Развитие электронно-вычислительной техники

ЭВМ первого поколения. В 40-е годы XX века начались работы по созданию первых электронно-вычислительных машин, в которых на смену механическим деталям пришли электронные лампы (см. таблицу в конце параграфа). ЭВМ первого поколения требовали для своего размещения больших залов, так как в них использовались десятки тысяч электронных ламп. Такие ЭВМ создавались в единичных экземплярах, стоили очень дорого и устанавливались в крупнейших научно-исследовательских центрах.

В 1945 году в США был построен ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный числовой интегратор и калькулятор), а в 1950 году в СССР была созда­на МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) (рис. 1.6).

Рис. 1.6. МЭСМ

Рис.1.7

ЭВМ первого поколения могли выполнять вычисления со скоростью несколько тысяч операций в секунду, последовательность выполнения которых задавалась программами. Программы писались на машинном языке, алфавит которого состоял из двух знаков: 1 и 0.

Программы вводились в ЭВМ с помощью перфокарт или перфолент (рис. 1.7), причем наличие

отверстия на перфокарте соответствовало знаку 1, а его отсутствие — знаку 0.

Результаты вычислений выводились с помощью печатающих устройств в форме длинных последовательностей нулей и единиц. Писать программы на машинном языке и расшифровывать результаты вычислений могли только высококвалифицированные программисты, понимавшие язык первых ЭВМ.

ЭВМ второго поколения. В 60-е годы XX века были созданы ЭВМ второго поколения, основанные на новой элементной базе — транзисторах (см. таблицу в конце параграфа), которые имеют в десятки и сотни раз меньшие размеры и массу, более высокую надежность и потребляет значительно меньшую электрическую мощность, чем электронные лампы. Такие ЭВМ производились малыми сериями и устанавливались в крупных научно-исследовательских центрах и ведущих высших учебных заведениях.

В СССР в 1967 году вступила в строй наиболее мощная в Европе ЭВМ второго поколения БЭСМ-б (Большая Электронная Счетная Машина), которая могла выполнять 1 миллион операций в секунду (рис. 1.8).

Рис. 1.8. БЭСМ-6

В БЭСМ-б использовалось 260 тысяч транзисторов, устройства внешней памяти на магнитных лентах для хранения программ и данных, а также алфавитно-цифровые печатающие устройства для вывода результатов вычислений.

Работа программистов по разработке программ существенно упростилась, так как стала проводиться с использованием языков программирования высокого уровня (Алгол, Бейсик и др.).

ЭВМ третьего поколения. Начиная с 70-х годов прошлого века, в качестве элементной базы ЭВМ третьего поколения стали использовать интегральные схемы (см. таблицу в конце параграфа). В интегральной схеме (маленькой полупроводниковой пластине) могут быть плотно упакованы тысячи транзисторов, каждый из которых имеет размеры, сравнимые с толщиной человеческого волоса.

Рис.1.9

ЭВМ на базе интегральных схем стали гораздо более компактными, быстродействующими и дешевыми. Такие мини-ЭВМ (рис. 1.9) производились большими сериями и были доступными для большинства научных институтов и высших учебных заведений.

Рис 1.10

Персональные компьютеры. Развитие высоких технологий привело к созданию больших интегральных схем — ВИС (см. таблицу в конце параграфа), включающих десятки тысяч транзисторов. Это позволило приступить к выпуску компактных персональных компьютеров, доступных для массового пользователя.

Первым персональным компьютером былиApple II (рис. 1.10) («дедушка» современных компьютеров Macintosh), созданный в 1977 году. В 1982 году фирма IBM приступила к изготовлению персональных компьютеров IBM PC («дедушек» современных IBM-совместимых компьютеров).

Современные персональные компьютеры компактны и обладают в тысячи раз большим быстродействием по сравнению с первыми персональными компьютерами (могут выполнять несколько миллиардов операций в секунду). Ежегодно в мире производится почти 200 миллионов компьютеров, доступных по цене для массового потребителя

Персональные компьютеры могут быть различного конструктивного исполнения: настольные, портативные (ноутбуки) и карманные (наладонники) (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Современные персональные компьютеры

 

История развития компьютера

История компьютера тесным образом связана с попытками человека облегчить автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счётное устройство- абак. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка,облегчающая сложные математические расчёты. В 1642 году Блез Паскаль сконструировал восьмизарядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление.Этот прибор прочно занял своё место на бухгалтерских столах.

Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров,были изложены ещё в 1833 английским математиком Чарльзом Бэббиджом. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчётов, где предугадал устройства современного компьютера,а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты-листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий.В то время перфокарты использовались в текстильной промышленности. Управление такой машиной должно было осуществляться програмным путём.

Идеи Бэббиджа стали реально выполняться в жизнь в конце 19 века. В 1888 американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счётную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 изобретение Холлерита было использовано в 11-ой американской переписи населения. Работа, которую 500 сотрудников выполняли в течении семи лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах выполнил за один месяц.

В 1896 Герман Холлерит основал фирму COMPUTING TOBULATING RECORDING COMPANY,которая стала основой для будущей Интернешинал Бизнес Мэшинс(IBM)-компании внёсшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.

Дальнейшее развитие науки и техники позволии в 1940-х годах построить первые вычислительные машины.В феврале 1944 наодном из предпиятий Ай-Би-Эм в сотрудничестве с учёными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина “Марк-1”.Это был монстр весом в 35 тонн.

“Марк-1” был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами,закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длинной до 23 разрядов.Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.

Но электромеханические реле работали недостаточно быстро.Поэтому уже в 1943 американцы начали разработку альтернативного варианта вычислительной машины на основе электронных ламп.В 1946 была построена первая электронная вычислительная машина ENIAC.Её вес составлял 30 тонн,она требовала для размещения 170 квадратных метров площади.Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп.Считала ммашина в двоичной системе и производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду.

Машины на электронных лампах работали существенно быстрее,но сами электронные лампы часто выходили из строя.Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин,Уолтер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли предложили использовать изобретённые ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы-транзисторы.

Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC стал первым серийно выпускавшимся компьютером,а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США.

С активным внедрением транзисторов в 1950-х годах связано рождение второго поколения компьютеров.Один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп.В результате бытродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров.В компьютерах стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников,способные хранить большой объём информации.

В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (чипы),в которых все электронные компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки.Применение чипов в компьютерах позволяет сократить пути прохождения тока при переключениях,и скорость вычислений повышается в десятки раз.Существенно уменьшаются габариты машин.Появление чипа знаменовало собой рождение третьего поколения компьютеров.

К началу 1960-х годов компьютеры нашли широкое применение для обработки большого количества статистических данных,производства научных расчётов,решения оборонных задач,создания автоматизированных систем управления.Высокая цена,сложность и дороговизна обслуживания больших вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах.Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 американской фирме DIGITAL EQUIPMENT выпустить миникомпьютер PDP-8 ценой в 20 тысяч долларов,что сделало компьютер доступным для средних и мелких коммерческих компаний.

В 1970 сотрудник компании INTEL Эдвард Хофф создал первый микропроцессор,разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле.Это ревалюционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах как о громоздких,тяжеловесных монстрах.С микропроцессором появляются микрокомпьютеры-компьютеры четвёртого поколения,способные разместиться на письменном столе пользователя.

В середине 1970-х годов начинают предприниматься попытки создания персонального компьютера-вычислительной машины,предназначенной для частного пользователя.Во второй половине 1970-х годов появляются наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы APPLE, но широкое распространение персональные компьютеры получили созданием в августе 1981 года фирмой IBM модели компьютера IBM PC.Применение принципа открытой архитектуры,стандартизация основных компьютерных устройств и способов их соединения привели к массовому производству клонов IBM PC,мировому распространению микрокомпьютеров во всём мире.

За последние десятилетия 20 века микрокомпьютеры проделали значительный эволюционный путь,многократно увеличили своё быстродействие и объёмы перерабатываемой информации,но окончательно вытенить микрокомпьютеры и большие вычислительные системы-мейнфреймы они не смогли.Более того,развитие больших вычислительных систем привело к созданию суперкомпьютера-суперпроизводительной и супердорогой машины,способной просчитывать модель ядерного взрыва или крупного землетрясения.В конце 20 века человечество вступило в стадию формирования глобальной информационной сети,которая способна объединить возможности компьютерных систем…