История создания компьютеров

ПОКОЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ       

Ни одно техническое устройство не совершенствовалось так быстро, как компьютер. Каждые 10-12 лет происходил резкий прыжок в их конструкциях, способах производства. Новые модели быстро вытесняли стариков. Возможности и сферы их применения постоянно расширялись, а в отличие от других устройств, например, телевизоров или автомобилей, себестоимость и цена постоянно снижались.  
       Выделяют пять поколений компьютеров. Каждое поколение характеризуется элементной базой - видом элементов, из которых построена оперативная память и процессор, и развитием программного обеспечения.

Можно выделить общие тенденции развития компьютеров:

1. Увеличение количества элементов на единицу площади.
2. Уменьшение размеров.
3. Увеличение скорости работы.
4. Снижение стоимости.
5. Развитие программных средств, с одной стороны, и упрощение, стандартизация аппаратных – с другой.

Нулевое поколение. Механические вычислители

Предпосылки к появлению компьютера формировались, наверное, с древних  времен, однако нередко обзор начинают со счетной машины Блеза Паскаля, которую он сконструировал в 1642 г. Эта машина могла выполнять лишь операции сложения и вычитания. В 70-х годах того же века Готфрид Вильгельм Лейбниц построил машину, умеющую выполнять операции не только сложения и вычитания, но и умножения и деления.

В XIX веке большой вклад в будущее  развитие вычислительной техники сделал Чарльз Бэббидж. Его разностная машина, хотя и умела только складывать и вычитать, зато результаты вычислений выдавливались на медной пластине (аналог средств ввода-вывода информации). В дальнейшем описанная Бэббиджем аналитическая машина должна была выполнять все четыре основные математические операции. Аналитическая машина состояла из памяти, вычислительного механизма и устройств ввода-вывода (прямо таки компьютер … только механический), а главное могла выполнять различные алгоритмы (в зависимости от того, какая перфокарта находилась в устройстве ввода). Программы для аналитической машины писала Ада Ловлейс (первый известный программист). На самом деле машина не была реализована в то время из-за технических и финансовых сложностей. Мир отставал от хода мыслей Бэббиджа.

В XX веке автоматические счетные машины конструировали Конрад Зус, Джорж Стибитс, Джон Атанасов. Машина последнего включала, можно сказать, прототип ОЗУ, а также использовала бинарную арифметику. Релейные компьютеры Говарда Айкена: «Марк I» и «Марк II» были схожи по архитектуре с аналитической машиной Бэббиджа.

 
       Первое поколение. Компьютеры на электронных лампах (194х-1955)

 Элементной базой компьютеров первого поколения были вакуумные электронные лампы, которые сегодня еще можно увидеть в старых телевизорах и радиоприемниках. Тысячи ламп были в металлических шкафах, которые занимали много места. Весила такая машина десятки тонн. Для ее работы требовалась электростанция. Для охлаждения машины использовали мощные вентиляторы. Программирование выполняли в кодах машины, доступ к которой имели только специалисты-профессионалы.  
       Быстродействие составляло несколько тысяч операций за секунду. Эти машины имели небольшую оперативную память.

Быстродействие: несколько десятков тысяч операций в секунду.

Особенности:

• Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тысячи, то машины имели огромные размеры.
• Поскольку ламп много и они имеют свойство перегорать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышедшей из строя лампы.
• Лампы выделяют большое количество тепла, следовательно, вычислительные машины требуют специальные мощные охладительные системы.

Примеры компьютеров:

Колоссус – секретная разработка британского правительства (в разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это первый в мире электронный компьютер, хотя и не оказавший влияние на развитие компьютерной техники (из-за своей секретности), но помог победить во Второй мировой войне.

Эниак. Создатели: Джон Моушли и Дж. Преспер Экерт. Вес машины 30 тонн. Минусы: использование десятичной системы счисления; множество переключателей и кабелей.

Эдсак. Достижение: первая машина с программой в памяти.

Whirlwind I. Слова малой длины, работа в реальном времени.

Компьютер 701 (и последующие модели) фирмы IBM. Первый компьютер, лидирующий на рынке в течение 10 лет.

 
       Второе поколение. Компьютеры на транзисторах (1955-1965)

Элементной базой компьютеров второго поколения были транзисторы, которые заменили электронные лампы. Транзисторы значительно меньше ламп и потребляют значительно меньше энергии. Поэтому размеры компьютера уменьшились. Возможности же увеличились, поскольку появились языка программирования высокого уровня и программное обеспечение. Программирование стало доступным и для не профессионалов в области компьютеров. В программном обеспечении были заранее разработанные программы решения наиболее типичных задач. Быстродействие машин достигла сотен тысяч операций за секунду. Значительно увеличилась оперативная память. Наиболее распространенными были такие марки машин: "Элиот" (Англия), "Сименс" (ФРГ), "Стретч", "CDC" (США), "Раздаи-2", серия "Минск", "Урал", "Найри", "Мир", "Бзсм-б" (в нашей стране).

Быстродействие: сотни тысяч операций в секунду.

По сравнению с электронными лампами использование транзисторов позволило уменьшить размеры  вычислительной техники, повысить надежность, увеличить скорость работы (до 1 млн. операций в секунду) и почти свести на нет теплоотдачу. Развиваются  способы хранения информации: широко используется магнитная лента, позже  появляются диски. В этот период была замечена первая компьютерная игра.

Первый компьютер на транзисторах TX стал прототипом для компьютеров ветки PDP фирмы DEC, которые можно считать родоначальниками компьютерной промышленности, т.к появилось явление массовой продажи машин. DEC выпускает первый миникомпьютер (размером со шкаф). Зафиксировано появление дисплея.

Фирма IBM также активно трудится, производя уже транзисторные  версии своих компьютеров.

Компьютер 6600 фирмы CDC, который разработал Сеймур Крей, имел преимущество над другими компьютерами того времени – это его быстродействие, которое достигалось за счет параллельного выполнения команд.

Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах (1965-1980)

Элементная база компьютеров третьего поколения - интегрированные устройства (интегральные схемы, чипы). Интегрированное устройство - это небольшая пластинка из чистого кремния, на которой являются миниатюрные электронные элементы: транзисторы, резисторы и т.п..  
       Таких элементов на квадратном сантиметре сначала было несколько тысяч. Значительно увеличились быстродействие (до нескольких миллионов операций за секунду) и объем оперативной намятые. Развилось программное обеспечение. Удобство в пользовании открыло широкий доступ к компьютерам. Такая машина может одновременно решать несколько задач, выполняя несколько программ.  
       Пользователям нет потребности работать непосредственно с внутренностями компьютера не отходя ни на шаг, так- как есть пульт управления. Для работы им предоставлены терминалы (клавиатура, дисплей и устройства введения - выведения), которые могут быть отдалены от компьютера на немалые расстояния. Для сохранения информации используют магнитные ленты и магнитные диски. Магнитные носители информации стали вытеснять перфокарты и перфоленты. Начался переход к информатике. Машины третьего поколения - серия "ІВМ-360", "ІВМ-370" в США, серия ЭС в нашей стране - аналог серии "ІBM". Разработка проекта машины третьего поколения стоила фирме ІBM в 60-х годах 5 миллиардов долларов.

Быстродействие: миллионы операций в  секунду.

Интегральная схема представляет собой электронную схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На такой схеме  умещаются тысячи транзисторов. Следовательно, компьютеры этого поколения были вынуждены стать еще мельче, быстрее  и дешевле.

Последнее свойство позволяло компьютерам  проникать в различные сферы  деятельности человека. Из-за этого  они становились более специализированными (т.е. имелись различные вычислительные машины под различные задачи).

Появилась проблема совместимости  выпускаемых моделей (программного обеспечения под них). Впервые  большое внимание совместимости  уделила компания IBM.

Было реализовано мультипрограммирование (это когда в памяти находится  несколько выполняемых программ, что дает эффект экономии ресурсов процессора).

Дальнейшее развитие миникомпьютеров (PDP-11).

Четвертое поколение. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)

Элементной базой компьютеров четвертого поколения являются крупномасштабные интегрированные устройства. Прогресс, в физике, полупроводников дал возможность разместить большое количество элементов на маленьком кристалле кремния (десятки тысяч на квадратном сантиметре). Кроме того, на одном кристалле кремния стало возможно разместить устройство, которое воссоздает работу процессора. Такие кристаллические процессоры называются микропроцессорами. Это обусловило появление микрокалькуляторов, персональных компьютеров, которые можно размещать на обычном рабочем столе, а также мощных много процессорных компьютеров. Увеличились быстродействие (к миллиарду операций за секунду), емкость оперативной памяти, удобство в пользовании. Массовое производство и сбыт обеспечили резкое снижение цен на компьютерную технику.  
       Пользователь снова сел за пульт управления, но уже персонального компьютера. Мощнейшие машины четвертого поколения: "Эльбрус" в нашей стране, американские машины серии "Крей" и прочие.  
       На уровне четвертого поколения состоялось деление машин на большие вычислительные машины и персональные компьютеры.  
       Сегодня уже есть несколько поколений персональных компьютеров.

Быстродействие: сотни миллионов  операций в секунду.

Появилась возможность размещать  на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров  увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось  развитие программного обеспечения, чтобы  личность могла использовать компьютер  в соответствие со своей фантазией.

В конце 70-х – начале 80-х популярностью  пользовался компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.

Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.

Пятое поколение?

Элементной базой компьютеров пятого поколения стали очень большие масштабные интегрированные устройства, которые содержат сотни тысяч элементов на квадратном сантиметре.  
       В 1980 г. японское правительство и некоторые фирмы объявили десятилетнюю программу создания компьютерной системы пятого поколения, которое должна была базироваться на использовании искусственного интеллекта, экспертных систем и естественного языка общения. Эту программу назвали "японским вызовом", поскольку авангардная роль в области компьютерной техники сегодня належит США.  
       Ну а сейчас, можно выделить, ещё пять поколений персонального PENTIUMа плюс новая оперативка, беспроводная связь, управление голосом, передача запаха, 200 гигабайт в кармане и 20 на одном диске, размер калькулятора… 
       Но Вы же сами понимаете- совершенству нет предела!!!

Сюда относят неудавшийся проект Японии (хорошо описан в Википедии). Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и др.) или карманные компьютеры.

Также существует мнение, что к  пятому поколению следует относить компьютеры с двухядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение  началось примерно с 2005 года.

Персональные компьютеры (ПК)

Различают стационарные и портативные (ноутбуки).

Для персональных компьютеров обязательно  наличие монитора и ряда других периферийных устройств. В блоке ПК находятся  материнская (системная) плата, процессор, различная память (ОЗУ, жесткий диск), устройства ввода-вывода, интерфейсы периферийных устройств и др.

ПК хорошо расширяемы. К ним легко  подключаются различные дополнительные устройства. На персональные компьютеры можно устанавливать широкий  спектр различного программного обеспечения.

Игровые компьютеры

По сравнению с персональными  вычислительными машинами у игровых  компьютеров увеличены мультимедийные возможности (звук, видео, интерактивность), но существуют ограничения на объем  программного обеспечения, а также  возможность дальнейшего расширения (подключения новых устройств). У  игровых компьютеров не предполагается наличие монитора и жесткого диска.

В качестве примера игрового компьютера можно привести Sony PlayStation.

Цены на игровые компьютеры обычно ниже, чем на персональные.

Карманные компьютеры

Похожи на персональные компьютеры, но меньше их по размеру (представляют собой «наладонники»). Обычно используются как электронные ежедневники  или для чтения электронных книг.