История компьютеров

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

В нашу эпоху компьютер занимает определенное место в жизни человека. Кто-то использует компьютер для игр, кто-то для обучения, некоторые любят  посидеть в Internet.  Но все эти компьютеры имеют общую структуры и принципы функционирования, а соответственно, и историю развития. Эволюционный процесс, который привел к современным  компьютерам, был и продолжает оставаться чрезвычайно быстрым и динамичным. Ученые вывели даже закономерность, что  частота процессоров увеличивается  вдвое каждые 18 месяцев!

При создании машины, известной как "персональный компьютер", было использовано большое  число открытий и изобретений., которые  внесли важное значение в развитие компьютерной техники. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Исторические предшественники  компьютерам

1.1 Аналитическая  машина Чарльза Бэббиджа.

В первой половине XIX в. английский математик  Чарльз Бэббидж попытался построить  универсальное вычислительное устройство, то есть компьютер (Бэббидж называл  его Аналитической машиной). Именно Бэббидж впервые додумался до того, что компьютер должен содержать  память и управляться с помощью  программы. Бэббидж хотел построить  свой компьютер как механическое устройство, а программы собирался  задавать посредством перфокарт  — карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий (они в то время уже широко употреблялись  в ткацких станках). Однако довести  до конца эту работу Бэббидж не смог — она оказалась слишком  сложной для техники того времени. 

1.2 Первые  компьютеры

В 40-ходах XX в. сразу несколько групп исследователей повторили попытку Бэббиджа на основе техники XX в. — электромеханических  реле. Некоторые из этих исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и переоткрыли его идеи заново. Первым из них был немецкий инженер  Конрад Цузе, который в 1941 г. построил небольшой компьютер на основе нескольких электромеханических реле. Но из-за войны работы Цузе не были опубликованы. А в США в 1943 г. на одном из предприятий  фирмы IBM американец Говард Эйкен создал более мощный компьютер под названием  «Марк-1». Он уже позволял проводить  вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью арифмометра), и реально использовался для  военных расчетов.

Однако  электромеханические реле работают весьма медленно и недостаточно надежно. Поэтому начиная с 1943 г. в США  группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать компьютер ENIAC на основе на основе электронных ламп. Созданный ими компьютер работал  в тысячу раз быстрее, чем Марк-1. Однако обнаружилось, что большую  часть времени этот компьютер  простаивал — ведь для задания  метода расчетов (программы) в этом компьютере приходилось в течение  нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. А сам расчет после этого мог  занять всего лишь несколько минут  или даже секунд.

2. Компьютеры с хранимой  в памяти программой

Чтобы упростить и убыстрить процесс  задания программ, Мочли и Экерт  стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить программу  в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик  Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. Доклад был  разослан многим ученым и получил  широкую известность, поскольку  в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, т.е. универсальных вычислительных устройств. И до сих пор подавляющее  большинство компьютеров сделано  в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе  в 1945 г. Джон фон Нейман. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом  Уилксом. Мы расскажем о принципах  фон Неймана в следующем параграфе.

2.1 Развитие  элементной базы компьютеров

В 40-х  и 50-х годах компьютеры создавались  на основе электронных ламп. Поэтому  компьютеры были очень большими (они  занимали огромные залы), дорогими и  ненадежными — ведь электронные  лампы, как и обычные лампочки, часто перегорают. Но в 1948 г. были изобретены транзисторы — миниатюрные и  недорогие электронные приборы, которые смогли заменить электронные  лампы. Это привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни  раз и повышению их надежности. Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а  к середине 60-х годов был созданы  и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить  в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. дол. (компьютеры 40-х и 50-х годов  обычно стоили миллионы дол.).

После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров  было соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Но в 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел способ, позволяющий  создавать на одной пластине кремния  транзисторы и все необходимые  соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать  интегральные схемы памяти. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось  разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год, что и обеспечивает постоянное уменьшение стоимости компьютеров и повышение быстродействия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Появление персональных  компьютеров

 Вначале  микропроцессоры использовались  в различных специализированных  устройствах, например, в калькуляторах.  Но в 1974 г. несколько фирм  объявили о создании на основе  микропроцессора Intel-8008 персонального  компьютера, т.е. устройства, выполняющего  те же функции, что и большой  компьютер, но рассчитанного на  одного пользователя. В начале 1975 г. появился первый коммерчески  распространяемый персональный  компьютер Альтаир-8800 на основе  микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер  продавался по цене около 500 дол. И хотя возможности его  были весьма ограничены (оперативная  память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено  с большим энтузиазмом: в первые  же месяцы было продано несколько  тысяч комплектов машины. Покупатели  снабжали этот компьютер дополнительными  устройствами: монитором для вывода  информации, клавиатурой, блоками  расширения памяти и т.д. Вскоре  эти устройства стали выпускаться  другими фирмами. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс  (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир»  интерпретатор языка Basic, что позволило  пользователям достаточно просто  общаться с компьютером и легко  писать для него программы.  Это также способствовало популярности  персональных компьютеров.

Успех Альтаир-8800 заставил многие фирмы также  заняться производством персональных компьютеров. Персональные компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и  монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч  штук в год. Появилось несколько  журналов, посвященных персональным компьютерам. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых  применений. Появились и коммерчески  распространяемые программы, например, программа для редактирования текстов WordStar и табличный процессор VisiCalc (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти (и многие другие) программы сделали покупку  персональных компьютеров весьма выгодным для бизнеса: с их помощью стало  возможно выполнять бухгалтерские  расчеты, составлять документы и  т.д. Использование же больших компьютеров  для этих целей было слишком дорого. 
 
 

4. Компьютеры фирмы  IBM

В конце 1980 года маленькая группа, названная Entry  Systems Division, была образована в  составе  фирмы  IВМ.  Первоначальный штат состоял из 12 человек (инженеров  и конструкторов) под  руководством Дона Эстриджа. Главным  конструктором  "команды" был Льюис Эггебрехт. Это  подразделение получило задание- разработать первый реальный  ПК  фирмы  IВМ.

   Фирм IBМ считала, что система 5100, разработанная в 1975 году, является "разумным" программируемым терминалом, а не  настоящим компьютером,  хотя  она действительно была   компьютером.

Эстридж и группа конструкторов быстро разработали  проект и спецификации новой системы. Группа изучила рынок, который  оказал  огромное влияние на проект IВМ РС.  Конструкторы  смотрели  господствующие стандарты, изучили другие успешные  системы  и  включили все эти  особенности - и даже больше - в новый  ПК. Фирма IВМ была готова производить  систему, которая идеально заполнила  свою нишу на рынке ЭВМ.

   После того, как параметры для  проекта были определены с  помощью изучения рынка, фирма  IВМ была в состоянии пройти  путь от идеи до выпуска  системы за один год. Компания  совершила этот подвиг, прибегнув  к покупке максимального количества  компонентов у внешних продавцов.  Например, фирма IВМ выдала контракт  на разработку языков программирования  и операционной системы маленькой  компании Мicrosoft. (Сначала фирма  IВМ предлагала сотрудничество  фирме Digital Research, однако, та не  заинтересовалась сделкой. фирма  Мicrosoft заинтересовалась и сейчас  она стала одной из крупнейших  в мире в области программного  обеспечения). Кроме помощи в быстром  выпуске конечного продукта, использование  внешних продавцов было открытым  приглашением к дальнейшей поддержке  системы. Так это и случилось.      Дебют IВМ РС, использующего РС 005, состоялся во вторник, августа  1981 года. В этот день новый стандарт  занял свое место в компьютерной  индустрии. С тех пор фирма  IВМ продала более чем 10 миллионов  РС, и РС вырос в целое семейство  компьютеров и внешних устройств.  Для этого семейства написано  больше программных продуктов,  чем для любой другой системы,  имеющейся на рынке. 
 

4.1 Концепция  открытой архитектуры

   До появления ПК IВМ все модели  микрокомпьютеров имели закрытую  архитектуру. Это означало, что  аппаратные средства компьютера  оставались для конечного пользователя "вещью в себе": любая их  модификация требовала достаточно  высокой специальной квалификации  в области электроники. Совершенствование  микрокомпьютера оставалось уделом  профессионалов-разработчиков, а  пользователям приходилось довольствоваться  тем, что они приобретали. С  того момента, когда на корпусе  микрокомпьютера при его сборке  был завернут последний винт, система была обречена на необратимое  старение. Безусловно, это не означало  кризисного положения в производстве  ПК, но спрос на них (и, соответственно, объем производства и сбыта)  был весьма невелик, а производительность  не могла быть даже сравнима  с профессиональными мини-ЭВМ.  Именно поэтому первоначально  их чаще называли "домашними", а не "персональными".

Вот как  открытость архитектуры IBM PC повлияла на развитие персональных компьютеров:

1. Перспективность  и популярность IBM PC сделала весьма  привлекательным производство различных  комплектующих и дополнительных  устройств для IBM PC. Конкуренция  между производителями привела  к удешевлению комплектующих  и устройств.

2. Очень  скоро многие фирмы перестали  довольствоваться ролью производителей  комплектующих для IBM PC и начали  сами собирать компьютеры, совместимые  с IBM PC. Поскольку этим фирмам  не требовалось нести огромные  издержки фирмы IBM на исследования  и поддержание структуры громадной  фирмы, они смогли продавать  свои компьютеры значительно  дешевле (иногда в 2-3 раза) аналогичных  компьютеров фирмы IBM. Совместимые  с IBM PC компьютеры вначале стали  презрительно называли «клонами»,  но эта кличка не прижилась,  так как многие фирмы-производители  IBM PC-совместимых компьютеров стали  реализовывать технические достижения  быстрее, чем сама IBM. 3. Пользователи  получили возможность самостоятельно  модернизировать свои компьютеры  и оснащать их дополнительными  устройствами сотен различных  производителей.

Все это  привело к удешевлению IBM PC-совместимых  компьютеров и стремительному улучшению  их характеристик, а значит, к росту  их популярности.

Фирма 1ВМ произвела в этой области настоящий  переворот. Так как еще до появления  ее первого ПК IВМ была фирмой-производителем больших вычислительных систем и  мини-ЭВМ, она просто перенесла модульный  принцип их построения в структуру  ПК.

Именно  в этом смысле его открытая архитектура  допускает замену дополнительных устройств  на новые при старении прежних. Это  качество поддерживается строго соблюдаемым  правилом, выработанным производителями  аппаратных и программных средств: все новые устройства и программы  должны быть совместимыми по принципу "сверху - вниз", то есть последующие  версии должны обслуживать все ранее  существовавшее.

Например: пользователь приобрел ПК IВМ с монохромным (одноцветным) монитором и таким  же видеоконтроллером (контроллером, который  управляет монитором). Через 1-2 года на рынке появился цветной контроллер. Даже неспециалист в состоянии извлечь  из системы устаревшее устройство и  заменить его новым. Еще через 2 года появился улучшенный цветной графический  контроллер. Пользователь вновь заменяет лишь один из компонентов ПК и так  далее. Преимущества подобного подхода  очевидны: во-первых, нет необходимости  в замене системы в целом, если возможно ее обновление "по частям", во-вторых, совершенствование ПК становится уделом самого пользователя, который  вследствие своей близости к конкретному  применению ПК лучше представляет себе, что требуется от системы, а в-третьих, процесс ремонта сводится к замене не отдельного элемента, а устройства в целом, что можно делать намного  быстрее.