С. Тейтом (1903) и другими. ↑

9. Энциклопедия элементарной математики. Книга первая: Арифметика / Александров П. С., Маркушевич А. И., Хинчин А. Я. — Москва—Ленинград: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951. — С. 367—372 ↑

10. Difference Engine – англ. ↑

11. Analytical Engine – англ. ↑

12. Этот принцип построения системы команд используется в современных компьютерах c так называемой RISC-архитектурой ↑

13. Петренко А. К., Петренко О. Л. Машина Беббиджа и возникновение программирования // Историко-математические исследования. — 1979. — Т. 24. — С. 340 ↑

14. По проекту машина должна была иметь размеры 30х10х4,5 метра и, примерно, из 50000 деталей ↑

15. Шилов В. В. Удивительная история информатики и автоматики. — Москва : ЭНАС, 2011. — 214 с ↑

16. С. П. Куценко. Табулятор // Энциклопедия кибернетики / В. М. Глушков. — Киев: Главная редакция Украинской советской энциклопедии, 1974. — Т. 2 ↑

17. История компании IBM URL: https://habr.com/ru/post/372859/ ↑

18. Знакомьтесь: компьютер = Understanding computers : Computer basics : Input/Output / Пер. с англ. К. Г. Батаева; Под ред. и с пред. В. М. Курочкина. — М.: Мир, 1989. — 240 с ↑

19. Популярная механика, «Колосс Британский: секретный предок компьютеров», 30 мая 2006 года ↑

20. Рус: электронный числовой интегратор и компьютер ↑

21. Nicholas Metropolis, George Reitwiesner, and John von Neumann, Statistical treatment of values of first 2000 decimal digits of e and of pi calculated on the ENIAC, Mathematical tables and other aids to Computations 4 (1950), no. 30 ↑

22. История науки: ЭНИАК, или Как обмануть военных URL: https://indicator.ru/article/2017/02/15/eniac/ (дата обращения 22 мая 2019) ↑

23. Рус: электронный дискретный переменный автоматический компьютер ↑

24. Рус: электронный автоматический калькулятор с памятью на линиях задержки ↑

25. Э. Таненбаум, Архитектура компьютера, 5-е издание. СПб.: 2007 ↑

26. Garry Baldy. Как люди научились считать // Компьютерра. — 2005 ↑

27. Нефедов А.В., Савченко A.M., Феоктистов Ю.Ф. Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1989 ↑

28. Воробьев Е.П., Сенин К.В. Интегральные микросхемы производства СССР и их зарубежные аналоги: Справочник. — М.: Радио и связь, 1990. ↑

29. Пол Аллен, Миллиардер из Кремниевой долины. История соучредителя Microsoft, Москва: Альпина Бизнес Букс, 2012 ↑

30. На основе триггера были построены основные составляющие вычислительной техники — регистры, счётчики, ячейки памяти и другие логические схемы ↑

31. При этом необходимо учитывать, что первые вычислительные машины, которые можно назвать компьютерами, в континентальной Европе появились в Германии (Z3 (1941 год) и Z4 (1950) Конрада Цузе). Но, так как они были релейными, то они классифицируются как электромеханические вычислительные машины, а не электронные. ↑

32. Индикатор - информационно-сервисный портал, посвященный науке / История, которую стоит переписать: где на самом деле сделали первый советский компьютер / URL:https://indicator.ru/article/2018/04/17/pervyj-sovetskij-kompyuter/ (дата обращения 07.05.2019). ↑

33. Владимир Липаев Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы // М.: СИНТЕГ, 2012 ↑

34. Н.Л. Прохоров, А.К. Ким, Г.А. Егоров К 60-летию Института электронных управляющих машин им. И.С. Брука // Информационные технологии и вычислительные системы – 2018. - №3 ↑

35. Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах. — Киев: фирма "КИТ", ПТОО "А.С.К.", 1995. ↑

36. Back in the U.S.S.R. / URL: https://www.inc.com/magazine/19960615/1967.html (дата обращения 07.05.2019) ↑

37. Юрий Ревич У нас была бы лучшая в мире персональная ЭВМ / Новая газета. – 20 апреля 2012. - №44 ↑

38. Андрей Ваганов Когда-то наши компьютеры были быстрее американских / Независимая газета. – 25 октября 2017. ↑

39. Шилов Валерий Владимирович Развитие и состояние вычислительной техники в СССР в сравнении с США и другими западными странами / Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» / URL: https://cs.hse.ru/HERB/shilov/ (дата обращения 07.05.2019 ↑

40. ВНИЦЭВТ – Всесоюзный Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники ↑

41. ИНЭУМ – институт электронных управляющих машин ↑

42. От «Эльбруса-3» - к «Эльбрусу-2000» / Computerworld Россия. – 20 июня 2000. №27-28 ↑

43. Отечественные процессоры готовят к сверхзадачам / Коммерсантъ. - 13 ноября 2018. - №208 ↑