Фуфаева Л.И.

Оглавление

Введение

Электронная вычислительная машина, ЭВМ - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач¹.

Практически любые действия человека так или иначе связаны со счётом. В древности для подсчёта люди использовали свои пальцы, камешки, палочки, узелки и прочий «счетный» материал. Исторически сложилось так, что в разных странах возникли собственные денежные единицы, меры веса, длины, объёмов и расстояний. Для перевода из одной системы измерения в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить специально обученные люди, которых иногда приглашали из других стран. Это естественно привело к созданию изобретений, помогающих счёту.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, всё острее ощущалась необходимость в изобретении счётной машины. И в середине века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал «суммирующую» машину, названной Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание.

В 1670 - 1680 гг. немецкий математик Готфрид Лейбниц конструировал счётную машину, которая выполняла все арифметические действия. В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено ещё несколько подобных счётных устройств, которые, однако, из-за своих недостатков, в том числе из-за медлительности в работе, не получили широкого распространения.

В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу над созданием, так называемой «разностной» машины, которая, по его замыслам, должна была не просто выполнять арифметические действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию.

После Бэббиджа американский изобретатель Г. Холлерит в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина - табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их.

Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный К. Цузе. В 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. В качестве элементной базы Цузе выбрал реле, которые к тому времени давно применялись в различных областях техники. С 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1, Z2, Z3, но все эти образцы машин были уничтожены в ходе Второй мировой войны. После войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5. В 1945 году Цузе создал язык Plankalkul (от немецкого «исчисление планов»), который относится к ранним формам алгоритмических языков.

Построением релейных автоматических вычислительных машин занимались и в США. Так, Д. Штибитц собрал на телефонных реле первые суммирующие схемы. В 1940 году вместе с С. Уильямсом Штибитц построил «вычислитель комплексных чисел», или релейный интерпретатор, который последствии стал известен как специализированный релейный компьютер «Bell-модель 1». В последующие годы были созданы ещё четыре модели этой машины.

В 1942 году Д. Маучли представил первую электронную вычислительную машину ENIAC, которая имела «впечатляющие» параметры: 18000 электронных ламп, площадь 90 × 15 м2, весила 30 т и потребляла 150 кВт. ENIAC работала с тактовой частотой 100 кГц и выполняла сложение за 0,2 мс, а умножение - за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины.

С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой революционными были идеи американского математика Джона фон Неймана (1903-1957). Вот как представлял фон Нейман свою ЭВМ: 1) машина должна состоять из основных органов: орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором, чтобы машина не зависела от оператора; 2) она должна запоминать не только цифровую информацию, но и команды, управляющие программой, которая должна проводить операции над числами; 3) ЭВМ должна различать числовой код команды от числового кода числа; 4) у машины должен быть управляющий орган для выполнения команд, хранящихся в памяти; 5) в ней также должен быть арифметический орган для выполнения арифметических действий, и в её состав должен входить орган ввода-вывода.

В 1945 г. Англия приступила к созданию первой машины с неймовским типом памяти. Уже 21 июня 1948 года Т. Килбрн и Ф. Вильямс просчитали первую программу на ЭВМ «Марк-1». Другая группа во главе с М. Уилксом 6 мая 1949 года произвела первые расчёты машине того же типа - EDSAC.

Тогда же была изобретена первая советская ЭВМ - МЭСМ. принцип параллельной обработки слов.

Ламповые ЭВМ

Разработка первой серии электронной машины UNIAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 году. Д. П. Эккертом и Д. Мочли, основавшими фирму Eckert-Mauchly. Первый образец UNIAC-1 был построен для Бюро переписи США в 1951 г. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Емкость памяти - 1000 12-разрядных десятичных чисел.

В разработку электронных компьютеров включилась и фирма IBM, которая в 1952 году выпустила первый промышленный компьютер IBM-701. Машина содержала 4000 электронных ламп и 12 000 германиевых диодов. В 1956 году IBM выпустила новый серийный компьютер - IBM-704, отличавшийся высокой скоростью работы.

В 1956 году IBM разработала плавающие магнитные головки на воздушной подушке, изобретение которых позволило создать новый тип памяти - дисковые запоминающие устройства (ЗУ).

Вслед за первым серийным компьютером UNIAC-1 фирма REMINGTON-RAND в 1952 году выпустила ЭВМ UNIAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее.

В октябре 1952 году группа сотрудников фирмы REMINGTON-RAND предложила алгебраическую форму записи алгоритмов.

Фирма IBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 году для машины IBM-701 «Систему быстрого кодирования». В 1957 году группа Д. Бэкуса завершила работу над ставшим впоследствии популярным языком программирования высокого уровня ФОРТРАНОМ.

В СССР в 1948 году проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей. В 1951 году под руководством С.А. Лебедева была спроектирована машина БЭСМ, которая могла совершать 8 000 оп/с.

Транзисторные ЭВМ

В середине 50-х гг. XX века, когда ламповые компьютеры достигли «насыщения», ряд фирм объявил о работах по созданию транзисторных ЭВМ. В 1955 году в США было объявлено о создании цифрового компьютера TRADIC, построенного на 800 транзисторах и 11 000 германиевых диодах. В этом же году фирма объявила о создании полностью транзисторной ЭВМ. Первая такая машина «Philco-2000» была сделана в 1958 году, она содержала 56 тыс. транзисторов, 1 200 диодов, но всё же в её составе было 450 электронных ламп. «Philco-2000» выполняла сложение за 1,7 мкс, умножение - за 40,3 мкс.

В Англии транзисторная ЭВМ «Elliot-803» была выпущена в 1958 году, в ФРГ - «Simens-2002» и в Японии H-1 - в 1958 году, во Франции и Италии - в 1960 году, в СССР «Раздан-2» - в 1961 году. В это же время появились компьютеры и не на полупроводниках. Так, в Японии была выпущена ЭВМ «Senac-1» на параметронах, в СССР - «Сетунь», а во Франции - CAB-500 на магнитных элементах.

Значительным событием в конструировании машин второго поколения стали ЭВМ «Atlas» (выпущена в Англии в 1961 году), в которой были применены концепции виртуальной памяти, «Stretch» и CDC-6600 (США) и БЭСМ-6 (СССР).

В 1960 году фирма IBM разработала мощную вычислительную систему «Stretch» (IBM-7030), разработчики которой добились 100-кратного увеличения быстродействия: в её состав входило 169 тыс. дрейфовых транзисторов с тактовой частотой переключения в 100 МГц.

Большой вклад в развитие компьютеров второго поколения внесла фирма Control Data, разработавшая в 1960 году ЭВМ CDC-6600 с многопроцессорной обработкой: многочисленные арифметико-логические устройства с десятью периферийными процессорами, что обеспечивало машине производительность более чем 3 млн. оп/с.

В СССР после выпуска первой серийной ЭВМ второго поколения «Раздан-2» было разработано ещё около 30 моделей по такой же технологии, а также выпущена первая транзисторная ЭВМ «Минск-2», а затем её модификации: «Минск-22», «Минск-22М», «Минск-23», «Минск-32», разработан ряд различных малых машин: «Проминь» (1962 г.), «Мир», «Мир-1» и «Мир-2», машины с унифицированной системой связи с периферийными устройствами - «Урал», «Урал-11» и «Урал-16».

При появлении ЭВМ второго поколения разработчики занялись разработкой и создание языков программирования, обеспечивающих удобный набор программ. Одним из первых языков программирования был АЛГОЛ.

Интегральные схемы

В декабре 1961 года специальный комитет фирмы IBM во главе с Д. Амдалом и Г. Блау предложил использовать гибридные интегральные схемы. В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о создании шести моделей своего семейства IBM-360 («System-360»), появление которого ознаменовало появление компьютеров третьего поколения.

Первая универсальная операционная система называлась DOS, предназначенная для малых и средних ЭВМ, позже была выпущена операционная система OS/360 - для больших.

В декабре 1969 года ряд стран (НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР) подписали Соглашение о сотрудничестве в области вычислительных технологий. На выставке «ЕСЭВМ-73» (1973 г.) были показаны первые результаты этого сотрудничества: шесть моделей компьютеров третьего поколения и несколько периферийных устройств, а также четыре ОС для них. Вскоре появились машины второй серии сотрудничества. Наиболее ярким представителем его была мощная модель ЕС-1065, представлявшая собой многопроцессорную системы, состоящую из четырех процессоров и имевшую память 16 Мбайт. Машина была выполнена на интегральных схемах ИС-500 и имела производительность 4-5 млн. оп/с.

С машинами третьего поколения связано ещё одно значительное событие - разработка и внедрение визуальных устройств ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации с помощью электронно-лучевых трубок - дисплеев, использование которых позволило достаточно просто реализовать возможности вариантного анализа.

В 70-х гг. XX века благодаря появлению микропроцессоров стало возможным осуществлять буферизацию как данных, принимаемых с экранного терминала, так и данных, передаваемых ЭВМ. На экране появился курсор, сам экран дисплея стал цветным, появилась возможность для создания красочных игр.

Четвёртое поколение

Это поколение ЭВМ связано с развитием микропроцессорной техники. В 1971 году компания Intel выпустила микросхему Intel-4004 - первый микропроцессор и родоначальник доминирующего и самого известного сегодня семейства.

История четвёртого поколения началось с того, что японская фирма Busicom заказала Intel Corporation изготовить 12 микросхем для использования их в калькуляторах различных моделей. Однако разработчикам удалось создать такое устройство - микропроцессор, который мог использоваться во всех микрокалькуляторах. Процессор был четырёхразрядным.

Однако компьютеры работают не только с цифрами, но и с текстом. Для того чтобы закодировать все цифры, буквы и специальные символы, потребовался бы 8-разрядный процессор. Он появился в 1972 году и назывался Intel-8008, а в 1974 году появился процессор Intel-8080. Он был выполнен по NMOS-технологии (англ. N-cannel Metal Oxide Semiconductor), его тактовая частота составила 2 МГц, при этом в самом микропроцессоре было реализовано деление чисел.

Таким образом, история развития электроники подошла к созданию персональных компьютеров (ПК). Во второй половине 70-х гг. появилась потребность в компьютерах для одного рабочего места.

Создателями первого ПК были два молодых американских техника: Стивен Джобс, работавший в фирме Atari, и Стив Возняк из компании HewlettPackard. Летом 1976 года в гараже родителей Джобса они соорудили первый ПК и назвали его «Apple-I» - «яблоко». Apple-I не имел ни клавиатуры, ни корпуса. В апреле 1977 года они сконструировали ещё один ПК - Apple-II. Клавиатура была помещена в отдельный корпус. Память составляла всего лишь 8 Кбайт. В 1981 году IBM впервые представила свой ПК, который так и назывался IBM PC (англ. Personal Computer). Он имел процессор Intel-8088, два дисковода для гибких дисков по 160 Кбайт и ОП 64 КБайт с возможностью расширения до 512 Кбайт. В ПЗУ PC был помещён язык программирования Бейсик. IBM разработала свой собственный дисплей, который имел хорошую контрастность, символы на нём легко читали и не утомляли глаз мерцанием. В 1983 году IBM выпустила новую модель PC XT с жестким диском - винчестером - емкостью 10 Мбайт и ОП 640 Кбайт.

В 1984 г. состоялась презентация первого компьютера Macintosh компании Apple Computer. Эти компьютеры сыграли значительную роль в развитие PC. Он имел 9-дюймовый монитор с чрезвычайно высокой четкостью изображения и занимал мало места на рабочем столе.

В дальнейшем заметно снижение количества принципиальных новаций, прогресс идет в основном по пути совершенствования, а не открытий, вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной.

Компания Intel в период с 1991 года выпускает подряд несколько микропроцессоров - без математического сопроцессора, с разными тактовыми частотами. Компания Apple Computer так же не отстает и производит усовершенствованные компьютеры, с дисководами и портативные.

Существующие ныне компьютеры принято относить к четвертому поколению ЭВМ. Но поколений ЭВМ всего насчитывается пять. Так, программа разработки пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. Основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие «интеллектуализации» компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.

Список литературы:

1. Морозов Ю.М. История и методология вычислительной техники, 1998

2. Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике, 1991.

3. Толковый словарь по вычислительным системам = Dictionary of Computing / Под ред. В. Иллингуорта и др.: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского, 1990.

Интернет источники:

4. ru.wikibooks.org

5. evm-story.narod.ru

1 Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике / Рецензенты: канд. физ.-мат. наук А. С. Марков и д-р физ.-мат. наук И. В. Поттосин. - М.: Финансы и статистика, 1991. - 543 с.

7