История ЭВМ: от перфокарт до персональных компьютеров
Ровно 33 года назад, 12 августа 1981 года, на свет появился первый массовый персональный компьютер IBM PC, который со временем стали называть просто PC (ПК). То, что для нас уже давно стало привычным делом, в то время было настоящей революцией. M24.ru выделило основные этапы развития электронно-вычислительных машин.
Электронные вычислительные машины того времени представляли из себя массивные конструкции весом в несколько тонн. Каждый новый этап развития ЭВМ был связан не только с техническим прогрессом, но и с программным. Взять хотя бы Windows, который пришел на смену «бездушному» DOS.
Именно IBM, годом основания которой считается 1889 год, внесла огромный вклад в развитие компьютерной техники. Ее прародительница, корпорация CTR (Computing Tabulating Recording) включала в себя сразу три компании и выпускала самое различное электрическое оборудование: весы, сырорезки, приборы учета времени. После смены директора в 1914 году компания начала специализироваться на создании табуляционных машин (для обработки информации). Спустя 10 лет CTR поменяло свое название на International Business Machines или IBM.
M24.ru выделило основные этапы развития ЭВМ и их основных представителей, давших толчок к развитию современных компьютеров.
При этом история компьютеров IBM началась спустя более полувека, в 1941 году, когда был разработан и создан первый программируемый компьютер «Марк 1» весом порядка 4,5 тонн, 17 метров в длину, 2,5 метра – в высоту. Президент IBM вложил в него 500 тысяч долларов. Впервые «Марк 1» был запущен в Гарвардском университете в 1944 году. Чтобы понять, насколько сложна была конструкция машины, достаточно сказать, что общая длина проводов составила 800 км. При этом компьютер осуществлял три операции сложения и вычитания в секунду.
Первое поколение ЭВМ
Первая ЭВМ, основанная на ламповых усилителях, под названием «Эниак» была создана в США в 1946 году. По размерам она была больше, чем «Марк 1»: 26 метров в длину, 6 метров в высоту, а ее вес составлял около 30 тонн. При этом по производительности «Эниак» в 1000 раз превышала «МАРК-1», а на ее создание ушло почти 500 тысяч долларов. Но у нее были существенные недостатки: очень мало памяти для хранения данных и долгое время перепрограммирования – от нескольких часов и до нескольких дней.
Кстати, среди создателей «Эниак» был ученый Джон фон Нейман, предложивший архитектуру ЭВМ, заложенную в компьютерах с конца 1940-х до середины 1950-х годов. Именно он осуществил переход к двоичной системе счисления и хранению полученной информации.
Второе поколение ЭВМ
Второе поколение ЭВМ использовало в своей основе транзисторы, созданные в 1947 году. Это была очередная революция, в результате которой существенно уменьшились размеры и энергопотребление компьютеров, так как сами биполярные транзисторы в разы меньше вакуумных ламп.
В 1959 году появились первые компьютеры IBM на транзисторах. Они были надежны, и ВВС США стали использовать их в системе раннего оповещения ПВО. А в 1960 году IBM разработала мощную систему Stretch или «IBM-7030». Она была и вправду сильна – создатели добились 100-кратного увеличения быстродействия. В течение трех лет он был самым быстрым компьютером в мире. Однако со временем IBM уменьшила его стоимость, а вскоре и вовсе сняла с производства.
Третье поколение ЭВМ
Третье поколение компьютеров связано с использованием интегральных схем (в которых используется от десятков до сотен миллионов транзисторов), впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом.
В 1964 году IBM объявила о начале работы над целой линейкой IBM System/360.
Четвертое поколение ЭВМ
Четвертое поколение связано с использованием микропроцессоров. Первый такой микропроцессор под названием «Intel-4004» был создан в 1971 году компанией Intel, до сих пор остающейся в лидерах. Спустя 10 лет IBM выпустила первый персональный компьютер, который так и назывался IBM PC. Самая дорогая конфигурация стоила 3000 долларов и предназначалась для бизнеса, а конфигурация за 1500 долларов – для дома.
Интересно, что разработкой компьютера занимались всего четыре человека. Причем IBM не запатентовала ни операционную систему DOS, ни BIOS, что породило огромное количество клонов. Уже в 1996 году IBM уступило первое место по продажам ПК на ею же основанном рынке.
Несмотря на то, что современные гаджеты сильно отличаются по характеристикам от своего предшественника, все они относятся к тому же поколению ЭВМ.
Основные толчки для развития компьютеров дала наука (появление ламп, а затем транзисторов). В настоящее время распространяется ввод информации с голоса, общения с машиной на человеческом языке (приложение Siri в iPhone) и активная работа над роботами. Основное мнение, что будущее – за квантовыми компьютерами, которые будут использовать в своей основе молекулы и нейрокомпьютерами, использующими центральную нервную систему человека и непосредственно его мозг. Однако для того, чтобы эти технологии появились, необходимо досконально изучить эти системы.
Вычислительная техника
О том, как облегчить себе процессы деления, умножения, вычитания и сложения человечество задумалось довольно рано.
Калькулятор и компьютер — далеко не единственные устройства, с помощью которых можно проводить вычисления. О том, как облегчить себе процессы деления, умножения, вычитания и сложения человечество задумалось довольно рано. Одним из первых подобных устройств можно считать балансирные весы, которые появились еще в пятом тысячелетии до нашей эры. Впрочем, не будем погружаться так далеко в глубины истории.
Абак, известный у нас 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, уже упомянутый нами в предыдущей статье, вполне может считаться вычислительным механизмом.
С наступлением Средних Веков навыки создания подобных устройств были утрачены. Те темные времена вообще были периодом резкого упадка науки. Но в XVII веке человечество вновь задумалось о вычислительных машинах. И те не замедлили появиться.
Первые вычислительные машины
Создание устройства, которое могло бы производить вычисления, было мечтой немецкого астронома и математика Вильгельма Шиккарда. У него было множество различных проектов, но большинство из них потерпело крах. Шиккарда не смущали неудачи, и он, в конце концов, добился успеха. В 1623-м математик сконструировал «Считающие часы» — невероятно сложный и громоздкий механизм, который, однако, мог производить простейшие вычисления.
«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.
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.
Еще через тридцать лет, в 1673-м 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.
От калькулятора к компьютеру
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.
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.
Человеком, который заложил основы развития компьютерных технологий, многие считают французского ткача Жозефа Мари Жаккара. Сложно сказать, шутка 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.
Перфокарт Жаккара, естественно, не был электронным устройством. До появления подобных предметов было еще очень далеко, ведь Жаккар жил на рубеже еков. Однако перфокарты позднее стали широко применяться и в других сферах, уйдя далеко за переделы знаменитого ткацкого станка.
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.
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.
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. Но это, впрочем, уже совсем другая история.
Электронно-вычислительная техника: с чего все началось
Персональный компьютер – то, без чего невозможно представить жизнь современного человека. Но не всегда подобные устройства присутствовали в реальности. Развитие таких устройств началось задолго до появления электричества.
В данной статье будет рассказано о том, каким образом компьютеры и другие «виртуальные машины» пришли в современность. Информация будет одинаково полезна и взрослым, и школьникам.
Вычислительная техника – определение
Сначала требуется понять, что собой представляет ЭВМ. Лишь в этом случае получится выбрать правильное направление в изучении истории.
Трактуется соответствующий термин совершенно по-разному. В широком смысле это – техустройства, включающие в свой состав:
Данные «компоненты» используются для обработки информации и различных процессов. Помогают описывать всевозможные явления. Проводят вычисления, включая математические.
В качестве вычислительной машины сегодня подразумевают компьютеры – персональные, ноутбуки или суперкомпьютеры. Современные технологии позволяют классифицировать все ЭВМ на разные категории.
Классификация электронно-вычислительных устройств
Каждый вычислительный прибор предлагает человеку те или иные возможности. Нынешнее развитие технологий и прогресса предусматривает разделение рассматриваемых машин на следующие области:
Это не самая полная классификация. Из года в год она расширяется. Но перечисленные «блоки» являются наиболее распространенными. Их считают основными.
Этапы развития
В истории развития ЭВМ принято выделять несколько ключевых этапов. К ним относят:
Это условное разделение по хронологическим принципам. Пока использовалась одна вычислительная машина, люди активно развивали другие подобные устройства.
С чего все началось
Вычислительная техника появилась задолго до современности. Все действия человека требовали проведения подсчетов. Пример – обмен, разделение добычи, формирование запасов для дальнейшей жизни.
Раньше наиболее распространенным способом подсчета случило использование собственных пальцев. Позже человек стал задействовать палки, узлы и камни. Но с развитием прогресса требовалось выполнение более сложных задач. Так людям приходилось придумывать различные приспособления, которые смогли бы посодействовать в реализации поставленных целей.
История сложилась так, что в странах были разные меры:
Конвертация из одной системы в другую требовали наличия определенных знаний и навыков. Этим занимались специально обученные лица. Их нередко вызывали из других стран. Так система вычисления потребовала изобретения первых машин вычислительного характера.
Ручной этап
Как только человечество стало нуждаться в вычислениях, оно начало активно использовать различные предметы для этого. И с течением времени изобретать спецустройства для подсчетов.
Изначально применялись палочки, пальцы, узелки и им подобные мелкие предметы. Первая «машина», которая облегчила вычисления – это специальная доска. Называется «абак». Появилась в 5-6 веках до нашей эры.
Здесь процесс вычисления осуществлялся за счет перемещения камешков и костей в углубления бронзовых досок. Они также могли изготавливаться из камня или слоновой кости. С течением времени «абак» получил несколько полосок и колонок. В Греции такое устройство появилось в 5 веке до Н. Э.. Японцы называли такую машину «серобян», а китайцы – «суанпан».
На Руси примерно в 15 веке появился «дощатый счет», который внешне напоминал нынешние счеты. А в 9 веке в Индии изобрели позиционную систему вычисления.
В начале 17 века Леонардо да Винчи смог создать 13-разрядное устройство для подсчетов сумм. Оно включало в себя десятизубные кольца. В основе были стержни, на которых крепились 2 зубчатых колесика. Они отличались по размеру друг от друга.
Механический этап
Эволюция ЭВМ напрямую зависела от развития человечества. В 17 веке математические подсчеты стали ключевыми в развитии истории. Это привело к изобретению новых устройств для расчетов. Но до компьютеров было еще далеко.
В 17 веке Паскаль смог сделать «суммирующую» машинку, которую назвали Паскалиной. Она умела:
А в 1670-80-х годах Лейбниц сконструировал счетную машину, которая умела выполнять все арифметические действия. За последующие 200 лет ученые изобрели несколько аналогичных «девайсов». Но все они не получили широкого распространения. Связано это с тем, что машины работали долго.
В СССР в 1879 году Чебышев изобрел счетную машину. Она справлялась с вычитанием и сложением многозначных чисел. Огромную популярность приобрел некий арифмометр. Его изобрел инженер из Питера Однер в 1874. Работала конструкция достаточно быстро.
Электромеханический этап
Активное развитие вычислительной техники началось именно в 19 веке. В 30-х годах 20-го столетия в свет в СССР вышел арифмометр, который приняли за совершенный. Назывался «Феликс». Использовались такие устройства до 1978 года.
Электромеханический этап в истории является не самым долгим. Он длился порядка 60 лет. Начинается с созданием первого в мире табулятора. Это устройство появилось, благодаря инженеру Гурману Холлериту. Произошло это в 1887 году. Машина включала в себя:
Девайс считывал и занимался сортировкой статистических записей, которые делались на перфокартах. Позже фирма Голлерита (Холлерита) стала основой IBM.
Ванновар Буш в 1930 году смог представить миру дифференциальный анализатор. Для его работы требовалось электричество, а для хранения информации не удавалось обходить без электронных ламп. Задействовалась машинка для проведения сложных математических подсчетов.
В 1936 году Алан Тьюринг разработал устройство, которое стало основой современных компьютеров. «Девайс» умел пошагово выполнять операции, запрограммированные во внутренней памяти.
Через год Джордж Стибиц (Америка) изобрел электромеханическое средство для выполнения двоичных сложений. В основе лежала булевая алгебра. Она стала неотъемлемой частью современных ЭВМ.
Начало компьютерной эры
Развитие электрических устройств и человечества требовало от населения создания разнообразных технологий, облегчающих жизнь. Вторая Мировая Война стала крайне важным моментом в рассматриваемом вопросе.
Конрад Цузе (Германия) в 1941 году создал первую вычислительную машину, которая управлялась программами. Она называется Z3. Основана на:
Машина работала в двоичной системе, а также оперировала числами с плавающей запятой. Но первое поколение компьютеров начинается с усовершенствованного устройства Цузе – Z4.
В 1942 году американцы создали ЭВМ на вакуумных трубках, а через год в Англии построили первую секретную и реально признанную электронно-вычислительную машину под названием «Колосс». Там было 2 000 электронных ламп для хранения и обработки данных.
Изначально «девайс» предназначался для взлома и расшифровки кодов секретных сообщений, которые передавались по немецким шифровальным машинам «Энигма». Уинстон Черчилль после войны подписал указ об уничтожении соответствующего устройства.
Появление архитектуры
В 1945 году Джон фон Нейман смог сделать прообраз архитектуры общего назначения, которая используется в основе современных компьютеров. Математик предложил записывать программы в виде кодов непосредственно в память машин. Предусматривалось совместное хранение утилит и данных на «девайсе».
Эта теория стала основой ENIAC. Так назывался первый компьютер, созданный в США. Имел он весьма внушительные параметры:
За секунду такой компьютер производил до 300 операций умножения или 5 000 сложения.
Универсальная программируемая европейская ЭВМ появилась в 1950 году в СССР. Малая электронная счета машина изобретена Сергеем Лебедевым. Быстродействие ограничивалось 50 операциями в секунду. Использовал «девайс» около 6 000 электровакуумных ламп.
В 1952 возникла электронная счетная машина БЭСМ. Тоже разработана под предводительством Лебедева. Выполняло устройство до 10 000 операций. Ввод данных производился через перфоленты и фотопечати.
Чуть позже началось создание больших ЭВМ «Стрела» и «Урал». Последние разработки устройств аппаратно и программно совместимы друг с другом. Для них имелся широкий спектр периферических устройств, благодаря чему удавалось менять комплектацию «девайса».
Лампы, которые использовали первые компьютеры, быстро выходили из строя. Транзисторы, изобретенные в 1947, решили соответствующую проблему. Через электрические свойства проводников удавалось выполнять математические вычисления, но быстрее и с меньшим потреблением энергии.
Транзисторы массово производятся американской компанией «Техас Инструментс». В 1946 в Массачусетсе возник первый построенных на транзисторах компьютер второго поколения – TX-O.
Использование ЭВМ началось не только в военных целях, но и в государственных. Различные фирмы и компании применяли такие компьютеры для подсчетов. Это привело к созданию новых технологий. Пример – разработка высокоуровневых языков программирования. К ним относят:
Были разработаны приложения-трансляторы, при помощи которых коды с перечисленных языков преобразовывались в команды, считываемые задействованным компьютером.
Интегральные микросхемы
В 1958-60-х Роберт Нойс и Джек Килби выпустили в свет интегральные микросхемы. В основе находились кремниевые или геманиевые кристаллы. Микросхемы достигали в размерах не более сантиметра и работали быстрее «предшественников». Использовали меньше энергии. Это – шаг к появлению третьего поколения компьютеров.
В 1964 фирма IBM создала первый компьютер семейства SYSTEM 360. В основе него лежали интегральные микросхемы. Так началось массовое производство компьютеров. Мир увидел более 20 тысяч экземпляров SYSTEM 360.
В 1972 СССР разработали единую серию компьютеров. Это – стандартизированные комплексы для работы вычислительных центров с общей системой команд. В основе лежит американская система IBM 360.
Далее компания DEC предложила вниманию мини-компьютер PDP-8. Это – первый коммерческий проект соответствующей области. Небольшая стоимость позволила приобретать девайс даже небольшим корпорациям.
В это же время начали развиваться операционные системы, а также периферийные устройства. Языки программирования тоже получили более широкое распространение и развитие.
Персональные компьютеры в мире
Четвертым поколением компьютеров считают девайсы, созданные после 1970. Тогда возникли интегральные микросхемы. С ними компьютеры обладали такими характеристиками и особенностями:
Стив Джобс и компания Apple – первые производители персональных компьютеров. Сконструированы такие девайсы в 1976. Назывались Apple 1. Стоили по 500 долларов. В 1977 в свет вышло поколение Apple 2.
Компьютеры начали походить на бытовые приборы: получили не только широкое распространение, но и оригинальные дизайн с интерфейсов, которым было удобно пользоваться рядовому юзеру.
В 1979 IBM выпустила свой первый компьютер на рынок товаров и услуг. А в 1981 появился первый микрокомпьютер. Он имел:
В 1984 Apple разработала машину Macintosh, обладающую удобным пользовательским интерфейсом.
Пятое поколение
Начинается примерно с 1992 года. Концепция получила формулировку: вычислительные машины, созданные при помощи сверхсложных микропроцессоров. У них параллельно-векторная структура, позволяющая одновременно выполнять десятки последовательных команд, заложенных в программное обеспечение.
У таких машин несколько сотен процессоров с параллельной работой. Помогают создавать эффективно функционирующие сети и очень быстро производить обработку данных.
Нынешнее время
Примерно с 2013 года началось стремительное развитие машин вычислительного типа шестого поколения. Представлены электронными и оптоэлектронными ЭВМ с работой на основе десятков тысяч микропроцессоров. Они наделены параллелизмом. Способны моделировать архитектуру нейронных биологических систем, благодаря чему возможно успешное распознавание сложных образов.
Сейчас для «крупных» операций в качестве решений используют суперкомпьютеры. Они не предназначаются для стационарного «домашнего» применения. Обладают множеством функций и огромной мощностью. Основная сфера применения – Big Data.
Технологии и IT стремительно развиваются. Неизвестно, какие еще идеи будут реализованы в ближайшее время. Но в эру цифровых технологий разработчики стараются внедрять в свои машины искусственный интеллект.
Тенденции показывают то, что фирмы-производители стараются по сей день совершенствовать рассматриваемые «девайсы». Настоящее время демонстрирует следующее — они больше ориентированы на «рядового пользователя». Наделяются не только красивым интерфейсом, но и обладают неплохими мощностями.
Также вам может быть интересна статья «Компьютер – как все начиналось».
P. S. Интересуют компьютеры и сфера информационных технологий? Обратите внимание на профессиональные курсы Otus!
