Самым первым вычислительным устройством считается абак - доска со специальными углублениями, вычисления на которой осуществлялись с помощью костей или камешков. Варианты абака существовали в Греции, Японии, Китае и других странах. Похожее устройство использовалось и на Руси - оно называлось «русский счет». К 17 веку это устройство эволюционировало в привычные русские счеты.

Первые вычислительные машины

Новый толчок развитию вычислительных машин дал французский ученый Блез Паскаль. Он сконструировал суммирующий прибор, который назвал Паскалиной. Паскалина могла вычитать и складывать. Чуть позже математик Лейбниц создал более совершенное устройство, способное выполнять все четыре арифметических действия.

Считается, что создателем первой вычислительной машины, которая стала прообразом современных компьютеров, стал английский математик Беббидж. Вычислительная машина Беббиджа позволяла оперировать 18-разрядными числами.

Первые компьютеры

Развитие компьютерных технологий тесно связано с компанией IBM. Еще в 1888 году американец Холлерит сконструировал табулятор, который позволял автоматизировать вычисления. В 1924 году он основал компанию IBM, которая стала заниматься производством табуляторов. Через 20 лет IBM создала первый мощный компьютер «Марк-1». Он работал на электромеханических реле и использовался для военных расчетов.

В 1946 году в США появился ламповый компьютер «ЭНИАК». Он работал гораздо быстрее «Марка-1». В 1949 году «ЭНИАК» смог рассчитать значение числа «пи» вплоть до после запятой. В 1950 году на «ЭНИАКе» рассчитали первый в мире прогноз погоды.

Эпоха транзисторов и интегральных микросхем

В 1948 году был изобретен транзистор. Один транзистор с успехом заменял несколько десятков электронных ламп. Компьютеры на транзисторах были более надежными, быстрыми и занимали не так много места. Производительность электронно-вычислительных машин, работавших на транзисторах, составляла до одного миллиона операций в секунду.

Изобретение интегральных микросхем привело к появлению третьего поколения компьютеров. Они уже были способны выполнять миллионы операций в секунду. Первым компьютером, работающим на интегральных микросхемах, стал IBM-360.

В 1971 году компания Intel создала микропроцессор Intel-4004, который по своей мощности не уступал гигантской вычислительной машине. В процессоре на одном кристалле кремния специалистам из Intel удалось разместить более двух тысяч транзисторов. С этого момента началась эпоха развития современной компьютерной техники.

1.Введение…………………………………………………………………. 3

2. Предпосылки возникновения вычислительной техники…………….. 4

3. Счетно-решающие средства до появления ЭВМ…………………….. 5

4. Поколения ЭВМ………………………………………………………... 11

а) принципы Джона фон Неймана……………………………….... 11

б) общая характеристика поколений ЭВМ………………………... 12

в) первое поколение ЭВМ………………………………………….. 15

г) второе поколение ЭВМ…………………………………………... 17

д) третье поколение ЭВМ…………………………………………... 19

е) четвёртое поколение ЭВМ……………………………………….. 21

ж) пятое поколение ЭВМ…………………………………………… 23

5. Перспективы развития компьютерных систем……………………….. 24

6. Словарь используемых терминов……………………………………… 25

7. Используемые источники………………………………………………. 26

Введение.

Почему меня заинтересовала эта тема?

Выбирая специальность, каждый выпускник школы пытается заглянуть в будущее, очертить возможные перспективы приложения своей энергии, знаний, оценить наличие объективных условий для достижения достойного положения в обществе после завершения обучения в ВУЗе.

Сейчас в стране ощущается острый дефицит специалистов, владеющих информационными технологиями . Это связанно с высокими темпами компьютеризации всех сторон жизни и созидательной деятельности нашего общества. Указанный дефицит будет сохраняться еще долго, так как наша страна стоит еще только на пороге компьютеризации промышленных предприятий и организаций.

Поэтому я выбрал для дальнейшего своего образования факультет автоматизации производств и информационных технологий (АПиИТ) Белгородского государственного технологического университета имени. Он готовит специалистов в области компьютерных технологий в управлении техническими системами и автоматизированной обработки информационных потоков в производственных, электроэнергетических , организационных, банковских и других структурах.

Чтобы быть современным человеком и хорошо ориентироваться в бесконечном компьютерном мире, я уверен, что прежде всего мне нужно знать историю развития компьютерной техники от греческого абака до нейрокомпьютера. Это пригодится и для моей будущей специальности – информационные системы и технологии.

Денежная единица" href="/text/category/denezhnaya_edinitca/" rel="bookmark">денежные единицы , меры веса, длины, объемов, расстояния. Для перевода из одной системы измерений в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить лишь специально обученные люди, постигшие логику математических действий. Их нередко приглашали даже из других стран. И совершенно естественно возникла потребность в изобретении устройств, помогающих счету. Так постепенно стали появляться механические помощники. До наших дней дошли свидетельства о многих таких изобретениях, навсегда вошедших в историю техники.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image003_14.gif" width="588" height="230 src=">

Счетно-решающие устройства

до появления ЭВМ.

Необходимость производить вычисления существовала всегда.

Люди в стремлении усовершенствовать процесс вычисления изобретали всевозможные приспособления. Об этом свидетельствует и греческий абак, и японский серобян, и китайский суан-пан, и русские «щоты» и ещё множество разнообразных устройств.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image005_7.gif" width="564" height="297 src=">

А б а к.

Одним из первых устройств (V-IV вв. до н. э.), облегчавших вычисления, можно считать специальную доску, названную впоследствии абаком. Вычисления на ней проводились перемещением костей или камешков в углублениях досок из бронзы , камня, слоновой кости и пр. Со временем эти доски стали расчерчиваться на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э., у японцев он назывался "серобян", у китайцев - "суан-пан".

https://pandia.ru/text/78/247/images/image008_1.jpg" width="228 height=139" height="139">русский щот". В XVII веке этот прибор уже обрел вид привычных русских счетов, которые можно кое-где встретить и сегодня.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image011_5.gif" width="234" height="295">

Паскалина.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, все острее ощущалась необходимость в изобретении счетной машины. И в середине века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал первую "суммирующую" машину, названную Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image013_5.gif" width="351" height="189">

Машина Лейбница.

В годах немецкий математик Готфрид Лейбниц сконструировал счетную машину, которая выполняла все четыре арифметических действия. В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено еще несколько подобных счетных устройств, которые из-за своих недостатков, в том числе медлительности в работе, не получили широкого распространения.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image016.jpg" width="243" height="256 src=">.jpg" width="178" height="91">

Феликс.

Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышев предложил счетную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Наибольшую популярность получил тогда арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году. Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия. В 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр - "Феликс" . Эти счетные устройства использовались несколько десятилетий, став основным техническим средством, облегчающим труд людей, связанных с обработкой больших массивов числовой информации.

Вычислительные машины Чарлза Беббиджа.

Важным событием XIX века было изобретение английского математика Чарлза Беббиджа, который вошел в историю как создатель первой вычислительной машины - прообраза настоящих компьютеров. В 1812 году он начал работать над так называемой "разностной" машиной. Предшествующие вычислительные приборы Паскаля и Лейбница выполняли только арифметические действия. Беббидж же стремился сконструировать машину, которая выполняла бы определенную программу, проводила бы расчет числового значения заданной функции. В качестве основного элемента своей машины Беббидж ввел зубчатое колесо - для запоминания одного разряда десятичного числа. В результате он смог оперировать 18-разрядными числами. К 1822 году ученый построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов. аналитической машины". Она должна была отличаться большей скоростью при более простой конструкции, нежели прежняя "разностная" машина. Новую машину предполагалось приводить в действие силой пара.

мельницей". Третий блок предназначался для управления последовательностью действий машины. В конструкцию аналитической машины входило также устройство для ввода исходных данных и печати полученных результатов. Предполагалось, что машина будет действовать по программе, которая задавала бы последовательность выполнения операций и передачи чисел из памяти в мельницу и обратно. Программы, в свою очередь, должны были кодироваться и переноситься на перфокарты. В те времена подобные карты уже применялись для автоматического управления ткацким станком. Тогда же математик леди Ада Лавлейс - дочь английского поэта лорда Байрона - разрабатывает первые программы для машины Беббиджа. Она ввела ряд понятий и терминов, которые используются и по сей день.
К сожалению, из-за недостаточного развития технологии проект Беббиджа не был реализован. Тем не менее его изобретение имело важное значение; многие последующие изобретатели воспользовались идеями придуманных им устройств.

Табулятор.

Необходимость автоматизировать вычисления при переписи населения в США подтолкнула Генриха Холлерита к созданию в 1888 году табулятора, где информация, нанесенная на перфокарты, расшифровывалась электрическим током. Это устройство позволило обработать данные переписи населения всего за три года, вместо затрачиваемых ранее восьми лет. В 1924 году Холлерит основал фирму IBM для серийного выпуска табуляторов. Огромное влияние на развитие вычислительной техники оказали теоретические разработки математиков: англичанина А. Тьюринга и американца Э. Поста. "Машина Тьюринга (Поста)" - прообраз программируемого компьютера. Эти ученые показали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии, что ее можно представить в виде алгоритма с учетом выполняемых в машине операций.
С начала возникновения идеи Беббиджа о создании аналитической машины до ее реального внедрения в жизнь прошло более полутора столетий. Почему же столь большим оказался разрыв во времени между рождением идеи и ее техническим воплощением? Это обусловлено тем, что при создании любого устройства, в том числе и компьютера, очень важным фактором является выбор элементной базы, т. е. тех элементов, из которых строится вся система.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image029.jpg" alt="Джон фон Нейман" width="276" height="184 src=">Триггер" href="/text/category/trigger/" rel="bookmark">триггерах и вспомогательных схемах, но и некоторые другие особенности. Так, в Кембриджской машине «Эдсак», построенной в начале 50-х годов, была впервые реализована идея иерархической структуры памяти, т. е. Использовано несколько запоминающих устройств, отличающихся по емкости и быстродействию.

Еще, так сказать, в недрах первого поколения стали зарождаться машины нового типа - второго поколения. Здесь главную роль играют уже полупроводники. Вместо громоздких и горячих электронных ламп стали употребляться миниатюрные и «теплые» транзисторы. Машины на транзисторах обладали более высокой надежностью, меньшим употреблением энергии, более высоким быстродействием. Их размеры настолько сократились, что конструкторы стали поговаривать уже о настольных вычислительных машинах. Появились возможности увеличения в сотни раз оперативной памяти, программирования на так называемых алгоритмических языках. Машины также обладали развитой и совершенной системой ввода-вывода.

Появившиеся в начале 70-х годов машин третьего поколения постепенно оттеснили полупроводниковые машины. Появление новых ЭВМ неразрывно связано с достижением микроэлектроники , основным направлением развития которой явилась интеграция элементов электронных схем . На одном небольшом кристалле полупроводника площадью в несколько квадратных миллиметров стали изготовлять уже не один, а несколько транзисторов и диодов, объединенных в интегральную схему, ставшей основой машин третьего поколения. Прежде всего произошла миниатюризация размеров машин, а вследствие этого появилась возможность каждый раз увеличивать рабочую частоту и, следовательно, быстродействие машины. Но главным достоинством было то, что электронный мозг перерабатывать теперь не только числа, но и слова, фразы, тексты, т. е. оперировать с буквенно-цифровой информацией. Изменилась форма общения человека с машиной, которою разбили на отдельные независимые модули: центральный процессор и процессоры для управления устройствами ввода-вывода. Это позволило и позволило перейти на мультипрограммный режим работы.

И наконец еще одна особенность машин третьего поколения: их стали разрабатывать не поодиночке, а семействами. ЭВМ одного семейства могли отличаться быстродействием, объемом памяти, однако все они являлись конструктивно и программно совместимыми.

В конце 70-х с развитием микроэлектроники появилась возможность создания следующего поколения машин - четвертого поколения. В целом система теперь представляла собой гигантскую иерархическую конструкцию. Электронные процессоры, как кирпичи, составляли структуру ЭВМ. Каждый процессор имел прямой доступ к устройствам ввода-вывода и был снабжен своим местным индивидуальным запоминающим устройством небольшой емкости, но с колоссальной скоростью работы. Наконец вся вычислительная система управлялась центральным управляющим процессором - самостоятельным ЭВМ. По своей сути же принцип работы ЭВМ оставался прежним, просто повысилась степень интеграции электронных схем и появились большие интегральные схемы (БИС).

Применение БИС привело к новым представлениям о функциональных возможностях элементов и узлов ЭВМ. В зависимости от программы одна и та же универсальная БИС могла теперь выполнять широкий круг обязанностей: быть и радиоприемником, и сумматором ЭВМ, и блоком памяти, и телевизором. Развитие этого направления и привело к созданию микропроцессоров, построенных на одном или нескольких кристаллах и содержащих в едином миниатюрном приборе арифметическое устройство, устройство управления и память ЭВМ.

Появились микропроцессоры в начале 70-х годов и сразу нашли широкое применение в самых различных областях деятельности человека. На базе микропроцессоров стали строить микроЭВМ и микроконтроллеры. МикроЭВМ представляло собой микропроцессор вместе с запоминающим устройством, устройством ввода-вывода информации и устройствами связи. Эти устройства могут выполняться в виде отдельных БИС и составляют при этом вместе с микропроцессором так называемый микропроцессорный наборный комплект. Если же микропроцессор выполняет функцию управления , то его называют контроллером. В настоящий момент нельзя найти область в которой не применялись бы микропроцессоры.

И наконец пятое поколение ЭВМ получило развитие в конце 80-х годов. Это были принципиально такие же машины, в которых начали использовать сверхбольшие интегральные системы, что позволило увеличить объем памяти, быстродействие, универсальность и другие характеристики.

Первое поколение ЭВМ.

Появление электронно-вакуумной лампы позволило ученым претворить в жизнь идею создания вычислительной машины. Она появилась в 1946 году в США для решения задач и получила название ЭНИАК (ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator), в переводе "электронный численный интегратор и калькулятор").

Дальнейшее совершенствование ЭВМ определялось прогрессом электроники, появлением новых элементов и принципов действий, т. е. развитием элементной базы. В наши дни насчитывается уже несколько поколений ЭВМ. Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели электронно-вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами , но построенные на одних и тех же научных и технических принципах. Каждое следующее поколение отличалось новыми электронными элементами, технология изготовления которых была принципиально другой. Приведем краткую характеристику каждого поколения.
Первое поколение (1946 - середина 50-х годов). Элементной базой служат электронно-вакуумные лампы, устанавливаемые на специальных шасси, а также резисторы и конденсаторы. Элементы соединяли проводами навесным монтажом. В ЭВМ ЭНИАК было 20 тыс. электронных ламп, из которых ежемесячно заменялось 2000. За одну секунду машина выполняла 300 операций умножения или же 5000 сложений многоразрядных чисел.
Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика, и называлась она МЭСМ (малая электронная счетная машина). Затем в эксплуатацию вводится БЭСМ-2 (большая электронная счетная машина). Самой мощной ЭВМ 50-х годов в Европе стала советская ЭВМ М-20 с быстродействием 20 тыс. оп/с, объем оперативной памяти - 4000 машинных слов.
С этого момента начался бурный расцвет отечественной вычислительной техники, и к концу 60-х годов в нашей стране успешно функционировала лучшая ЭВМ того времени по производительности (1 млн оп/с) - БЭСМ-6, в которой были реализованы многие принципы работы компьютеров.
С появлением новых моделей ЭВМ произошли изменения и в наименовании этой сферы деятельности. Ранее в качестве общего названия для всей техники, призванной помогать человеку при вычислениях, использовали определение "счетно-решающие приборы и устройства". Теперь все, что имеет отношение к ЭВМ, образует класс, получивший название "вычислительная техника".

Характерные черты ЭВМ первого поколения:

· Элементная база: электронно-вакуумные лампы, резисторы, конденсаторы. Соединение элементов - навесной монтаж проводами.

· Габариты: ЭВМ выполнена в виде громоздких шкафов и занимает специальный машинный зал.

· Быстродействие: 10-20 тыс. оп/с.

· Эксплуатация слишком сложна из-за частого выхода из строя. Существует опасность перегрева ЭВМ.

· Программирование: трудоемкий процесс в машинных кодах. При этом необходимо знать все команды машины, их двоичное представление, а также различные структуры ЭВМ. Этим в основном были заняты математики-программисты, которые непосредственно и работали на ее пульте управления. Общение с ЭВМ требовало от специалистов высокого профессионализма.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image037_0.gif" alt="Смотри" align="left" width="168" height="152 src=">

Второе поколение ЭВМ.

Второе поколение приходится на период от конца 50-х до конца 60-х годов.

К этому времени был изобретен транзистор, который пришел на смену электронным лампам. Это позволило заменить элементную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), в также резисторы и конденсаторы более совершенной конструкции. Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал с большей скоростью, был дешевле и надежнее. Средний срок его службы в 1000 раз превосходил продолжительность работы элек­тронных ламп. Изменилась и технология соединения элементов. Появи­лись первые печатные платы - пластины из изо­ляционного материала, напри­мер гетинакса, на которые по специальной технологии фото­монтажа наносился токопроводящий материал. Для крепле­ния элементной базы на печат­ной плате имелись специальные гнезда. Такая формальная замена одного. типа элементов на другой суще­ственно повлияла на все характеристики ЭВМ: габариты, надеж­ность, производительность, условия эксплуатации, стиль программи­рования и работы на машине. Изменился технологический процесс изготовления ЭВМ.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image042.jpg" width="450" height="189">.jpg" width="209" height="145">.jpg" width="228" height="135">DIV_ADBLOCK175">

Производительность: от сотен тысяч до 1 млн од/с.

Эксплуатация: упростилась. Появились вычислительные цент­ры с большим штатом обслуживающего персонала, где устанав­ливалось обычно несколько ЭВМ. Так возникло понятие цент­рализованной обработки информации на компьютерах. При вы­ходе из строя нескольких элементов производилась замена целиком всей платы, а не каждого элемента в отдельности, как в ЭВМ предыдущего поколения.

* Программирование: существенно изменилось, так как стало вы­полняться преимущественно на алгоритмических языках. Про­граммисты уже не работали в зале, а отдавали свои программы на перфокартах или магнитных лентах специально обученным операторам. Решение задач производилось в пакетном (мульти­программном) режиме, то есть все программы вводились в ЭВМ подряд друг за другом, и их обработка велась по мере освобож­дения соответствующих устройств. Результаты решения распе­чатывались на специальной перфорированной по краям бумаге.

Произошли изменения как в структуре ЭВМ, так и в принципе ее организации. Жесткий принцип управления заменился мик­ропрограммным. Для реализации принципа программируемости необходимо наличие в компьютере постоянной памяти, в ячейках которой всегда присутствуют коды, соответствующие различным комбинациям управляющих сигналов. Каждая такая комбинация позволяет выполнить элементарную опера­цию, то есть подключить определенные электрические схемы.

Введен принцип разделения времени, который обеспечил совме­щение во времени работы разных устройств, например одновре­менно с процессором работает устройство ввода-вывода с магнит­ной ленты.

Третье поколение ЭВМ.

Этот период длился с конца 60-х до конца 70-х годов. Подобно тому как возникновение транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения.
В 1958 году Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему. Такие схемы могут содержать десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов, которые физически неразделимы.

Интегральная схема выполняет те же функции, что и аналогичная
ей схема на элементной базе ЭВМ второго поколения, но при этом существенно уменьшаются размеры и увеличивается надежность работы.
Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах, была IBM-360 фирмы IBM. Она положила начало большой серии моделей, название которых начиналось с IBM, а далее следовал номер.

Совершенствование моделей этой серии находило отражение в ее номере. Чем он больше, тем больше возможности, предоставляемые пользователю.
Аналогичные ЭВМ стали выпускать и в странах СЭВ (Совета экономической взаимопомощи): СССР, Болгарии, Венгрии, Чехословакии, ГДР, Польше. Это были совместные разработки, причем каждая страна специализировалась на определенных устройствах. Выпускались два семейства ЭВМ:

· большие - ЕС ЭВМ (единая система), например ЕС-1022, ЕС-1035, ЕС-1065;

· малые - СМ ЭВМ (система малых), например СМ-2, СМ-3, СМ-4.
В то время любой вычислительный центр оснащался одной - двумя моделями ЕС ЭВМ. Представителей семейства СМ ЭВМ, составляющих класс миниЭВМ, можно было довольно часто встретить в лабораториях, на производстве, на технологических линиях, на испытательных стендах.
Особенность этого класса ЭВМ в том, что все они могли работать в реальном масштабе времени, т. е. ориентируясь на конкретную задачу.

Характерные черты ЭВМ третьего поколения:

· Элементная база - интегральные схемы, которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате.

· Габариты: внешнее оформление ЕС ЭВМ схоже с ЭВМ второго поколения. Для их размещения также требуется машинный зал. А малые ЭВМ - это, в основном, две стойки приблизительно в полтора человеческих роста, дисплей. Они не нуждались, как ЕС ЭВМ, в специально оборудованном помещении.

· Производительность: сотни тысяч - миллионы операций в секунду.

· Эксплуатация: несколько изменилась. Более оперативно производится ремонт стандартных неисправностей, но из-за большой сложности системной организации требуется штат высококвалифицированных специалистов. Незаменимую роль играет системный программист.

· Технология программирования и решения задач: такая же, как на предыдущем этапе, хотя несколько изменился характер взаимодействия с ЭВМ. Во многих вычислительных центрах появились дисплейные залы, где каждый программист в определенное время мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени. Как и прежде, основным оставался режим пакетной обработки задач.

· Произошли изменения в структуре ЭВМ. Наряду с микропрограммным способом управления, используются принципы модульности и магистральности. Принцип модульности проявляется в построении компьютера на основе набора модулей - конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Под магистральностью понимается способ связи между модулями компьютера, т. е. все входные и выходные устройства подсоединены одними и теми же проводами (шинами). Это прообраз современной системной шины.

· Увеличились объемы памяти. Магнитный барабан постепенно вытесняется магнитными дисками, выполненными в виде автономных пакетов. Появились дисплеи, графопостроители.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image052.jpg" width="192" height="165">DIV_ADBLOCK177">

Четвертое поколение.

С середины 70 – х. годов. Элементная база – микропроцессоры, большие интегральные схемы. Массовый выпуск персональных компьютеров. Первые персональные компьютеры относятся к 4 - му поколению ЭВМ. Первый коммерчески распространяемый персональный компьютер был сделан на базе процессора Intel-8080, выпущенного в 1974 г. Разработчик Altair-крохотная компания MIPS из Альбукерка (шт. Нью-Мексико)-продавала машину в виде комплекта деталей за 397 долл., а полностью собранной-за 498 долл. У компьютера была память объёмом 256 байт, клавиатура и дисплей отсутствовали. Можно было только щёлкать переключателями и смотреть, как мигают лампочки. Вскоре у Altair появились и дисплей, и клавиатура, и добавочная оперативная память, и устройство долговременного хранения информации (сначала на бумажной ленте, а затем на гибких дисках). А в 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple , который представлял собой деревянный ящик с электронными компонентами. Если сравнить его с выпускаемым сейчас iMac, то становится ясным, что со временем изменялась не только производительность, но и улучшался дизайн ПК.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image056_0.gif" width="240" height="150">

1974г. Altair 1976г. Apple

В компьютерах этого типа за основу был взят принцип создания «дружественной» обстановки работы человека на ЭВМ. ЭВМ повернулась лицом к человеку.

Дальнейшее ее совершенствование шло с учетом удобства работы пользователя. Например, децентрализация , когда один пользователь может работать с несколькими компьютерами.

Направление развития.

1. Мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью.

2. Создание дешевых микро – ЭВМ.

С 1982 года фирма IBM приступила к выпуску моделей персонального компьютера, ставшего эталоном на долгие времена.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image058_0.gif" width="231" height="181">.jpg" width="216" height="176 src=">.jpg" width="192" height="158 src=">Программное обеспечение" href="/text/category/programmnoe_obespechenie/" rel="bookmark">программное обеспечение . Таким образом, появились семейства (клоны) «двойников» персональных компьютеров IBM.

Современные ЭВМ превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью, огромными возможностями и доступностью.

Пятое поколение.

С середины 80-х. годов. Началась разработка интеллектуальных компьютеров, пока не увенчанная успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединения, исполняемых определенной обработке данных, повышенного применения компьютерных технологий.

Изменение цели использования компьютеров наблюдается уже сегодня. Прежде компьютеры служили исключительно для выполнения различных научно-технических и экономических расчетов, и работали на них пользователи с общей компьютерной подготовкой и программисты. Благодаря появлению телекоммуникаций кардинально изменяется область применения компьютеров пользователями. В будущем потребность в компьютерных телекоммуникациях будет расширяться и все больше людей станет обращаться и Интернету.

Для обеспечения качественного и повсеместного обмена информацией между компьютерами будут использоваться принципиально новые способы связи:

· инфракрасные каналы в пределах прямой видимости;

· телевизионные каналы;

· беспроводная технология высокоскоростной цифровой связи на частоте 10 М Гц.

Это позволит строить системы сверхскоростных информационных магистралей, связывающих воедино все существующие системы. При обеспечении практически неограниченной пропускной способности передачи информации в перспективе ожидается разработка и использование медиа-серверов, способных хранить и предоставлять информацию в режиме реального времени по множеству одновременно приходящих запросов.

Например, уже существует ArcView-самая популярная в мире настольная ГИС (Географическая информационная система), помогает тысячам организаций выявить пространственные взаимосвязи в их данных, принять лучшие решения, решить задачи быстрее.

Перспективы развития

компьютерных систем.

* Устройства, отслеживающие состояние и местоположение человека – чипы.

*Мобильный ноутбук с радиомодемом.

*Аудио - и видеосредства для общения с компьютером на естественном языке.

*Медиа – серверы.

*Беспроводная технология высокоскоростной цифровой связи на частоте 10 Мгц.

*Нейрокомпьютеры шестого поколения.

https://pandia.ru/text/78/247/images/image074_0.gif" width="312" height="238">

Компьютеры все больше и больше проникают в нашу жизнь. Каждый компьютер не только умеет безошибочно и быстро считать, но и представляет собой вместительное хранилище информации. В настоящее время все шире используется наиболее специфическая функция компьютеров – информационная, и именно это является одной из причин наступающей «всеобщей компьютеризации».

Компьютер не будет привязан к какому-либо специальному помещению. Он должен быть полностью мобильным и снабжен радиомодемом для входа в компьютерную сеть. Прообразы таких компьютеров – ноутбук и органайзер - уже сейчас существуют.

В перспективе портативные компьютеры должны стать более миниатюрными при быстродействии, сравнимом с производительностью современных суперЭВМ.

Словарь используемых терминов.

Алгоритм – описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

БИС (большая интегральная схема) – схема, состоящая из десятков и сотен тысяч элементов на одном кристалле.

Интегральная схема – схема, содержащая десятки, сотни, тысячи транзисторов уменьшенных размеров.

Информационная технология – информационный процесс, в результате которого создается информационный продукт.

Микропроцессор – минимальный по составу аппаратуры процессор, содержащий более двух тысяч транзисторов на одном кристалле.

Модем – устройство, производящее модуляцию (преобразование цифровых сигналов в аналоговые) и демодуляцию (преобразование аналоговых сигналов в цифровые).

Нейрокомпьютер – компьютер, в основе которого лежит моделирование нейронов – нервных клеток человеческого мозга.

Ноутбук – портативный (переносной) компьютер в виде чемоданчика весом до 6 кг.

Объем памяти – максимальное количество хранимой в ней информации.

Оперативная память – устройство для хранения программ и данных, которые обрабатываются процессором в текущем сеансе работы.

Органайзер – портативный (переносной) компьютер весом до 200г; электронная записная книжка.

Паскалина – вычислительное устройство Блеза Паскаля.

Поколения ЭВМ – типы и модели электронно-вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах.

Программирование (кодирование) – процесс составления программы для компьютера.

Процессор – устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера.

Сервер – мощный компьютер, используемый в вычислительных сетях, который обеспечивает обслуживание подключенных к нему компьютеров и выход в другие сети.

Суперкомпьютер – компьютер, в котором используется мультипроцессорный (многопроцессорный) принцип обработки информации.

Табулятор – счетная машина, расшифровывающая информацию с перфокарты с помощью электрического тока.

Транзисторы, диоды – полупроводниковые элементы, пришедшие на смену электронным лампам.

Феликс – арифмометр; счетная машина, выполняющая сложение и вычитание многозначных чисел.

Используемые источники.

1. Информатика, С-П: Питер, 2001.

2. Роберт информационные технологии в образовании, М:Школа-Пресс, 1994.

3. , Сенокосов, М: Дрофа, 1998.

4. Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации № 4(46), М: ГИС-

Ассоциация, 2004.

5. Шафрин компьютерной технологии, М: ABF, 1996.

6. IBM PC для пользователя, М: Наука 1989.

7. , Щегалев информатики и вычислительной

техники, М: Просвещение 1990.

8. Газета Технолог №6, Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005.

9. Интернет.

Приложение.

1. Презентация на тему: «История развития компьютерной техники».

5. История развития компьютерной техники и информационных технологий: основные поколения эвм, их отличительные особенности.

Основной инструмент компьютеризации - ЭВМ (или компьютер). Человечество проделало долгий путь, прежде чем достигло современного состояния средств вычислительной техники.

Основными этапами развития вычислительной техники являются:

I. Ручной - с 50-го тысячелетия до н. э.;

II. Механический - с середины XVII века;

III. Электромеханический - с девяностых годов XIX века;

IV. Электронный - с сороковых годов XX века.

I. Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации. Он базировался на использовании пальцев рук и ног. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке - наиболее развитом счетном приборе древности. Аналогом абака на Руси являются дошедшие до наших дней счеты.

В начале XVII века шотландский математик Дж. Непер ввел логарифмы, что оказало революционное влияние на счет. Изобретенная им логарифмическая линейка успешно использовалась еще пятнадцать лет назад, более 360 лет прослужив инженерам. Она, несомненно, является венцом вычислительных инструментов ручного периода автоматизации.

II. Развитие механики в XVII веке стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический способ вычислений. Вот наиболее значимые результаты:

1623 г. - немецкий ученый В.Шиккард описывает и реализует в единственном экземпляре механическую счетную машину, предназначенную для выполнения четырех арифметических операций

1642 г. - Б.Паскаль построил восьмиразрядную действующую модель счетной суммирующей машины.

из 50 таких машин

1673 г. - немецкий математик Лейбниц создает первый арифмометр, позволяющий выполнять все четыре арифметических операции.

1881 г. - организация серийного производства арифмометров.

Английский математик Чарльз Бэббидж создал калькулятор, способный производить вычисления и печатать цифровые таблицы. Второй проект Бэббиджа - аналитическая машина, предназначавшаяся для вычисления любого алгоритма, но проект не был реализован.

Одновременно с английским ученым работала леди Ада Лавлейс

Заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.

III. Электромеханический этап развития ВТ

1887 г. - создание Г.Холлеритом в США первого счетно-аналитического комплекса

Одно из наиболее известных его применений - обработка результатов переписи населения в нескольких странах, в том числе и в России. В дальнейшем фирма Холлерита стала одной из четырех фирм, положивших начало известной корпорации IBM.

Начало - 30-е годы XX века - разработка счетноаналитических комплексов. На базе таких

комплексов создаются вычислительные центры.

1930 г. - В.Буш разрабатывает дифференциальный анализатор, использованный в дальнейшем в военных целях.

1937 г. - Дж. Атанасов, К.Берри создают электронную машину ABC.

1944 г. - Г.Айкен разрабатывает и создает управляемую вычислительную машину MARK-1. В дальнейшем было реализовано еще несколько моделей.

1957 г. - последний крупнейший проект релейной вычислительной техники - в СССР создана РВМ-I, которая эксплуатировалась до 1965 г.

IV. Электронный этап, начало которого связывают с созданием в США в конце 1945 г. электронной вычислительной машины ENIAC.

V. ЭВМ пятого поколения должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:

обеспечивать простоту применения ЭВМ; диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, возможности обучаемости. (интеллектуализация ЭВМ);

усовершенствовать инструментальные средства разработчиков;

улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества ЭВМ, обеспечить их разнообразие и высокую адаптируемость к приложениям.

Жизнь человек в двадцать первом веке напрямую связана с искусственным интеллектом. Знание основных вех в создании компьютеров – показатель образованного человека. Развитие компьютеров принято делить на 5 этапов — принято говорить о пяти поколениях.

1946-1954годы — вычислительные машины первого поколения

Стоит сказать, что первое поколение ЭВМ (электронных вычислительных машин) было ламповым. Ученые университета в Пенсильвании (США) разработали ЭНИАК — так назывался первый в мире компьютер. Днем, когда он официально введен в строй является 15.02.1946. При сборке аппарата было задействовано 18 тысяч электронных ламп. ЭВМ по нынешним меркам была колоссальна площадь 135 квадратных метров, а вес 30 тонн. Потребности в электроэнергии так же были велики — 150кВт.

Общеизвестный факт — создавалась эта электронная машина непосредственно для помощи в решении сложнейших задач по созданию атомной бомбы. СССР стремительно нагоняло свое отставание и в декабре 1951 года, под руководством и при непосредственном участии академика С. А. Лебедева миру была представлена самая быстрая в Европе ЭВМ. Носила она аббревиатуру МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина). Данный аппарат мог выполнять от 8 до 10 тысяч операций в секунду.

1954 — 1964 годы — вычислительные машины второго поколения

Следующим шагом в развитии стала разработка компьютеров, работающих на транзисторах. Транзисторами называются приборы, созданные из полупроводниковых материалов – позволяющие управлять током, идущим в цепи. Первый известный стабильно работающий транзистор был создан в Америке в 1948 году командой физиков — исследователей Шокли и Бардиным.

По скорости работы электронно-вычислительные машины существенно отличались от предшественников — скорость доходила до сотен тысяч операций в одну секунду. Уменьшились и размеры, да и потребление электрической энергии стало меньше. Также значительно увеличилась сфера использования. Происходило это за счет стремительной разработки программного обеспечения. Наш лучший компьютер – БЭСМ-6 обладала рекордным быстродействием – 1000000 операций в секунду. Разработана в 1965 году под руководством главного конструктора С. А. Лебедева.

1964 — 1971 годы — вычислительные машины третьего поколения

Основным отличием этого периода является начало применения микросхем с малой степенью интеграции. С помощью сложнейших технологий ученые смогли поместить на небольшой полупроводниковой пластине, с площадью меньше 1 сантиметра квадратного, сложные электронные схемы. Изобретение микросхем запатентовано в 1958 году. Изобретатель — Джек Килби. Применение этого революционного изобретения позволило улучшить все параметры – габариты уменьшились примерно до размеров холодильника, быстродействие увеличилось, также как и надежность.

Этот этап в развитии вычислительных машин характеризуется применением в использовании нового запоминающего устройства – магнитного диска. Мини-ЭВМ PDP-8 впервые представлена в 1965 году.

В СССР подобные версии появились гораздо позже — в 1972 году и являлись аналогами моделей, представленных на американском рынке.

1971 год — современность — вычислительные машины четвертого поколения

Инновацией в вычислительных машинах четвертого поколения является применение и использование микропроцессоров. Микропроцессоры представляют собой АЛУ (арифметически-логические устройства), помещенные на одну микросхему и имеющие высокую степень интеграции. Это значит, что микросхемы начинают занимать еще меньше места. Иными словами, микропроцессор – это маленький мозг, выполняющий миллионы операций в секунду по заложенной в него программе. Размеры, вес и потребление мощности резко уменьшились, а быстродействие достигло рекордных высот. И именно тогда в игру включился Intel.

Первый микропроцессор назывался Intel-4004 — название первого микропроцессора, собранного в 1971 году. Он имел разрядность 4 бита, но тогда являлся гигантским технологическим прорывом. Два года спустя Intel представил миру Intel-8008, имеющий восемь бит, в 1975 году появился на свет Альтаир-8800 — это первый персональный компьютер, созданный на основе Intel-8008.

Это было началом целой эры персональных компьютеров. Машину стали использоваться повсеместно в совершенно различных целях. Через год в игру вступил Apple. Проект имел большой успех, а Стив Джобс стал одним из самых известных и богатых человек на Земле.

Непререкаемым эталоном компьютера становится IBM PC. Его выпустили в 1981 году имеющим ОЗУ 1 мегабайт.

Примечательно то, что на данный момент IBM-совместимые электронно-вычислительные машины занимают примерно девяностопроцентную долю выпускаемых компьютеров! Также, нельзя не упомянуть про Pentium. Разработка первого процессора со встроенным сопроцессором завершилась успехом в 1989 году. Сейчас эта торговая марка непререкаемый авторитет в разработках и применении микропроцессоров на рынке компьютеров.

Если говорить о перспективах — то это, безусловно, развитие и внедрение новейших технологий: сверхбольших интегральных схем, магнитно-оптических элементов, даже элементов искусственного разума.

Самообучаемые электронные системы — вот обозримое будущее, называемое пятым поколением в развитии компьютеров.

Человек стремится стереть барьер в общении с компьютером. Очень долго и, к сожалению, неудачно работала над этим Япония, но это уже тема совершенно другой статьи. На данный момент все проекты находятся только в разработке, но с современными темпами развития – это недалекое будущее. Настоящее время – время, когда вершится история!

Одним из первых устройств (V-IV вв. до н.э.), с которых, можно считать, началась история развития компьютеров, была специальная доска, названная впоследствии «абак». Вычисления на ней проводились перемещением костей или камней в углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости и тому подобное. В Греции абак существовал уже в V в. до н.э., у японцев он назывался «серобаян», у китайцев — «суанпань». В Древней Руси для счета применялось устройство, похожее на абак, — «дощаный счет». В XVII веке этот прибор принял вид привычных российских счетов.

Абак (V-IV вв. до н.э.)

Французский математик и философ Блез Паскаль в 1642 г. создал первую машину, получившую в честь своего создателя название — Паскалина. Механическое устройство в виде ящика со многими шестернями кроме сложения выполняла и вычитание. Данные вводились в машину с помощью поворота наборных колесиков, которые отвечали числам от 0 до 9. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса.

В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механическое счетное устройство (ступенчатый вычислитель Лейбница — калькулятор Лейбница), которое впервые не только складывало и вычитало, а еще умножало, делило и вычисляло квадратный корень. Впоследствии колесо Лейбница стало прототипом для массовых счетных приборов — арифмометров.

Английский математик Чарльз Бэббидж разработал устройство, которое не только выполняло арифметические действия, но и сразу же печатало результаты. В 1832 г. была построена десятикратно уменьшенная модель из двух тысяч латунных деталей, которая весила три тонны, но была способна выполнять арифметические операции с точностью до шестого знака после запятой и вычислять производные второго порядка. Эта вычислительная машина стала прообразом настоящих компьютеров, называлась она дифференциальной машиной.

Суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков создает российский математик и механик Пафнутий Львович Чебышев. В этом аппарате достигнута автоматизация выполнения всех арифметических действий. В 1881 году была создана приставка к суммирующему аппарату для умножения и деления. Принцип непрерывной передачи десятков широко использовался в различных счетчиках и вычислительных машинах.

Автоматизированная обработка данных появилась в конце прошлого века в США. Герман Холлерит создал устройство — Табулятор Холлерита — в котором , нанесенная на перфокарты, расшифровывалось электрическим током.

В 1936 году молодой ученый из Кембриджа Алан Тьюринг придумал мысленный счетный аппарат-компьютер, который существовал только на бумаге. Его «умная машина» действовала по определенному заданному алгоритму. В зависимости от алгоритма, воображаемая машина могла применяться для самых разнообразных целей. Однако в то время это были чисто теоретические рассуждения и схемы, которые послужили прототипом программируемого компьютера, как вычислительного устройства, которое обрабатывает данные в соответствии с определенной последовательностью команд.

Информационные революции в истории

В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций — преобразований социальных общественных отношений вследствие изменений в области обработки, сохранения и передачи информации.

Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку цивилизации. Появилась возможность передачи знаний от поколений к поколениям.

Вторая (середина XVI в.) революция вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.

Третья (конец XIX в.) революция с открытиями в области электричества, благодаря чему появились телеграф, телефон, радио, устройства, которые позволяют оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.

Четвертая (с семидесятых годов XX в.) революция связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, системы передачи данных (информационные коммуникации).

Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:

• переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
• миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
• создание программно-управляемых устройств и процессов.

История развития компьютерной техники

Потребность в хранении, преобразовании и передачи информации у человека появилась значительно раньше, чем был создан телеграфный аппарат, первая телефонная станция и электронная вычислительная машина (ЭВМ). Фактически весь опыт, все знания, накопленные человечеством, так или иначе, способствовали появлению вычислительной техники. История создания ЭВМ — общее название электронных машин для выполнения вычислений — начинается далеко в прошлом и связана с развитием практически всех сторон жизни и деятельности человека. Сколько существует человеческая цивилизация, столько времени используется определенная автоматизация вычислений.

История развития компьютерной техники насчитывает около пяти десятилетий. За это время сменилось несколько поколений ЭВМ. Каждое следующее поколение отличалось новыми элементами (электронные лампы, транзисторы, интегральные схемы), технология изготовления которых была принципиально иной. В настоящее время существует общепринятая классификация поколений ЭВМ:

• Первое поколение (1946 — начало 50-х гг.). Элементная база — электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах.
• Второе поколение (конец 50-х — начало 60-х гг.). Элементная база — полупроводниковые . Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего поколения практически все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки.
• 3-е поколение (конец 60-х — конец 70-х). Элементная база — интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов.
• Четвёртое поколение (с середины 70-х — конец 80-х). Элементная база — микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.
• Пятое поколение (с середины 80-х гг.). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, которая пока не увенчалась успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.

Вместе со сменой поколений ЭВМ менялся и характер их использования. Если сначала они создавались и использовались в основном для решения вычислительных задач, то в дальнейшем сфера их применения расширилась. Сюда можно отнести обработку информации, автоматизацию управления производственно-технологическими и научными процессами и многое другое.

Принципы работы компьютеров Конрада Цузе

Идея о возможности построения автоматизированного счетного аппарата пришла в голову немецкому инженеру Конраду Цузе (Konrad Zuse) и в 1934 г. Цузе сформулировал основные принципы, на которых должны работать будущие компьютеры:

• двоичная система счисления;
• использование устройств, работающих по принципу «да / нет» (логические 1 / 0);
• полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;
• программное управление процессом вычислений;
• поддержка арифметики с плавающей запятой;
• использование памяти большой емкости.

Цузе первым в мире определил, что обработка данных начинается с бита (бит он называл «статусом да / нет», а формулы двоичной алгебры — условными суждениями), первым ввел термин «машинное слово» (Word), первым объединил в вычислители арифметические и логические операции, отметив, что «элементарная операция компьютера — проверка двух двоичных чисел на равенство. Результатом будет тоже двоичное число с двумя значениями (равно, не равно)».

Первое поколение — ЭВМ с электронными лампами

Colossus I — первая вычислительная машина на лампах, созданная англичанами в 1943 г., для раскодирования немецких военных шифров; она состояла из 1800 электронных ламп — устройств для хранения информации — и была одним из первых программируемых электронных цифровых компьютеров.

ENIAC — был создан для расчета артиллерийских таблиц баллистики; этот компьютер весил 30 тонн, занимал 1000 квадратных футов и потреблял 130-140 кВт электроэнергии. Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов, и содержались они в шкафах общим объемом около 100 м 3 . ENIAC имел производительность 5000 операций в секунду. Общая стоимость машины составляла $ 750 000. Потребность в потребления электричества — 174 кВт, общее занимаемое пространство — 300 м 2 .

Еще один представитель 1-го поколения ЭВМ, на который следует обратить внимание, это EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). EDVAC интересен тем, что в нем была сделана попытка записывать программы электронным способом в так называемых «ультразвуковых линиях задержки» с помощью ртутных трубок. В 126 таких линиях было возможно сохранять 1024 строк четырехзначных двоичных чисел. Это была «быстрая» память. В качестве «медленной »памяти предполагалось фиксировать числа и команды на магнитном проводе, однако этот метод оказался ненадежным, и пришлось вернуться к телетайпным лентам. EDVAC работал быстрее своего предшественника, сложение занимало 1 мкс, деление — 3 мкс. Он содержал всего 3,5 тыс. электронных ламп и располагался на 13 м 2 площади.

UNIVAC (Universal Automatic Computer) представлял собой электронное устройство с программами, хранящимися в памяти, которые вводились туда уже не с перфокарт, а с помощью магнитной ленты; это обеспечивало высокую скорость чтения и записи информации, а, следовательно, и более высокое быстродействие машины в целом. Одна лента могла содержать миллион символов, записанных в двоичной форме. Ленты могли хранить и программы, и промежуточные данные.

Второе поколение — ЭВМ на транзисторах.

Транзисторы пришли на смену электронным лампам в начале 60-х годов. Транзисторы (которые действуют как электрические переключатели), потребляя меньше электроэнергии и выделяя меньше тепла, занимают и меньше места. Объединение нескольких транзисторных схем на одной плате дает интегральную схему (chip — «щепка», «стружка» буквально, пластинка). Транзисторы это счетчики двоичных чисел. Эти детали фиксируют два состояния — наличие тока и отсутствие тока, и тем самым обрабатывают информацию, представленную им именно в таком двоичном виде.

В 1953 г.. Уильям Шокли изобрел транзистор с p — n переходом (junction transistor). Транзистор заменяет электронную лампу и при этом работает с большей скоростью, выделяет очень мало тепла и почти не потребляет электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации: как устройства памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны, а уже в 60-е годы получило распространение хранение информации на дисках.

Один из первых компьютеров на транзисторах — Atlas Guidance Computer — был запущен в 1957 г. и использовался при управлении запуском ракеты Atlas.

Созданный в 1957 г.. RAMAC был недорогим компьютером с модульной внешней памятью на дисках, комбинированным оперативным запоминающим устройством на магнитных сердечниках и барабанах. И хотя этот компьютер еще не был полностью транзисторным, он отличался высокой работоспособностью и простотой обслуживания и пользовался большим спросом на рынке средств автоматизации делопроизводства в офисах. Поэтому для корпоративных заказчиков срочно выпустили уже «большой» RAMAC (IBM-305), для размещения 5 Мбайт данных системе RAMAC нужно было 50 дисков диаметром 24 дюйма. Созданная на основе этой модели информационная система безотказно обрабатывала массивы запросов на 10 языках.

В 1959 году IBM создала свой первый полностью транзисторный большой универсальный компьютер модели 7090, способный выполнять 229 тыс. операций в секунду — настоящий транзисторный мэйнфрейм. В 1964 году на основе двух 7090-х мейнфреймов американская авиакомпания SABRE впервые применила автоматизированную систему продажи и бронирования авиабилетов в 65 городах мира.

В 1960 году DEC представила первый в мире миникомпьютер — модель PDP-1 (Programmed Data Processor, программируемый процессор данных), компьютер с монитором и клавиатурой, который стал одним из самых заметных явлений на рынке. Этот компьютер был способен выполнять 100 000 операций в секунду. Сама машина занимала на полу всего 1,5 м 2 . PDP-1 стал, по сути, первой в мире игровой платформой благодаря студенту MIT Стиву Расселу, который написал для него компьютерную игрушку Star War!

В 1968 году Digital впервые наладила серийное производство мини-компьютеров — это был PDP-8: цена их была около $ 10000, а размером модель была холодильник. Именно эту модель PDP-8 смогли покупать лаборатории, университеты и небольшие предприятия.

Отечественные компьютеры того времени можно охарактеризовать так: по архитектурным, схемным и функциональных решений они соответствовали своему времени, но их возможности были ограничены из-за несовершенства производственной и элементной базы. Наибольшей популярностью пользовались машины серии БЭСМ. Серийное производство, достаточно незначительное, началось выпуском ЭВМ «Урал-2» (1958), БЭСМ-2, « Минск-1» и « Урал-3» (все — 1959 г.). В 1960 г. пошли в серию « М-20» и «Урал-4». Максимальной производительностью в конце 1960 располагал «М-20» (4500 ламп, 35 тыс. полупроводниковых диодов, память на 4096 ячеек) — 20 тыс. операций в секунду. Первые компьютеры на полупроводниковых элементах («Раздан-2», «Минск — 2», «М-220» и «Днепр») находились еще в стадии разработки.

Третье поколение — малогабаритные ЭВМ на интегральных схемах

В 50-х и 60-х годах сборка электронного оборудования представляла трудоемкий процесс, который замедлялся возрастающей сложностью электронных схем. Так, например, компьютер типа CD1604 (1960 , Control Data Corp.) , содержал около 100 тыс. диодов и 25 тыс. транзисторов.

В 1959 американцы Джек Сент Клэр Килби (фирма Texas Instruments) и Роберт Н. Нойс (фирма Fairchild Semiconductor) независимо друг от друга изобрели интегральную схему (ИС) — совокупность тысяч транзисторов, размещенных на одном кристалле кремния внутри микросхемы.

Производство компьютеров на ИС (микросхемами их стали называть позже) было гораздо дешевле, чем на транзисторах. Благодаря этому многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения различных задач. В эти годы производство компьютеров приобрело промышленные масштабы.

В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах.

Четвертое поколение — персональные компьютеры на процессорах

Предшественниками IBM PC были Apple II, Radio Shack TRS-80, Atari 400 и 800, Commodore 64 и Commodore PET.

Рождения персональных компьютеров (ПК, PC) с полным основанием связывают с процессорами Intel. Корпорация была основана в середине июня 1968 г. с тех пор Intel превратилась в крупнейшего в мире производителя микропроцессоров с числом сотрудников более 64 тысяч. Целью Intel было создание полупроводниковой памяти и, чтобы выжить, фирма стала брать и сторонние заказы на разработку полупроводниковых устройств.

В 1971 г.. Intel получила заказ на разработку набора из 12 микросхем для программируемых микрокалькуляторов, но инженерам Intel создание 12 специализированных чипов показалось громоздким и неэффективным. Задача сокращения номенклатуры микросхем была решена путем создания «спарки» с полупроводниковой памяти и исполнительного устройства, способного работать по командам, хранящимся в ней. Это был прорыв в философии создания вычислительных средств: универсальное логическое устройство в виде 4-разрядного центрального процессорного устройства i4004, который позже был назван первый микропроцессором. Он представлял собой набор из 4 чипов, в числе которых был один чип, управляемый командами, которые хранились в полупроводниковой внутренней памяти.

Как коммерческая разработка, микрокомпьютер (так тогда называлась микросхема) появился на рынке 11 ноября 1971 под названием 4004: 4 битный, содержащий 2300 транзисторов, тактовая частота 60 кГц, стоимость — $ 200. В 1972 г. компания Intel выпустила восьмибитный микропроцессор 8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intel-8080, которая к концу 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии. Уже в 1973 году во Франции появляется первый компьютер на базе процессора 8080 — Micral. По разным причинам этот процессор не имел успеха в Америке (в Советском Союзе он был скопирован и выпускался долгое время под названием 580ВМ80). Тогда же группа инженеров ушла из Intel и образовала фирму Zilog. Наиболее громким ее продуктом является Z80, который имеет расширенный набор команд 8080 и, что обеспечило его коммерческий успех для бытовых приборов, обходился одним напряжением питания 5В. На его основе был создан, в частности, компьютер ZX-Spectrum (иногда его называют по имени создателя — Sinclair), ставший практически прообразом Home PC середины 80-х. В 1981 г. Intel выпускает 16-разрядный процессор 8086 и 8088 — аналог 8086, за исключением внешней 8-битной шины данных (вся периферия тогда была еще 8-битной).

Конкурент Intel, компьютер Apple II отличался тем, что не был вполне законченным аппаратом и оставалась некоторая свобода для доработки непосредственно пользователем — можно было устанавливать дополнительные интерфейсные платы, платы памяти и др. Именно эта особенность, которую впоследствии стали называть «открытой архитектурой», стала его основным преимуществом. Успеху Apple II способствовали еще две новинки, разработаные в 1978 году. Недорогой накопитель на гибких дисках, и первая программа для коммерческих расчетов — электронная таблица VisiCalc.

Большой популярностью в 70-х годах пользовался компьютер Altair-8800, построенный на основе процессора Intel -8080. Хотя возможности Altair были довольно ограничены — оперативная память составляла всего 4 Kb, клавиатура и экран отсутствовали, его появление было встречено с большим энтузиазмом. Он был выпущен на рынок в 1975 году, и в первые месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины.

Этот компьютер, разработанный фирмой MITS, продавался по почте в виде набора деталей для самостоятельной сборки. Весь комплект для сборки стоил $ 397, тогда как только один процессор от Intel продавался за $360.

Распространение ПК к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ — фирма IBM в 1979 выпустила IBM PC на базе процессора 8088. Существующее в начале 80-х годов программное обеспечение было ориентировано на обработку текстов и простых электронных таблиц, а сама мысль о том, что «микрокомпьютер» может стать привычным и необходимым устройством на работе и дома, казалась невероятной.

12 августа 1981 года IBM представила Personal Computer (PC), ставший, в сочетании с программным обеспечением от Microsoft, стандартом для всего парка ПК современного мира. Цена модели IBM PC с монохромным дисплеем составила около $3.000, с цветным — $6.000. Конфигурация IBM PC: процессор Intel 8088 с частотой 4,77 МГц и 29 тысячами транзисторов, 64 Кб оперативной памяти, 1 флоппи-дисковод емкостью 160 Кб, — обычный встроенный динамик. В это время запуск приложений и работа с ними были настоящей мукой: из-за отсутствия жесткого диска приходилось все время менять дискеты, не было ни «мыши», ни графического оконного пользовательского интерфейса, ни точного соответствия между изображением на экране и конечным результатом (WYSIWYG). Цветная графика была крайне примитивна, о трехмерной анимации или фотообработке не было и речи, однако история развития персональных компьютеров началась именно с этой модели.

В 1984 году IBM представила еще две новинки. Во-первых, была выпущена модель для домашних пользователей, названная PCjr на базе процессора 8088, котрая была оснащена едва ли не первой беспроводной клавиатурой, но успеха на рынке эта модель не добилась.

Вторая новинка — IBM PC AT. Важнейшая особенность: переход на микропроцессоры более высоких уровней (80286 с цифровым сопроцессором 80287) с сохранением совместимости с предыдущими моделями. Этот компьютер оказался законодателем стандартов на много лет вперед в целом ряде отношений: здесь впервые появилась 16-разрядная шина расширений (остающаяся стандартной и по сей день) и графические адаптеры EGA с разрешением 640х350 при глубине представления цвета 16 бит.

В 1984 г. состоялся выпуск первых компьютеров Macintosh с графическим интерфейсом, манипулятором «мышь» и многими другими атрибутами пользовательского интерфейса, без которых не мыслятся современные настольные компьютеры. Пользователей новый интерфейс не оставил равнодушными, но революционный компьютер не был совместим ни с прежними программами, ни с аппаратными компонентами. А в тогдашних корпорациях уже стали нормальными рабочими инструментами WordPerfect и Lotus 1-2-3. Пользователи уже привыкли и приспособились к символьному интерфейса DOS. С их точки зрения, Macintosh выглядел даже как-то несерьезно.

Пятое поколение компьютеров (с 1985 и по наше время)

Отличительные признаки V -го поколения:

1. Новые технологии производства.
2. Отказ от традиционных языков программирования таких, как Кобол и Фортран в пользу языков с повышенными возможностями манипулирования символами и с элементами логического программирования (Пролог и Лисп).
3. Акцент на новые архитектуры (например, на архитектуру потока данных).
4. Новые способы ввода-вывода, удобные для пользователя (например, распознавание речи и образов, синтеза речи, обработка сообщений на естественном языке)
5. Искусственный интеллект (то есть автоматизация процессов решения задач, получения выводов, манипулирования знаниями)

Именно на рубеже 80-90-х сформировался альянс Windows-Intel. Когда в начале 1989 г. Intel выпустила микропроцессор 486, производители компьютеров не стали дожидаться примера со стороны IBM или Compaq. Началась гонка, в которую вступили десятки фирм. Но все новые компьютеры были чрезвычайно похожи друг на друга — их объединяла совместимость с Windows и процессоры от Intel.

В 1989 г. был выпущен процессор i486. Он имел встроенный математический сопроцессор, конвейер и встроенный кэш первого уровня.

Направления развития компьютеров

Нейрокомпьютеры можно отнести к шестому поколению ЭВМ. Несмотря на то, что реальное применение нейросетей началось относительно недавно, нейрокомпьютингу как научному направлению пошел седьмой десяток лет, а первый нейрокомпьютер был построен в 1958 году. Разработчиком машины был Фрэнк Розенблатт, который подарил своему детищу имя Mark I.

Теория нейронных сетей впервые была обозначена в работе МакКаллока и Питтса в 1943 г.: любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети. Интерес к нейрокомпьютингу снова вспыхнул в начале 80-х годов и был подогрет новыми работами с многослойным перцептроном и параллельными вычислениями.

Нейрокомпьютеры — это ПК, состоящих из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов, которые называют нейронами. Нейроны образуют так называемые нейросети. Высокое быстродействие нейрокомпьютеров достигается именно за счет огромного количества нейронов. Нейрокомпьютеры построены по биологическим принципу: нервная система человека состоит из отдельных клеток — нейронов, количество которых в мозгу достигает 10 12 , при том, что время срабатывания нейрона — 3 мс. Каждый нейрон выполняет достаточно простые функции, но так как он связан в среднем с 1 — 10 тыс. других нейронов, такой коллектив успешно обеспечивает работу человеческого мозга.

В оптоэлектронных компьютерах носителем информации является световой поток. Электрические сигналы преобразуются в оптические и обратно. Оптическое излучение в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:

• Световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;
• Световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;
• Взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, что дает новые степени свободы в организации связи и создания параллельных архитектур.

В настоящее время ведутся разработки по созданию компьютеров полностью состящих из оптических устройств обработки информации. Сегодня это направление является наиболее интересным.

Оптический компьютер имеет невиданную производительность и совсем другую, чем электронный компьютер, архитектуру: за 1 такт продолжительностью менее 1 наносекунды (это соответствует тактовой частоте более 1000 МГц) в оптическом компьютере возможна обработка массива данных около 1 мегабайта и больше. К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических компьютеров.

Оптический компьютер размером с ноутбук может дать пользователю возможность разместить в нем едва ли не всю информацию о мире, при этом компьютер сможет решать задачи любой сложности.

Биологические компьютеры — это обычные ПК, только основанные на ДНК-вычислений. Реально показательных работ в этой области так мало, что говорить о существенных результатах не приходится.

Молекулярные компьютеры — это ПК, принцип действия которых основан на использовании изменении свойств молекул в процессе фотосинтеза. В процессе фотосинтеза молекула принимает различные состояния, так что ученым остается только присвоить определенные логические значения каждом состояния, то есть «0» или «1». Используя определенные молекулы, ученые определили, что их фотоцикл состоит всего из двух состояний, «переключать» которые можно изменяя кислотно-щелочной баланс среды. Последнее очень легко сделать с помощью электрического сигнала. Современные технологии уже позволяют создавать целые цепочки молекул, организованные подобным образом. Таким образом, очень даже возможно, что и молекулярные компьютеры ждут нас «не за горами».

История развития компьютеров еще не закончена, помимо совершенствования старых, идет и разработка совершенно новых технологий. Пример тому квантовые компьютеры — устройства, работающие на основе квантовой механики. Полномасштабный квантовый компьютер — гипотетическое устройство, возможность построения которого связана с серьезным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов; эта работа лежит на передовом крае современной физики. Экспериментальные квантовые компьютеры уже существуют; элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.