Історія розвитку обчислювальної техніки

Зміст

1. Історія розвитку комп'ютера

2. Роль комп'ютера в житті людини

1. Історія розвитку комп'ютера

Розглядаючи історію суспільного розвитку марксисти стверджують, що “історія є не що інше, як послідовна зміна окремих поколінь”.

Очевидно, це справедливо і для історії комп'ютерів. Ось деякі визначення терміну “покоління комп'ютерів”, узяті з 2-х джерел. Покоління обчислювальних машин - це склалося в останній час розбиття обчислювальних машин на класи визначувані елементною базою.

Покоління комп'ютерів - нестрога класифікація обчислювальних систем по ступеню розвитку апаратних і останнім часом - програмних засобів.

Затвердження поняття приналежності комп'ютерів до того або іншого покоління і поява самого терміну “покоління “ відноситься до 1964 р., коли фірма IBM випустила серію комп'ютерів IBM / 360 на гібридних мікросхемах (монолітні інтегральні схеми у той час ще не випускалися в достатній кількості) назвавши цю серію комп'ютерами третього покоління.

Відповідно попередні комп'ютери - на транзисторах і електронних лампах - комп'ютерами другого і третього поколінь. Надалі ця класифікація, що увійшла у вжиток, була розширена і з'явилися комп'ютери четвертого і п'ятого поколінь.

Для розуміння історії комп'ютерної техніки введена класифікація мала, принаймні, два аспекти: перший - вся діяльність, пов'язана з

комп'ютерами, до створення комп'ютерів ENIAC розглядалася як передісторія; другий - розвиток комп'ютерної техніки визначалося безпосередньо в термінах технології апаратури і схем.

Другий аспект підтверджує і головний конструктор фірми DEC і один з винахідників міні-комп'ютерів Р. Белл, кажучи, що “історія комп'ютерної індустрії майже завжди рахувалася технологією’’.

Переходячи до оцінки і розгляду різних поколінь, необхідно перш за все помітити, що оскільки процес створення комп'ютерів відбувався і відбувається безперервно (в ньому бере участь багато хто розробники з багатьох країн, мають справу з рішенням різних проблем), скрутно, а в деяких випадках і марно, намагається точно встановити, коли то або інше покоління починалося або закінчувалося.

В 1883 р. Томас Альва Едісон, намагаючись продовжити термін служби лампи з вугільною ниткою ввів в її вакуумний балон платиновий електрод і позитивну напругу, то у вакуумі між електродом і ниткою протікав струм. Не знайшовши ніякого пояснення такому незвичайному явищу, Едісон обмежується тим, що детально описав його, про всяк випадок узяв патент і відправив лампу на Філадельфійську виставку. Про неї в грудні 1884 р. в журналі “Инженеринг’’ була замітка “Явище в лампочці Едісона’’.

Американський винахідник не розпізнав відкриття виняткової важливості (по суті це було його єдине фундаментальне відкриття -

термоелектронна емісія) . Він не зрозумів, що його лампа розжарювання з платиновим електродом по суті була першою в світі електронної лампою.

Першим, кому прийшла в голову думка по практичному використовуванні “ефекту Едісона” був англійський фізик Дж. А. Флеминг (1849 - 1945) . Працюючи з 1882 р. консультантом эдисоновскої компанії в Лондоні він дізнався про “ явище “ з перших вуст - від самого Едісона. Свій діод - двохелектродну лампу Флеймінг створив в 1904 р.

В жовтні 1906 р. американський інженер де Форест винайшов електронну лампу - підсилювач, або аудіон, як він її тоді назвав, третій електрод, що мав, - сітку. Ним був введений принцип, на основі якого будувалися всі подальші електронні лампи, - управління струмом, що протікає між анодом і катодом за допомогою інших допоміжних елементів.

В 1915 р. американський фізик Ірвінг Ленгмюр сконструював двохелектронну лампу - кенотрон вживану як випрямна лампа в джерелах живлення. В 1916 р. лампова промисловість стала випускати особливий тип конструкції ламп - генераторні лампи з водяним охолоджуванням.

Ідея лампи з двома шотками - тетрода була виказана в 1919 р. німецьким фізиком Вальтером Шоттки і незалежно від нього в 1923 р. - американцем Е. У. Халлом, а реалізована ця ідея англійцем Х.Дж. Раундом в другій половині 20-х р. р.

В 1929 р. голландські вчені Г. Хольст і б. Теллеген створили електронну лампу з 3-ма сітками - пентод. В 1932 р. був створений гептод, в 1933 - гексод і пентагрид, в 1935 з'явилися лампи в металевих корпусах.. Подальший розвиток електронних ламп йшов по шляху поліпшення їх функціональних характеристик, по дорозі

багатофункціонального використовування.

Проекти і реалізація машин “Марк – 1”, EDSAC і EDVAC в Англії і США, МЕСМ в СРСР заклали основу для розгортання робіт із створення ЕОМ вакуумнолампової технології - серійних ЕОМ першого покоління.

Розробка першої електронної серійної машини UNIVAC (Universal Automatic Computer) почата приблизно в 1947 р. Еккертом і Маучлі, що заснували в грудні того ж роки фірму ЕСKERT-MAUCHLI. Перший зразок машини (UNIVAC-1) був побудований для бюро перепису США і пущений в експлуатацію весною 1951 р. Синхронність послідовної дії обчислювальна машина UNIVAC-1 створена на базі ЕОМ ENIAC і EDVAC. Працювала вона з частотою 2,25 Мгц і містила близько 5000 електронних ламп. Незабаром після введення в експлуатацію машини UNVIAC - 1 її розробники висунули ідею автоматичного програмування. Вона зводилася до того щоб машина сама могла готувати таку послідовність команд, яка потрібна для вирішення даної задачі.

П'ятдесяті роки - роки розквіту комп'ютерної техніки, роки значних досягнень і нововведень як в архітектурному, так і в науково - технічному відношенні. Відмітні особливості в архітектурі сучасної ЕОМ в порівнянні з нейманівською архітектурою вперше з'явилися в ЕОМ першого покоління.

Сильним стримуючим чинником в роботі конструкторів ЕОМ початку 50 - х р. р. була відсутність швидкодійної пам'яті. За словами одного з піонерів обчислювальної техніки - Д. Еккерта, архітектура машини визначається пам'яттю. Дослідники зосередили свої зусилля на властивостях феритових кілець, нанизаних, що запам'ятовують на дротяні матриці.

В 1951 р. в 22 - м томі “Journal Applid Phisics “Дж. Форрестер опублікував статтю про застосування магнітних сердечників для зберігання цифрової інформації. В машині “Whirlwind – 1” вперше була застосована пам'ять на магніт. Вона була 2 куба з 323217 сердечниками, які забезпечували зберігання 2048 слів для 16 - розрядних двійкових чисел з одним розрядом контролю на парність.

В розробку електронних комп'ютерів включилася фірма IBM. В 1952 р. вона випустила свій перший промисловий електронний комп'ютер IBM 701, який був синхронною ЕОМ паралельної дії, що містить 4000 електронних ламп і 12000 германієвих діодів. Вдосконалений варіант машини IBM 704 відрізнялася високою швидкістю роботи, в ній використовувалися індексні регістри і дані представлялися у формі з плаваючою комою. Після ЕОМ IBM 704 була випущена машина IBM 709, яка в архітектурному плані наближалася до машин другого і третього поколінь. В цій машині вперше була застосована непряма адресація і вперше з'явилися канали введення - висновку.

В 1956 р. фірмою IBM були розроблені плаваючі магнітні головки на повітряній подушці. Винахід їм дозволив створити новий тип пам'яті - дискові ЗУ значущість яких була повною мірою оцінена в

подальші десятиріччя розвитку обчислювальної техніки. Перші ЗУ на дисках з'явилися в машинах IBM 305 і RAMAC. Остання мала пакет, що складався з 50 металевих дисків з магнітним покриттям, які оберталися із швидкістю 12000 про / мін. НА поверхні диска розміщувалося 100 доріжок для запису даних, по 10000 знаків кожна.

Вслід за першим серійним комп'ютером UNIVAC - 1 фірма Remington - Rand в 1952 р. випустила ЕОМ UNIVAC - 1103, яка працювала в 50 разів швидше. Пізніше в комп'ютері UNIVAC - 1103 вперше були застосовані програмні переривання.

Співробітники фірми Remington - Rand використовували форму алгебри запису алгоритмів під назвою “Short Cocle“(перший інтерпретатор, створений в 1949 р. Джоном Маучлі) . Крім того, необхідно відзначити офіцера ВМФ США і керівника групи програмістів, у той час капітана (надалі єдина жінка у ВМФ- адмірала) Грейс Хоппер яка розробила першу програму - компілятор А- О. (До речі, термін " компілятор " вперше ввела Г. Хоппер в 1951 р.) . Ця компілююча програма проводила трансляцію на машинну мову всієї програми записаної в зручній для обробки алгебри формі.

Фірма IBM також зробила перші кроки в області автоматизації програмування, створивши в 1953 р. для машини IBM 701 " Систему швидкого кодування ". В нашій країні А. А. Ляпунов запропонував один з перших мов програмування. В 1957 р. група під керівництвом Д. Бэкуса завершила роботу над тим, що стало в результаті популярною першою мовою програмування високого рівня, що отримав назву ФОРТРАН. Мова, реалізована вперше на ЕОМ IBM 704, сприяв розширенню сфери застосування комп'ютерів.

У Великобританії в липні 1951 р. на конференції в Манчестерському університеті М. Уилкс представив доклад “Якнайкращий метод конструювання автоматичної машини", який став піонерською роботою по основах мікропрограмування. Запропонований їм метод проектування пристроїв управління знайшов широке застосування.

Свою ідею мікропрограмування М. Уилкс реалізував в 1957 р. при створенні машини EDSAC-2. М. Уїлкс спільно з Д. Уиллером і С. Гиллом в 1951 р. написали перший підручник по програмуванню " Складання програм для електронних обчислюваних машин " . В 1951 р. фірмою Ferranti початий серійний випуск машини " Марк-1". А через 5 років фірма Ferranti випустила ЕОМ “Pegasus”, в якій вперше найшла втілення концепція регістрів загального призначення (Рон) . З появою Рон усунено відмінність між індексними регістрами і акумуляторами, і в розпорядженні програміста виявився не один, а декілька регістрів - акумуляторів.

В нашій країні в 1948 р. проблеми розвитку обчислювальної техніки стають загальнодержавною задачею. Почалися роботи по створенню серійних ЕОМ першого покоління.

В 1950 р. в Інституті точної механіки і обчислювальної техніки (ІТМ і ВТ) організований відділ цифрових ЕОМ для розробки і створення великої ЕОМ. В 1951 р. тут була спроектована машина БЕСМ (Велика Електронна Рахункова Машина), а в 1952 р. почалася її досвідчена експлуатація.

В проекті спочатку передбачалося застосувати пам'ять на трубках Вільямса, але до 1955 р. в якості елементів пам'яті в ній використовувалися ртутні лінії затримки. На ті часи БЕСМ була вельми продуктивною машиною - 800 оп / з. Вона мала триадресну систему команд, а для спрощення програмування широко застосовувався метод стандартних програм, який надалі поклав початок модульному програмуванню, пакетам прикладних

програм. Серійна машина стала випускатися в 1956 р. під назвою БЕСМ - 2. В цей же період в КБ, керованому М. А. Лесечко почалося проектування іншої ЕОМ, що отримала назва” Стріла”. Освоювати серійне виробництво цієї машини було доручене московському заводу САМ. Головним конструктором став Ю. А. Базільовській, а одним з його помічників - Рамєєв, надали конструктор серії “Урал ”. Проблеми серійного виробництва зумовили деякі особливості “Стріли “: невисоке в порівнянні з БЕСМ швидкодія, просторий монтаж і т.д. В машині в якості зовнішньої пам'яті застосовувалися 45 –магнітних стрічки, а оперативна пам'ять - на трубках Вільямса. “Стріла” мала велику розрядність і зручну систему команд.

Перша ЕОМ “Стріла” була встановлена в відділенні прикладної математики Математичного інституту (МІАН), а в кінці 1953 р. почалося серійне її виробництво.

В лабораторії електросхем енергетичного інституту під керівництвом І. С. Брука в 1951 р. побудували макет невеликої ЕОМ першого покоління під назвою М-1. Наступного року тут була створена обчислювальна машина М - 2, яка поклала початок створенню економічних машин середнього класу. Одним з ведучих розробників даної машини був М. А. Карцев великий внесок, що вніс згодом, в розвиток вітчизняної обчислювальної техніки. В машині М - 2 використовувалися 1879 ламп. Середня продуктивність складала 2000 оп / з. Були задіяні 3 типи пам'яті: електростатична на 34 трубках Вільямса, на магнітному барабані і на магнітній стрічці з використанням звичайного для того часу магнітофона МАГ - 8.

В 1955 - 1956 р. р. колектив лабораторії випустив малу ЕОМ М - 3 з швидкодією 30 оп / з і оперативною пам'яттю на магнітному барабані. Особливість М - 3 полягала в тому, що для центрального пристрою управління був використаний асинхронний принцип роботи. Необхідно відзначити, що в 1956 р. колектив І. С. Брука виділився з складу енергетичного інституту і утворив Лабораторію управляючих машин і систем, що стала згодом Інститутом електронних управляючих машин (ІНЕУМ) .

Ще одна розробка малої обчислювальної машини під назвою “Урал” була закінчена в 1954 р. колективом співробітників під керівництвом Рамєєва. Ця машина стала родоначальником цілого сімейства “Уралів”, остання серія яких, була випущена в 1967 р. Простота машини, вдала конструкція, невисока вартість, зумовили її широке застосування.

В 1955 р. був створений Обчислювальний центр Академії наук, призначений для ведення наукової роботи в області машинної математики і для надання відкритого обчислювального обслуговування іншим організаціям Академії.

В другій половині 50 - х р. р. в нашій країні було випущено ще 8 типів машин - лампової технології. З них найвдалішою була ЕОМ М - 20 створена під керівництвом З. А. Лебедева, який в 1954 р. очолив ІТМ і ВТ.

Машина відрізнялася високою продуктивністю (20 тис. оп / з), що було досягнуте використовуванням досконалої елементної бази і відповідної функціонально - структурної організації. Серійний випуск ЕОМ М - 20 був початий в 1959 р.. В 1958 р. під керівництвом В. М. Глушкова (1923 - 1982) в Інституті кібернетики України була створена обчислювальна машина “Київ”, що мала продуктивність 6 - 10 тис. оп / з. ЕОМ ”Київ“ вперше в нашій країні використовувалася для дистанційного керування технологічними процесами. В той же час в Мінську під керівництвом Р. П. Лопато і В. В. Пржиялковского почалися роботи по створенню першої машини відомого надалі сімейства “Мінськ – 1”. Вона випускалася мінським заводом обчислювальних машин в різних модифікаціях. Машина широко використовувалася в обчислювальних центрах нашої країни. Середня продуктивність машини складала 2 - 3 тис. оп / з.

При розгляді техніки комп'ютерів першого покоління, необхідно особливо зупинитися на одному з пристроїв введення - висновку. З початку появи перших комп'ютерів виявилася суперечність між високию швидкодією центральних пристроїв і низькою швидкістю роботи зовнішніх пристроїв. Крім того виявилася недосконалість і незручність цих пристроїв. Першим носієм даних в комп'ютерах, як

відомо, була перфокарта. Потім з'явилися перфораційні паперові стрічки або просто перфострічки. Вони прийшли з телеграфної техніки після того, як в початку XIX в. батько і син з Чікаго Чарлз і Говард Крами винайшли телетайп. Перфострічки сталі замінювати перфокарти в табуляторах, а потім в перших комп'ютерах - в релейних машинах Д. Штибитца і Р. Айкена, в англійських машинах ”Колос“ з Блетчи - Парка і ін. Перші нововведення в системах введення - висновку були відзначені в машині “Whirlwind - 1“.

2. Роль комп'ютера в житті людини

Комп'ютер швидко увійшов до нашого життя. Ще кілька років тому було рідкістю побачити якій-небудь персональний комп'ютер – вони були, але були дуже дорогі, і навіть не кожна фірма могла мати у себе в офісі комп'ютер.

Сучасні обчислювальні машини представляють одне з найзначніших досягнень людської думки, вплив якого на розвиток

науково-технічного прогресу важко переоцінити. Області застосування ЕОМ безперервно розширяються.