История вычислительной техники

Несмотря на то, что первые настоящие компьютеры появились только в XX веке, история счетных устройств, являвшихся предшественниками компьютеров, насчитывает много веков.

Нулевое поколение компьютеров:

l 500 г. н.э. Изобретены счеты (абак) - инструмент вычислений, состоящий из костяшек, нанизанных на стержни. Стержни представляли собой разряды системы счисления: каждая костяшка на первом стержне имеет достоинство 1, на втором - 10 и так далее.

Рис. 1.1. Реконструкция римского абака

l 1622 г. Изобретена логарифмическая линейка английским математиком-любителем Уильям Отред. Принцип действия логарифмической линейки основан на том, что умножение и деление чисел заменяется соответственно сложением и вычитанием их логарифмов.

Рис. 1.2. Логарифмическая линейка. Умножение 1,3 × 2 или деление 2,6 / 2

l 1642 г. Француз Блез Паскаль (Blaz Pascal) изобрел суммирующую машину. В этой машине каждому десятичному разряду соответствовало колесико с нанесенными на него делениями от 0 до 9. Соседние колесики были механически связаны так, что избыток над 9 колесико передавало следующему, поворачивая его на 1. Первые варианты «Паскалины» имели пять зубчатых колёс, позднее их число увеличилось до шести или даже восьми, что позволяло работать с большими числами, вплоть до 9999999. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса. Вращение колёс было возможно лишь в одном направлении, исключая возможность непосредственного опери-рования отрицательными числами. Тем не менее, машина Паскаля позволяла выполнять не только сложение, но и другие операции, но требовала при этом применения довольно неудобной процедуры повторных сложений. Вычитание выполнялось при помощи дополнений до девятки, которые для помощи считавшему появлялись в окошке, размещённом над выставленным оригинальным значением. 

Рис. 1.3. Суммирующая машина Паскаля

l 1801 г. Изобретение первой перфокарты для ткацкого станка Жозефа Мари Жаккара. Серия карт могла быть заменена, и смена узора не требовала изменений в механике станка. Это было важной вехой в истории программирования.

Рис. 1.4. Перфокарты станка Жаккара

l 1820-е годы изобретен арифмометр Томаса, первое механическое вычислительное устройство, предназначенное для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания. Получило широкое распространение.

Рис. 1.5. Арифмометр 1932 года выпуска

l 1822 г. Англичанин Чарльз Бэббидж (Charles Babbidg) изобрел разностную машину, предназначенную для расчетов и печати больших математических таблиц. В 1834 г. он же изобрел аналитическую машину, производящую вычисления, по набору инструкций, записанных на перфокартах. Дочь знаменитого английского поэта лорда Байрона разработала программы для работы на машине Беббиджа. Она считается первым программистом. В честь нее назван язык программирования, разработанный в 1979 г. – ADA.

Рис. 1.6. Копия разностной машины в лондонском Музее Науки.

l 1890 г. Американец Герман Холлерит (German Hollerit) изобрел статистический табулятор, с целью ускорить обработку результатов переписи населения. Машина Холлерита имела большой успех, на ее основе было создано преуспевающее предприятие, которое в 1924 г. превратилось в фирму IBM - крупнейшего производителя современной вычислительной техники.

а)	б)
	Рис. 1.7. а) перфоратор (пантограф) Г. Холлерита, 1897 г. б) статистическая машина Г. Холлерита, около 1890 г. в) интегрирующий табулятор, около 1895 г.
в)

l 1936 г. Англичанин Алан Тьюринг (Alan Turing) опубликовал основополагающую работу "О вычислимых числах", заложив теоретические основы теории алгоритмов.

l 1938 г. Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse) построил первый чисто механический компьютер Z1, работавший на двоичной логике и применявший арифметику с плавающей запятой.

Рис. 1.8. Модель вычислительной машины Z1

в Немецком техническом музее Берлина

l 1943 г. Под руководством американца Говарда Айкена (Howard Aiken), по заказу и при поддержке фирмы IBM создан Mark-1 - первый в США программно-управляемый компьютер. Он был построен на электромеханических реле, а программа обработки данных вводилась с перфоленты. Характерис-тики: около 17 метров в длину, 75 тысяч электронных ламп, 3 тысячи механических реле, память: 96 40-битных слов (4 трубки Уильямса), магнитный барабан: 1024—4096 40-битных слов, процессор: 30 инструкций (26 в апрельском варианте), аккумуляторная архитектура, быстродействие 0,00056 MIPS (но для умножения — гораздо медленнее). Данный компьютер производил вычисления с точностью до 23 значащих цифр и при этом выполнял операцию сложения за 3 секунды, а деления за 12 секунд.

Рис. 1.9. Mark-1 первый в США программно-управляемый компьютер.

Первое поколение компьютеров:

Рис. 1.10. Схематичное изображение машины фон Неймана.

l 1945 г. Американец Джон фон Нейман (John von Neumann) в отчете "Предварительный доклад о машине Эдвак" сформулировал основные принципы работы и компоненты современного программно-управляемого компьютера. Он определил пять компонент: арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления, память, устройство ввода и устройство вывода информации. С этих пор архитектура подобных компьютеров (подавляющее большинство современных компьютеров) называется фон-неймановской.

l 1946 г. Американцы Джон Экерт (John Eckert) и Джон Мочли (John Mauchly) создали первый мощный электронный цифровой компьютер "Эниак" (ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator), в 1000 раз более быстродействующий, чем Mark-1. Всего комплекс включал 17468 ламп, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70000 резисторов и 10000 конденсаторов. Потребляемая мощность — 150 кВт. Вычислительная мощность — 300 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду. Вес - 27 тонн. Вычисления производились в десятичной системе.

Рис. 1.11. ENIAC

l 1949 г. В Манчестерском Университете (Великобритания) под руководством Мориса Уилкса (Maurice Wilkes) построен первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой - EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Компьютер состоял из примерно 3000 электронных ламп. Основная память компьютера состояла из 32-х ртутных ультразвуковых линий задержки (РУЛЗ), каждая из которых хранила 32 слова по 17 бит, включая бит знака — всего это даёт 1024 ячеек памяти. Была возможность включить дополнительные линии задержки, что позволяло работать со словами в 35 двоичных разрядов (включая бит знака). Вычисления производились в двоичной системе со скоростью от 100 до 15 000 операций в секунду. Потребляемая мощность — 12 кВт, занимаемая площадь — 20 м².

Рис. 1.12. EDSAC

Второе поколение компьютеров:

l 1955 г. Появление второго поколения компьютеров, создаваемых на базе транзисторов. В Bell Laboratories под руководством Дж. Фелькера (J. Felker) была завершена разработка компьютера Tradic (Transistor Digital Computer) по заказу американских военно-воздушных сил.

l  1957 г. В фирме IBM под руководством Джона Бэкуса (John Backus) завершена разработка языка программирования ФОРТРАН (FORmula TRAnslator) - стандарта в области программирования научно-технических задач.

l 1959 г. Завершена разработка языка программирования АЛГОЛ (ALGOrythmic Language), надолго ставшего стандартом в области языков программирования.

l 1960 г. Завершена разработка языка программирования КОБОЛ (COmmon Business Oriented Language), ставшего стандартом в области программирования экономических задач.

l 1961 г. Компания IBM Deutschland продемострировала возможность подключения компьютера к телефонной линии с помощью модема.

l 1964 г. Компания IBM объявила о создании семейства компьютеров под названием "Система-360" (System-360) – третье поколение компьютеров. Это был важнейший шаг унификации, совместимости и стандартизации компьютеров. Широкое распространение System 360 де-факто установило стандарт байта, состоящего из 8 битов, и ввело в широкое употребление шестнадцатеричную систему счисления в программировании. Завершена разработка языка программирования Бейсик (BASIC).

Рис. 1.13. IBM Syste m 360

l 1968 г. Основание американской фирмы Intel (INTegrated ELectronics) - признанного лидера в области производства микропроцессоров и других интегральных схем для компьютеров.

l 1970 г. Швейцарец Никлас Вирт (Niklaus Wirth) завершил разработку языка программирования Паскаль, получившего впоследствии широкое распространение в обучении, науке и практическом программировании.

l 1971 г. Под руководством инженера фирмы Intel Теда Хоффа (Edward Hoff) создан первый микропроцессор - 4-разрядный 4004 или, как его назвали, - "компьютер в одном кристалле". Он состоял из 2250 транзисторов и выполнял все функции центрального процессора универсального компьютера.

l 1972 г. Завершена разработка языка программирования Пролог (PROgramming in LOGic) - для решения логических задач.

l 1973 г. Кен Томпсон (Ken Thompson) и Деннис Ритчи (Dennis Ritchie) создали операционную систему OS UNIX и язык программирования C. Компания IBM разработала первый жесткий диск типа "Винчестер" (30/30 - 30 цилиндров по 30 секторов каждый).

l 1974 г. Компания Intel сконструировала первый универсальный 8-разрядный микропроцессор 8080 с 4500 транзисторов. Этот микропроцессор стал стандартом микрокомпьютерной технологии. Офицер американских ВВС Эд Робертс (Edward Roberts) на базе микропроцессора 8080 построил микрокомпьютер "Альтаир", широко продававшийся для домашнего применения.

Рис. 1.14. Микрокомпьютер «Альтаир»

l 1976 г. Американцы Стив Джобс (Stiv Jobs) и Стив Возняк (Stiv Woznyak) построили компьютер Apple I, положивший начало направлению Apple Computer.

l 1977 г. Запущены в массовое производство три персональных компьютера: Apple-2 (компании Apple Computer) на базе микропроцессора 6502, PET (компании Commodore), TRS-80 (компании Radio Shack, позже преобразованной в Tandy Corporation) на базе микропроцессора Z80.

l 1978 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора 8086. г.

l 1981 г. Компания IBM выпустила свой первый персональный компьютер IBM PC 5150 на базе микропроцессора 8088 – четвертое поколение компьютеров. Компьютер работал под управлением операционной системы MS-DOS, разработанной фирмой Microsoft.

l 1984 г. Создание первого компьютера типа Laptop.

l 1985 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора 80386. Компания Microsoft закончила разработку графического пользовательского интерфейса Microsoft Windows.

а)	б)
	Рис. 1.15. а) Apple I, б) Apple II, в) IBM PC 5150.
в)

l 1993 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора Pentium – пятое поколение компьютеров. Компания Microsoft закончила разработку новой операционной системы Windows NT для работы с корпоративными приложениями, требующими повышенной надежности операционной системы.

l 1995 г. Компания Microsoft закончила разработку операционной системы – Windows 95. Компания Compaq выпустила первый карманный компьютер.

Рис. 1.16. Intel 80386	Рис. 1.17. Intel Pentium
Рис. 1.18. Intel Pentium II	Рис. 1.19. Intel Pentium III

l 1997 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора Pentium Pro – шестое поколение компьютеров. В этом же году Компания Intel начала выпуск микропроцессора Pentium II.

l 1998 г. Компания Microsoft закончила разработку операционной системы - Windows'98.

l 1999 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора Pentium III.

l 2000 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора Pentium 4 – седьмое поколение компьютеров.

l 2001 г. Компания Microsoft закончила разработку операционной системы следующего поколения - Windows XP.

l 2006 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора Intel Core.

l 2006 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора Intel 2 Core.

l 2007 г. Компания Microsoft закончила разработку операционной системы следующего поколения - Windows Vista.

l 2008 г. Компания Intel начала выпуск микропроцессора Intel Core i7.

l 2009 г. Компания Microsoft закончила разработку операционной системы следующего поколения - Windows 7.

Рис. 1.20. Intel Pentium 4	Рис. 1.21. Intel 2 Core

Рис. 1.22. Диаграмма Закона Мура.. Количество транзисторов удваивается каждые 2 года