Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

История развития средств вычислительной техники (Развитие компьютерной техники)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования заключается в том, что в современное время человек уже практически не мыслит своего существования и качественной жизнедеятельности без компьютера, в сущности, являющегося вычислительным средством. Инструменты, которые облегчают и оптимизируют вычислительные операции, человек начал изобретать сразу же, как только оно осознал понятие «количество». На сегодняшний день в качестве этих инструментов выступают сверхмощные компьютеры, которые базируясь на принципах математических вычислений, осуществляют обработку, хранение и передачу информации, являющейся в настоящее время важнейшим ресурсом и двигателем прогресса человечества.

Вся история развития компьютерных технологий как средств вычислительной техники тесным образом взаимосвязана с попытками людей автоматизировать, облегчить большой объем вычислительных операций. Для человеческого мозга затруднены даже простые математические операции с большими цифрами. Поэтому самое первое и простейшее счетное устройство – абак – появилось уже в древности. В XVII веке была изобретена логарифмическая линейка, которая облегчала сложнейшие математические расчеты.

Появление компьютерной техники (от англ. Compute – вычислять) является одной из наиболее существенных особенностей современной жизни. В первоначальном смысле английское слово «компьютер» означало человека, производящего расчеты. Все большее распространение компьютерной техники привело к тому, что основы вычислительной техники стали изучаться все большим количеством людей, а программирование из рабочего инструмента специалистов постепенно стало превращаться в элемент культуры.

При этом следует отметить, что несмотря на важность вычислительной техники в современной жизни, ее история изучена в недостаточной степени. Тем не менее, современному специалисту необходимо знать историю развития своей отрасли, роль и место вычислительной техники в развитии современной цивилизации. Помимо этого, он должен иметь представление об основных этапах, в соответствии с которыми шло развитие средств вычислительной техники. Это и определило актуальность данного исследования.

Объект исследования: средства вычислительной техники.

Предмет исследования: история развития средств вычислительной техники.

Цель исследования: изучить историю развития средств вычислительной техники.

Задачи исследования:

Изучить этапы развития средств вычислительной техники;
Рассмотреть ранние приспособления для вычислений;
Исследовать развитие компьютерной техники;
Проанализировать тенденции развития средств вычислительной техники на современном этапе.

Методы исследования: анализ, синтез, обобщение данных научной литературы.

Структура исследования: работа состоит из введения, двух глав основной части, заключения, списка литературы.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В ДОЭЛЕКТРОННУЮ ЭПОХУ

1.1. Этапы развития средств вычислительной техники

В истории развития средств вычислительной техники обычно выделяют четыре периода:

– домеханический (период абака);

– механический;

– электромеханический;

– электронный [6].

На этапе домеханического периода для выполнения счетных операций использовались подсобные средства, а также создавались календари, таблицы, приборы и устройства, которые облегчали человеку счет. Вообще, следует отметить, что потребность в счете у людей возникла еще в древние времена. Изначально регистрация вычислительный операций была достаточно примитивна: счет осуществляли либо на каменных или костяных орудиях труда, на которых делали зарубки, либо сводили к перекладыванию дощечек, костяшек, камешков по определенным правилам [11].

Уже в IV веке до н.э. для математических вычислений применялась неоднозначная (непозиционная) система. А спустя тысячелетие была изобретена шестидесятичная (позиционная) система счисления.

Первые свидетельства о средствах вычислений относятся примерно к 3000-м годам до н.э. Именно этим периодом датируется так называемая «вестаницкая кость» с зарубками, которая была найдена археологами в Чехии в Чехии вблизи местечка Вестаница. Примерно в то же время месопотамскими математиками использовались табулированные величины (таблицы умножения, обратных величин, квадратных и кубических корней, второй и третьей степеней), также они составляли календарные расчеты астрономических явлений [2].

Древнегреческие Драматург Аристофана и поэт Гомер, упоминают в своих произведениях, которые относятся к V-IV векам до н.э. о том, что стал распространяться пальцевый счет, который очевидно зародился ранее. Он до сих пор в ряде случаев используется биржевыми маклерами [8].

Самые первые вычислительные средства, которые могут называться устройствами, бил созданы в середине I тысячелетия до н.э. Это были таке средства, как «саламинская доска», изобретенная на острове Саламин, находящемся в Эгейском море, «абак» – в Древнем Риме и Греции, а позднее и в Западной Европе, «серобян» – в Японии, «суаньпань» – в Китае. Эти устройства представляли собой доски из камня, бронзы, цветного стекла, слоновой кости, дерева, и имели полосковые углубления, в которых с целью вычисления перемещались камешки или кости (калькули). Существование таких счет продлилось вплоть до эпохи Возрождения [11].

Наиболее выдающимся событием I века н.э. являлось создание «Арифметического трактата» в IX в., автором которого был узбекский ученый Мухаммед бен Муса ал-Хорезми (Мухаммед сын Мусы из Хорезма). В XII веке трактат с арабского зыка перевели на латинский язык, который был распространен в средневековой Европе. Тогда европейцы впервые познакомились с десятичной системой счисления, которая пришла к арабам из Индии. В мире стали широко известны четыре арифметических действия, а их правила на протяжении длительного времени назывались именем алХарезми – algorithmi, алхоризм, алгоритм. Это самым непосредственным образом способствовало развитию средств вычислительной техники [3].

В период Возрождения были изобретены канцелярские счеты, которые пришли в Европу с Востока. Начало XVII в. ознаменовалось изобретением сразу нескольких подобных устройств. Одно из них – это палочки Непера, при помощи которых можно было производить умножение. Другое устройство – это логарифмическая линейка, использующаяся и в настоящее время [6].

В России, средства, при помощи которых осуществлялись вычислительные операции, также использовались еще с древних времен. Так, во время строительства храмов в Киевской Руси определение форм и размеров арок, куполов и иных элементов архитектуры осуществлялось при помощи использования графиков и специальных устройств. В XVI в. в нашей стране был широко распространен «счет костьми», использовавшийся для измерения государственных земель, поместных и вотчинных владений, а также для осуществления подсчетов в артиллерии и торговле. Чтобы облегчить налоговые счисления была создана так называемая «сошная арифметика», в которой за единицу счета принималась соха, a позднее – конторские счеты и «дощатый счет» [5].

Следующим периодом развития средств вычислительной техники был механический период, в процессе которого появились машины, операции в которых выполняли механизмы, приводившиеся в действие силами человека. Уже в средневековую эпоху вычислительные средства стали, некоторым образом, осуществлять механическую интерпретацию и воспроизведение функций человеческого мозга. Например, «мыслительная машина» средневекового богослова Луллия, которая давала ответы на вопросы «когда?», «сколько?», «какой из двух?» и т.д., являлась попыткой механического воспроизведения самого мыслительного процесса человека. В данном устройстве вопросы и ответы строились на базе таких характеристик, как добродетель, грех и т.п. [4].

Один из проектов вычислительной механической машины был создан выдающимся художником и мыслителем эпохи итальянского Возрождения Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.). Им был разработан эскиз тринадцатиразрядного суммирующего устройства, имевшего десятизубные колеса. Набросок этого устройства был обнаружен в конце 1960-х годов в архиве автора, который хранится в Национальной библиотеке Мадрида. Согласно этому эскизу, американская фирма по производству компьютеров IBM уже в наши дни построила действующую машину в целях рекламы [11].

Первую счетную машину, о которой сохранились сведения, описал в 1623 г. немецкий профессор В. Шиккард. Точных данных о том, была ли она построена на самом деле нет, но в начале 1960-х гг. она была сконструирована учеными Тюрингского университета по имевшимся описаниям. Она механически осуществляла операции сложения и вычитания, а операции деления и умножения – с элементами механизации [3].

Более известной является машина французского философа, физика и математика Б. Паскаля. Молодой Паскаль в 18-летнем возрасте, независимо от В. Шиккарда, после трех лет усердного труда (1641-1644) создал вычислительное устройство («Паскалина»), которое могло осуществлять суммирование. Это изобретение Б. Паскаль создавал для помощи своему отцу, служившему правительственным ревизором финансов. Об этой ходили легенды и писались стихи. В Люксембургский дворец стекался весь высший свет, чтобы лицезреть это удивительное изобретение. Его автор, Б. Паскаль, получил королевские привилегии на то, чтобы изготавливать и продавать свою машину. На сегодняшний день сохранилось больше 50 экземпляров машины Паскаля, их которых несколько моделей демонстрируют парижские музеи [6].

Вычислительная машина, которая позволяла осуществлять операции сложения, умножения и деления, была изобретена знаменитым немецким математиком и философом Г. Лейбницем, который представил ее в 1673 г. в Париже в Академию наук.

Немало количество вычислительных приборов было создано в России. Их изобретением занимались такие ученые, как М.В. Ломоносов, Е. Г. Кузнецов (верстметр), Е. Якобсон (девятиразрядная суммирующая машина) и др. Е. Якобсон был механиком из Несвижа Минского воеводства. Его машина, которая датируется не позднее 1770 г., хранится в Санкт-Петербурге в музее им. М. В. Ломоносова. Разумеется, первые машины были далеко несовершенными. Очень существенные затраты на изготовление, сложность устройств и их частые поломки препятствовали широкому распространению их практического применения. В основном они производились в одном или нескольких экземплярах [2].

Впервые массовое производство средств вычислительной техники было организовано К. Томасом – основателем и руководителем двух парижских страховых обществ. В 1820 г. им была построена вычислительная машина, в которой использовался принцип работы ступенчатого валика, применявшаяся в машине Лейбница, и началось ее изготовление для продаж на рынке. Постепенно К.Томас усовершенствовал свои машины. Таким образом, было положено начало машиностроение вычислительной техники [4].

После изучения счетной машины Томаса В.Т. Однер, инженер Петербургской государственной экспедиции бумаг построил в 1873 г., свой знаменитый арифмометр. В 1896 г. его устройство было удостоено серебряной медали на Нижегородской выставке, а в 1900 году – золотой медали на Всемирной выставке в Париже. Через три года она вновь была удостоена высшей награды на выставке в Чикаго. Впервые в мире ее фабричное производство было организовано В России. Конструкция была настолько удачна, что, по существу, не менялась более века [1].

Впоследствии в конструировании и совершенствовании арифмометров принимали участие многие ученые, в том числе и выдающийся русский ученый П.Л. Чебышев. В 1878 г. им была сконструирована и построена оригинальная машина для выполнения сложения, а в 1882 г. – первая автоматическая вычислительная машина, принцип работы которой на протяжении длительного времени использовался в большинстве механических машин. Модель счетной машины Чебышева экспонировалась на Всемирной выставке в Париже в 1913 г. В настоящее время эта модель хранится в Парижском музее [8].

Появилось несколько типов вычислительных машин, в т.ч. клавишные вычислительные машины. Они автоматически делили, умножали и складывали многозначные числа. При помощи некоторых из них было также возможно извлекать квадратные корни и выполнять иные арифметические операции.

В процессе дальнейшего совершенствования вычислительных машин их все чаще стали объединять с пишущими механизмами. Так появились машины, печатавшие исходные данные и результаты вычислений.

Производительность клавишных машин зависела от того, насколько быстро человек нажимал на клавиши и набирал на клавиатуре числа. Это сдерживало скорость работы вычислительных устройств, вследствие чего начались поиски ее повышения [10].

В начале XIX в. англичанином М.Ж. Жаккартом был изобретен принцип стандартных картонных прокладок с пробитыми отверстиями, который изобретатель применил для ткацкого дела. Эти прокладки несли на себе информацию, которая была необходима для того, чтобы управлять работой станка. Они выступили в качестве прототипа перфокарт.

Решающий вклад в развитие вычислительной техники внес английский математик И. Бэббидж (1792-1871 гг.). Он разработал проект вычислительной машины, состоявшей из тех же узлов, что и современные компьютеры. В 1822 г. он построил небольшую рабочую модель аналитической машины, состоявшую из следующих основных трех блоков: устройство управления, «склад» для хранения цифровой информации и «фабрика» для обработки информации. Однако тогда попытка создания вычислительных устройств такого типа была неудачна [6].

Технически машина была довольно сложна, а практической потребности в ней еще не было. Ч. Бэббидж опередил свое время. Заслуги его, конечно же, бесспорны. Он первый разработал принципы создания и организации вычислительных машин с программным управлением, в том числе принцип изменения программы вычислений в зависимости от их результатов. Помимо этого, большой интерес вызвал и язык машины Бэббиджа, а именно разделение команд на команды функциональные и пересылочные, возможность считывания информации, не допуская ее разрушения, и считывания запоминающих данных регистра с очисткой, что и по сей день представляет интерес для разработчиков современной компьютерной техники и т.д. Основные идеи, заключенные в конструкции аналитической машины Ч. Бэббиджа, были реализованы гораздо позже [12].

С аналитической машиной Ч. Бэббиджа связано и зарождение программирования. Именно для нее создавались первые в мире программы. А первой программисткой была леди А. Лавлейс – дочь известного английского поэта Байрона. Она не только производила вычисления на машине Ч. Бэббиджа, но и заложила основы теоретического программирования, написав первый учебник по этому предмету [1].

Важное теоретическое значение для последующего развития вычислительной техники имела в это время работа Дж. К. Максвелла «Динамическая теория поля» (1864-1865 гг.). В ней давалось точное определение электромагнитного поля. Вскоре Максвелл завершил создание электродинамической картины мира. Началась эра мировой электродинамики, породившая новый период в развитии вычислительной техники.

Электромеханический период был связан с применением в конструкциях счетных механизмов электроэнергии [7].

Для машин электромеханического принципа действия было характерно наличие электроаппаратуры, при помощи которой работали все их механизмы. Разновидностью таких машин явились электромагнитные машины, в том числе релейные. В электромеханических машинах, как и в механических, в качестве основных физических элементов выступали колеса, рычаги, шестерни, валики, а в релейных – реле, контактные устройства, электромагниты и т.д. [8].

Электрический ток стал применяться также для расшифровки информации, нанесенной на перфокарты, в машине, построенной в 1890 г. американским инженером, сыном немецкого эмигранта Г. Холлеритом (1860-1929 гг.). Им же была предложена и форма перфокарты. Она соответствовала размеру однодолларовой банкноты, находившейся в обращении в 1890 г., и равнялась 187 мм * 83 мм. Работая в бюро по переписи населения, Холлерит использовал свою машину для обработки материалов массовых переписей. В 1896 г. он основал фирму по выпуску перфокарт и вычислительных (перфорационных) машин, которая позднее была преобразована в фирму IBM [9].

Начало XX века было отмечено бурным развитием электротехники. Немалый вклад в нее внесли ученые США (Д. Пауэрсом был сконструирован карточный автоматический перфоратор; В. Бушем – дифференциальный анализатор, т.е. первая аналоговая вычислительная машина, способная моделировать системы дифференциальных уровней; Д. Штибицем – машина, основанная на двоичной системе счисления, и др.), Германии (К. Зюс, создал такую же машину независимо от Д. Штибица; К. Цуге была создана универсальная цифровая вычислительная машина с программным управлением, и др.), России (А.Н. Крылов построил первый в мире дифференциальный анализатор непрерывного действия). В это же время появились выполненные Г. Эдисоном описание явления электронной эмиссии и А Тьюрингом – схемы абстрактной машины, а также разработанные К. Шенноном основные положения алгебры высказываний [8]. Начинался новый период в истории вычислительной техники – электронный.

1.2. Ранние приспособления для вычислений

Абак, известный как счеты, появился на свет приблизительно в 500 году до нашей эры. За право считаться его родиной могут поспорить Древняя Греция, Индия, Китай и государство Инков. Археологи подозревают, что в античных городах существовали даже вычислительные механизмы, правда, существование таковых пока не доказано. Однако антикерский механизм вполне может считаться вычислительным механизмом [4].

Древние греки начали вести счёт с помощью абака примерно с IV в. до н.э.. Сначала они выглядели как глиняная плоская дощечка, на которую при помощи острого предмета были нанесены полоски. Вычисления осуществлялись посредством размещения в определённом порядке на этих полосках небольших камней или иных мелких предметов. В IV веке нашей эры в Китае появились семикосточковые счеты – суаньпань (суанпан). На деревянную прямоугольную раму натягивались верёвки или проволочки – от девяти и больше. При помощи ещё одной веревки (проволочки), натянутой перпендикулярно остальным, суаньпань разделялся на два неравные отделениях. В том отделении, которое было больше, нащывающемся «землёй», на веревки нанизывалось по пять косточек, в меньшей части – «небе» – по две. Каждая проволочка соответствовала десятичному разряду. В Японии с XVI века стали популярными традиционные счёты соробан, попавшие туда из Китая. В это же время счёты появились и в России [3].

С наступлением Средних Веков навыки создания подобных устройств были утрачены. Те темные времена вообще были периодом резкого упадка науки. Но в XVII столетии человечество вновь задумалось о вычислительных машинах. И те не замедлили появиться [9].

В XVII веке англичанин Эдмонд Гантер на основании открытых шотландским математиком Джоном Непером логарифмов, изобрел логарифмическую линейку. Данное устройство постоянно усовершенствовалось и используется и в наши дни. Оно позволяет делить и умножать числа, возводить их в степень, вычислять тригонометрические функции и логарифмы. Логарифмическая линейка стала прибором, который завершил развитие средств вычислительной техники на домеханическом (ручном) этапе [2].

В 1623-м году немецкий ученый Вильгельм Шиккард создал первый механический «калькулятор», который был назван им считающими часами. Этот прибор имел механизм, напоминавший обычный часовой, который состоял из звездочек и шестеренок. Однако об этом изобретении стало известно только в середине прошлого века. «Считающие часы» имели значительные размеры и большую массу, применять их на практике было трудно. Друг Шиккарда, знаменитый астроном Иоганн Кеплер в шутку заметил, что гораздо проще произвести вычисления в голове, чем использовать часы. Тем не менее, именно Кеплер стал первым пользователем часов Шиккарда. Известно, что с их помощью он выполнил многие из своих расчетов [1].

Это устройство получило свое название потому, что в его основу был положен тот же механизм, что работал в настенных часах. А самого Шиккарда вполне можно считать «отцом» калькулятора. Прошло двадцать лет, и семейство вычислительных машин пополнилось изобретением французского математика, физика и философа Блеза Паскаля. «Паскалину» ученый представил в 1643 году. Паскалю тогда было 20 лет, и прибор он сделал для своего отца — сборщика налогов, которому приходилось заниматься очень сложными вычислениями. Суммирующая машина приводилось в действие с помощью шестеренок. Чтобы ввести в нее нужное число, нужно было повернуть колесики некоторое количество раз [7].

Качественным скачком в развитии средств вычислительной техники стало изобретение в 1642 году суммирующей машины «Паскалины». Создатель данной машины, французский математик Блез Паскаль, стал работать над данным устройством еще тогда, когда ему не исполнилось и 20 лет. Эта машина представляла собой механический прибор в виде ящичка с большим количеством взаимосвязанных шестерёнок. Числа, которые требовалось сложить, вводились в машину поворотами специальных колёсиков [5].

В 1673-м году свой проект создал немецкий математик Готфрид Лейбниц. Его устройство, первым в истории стало называться калькулятором. Принцип работы был тот же, что и у машины Паскаля. С калькулятором Лейбница связана одна очень любопытная история. В начале XVIII века машину увидел Петр I, посещавший Европы в составе Великого посольства. Будущий император очень заинтересовался устройством и даже купил его. Легенда гласит, что позже Петр отправил калькулятор китайскому Императору Канси в качестве подарка [10].

Дело Паскаля и Лейбница получило развитие. В XVIII веке многие ученые делали попытки усовершенствовать вычислительные машины. Основная идея состояла в том, чтобы создать коммерчески успешное устройство. Успех, в конечном итоге, сопутствовал французу Шарлю Ксавье Тома де Кольмару. В 1820 году он запустил серийное производство вычислительных приборов. Строго говоря, Кольмар был, скорее, умелым промышленником, нежели изобретателем. Его «машина Тома» мало чем отличалась от калькулятора Лейбница. Кольмара даже обвиняли в краже чужого изобретения и попытке нажить состояние за счет чужого труда [12].

В России серийный выпуск калькуляторов начался в 1890 году. Свой нынешний вид калькулятор приобрел уже в ХХ веке. В 1960-1970 годах эта отрасль переживала настоящий бум. Приборы совершенствовались с каждым годом. В 1965-м, например, появился калькулятор, который мог вычислять логорифмы, а в 1970-м был впервые выпущен калькулятор, помещавшийся у человека в руке. Но в это время уже начинался компьютерный век, хотя человечество еще не успело ощутить этого [7].

2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В КОМПЬЮТЕРНУЮ ЭРУ

2.1. Развитие компьютерной техники

Человеком, который заложил основы развития компьютерных технологий, многие считают французского ткача Жозефа Мари Жаккара. Сложно сказать, так это или нет. Тем не менее, именно Жаккар придумал перфокарт. Тогда люди еще не знали, что такое карта памяти. Изобретение Жаккара вполне может претендовать на этот титул. Ткач придумал ее для управления ткацким станком. Идея состояла в том, что с помощью перфокарта задавался узор для ткани. То есть, с момента запуска перфокарта, узор наносился уже без участия человека — автоматически [3].

Перфокарт Жаккара, естественно, не был электронным устройством. До появления подобных предметов было еще очень далеко, ведь Жаккар жил на рубеже XVIII-XIX веков. Однако перфокарты позднее стали широко применяться и в других сферах, уйдя далеко за переделы знаменитого ткацкого станка [6].

В 1835 году Чарльз Бэббидж описал аналитическую машину, в основе которой могли бы лежать перфокарты. Ключевым принципом работы такого устройства было программирование. Таким образом, английский математик предсказал появление компьютера. Увы, но сам Бэббидж так и не смог построить придуманную им машину. Первый в мире аналоговый компьютер появился на свет в 1927 году. Создал его профессор Массачусетского университета Вэнивар Буш [9].

Машина могла решать дифференциальные уравнения. Следующий шаг сделал немецкий инженер Конрад Цузе, которому удалось смоделировать и построить первую программируемую вычислительную машину.

В историю она вошла как Z1, и именно ее многие называют первым компьютером. Впрочем, Z1 имела мало общего с современными компьютерами и, если уж на то пошло, то первым подобным устройством нужно считать Z3. Эта машина действительно обладала многими свойствами нынешних компьютеров. На основе своего первого изобретения Цузе стал конструировать новые модели. Что же касается самой Z1, то ее постигла печальная судьба. Машина была уничтожена во время одной из бомбардировок Берлина в 1945 году. Вместе с ней сгорели и чертежи Цузе [10].

Век серийного производства компьютеров и аналогичных им вычислительных устройств начался уже после войны. В 1968-м была основана компания Intel, которой предстояло произвести революцию в этом направлении.

Электронный период был ознаменован, прежде всего, созданием в 1946 г. первой в мире ЭВМ «Эниак» (Electronics Numerical Integrator and Computer)'. Ее построили ученые Пенсильванского университета (США). Она весила 30 т., занимала площадь, равную гаражу на два автомобиля, состояла из 18 тыс. вакуумных трубок, 1,5 тысячи реле и стоила по ценам того времени почти 2,8 млн долларов. За одну секунду машина выполняла более 300 умножений многозначных чисел или 5,000 сложений [5].

Эниак показала большие возможности, хотя и была громоздкой, этаким «монстром с непонятным характером», по сообщениям американской печати, и потребляла мощность в 150 квт, достаточную для работы нескольких сотен современных компактных компьютеров. Ныне машина Эниак находится в одном из музеев США [4].

Анализ сильных и слабых сторон Эниак позволил американскому математику Дж. фон Нейману сформулировать основные принципы ЭВМ [1]:

- использование двоичной системы,

- иерархическая организация памяти,

- наличие арифметического устройства на основе схем, реализующих операцию сложения;

- хранение программы, как и чисел, в памяти машины.

Появление Эниак отвечало потребностям растущей информатизации общества. Имеется в виду, прежде всего, увеличение темпов роста общей суммы знаний. Если до XIX в. она удваивалась каждые 50 лет, то с середины XX в. — каждые 5 лет, а после 1990 г. — на протяжении года. Далее, это абсолютный и относительный рост численности специалистов, занятых сбором, обработкой и передачей информации. Если в 1870 г., когда был уже известен проект машины И. Бэббиджа, они составляли менее 5% трудоспособного населения США, то в 40-х гг. XX в. — около 30% [8].

Правительства стран, участвующих во Второй мировой войне, осознавали стратегическую роль вычислительных машин в ведении военных действий. Это послужило толчком к разработкам и параллельному возникновению в этих странах первого поколения компьютеров. Пионером в области компьютеростроения стал Конрад Цузе – немецкий инженер. В 1941 году им был создан первый вычислительный автомат, управляемый при помощи программы. Машина, названная Z3, была построена на телефонных реле, программы для неё кодировались на перфорированной ленте. Этот аппарат умел работать в двоичной системе, а также оперировать числами с плавающей запятой. Первым действительно работающим программируемым компьютером официально признана следующая модель машины Цузе – Z4. Он также вошёл в историю как создатель первого высокоуровневого языка программирования, получившего название «Планкалкюль» [12].

Изучение функционирования электронных вычислительных средств, наряду с достижениями математики, информатики и физиологии нервной деятельности, в условиях растущих потребностей информационного обслуживания общества привели к возникновению кибернетики — науки об управлении в технических устройствах, живых организмах и человеческих организациях. Ее основные идеи и принципы были сформулированы в работе американского математика Н. Винера «Кибернетика или управление и связь в животном и машине», вышедшей в 1948 г. [3].

Все это предопределило «компьютерную революцию» в мире. Росло не только количество ЭВМ (только в США в 1954 г. их насчитывалось 100, в 1974 — 215 тыс., в 1994 — более 30 млн.), но и заметно изменялись их качественные характеристики: увеличивались быстрота действия и объем оперативной памяти, повышалась степень интеграции элементов, улучшались внешние устройства и архитектура ЭВМ. совершенствовались методы их использования. Происходила смена поколений ЭВМ — совокупности их типов и моделей, созданных на основе одних и тех же научных и технических принципов [5].

Машины первого поколения (вторая половина 40-х — середина 50-х гг.), работавшие на электронных лампах, были очень больших размеров и могли выполнять небольшое количество элементарных операций. В бывшем СССР — это ЭВМ, созданные под руководством академика С. А. Лебедева, и прежде всего БЭСМ-1 — самая быстродействующая в то время машина в Европе; в Беларуси, на Минском заводе ЭВМ им. Г.К. Орджоникидзе, — серийная Минск-22 и др.

Основными пользователями первых ЭВМ были инженеры-программисты, занимавшиеся сложными расчетами, а также ученые, работавшие в различных областях физики, и др. Программу выполнения действий и данные пробивали вручную на перфоленте или перфокартах, посредством которых эти сведения вводились в ЭВМ. Затем производили «отладку», в процессе которой выявлялись ошибки и перебивались перфокарты. Этот процесс тянулся неделями и месяцами. Когда все было выверено, машина за несколько минут выдавала результат счета [2].

Машины второго поколения (конец 50-х — первая половина 60-х гг.), работавшие на транзисторах, были меньших размеров, более надежны в работе и могли выполнять до миллиона операций в секунду. Среди них — СТРЕЧ (США), АТЛАС (Англия), БЭСМ-6 (Россия); «Минск-32» (Беларусь) и др. БЭСМ-6 поставлялась на экспорт и оказалась «долгожительницей». Корректировку и выполнение программ на них производили операторы ЭВМ [9].

Машины третьего поколения (вторая половина 60-х — 70-е гг.) уже были собраны на интегральных схемах. Это машины IBM-360 (фирмы International Business Mashine Corporation, США), а среди отечественных — серии ЕС (единой системы). Их мощность позволяли решать не только вычислительные, но и экономические задачи, когда приходилось вводить и выводить огромные объемы данных. Только на этих машинах стало возможным эффективно обрабатывать и нечисловую информацию, т.е. вести поиск, работать в режиме «вопрос-ответ», реализующем человеко-машинный диалог. Многопрограммный режим работы в сочетании с режимом разделения времени обеспечил взаимодействие таких машин с автоматизированными классами, оснащенными алфавитно-цифровыми дисплеями. А поскольку за различными дисплеями могли решаться различные задачи, программисты вновь получили доступ к машинам [7].

Машины четвертого поколения (с 80-х гг.) в качестве элементной базы имели большие и сверхбольшие интегральные схемы (ILLIAC-4, ЕС-1060, 1065; «Эльбрус»-1,2 и др.). Их рекордная продуктивность (у ILLIAC-4 до 200 млн. операций в сек.) обеспечивала решение целого круга больших задач. ЭВМ стали объединяться в многомашинные комплексы и сети с использованием для этой цели телефонной кабельной и спутниковой связи. Тем самым пользователь получил доступ к различной информации большого объема [4].

С другой стороны, успехи микроэлектроники привели к «новой революции» — микрокомпьютерной. Появились персональные компьютеры (ПК) — небольшие по размерам универсальные ЭВМ, предназначенные для индивидуального пользования и, в ряде случаев, не уступающие по своим характеристикам большим ЭВМ.

Отцом микроЭВМ по праву считается американский инженер С. Джобс. Свою первую машину он построил вместе с С. Возняком в 1977 г. Она строилась в гараже на средства, вырученные Джобсом от продажи своего личного автомобиля «Фольксваген» [8].

Профессиональная карьера С. Джобса началась с момента основания им фирмы APPLE. Сразу же возникли и непредвиденные проблемы. Обнаружилось, что такое же название и очень похожий фирменный знак имеет рок-группа «Битлз». Возникла путаница, приведшая к судебным разбирательствам. Хотя они и стали неотъемлемой частью жизни Джобса, ему все же сопутствовала удача. Популярность разработанных его фирмой микрокомпьютеров Apple — Macintosh и Lisa — с каждым годом росла, и в первую очередь среди студентов, преподавателей и научных сотрудников американских университетов [4].

И все же начало эпохи персональных компьютеров связано фирмой IBM. В 1981 г. она выпустила свой первый компьютер ЮМ РС (Personal Computer — персональный компьютер). Затем стала выпускать более современную модель на основе микропроцессора Intel 808i которая была названа ЮМ PC XT (буквы XT взяты из слова еХТга). 1984 г. она выпустила новую модель на основе Intel 80286 — IBM-28 (которая стала называться ЮМ PC AT (Advanced Technology — передовая технология). IBM AT, хотя и была совместима аппаратно и программно с IBM XT, превосходила последнюю по производительности более чем в 10 раз и была способна хранить значительно больший объем информации.

Вскоре на рынке появились компьютеры, совместимые с IBM AT, но с торговой маркой других фирм. Среди них оказались и отечественные ПК, в т.ч. ЕС-1840. 1841. 1842, 1849 и др. [10].

Во второй половине 80-х гг. были выпущены новые модели: IBM-386, способная реализовать сложные программы автоматизированного проектирования и искусственного интеллекта; PS/2 (Personal Sistem/2), аналогичная XT и AT; IBM-486, производительность которой была в 2-3 раза больше, чем у IBM-386. В 1994 г. появился Pentium (IBM586). Благодаря ему в Лондоне наконец-то удалось обыграть чемпиона мира по шахматам Гари Каспарова. А на горизонте уже предвиделись новые «гуманизированные» компьютеры — не просто более мощные, а и более компактные, удобные и безопасные [4].

На пути к пятому поколению происходит поиск ЭВМ с высоким показателем отношения производительности машин к их себестоимости. При этом немалые надежды возлагаются на микроэлектронику с большой степенью интеграции и динамическую топографию. Разрабатываются «биокомпьютеры», реализующие принципы обработки и хранения информации, присущие живым организмам, «нейроком-пьютеры» — системы нечисловой информационно-логической обработки, различные ассоциативные запоминающие устройства [8]. Мощная волна «микрокомпьютерной» революции приводит к быстрому решению и этих задач.

2.2. Тенденции развития средств вычислительной техники на современном этапе

В настоящее время существует скрытая тенденция к миниатюризации и расширению использования вычислительной техники во всех социально-профессиональных областях и видах деятельности с целью достижения уровня вездесущности и «невидимости», который соответствовал бы объекту новым цифровым технологиям. Эти технологии должны встроить множество небольших и узкоспециализированных устройств в повседневную среду современного человека таким образом, чтобы они работали без проблем и становились прозрачными для использующего их человека [7].

Новые компьютерные технологии должны обладать тремя основными характеристиками: быть везде, быть маленькими и быть осознанными. Самые новые компьютерные технологии – это те, которые исчезают. Они вплетаются в ткань повседневной жизни до такой степени, что становятся почти неотличимыми от нее.

Но если проанализировать тенденции и разработки новых технологий, то это могут быть [3]:

– крошечные, дешевые процессоры со встроенными датчиками и возможностью беспроводной связи;

– прикрепление информации к повседневным объектам;

– удаленная идентификация объектов;

– точная локализация объектов;

– гибкие дисплеи на основе полимеров и электронная бумага.

Становится ясно, что создана технологическая основа для нового мира: повседневные предметы, которые в каком-то отношении «умны» и с которыми при определенных обстоятельствах можно даже общаться. Все эти вопросы изучают компьютерные науки.

Этапы эволюции компьютеров прошли три основных периода:

Эра мэйнфреймов характеризуется использованием одного компьютера несколькими лицами, которые должны обладать довольно высоким уровнем знаний в этой области и в отношении информационных ресурсов (как аппаратных, так и программных) как редких и дорогостоящих активов [12].

Владение одним человеком одним компьютером.

Повсеместная вычислительная эра характеризуется доступом одного человека к большому количеству компьютеров, размещенных в офисах, стенах, одежде, автомобилях и т.д. Специалисты приводят для этого периода аналогию между социальным воздействием компьютеров и двумя другими технологиями: письмом и электричеством, которые настолько широко используются и распространены, что уже невозможно представить себе повседневную жизнь без них [5].

Последний этап из вышеперечисленных предполагает легкий переход от периферии к центру и обратно.

В другом подходе, сделанном Microsoft, эволюция компьютеров делится на четыре этапа в соответствии с доступом пользователей к информационно-коммуникационным технологиям, представленным ниже [9]:

1960-е: Эра мэйнфреймов

– один компьютер для многих пользователей;

1980-е годы: эра персональных компьютеров

– один компьютер на пользователя;

2000-е годы: эра мобильности

– несколько компьютеров в пользователей;

2020 год и последующий период:

эра повсеместности – тысячи компьютеров на одного пользователя.

В этом подходе исследователи Microsoft делят последний период на два этапа, в результате основных влияний мобильных технологий и важных достижений в последние десятилетия в миниатюризации аппаратных компонентов [3]. Таким образом, они отмечают переход ко все более частому использованию ноутбуков, мобильных телефонов, КПК, а также оборудования беспроводной связи.

Предполагается, что в эпоху повсеместного распространения, или в эпоху мобильности и повсеместности, как ее определили исследователи из Microsoft, в результате прямой связи между компьютерами возникнет эпоха транзитивных взаимосвязей. Эта эпоха состоит фактически в следующем соотношении: несколько компьютеров на несколько компьютеров [11].

С технологической точки зрения этот период поддерживается и даже начиная с нынешних дней, информационно-коммуникационными технологиями, такими как интеллектуальные агенты, гибридные технологии, интернет, экстранет, интранет, робототехника и т.д.

Основные характеристики новых компьютерных технологий рассматриваются некоторыми исследователями как исчезновение компьютеров, рассматриваемых с двух точек зрения [7]:

1. Физическое исчезновение – компьютеры станут достаточно маленькими, чтобы быть незаметно встроенными во все виды устройств.

2. Ментальное исчезновение – люди станут воспринимать устройства не как компьютеры, а как встроенные элементы дополненных артефактов в окружающую среду.

Каждая из этих характеристик в той или иной степени присуща используемым в настоящее время технологическим достижениям, но для того, чтобы выйти на уровень современных технологий, они должны быть выполнены для каждого уровня и во всех аспектах объектами окружающей среды.

Основная цель новых компьютерных технологий:

– Чтобы окружающая среда, дом и имущество людей были осведомлены, адаптировались и реагировали на их различные потребности в комфорте. Индивидуальные настроения и информационные потребности, например, человеку нужно было бы только войти в комнату, сделать жест или сказать что-то вслух, и окружающая среда подчинилась бы его воле и реагировала или реагировала бы наиболее подходящим образом для этого момента времени.

– Новые компьютерные технологии представляют собой более чем вездесущие вычисления, преследуя включение вычислительного оборудования в окружающую среду более глубоко, до уровня, где он становится невидимым для людей [9].

– Другая концепция, которая приходит в поддержку развития новых компьютерных технологий, фокусируется на обнаружении, идентификации и определении местоположения движения людей, процедур или действий с целью использования этой информации для предоставления соответствующей информации, которая может помочь человеку [2].

– Всепроникающие вычисления, цель которых заключается в развертывании широкого спектра интеллектуальных устройств по всему рабочему и жилому пространству человека, которые координируют друг с другом, чтобы предоставить пользователям универсальный и немедленный доступ к информации и поддержать пользователей в выполнении их задач. Всепроникающее вычислительное пространство отображается как комбинация мобильных и стационарных устройств, которые используют мощные сервисы, встроенные в сеть для решения задач пользователей.

– Еще одна цель – это общение с искусственным интеллектом. Эта метафора представляет собственное видение будущего, где все люди будут окружены интеллектуальными электронными средами, и это окружение претендует на то, чтобы быть чувствительным и отзывчивым к их потребностям [6].

Распространение информационных технологий на все бытовые приборы и объекты, основанные на миниатюрных и недорогих аппаратных средствах.

Все эти понятия имеют, по сути, одну и ту же цель: интегрировать информационно-коммуникационные технологии в жизнь людей таким образом, чтобы они были невидимыми, но вездесущими.

Наибольшие трудности при таком подходе новые компьютерные технологии несут в вопросах связанных с безопасностью данных, доверием, необходимостью конкретных расчетов, поскольку это понятие подразумевает запоминание, обработку и передачу данных, касающихся деятельности людей, и они могут позволить раскрыть некоторые конфиденциальные аспекты личности и жизни человека [7].

Несмотря на все эти возможные резервы, озабоченность в этой области достаточно распространена, как в академической среде и исследовательских лабораториях, так и в компаниях, имеющих коммерческие цели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В истории развития средств вычислительной техники обычно выделяют четыре периода: домеханический (период абака); механический; электромеханический; электронный. На этапе домеханического периода для выполнения счетных операций использовались подсобные средства, а также создавались календари, таблицы, приборы и устройства, которые облегчали человеку счет. В период Возрождения были изобретены канцелярские счеты, которые пришли в Европу с Востока. Начало XVII в. ознаменовалось изобретением сразу нескольких подобных устройств. Следующим периодом развития средств вычислительной техники был механический период, в процессе которого появились машины, операции в которых выполняли механизмы, приводившиеся в действие силами человека. Электромеханический период был связан с применением в конструкциях счетных механизмов электроэнергии. Для машин электромеханического принципа действия было характерно наличие электроаппаратуры, при помощи которой работали все их механизмы. В электромеханических машинах, как и в механических, в качестве основных физических элементов выступали колеса, рычаги, шестерни, валики, а в релейных – реле, контактные устройства, электромагниты и т.д.

Наиболее ранним инструментом для осуществления подсчетов, который известен в истории развития средств вычислительной техники, – это десять пальцев на человеческих руках. Первоначально результаты вычислений фиксировались с помощью пальцев, зарубок на камне и дереве, специальных узелков, палочек. С возникновением письменности начали появляться и развиваться разные способы записи чисел, изобретались позиционные системы счисления (в Индии – десятичная, в Вавилоне – шестидесятиричная). В XVII веке англичанин Эдмонд Гантер на основании открытых шотландским математиком Джоном Непером логарифмов, изобрел логарифмическую линейку. Данное устройство постоянно усовершенствовалось и используется и в наши дни. Качественным скачком в развитии средств вычислительной техники стало изобретение в 1642 году суммирующей машины «Паскалины». Эта машина представляла собой механический прибор в виде ящичка с большим количеством взаимосвязанных шестерёнок. В XVIII веке многие ученые делали попытки усовершенствовать вычислительные машины. Основная идея состояла в том, чтобы создать коммерчески успешное устройство.

Век серийного производства компьютеров и аналогичных им вычислительных устройств начался после Второй мировой войны. В 1968-м была основана компания Intel, которой предстояло произвести революцию в этом направлении. Правительства стран, участвующих во Второй мировой войне, осознавали стратегическую роль вычислительных машин в ведении военных действий. Это послужило толчком к разработкам и параллельному возникновению в этих странах первого поколения компьютеров. Изучение функционирования электронных вычислительных средств, наряду с достижениями математики, информатики и физиологии нервной деятельности, в условиях растущих потребностей информационного обслуживания общества привели к возникновению кибернетики — науки об управлении в технических устройствах, живых организмах и человеческих организациях.

Технологическая эволюция решительно определила экономическое и социальное состояние человечества на всех этапах истории, что особенно подчеркивалось в последние десятилетия достижениями в области новых компьютерных технологий. В настоящее время существует скрытая тенденция к миниатюризации и расширению использования вычислительной техники во всех социально-профессиональных областях и видах деятельности с целью достижения уровня вездесущности и «невидимости», который соответствовал бы объекту новым цифровым технологиям. Эти технологии должны встроить множество небольших и узкоспециализированных устройств в повседневную среду современного человека таким образом, чтобы они работали без проблем и становились прозрачными для использующего их человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Астафьева В.В. История развития вычислительной техники / В.В. Астафьева // Молодой ученый. – 2020. – № 3 (293). – С. 16-19.
Безгубина Е.Е. История развития вычислительной техники / Е.Е. Безгубина // В мире научных открытий: Материалы II Международной студенческой научной конференции. – 2018. – С. 94-96.
Вишницкая А.Ю. Эволюция средств вычислительной техники / А.Ю. Вишницкая, Я.В. Скибина // Информационное общество: современное состояние и перспективы развития: сборник материалов VIII международного форума. – 2017. – С. 291-293.
Гайнуллин Р.Ф. История развития вычислительной техники / Р.Ф. Гайнуллин, А.А. Кадомский, А.П. Яшникова // Научный журнал. – 2016. – № 12 (13). – С. 40-42.
Казакова И.А. История вычислительной техники: учеб. пособие / И.А. Казакова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 232 с.
Махмудова М.М. История развития средств вычислительной техники / М.М. Махмудова, А.М. Курбанова // Дагестан - IT – 2016: сборник материалов II Всероссийской научно-практической конференции. ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный педагогический университет»; УДПО «Махачкалинский центр повышения квалификации». – 2016. – С. 139-147.
Парфенов А.В. Тенденции развития технологии вычислительной техники / А.В. Парфенов, С.М. Чудинов // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Экономика. Информатика. – 2016. – №16 (237). – С. 98-106.
Поспелов Ю.С. Исторические этапы развития техники. Возникновение компьютерной техники как техники с програмным управлением / Ю.С. Поспелов // Вестник ГУУ. – 2014. – №5. – С. 128-130.
Преображенский Ю.П. Некоторые этапы истории развития информатики и вычислительной техники / Ю.П. Преображенский, Д.В. Жилин // Вестник Воронежского института высоких технологий. – 2018. – № 3 (26). – С. 37-39.
Хасанов И.И. Зарождение информационно-вычислительных систем: основные этапы развития вычислительной техники / И.И. Хасанов, Е.А. Логинова // История и педагогика естествознания. – 2017. – №3. – С. 31-36.
Христофоров Р.П. История развития вычислительной техники / Р.П. Христофоров, В.В. Гусев, И.В. Гусев, Л.А. Орловская // Научное сообщество студентов. Междисциплинарные исследования: Электронный сборник статей по материалам ХI студенческой международной научно-практической конференции. – 2016. – С. 162-167.
Хромой Б.П. История развития вычислительной техники и связи / Б.П. Хромой // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. – 2016. – Т. 10. – № 3. – С. 82-88.