Рахунково-вирішальні засоби до появи ЕОМ V - VI століття до нашої ери Давньогрецький абак Історія обчислень сягає глибоким корінням у далечінь століть так само, як і розвиток людства. Одним із перших пристроїв (VVI ст. до н. е.), що полегшують обчислення, можна вважати спеціальну дошку для обчислень, названу «абак».
XVII століття Блез Паскаль Blasé Paskal (–) На початку XVII століття, коли математика почала відігравати ключову роль у науці, французький математик і фізик Блез Паскаль створив «підсумовуючу» машину, названу Паскаліною, яка крім додавання виконувала і віднімання. Арифметична машина Паскаля
XVII століття Готфрід Вільгельм ЛЕЙБНИЦЬ Gottfried Wilhelm Leibnitz (–) Першу арифметичну машину, яка виконує всі чотири арифметичні дії, створив у 1673 році німецький математик Лейбніц – механічний арифмометр. Механічний арифмометр Лейбніца (1673)
XIX століття Чарльз БЕББІДЖ (–) У 1812 році англійський математик і економіст Чарльз Беббідж почав роботу над створенням «різницевої» машини, яка мала не просто виконувати арифметичні дії, а проводити обчислення за програмою, що задає певну функцію. Для програмного управління використовувалися перфокарти – картонні картки з пробитими отворами (перфорацією). Аналітична машина Беббіджа
ЕОМ першого покоління року Елементна база- Електронно-вакуумні лампи. Габарити – у вигляді шаф та займали машинні зали. Швидкодія – 10 – 100 тис. оп./с. Експлуатація – дуже складна. Програмування – трудомісткий процес. Структура ЕОМ – за жорстким принципом.
Року ЕОМ другого покоління року Елементна база – активні та пасивні елементи. Габарити – однотипні стійки, що потребують машинного залу. Швидкодія – сотні тисяч – 1 млн. оп./с. Експлуатація спростилася. Програмування – з'явилися алгоритмічні мови. Структура ЕОМ – мікропрограмний метод управління.
Роки ЕОМ третього покоління року Елементна база – інтегральні схеми, великі інтегральні схеми (ІВ, ВІС). Габарити – однотипні стійки, що потребують машинного залу. Швидкодія – сотні тисяч – мільйони оп./с. Експлуатація – оперативно проводиться ремонт. Програмування – подібне до II покоління. Структура ЕОМ – принцип модульності та магістральності. З'явилися дисплеї, магнітні диски.
З 197року до 1990 року ЕОМ четвертого покоління з 197року до 1990 року Елементна база - надвеликі інтегральні схеми (НВІС). Створення багатопроцесорних обчислювальних систем. Створення дешевих та компактних мікроЕОМ та персональних ЕОМ та на їх базі обчислювальних мереж. У 1971 році фірмою Intel (США) створено перший мікропроцесор – програмований логічний пристрій, виготовлений за технологією НВІС
1983 р. Корпорація Apple Computers побудувала персональний комп'ютер Lisa перший офісний комп'ютер, керований маніпулятором миша м. Корпорація Apple Computer випустила комп'ютер Macintosh на 32-розрядному процесорі Motorola 68000
З 1990 року до наших днів ЕОМ п'ятого покоління з 1990 року до наших днів Перехід до комп'ютерів п'ятого покоління передбачав перехід до нових архітектур, орієнтованих створення штучного інтелекту. Вважалося, що архітектура комп'ютерів п'ятого покоління міститиме два основні блоки. Один із них власне комп'ютер, у якому зв'язок з користувачем здійснює блок, який називається «інтелектуальним інтерфейсом». Завдання інтерфейсу зрозуміти текст, написаний природною мовою або мовлення, і викладена таким чином умова завдання перевести в програму, що працює. Основні вимоги до комп'ютерів 5-го покоління: створення розвиненого людино-машинного інтерфейсу (розпізнавання мови, образів); Розвиток логічного програмування для створення баз знань та систем штучного інтелекту; Створення нових технологій у виробництві обчислювальної техніки; Створення нових архітектур комп'ютерів та обчислювальних комплексів. Нові технічні можливостіобчислювальної техніки повинні були розширити коло розв'язуваних завдань та дозволити перейти до завдань створення штучного інтелекту. Як одна з необхідних для створення штучного інтелекту складових є бази знань (бази даних) з різних напрямів науки і техніки. Для створення та використання баз даних потрібна висока швидкодія обчислювальної системи та великий обсяг пам'яті. Універсальні комп'ютериздатні проводити високошвидкісні обчислення, але не придатні для виконання з високою швидкістюоперацій порівняння та сортування великих обсягів записів, що зберігаються зазвичай на магнітних дисках. Для створення програм, що забезпечують заповнення, оновлення баз даних та роботу з ними, були створені спеціальні об'єктно орієнтовані та логічні мови програмування, що забезпечують найбільші можливості, порівняно із звичайними процедурними мовами. Структура цих мов вимагає переходу від традиційної фон-нейманівської архітектури комп'ютера до архітектур, які враховують вимоги створення штучного інтелекту.
Люди вчилися рахувати, використовуючи власні пальці. Коли цього виявилося замало, виникли найпростіші лічильні пристрої. p align="justify"> Особливе місце серед них зайняв абак (Давня Греція, Рим, Західна Європа до 18 століття), який отримав у древньому світі широке поширення.
Зробити абак зовсім нескладно, достатньо розливати стовпцями дощечку або просто намалювати стовпці на піску. Кожному зі стовпців присвоювалося значення розряду чисел: розряд одиниць, десятків, сотень, тисяч. Числа позначалися набором камінчиків, черепашок, гілочок, кісточок і т.п., що розкладаються за різними стовпцями - розрядами. Додаючи або прибираючи з відповідних стовпців ту чи іншу кількість камінців, можна було робити додавання або віднімання і навіть множення і поділ як багаторазове додавання і віднімання відповідно. Дуже схожі на абак за принципом дії російських рахунків. Вони замість стовпців - горизонтальні напрямні з кісточками. На Русі рахунками користувалися просто віртуозно. Вони були незамінним інструментом торговців, прикажчиків, чиновників. З Росії цей простий і корисний прилад проник і до Європи. Разом з тим, поряд з обчислювальними пристроями, розвивалися та механізми для автоматизації роботи людини. У ткацькому верстаті француза Жозеф Марі Жаккара (1752-1834), створеному в 1804-08 роках, було реалізовано процес створення візерунка тканини за допомогою отворів у картонних картах, при цьому зміна положення отворів дозволяла одержувати різні візерунки.
Першим механічним лічильним пристроєм була лічильна машина, побудована в 1642 видатним французьким вченим Блезом Паскалем (1623-62). Механічний "комп'ютер" Паскаля міг складати та віднімати. "Паскаліна", так називали машину, складалася з набору вертикально встановлених коліс з нанесеними на них цифрами від 0 до 9. При повному обігу колеса воно зчіплювалося із сусіднім колесом і повертало його на один поділ. Число коліс визначало число розрядів - так, два колеса дозволяли рахувати до 99, три - вже до 999, а п'ять коліс робили машину "знаючою" навіть такі великі числаяк 99 999. Вважати на "Паскаліні" було дуже просто.
У 1673 році німецький математик і філософ Готфрід Вільгельм Лейбніц (1646-1716) створив механічний лічильний пристрій, який не тільки складав і віднімав, а й множив і ділив. Машина Лейбниця була складнішою за "Паскаліну". Числові колеса, тепер зубчасті, мали зубці дев'яти різних довжин, і обчислення проводилися за рахунок зчеплення коліс. Саме дещо видозмінені колеса Лейбниця стали основою масових лічильних приладів - арифмометрів, якими широко користувалися не лише у ХIХ столітті, а й порівняно нещодавно наші дідусі та бабусі.
Є в історії обчислювальної техніки вчені, чиї імена, пов'язані з найбільшими відкриттями в цій галузі, відомі сьогодні навіть нефахівцям. Серед них англійський математик ХІХ століття Чарльз Беббідж (1791-1871), якого часто називають "батьком сучасної обчислювальної техніки". У 1823 році Беббідж почав працювати над своєю обчислювальною машиною, що складалася з двох частин: обчислювальної та друкуючої. Машина призначалася на допомогу британському морському відомству для складання різних морехідних таблиць. Перша, що обчислює частина машини, була майже закінчена до 1833 року, а другу, що друкує, вдалося довести майже до половини, коли витрати перевищили 17000 фунтів стерлінгів (близько 30000 доларів). Більше грошей не було і роботи довелося закрити.
Хоча машина Беббіджа і не була закінчена, її автор висунув ідеї, які лягли в основу пристрою всіх сучасних комп'ютерів.
Беббідж дійшов висновку - обчислювальна машина повинна мати пристрій для зберігання чисел, призначених для обчислень, а також вказівок (команд) машині про те, що робити з цими числами. Наступні одна за одною команди отримали назву "програми" роботи комп'ютера, а пристрій для зберігання інформації назвали "пам'яттю" машини. Проте зберігання чисел навіть разом із програмою – лише півсправи. Головне - машина повинна робити з цими числами вказані у програмі операції. Беббідж зрозумів, що для цього в машині має бути спеціальний обчислювальний блок – процесор. Саме за таким принципом і влаштовано сучасні комп'ютери.
Наукові ідеї Беббіджа захопили доньку знаменитого англійського поета лорда Джорджа Байрона - графиню Аду Августу Лавлейс (Огаста Ада Кінг Лавлейс) (1815-1852). У той час ще не було таких понять, як програмування для ЕОМ, проте Аду Лавлейс по праву вважають першим у світі програмістом - так зараз називають людей, здатних "пояснити" зрозумілою машиною мові її завдання. Справа в тому, що Беббідж не залишив жодного повного описувинайденої ним машини. Це зробив один із його учнів у статті французькою мовою. Ада Лавлейс переклала її англійською, додавши власні програми, за якими машина могла б проводити складні математичні розрахунки. В результаті початковий обсяг статті зріс утричі, а Беббідж отримав можливість продемонструвати міць своєї машини. Багато понять, введених Адою Лавлейс в описах тих перших у світі програм, широко користуються сучасні програмісти. На честь першого у світі програміста названо одну з найсучасніших та найдосконаліших мов комп'ютерного програмування - АДА.
Новинки техніки ХХ століття виявилися нерозривно пов'язаними з електрикою. Незабаром після появи електронних ламп, у 1918 році радянський учений М.А.Бонч-Бруєвич (1888-1940) винайшов ламповий тригер. електронний пристрійздатне запам'ятовувати електричні сигнали. За принципом дії тригер схожий на гойдалку з клямками, встановленими у верхніх точках гойдання. Досягнуто гойдалки однієї верхньої точки - спрацює клямка, гойдання зупиниться, і в цьому стійкому стані вони можуть бути як завгодно довго. Відкриється клямка - гойдання відновиться до іншої верхньої точки, тут також спрацює клямка, знову зупинка, і так - скільки завгодно разів. По тому, де виявляться гойдалки через деякий час після їх встановлення у відомому положенні, можна судити, відкривали засувку чи ні. Гойдалки запам'ятовують відкриття засувки - також і електронний тригер запам'ятовує, чи надходив на нього електричний сигнал чи ні.
Один тригер, запам'ятовуючи один сигнал, дозволяє вважати лише одного, але кілька тригерів розширюють обчислювальні можливості. Якщо тепер придумати спосіб реєстрації за допомогою групи тригерів не лише одиничних сигналів, а й їх десятків, сотень, тисяч - з'являється можливість застосувати цей спосіб в електронно-обчислювальній машині.
У період з 1937 по 1942 р. американці Джон Вінсент Атанасофф (1903 - 15 червня 1995) (болгарин за походженням) і Кліффорд Беррі створили першу електронно-обчислювальну машину, названу на честь авторів машиною Атанасоффа-Беррі (ABC). Апарат працював з двійковими числами, міг здійснювати логічні операції, мав електронну пам'ять, а введення-виведення здійснювалося за допомогою перфокарт.
5 липня 1943 року вчені Пенсільванського університету США підписують контракт, яким вони створюють електронний комп'ютер, відомий під назвою ЭНИАК. Назва, що нічого не означає російською мовою, походить від скорочення досить довгого англійського найменування - "електронний цифровий комп'ютер" (ENIAC, Electronic Numerical Integrator and Computor). 15 лютого 1946 року ЕНІАК офіційно ввели до ладу.
Історія створення першої ЕОМ має і деяку скандальну передісторію. Патент на винахід отримали автори ЕНІАК. І лише 1973 року за рішенням суду патент на ЭНИАК було визнано недійсним, оскільки було доведено, що всі основні вузли в машині ЭНИАК запозичені з АВС.
У 1946 році в науковій статті трьох американських авторів - Д. Неймана, Г. Голдстайна і А. Бернса - були викладені основні принципи побудови універсальних ЕОМ, що використовують одну й ту саму пам'ять і для зберігання даних, і для зберігання програми обчислень. Перша машина, що реалізує ці принципи – ЕОМ EDSAC – була побудована в Англії під керівництвом М. Уїлкса у 1949 році, в Кембриджському університеті. Через рік було побудовано універсальну ЕОМ EDVAC у США.
Основоположником вітчизняної обчислювальної техніки став Сергій Олексійович Лебедєв (1902-1974). 1921 року, склавши іспити екстерном за програмою середньої школи, Лебедєв вступив до МВТУ на електротехнічний факультет. Багато років присвятив енергетиці, займаючись проблемою сталості енергетичних систем. Наприкінці 1940-х років перейшов на новий напрямок. Під його керівництвом в Інституті електротехніки АН УРСР було створено першу в країні лабораторію з розробки ЕОМ. Тут була побудована перша радянська ЕОМ – МЕСМ, або Мала електронна лічильна машина. З 1951 працював у Москві, де очолював лабораторію в Інституті точної механіки та обчислювальної техніки (ІМТ та ВТ), а з 1953 року і до кінця життя був директором цього інституту. Під керівництвом С. А. Лебедєва з початку 1960-х років в інституті було створено кілька поколінь великих рахункових машин – БЕСМ, у яких застосовувалися оригінальні розробки.
БЕСМ-1 була для свого часу найшвидшою машиною в Європі (8-10 тисяч операцій за секунду). БЭСМ-1 і БЭСМ-2 і М-20, що послідували за нею, були засновані на серійних вітчизняних електронних лампах. Потім були створені їх напівпровідникові варіанти БЕСМ-3М, БЭСМ-4, М-220 та М-222. Модель БЭСМ-6 була спроектована з використанням попереднього імітаційного моделювання роботи її операційної системи, що дозволило знайти безліч оригінальних технічних рішень. У розробці архітектури БЕСМ-6 активну участь брали програмісти із створеної з ініціативи Лебедєва лабораторії математичного забезпечення. Довгий часБЭСМ-6 вважалася однією з найкращих ЕОМ у світі. Лебедєв розробив також основи створення багатопроцесорних комплексів, обчислювальних мереж, структурно-програмних операційних систем, алгоритмічних мов програмування і т. д. Велику увагу він приділяв підготовці молодих фахівців. З 1953 очолював кафедру "Електронні обчислювальні машинив Московському фізико-технічному інституті.
Нині налічують уже кілька поколінь ЕОМ. До одного покоління відносять всі типи та моделі машин, сконструйовані на одних науково-технічних принципах. Зміна покоління відбувається з появою нових елементів, виготовлених за іншими технологіям.
Перше покоління (1946 - кінець 50-х років) комп'ютерів вважали в тисячі разів швидше за механічні рахункові машини, але були дуже громіздкими. ЕОМ займала приміщення розміром 9х15 м, важила близько 30 тонн і споживала 150 кіловат на годину. У такій ЕОМ було близько 18 тисяч електронних ламп. Елементна база: електронно-вакуумні лампи, резистори та конденсатори. Габарити: величезні шафи, які займали машинні зали. Швидкість роботи: 10 – 20 тис. операцій на секунду. Експлуатація: дуже складна, часта заміна ламп, перегрів машини. Програмування: у машинних кодах. Працювали безпосередньо за пультом машини спеціалісти високої кваліфікації.
Друге покоління (кінець 50-х - кінець 60-х років) електронних комп'ютерів завдячує своєю появою найважливішому винаходу електроніки ХХ століття - транзистору. Мініатюрний напівпровідниковий прилад дозволив різко зменшити габарити комп'ютерів та знизити споживану потужність. Швидкість комп'ютерів зросла до мільйона операцій на секунду. Елементна база: напівпровідникові елементи - транзистори, діоди, досконаліші резистори та конденсатори. З'явилися друковані плати для монтажу елементів. Габарити: стійки трохи вищі за зростання людини. Встановлювалися у спеціальних залах. Продуктивність: до 1 млн операцій на секунду. Введено принцип поділу часу для суміщення у часі роботи різних пристроїв. З'явилися процесори для управління введенням-виводом та для роботи з дійсними числами. Експлуатація: стала простішою. З'явився штат обслуговуючого персоналу у машинних залах. Програмування: з'явилися алгоритмічні мови. Програми вводилися не вручну з пульта самим програмістом, а з допомогою перфокарт чи перфострічок операторами ЕОМ. Завдання вирішувалися в пакетному режимі: один за одним зі звільнення пристроїв обробки.
Третє покоління (кінець 60-х - кінець 70-х років) пов'язане із створенням інтегральних схем. У сотні разів скоротити кількість електронних елементів у комп'ютері дозволило винахід у 1950 році інтегральних мікросхем - напівпровідникових кристалів, що містять велику кількість з'єднаних між собою транзисторів та інших елементів. ЕОМ третього покоління на інтегральних мікросхемах з'явилися 1964 року. Першою ЕОМ третього покоління була IBM-360 фірми IBM. Вітчизняні ЕОМ розділилися на два сімейства: великі (ЄС ЕОМ) та малі (СМ ЕОМ - клас міні-ЕОМ). Елементна база: інтегральні схеми, які вставляють у спеціальні гнізда на друкованій платі. Габарити: ЄС ЕОМ схожі з ЕОМ другого покоління. СМ ЕОМ - дві стійки та дисплей, які не потребували спеціального приміщення. Швидкість: до кількох мільйонів операцій на секунду. Для експлуатації потрібний великий штат співробітників: операторів, електронників. Велику роль відіграє системний програміст. У структурі ЕОМ виник принцип модульності і магістральності - прообраз сучасної системної шини. Збільшився обсяг пам'яті, пам'ять розділилася на ОЗУ та ПЗУ, з'явилися магнітні диски, стрічки, дисплеї та графобудівники. Програмування: приблизно так само, як і на попередньому етапі. Поряд з пакетною обробкоювиник режим роботи з поділом часу. Розроблено операційні системи. Міні-ЕОМ вже працювали як реального часу.
Четверте покоління (кінець 70-х і по сьогодні) пов'язане з розробкою великих інтегральних схем. У червні 1971 року була вперше розроблена дуже складна універсальна інтегральна мікросхема, названа мікропроцесором - найважливішим елементом комп'ютерів четвертого покоління Елементна база: великі та надвеликі інтегральні схеми (ВІС та НВІС), що містять сотні тисяч елементів на одному кристалі. З'явилася технологія створення мікропроцесорів з урахуванням БІС. Перший мікропроцесор був створений фірмою Intel у 1971 році. З'явилися багатопроцесорні суперЕОМ та мікропроцесорні персональні ЕОМ. Термін "ЕОМ" замінився словом "комп'ютер". Габарити: персональний комп'ютер, що обіймає частину письмового столу. Швидкість: до мільярда операцій на секунду. Основна спрямованість у розвитку апаратної та програмної частини комп'ютерних технологій – забезпечення зручної роботи користувача. Сюди включається дружній інтерфейс, компактність обладнання, можливість підключення додаткових пристроїв, сумісність та доступність програмного забезпечення. Програмування: нові мови та середовища програмування, нові засади програмування. Розвиток операційних систем, і навіть широкого класу програм прикладного характеру.
Історія розвитку комп'ютерної техніки
| Найменування параметру | Значення |
| Тема статті: | Історія розвитку комп'ютерної техніки |
| Рубрика (тематична категорія) | Комп'ютери |
Предмет, цілі, завдання та структура дисципліни
Тема 1.1. Вступ
Розділ 1. Апаратне забезпеченняКОМП'ЮТЕРНОЇ ТЕХНІКИ
Предмет дисципліни – сучасні засоби комп'ютерної техніки (програмні та апаратні) та основи програмування на персональному комп'ютері. Важливо зауважити, що для студентів тілокомунікаційних спеціальностей апаратні та програмні засобикомп'ютерної техніки та їх компоненти є, з одного боку, елементами телекомунікаційних пристроїв, систем та мереж та, з іншого боку, основним робочим інструментом при їх розробці та експлуатації. Опанування основ програмування мовами високого рівня, що використовуються в програмному забезпеченні тілкомунікаційних вузлів, також є необхідним для підготовки фахівця-розробника засобів тілкомунікацій.
З цієї причини метою цієї дисципліни є вивчення студентами сучасної комп'ютерної техніки для орієнтації та практичного використання, формування навичок роботи з системним та прикладним програмним забезпеченням, а також оволодіння основами програмування алгоритмічними мовами на персональному комп'ютері.
Завдання дисципліни:
· Ознайомлення з історією розвитку комп'ютерної техніки та програмування;
· Вивчення основ архітектури та організації процесу обробки даних у комп'ютерній системах та мережах;
· Огляд базових компонент комп'ютерних систем і мереж та їх взаємодії;
· Ознайомлення з найбільш поширеними типами комп'ютерних систем та мереж;
· Огляд структури та компонент програмного забезпечення комп'ютерної техніки;
· Огляд найбільш поширених в даний час операційних систем і середовищ і базових пакетівприкладних програм, а також практична роботаз ними;
· Вивчення основ алгоритмізації завдань та засобів їх програмної реалізації;
· Вивчення основ програмування та програмування алгоритмічною мовою C;
· Вивчення технології програмування в телекомунікаційних системах на прикладі Web-технологій.
Програма курсу розрахована на два семестри.
Для контролю за оволодіння студентами матеріалу курсу та у першому та у другому семестрі передбачені іспити. Поточний контроль буде проводитись на практичних заняттях та лабораторних роботах.
Потреба в рахунку виникла у людей з давніх-давен. У минулому вони рахували на пальцях або робили насічки на кістках, на дереві або на камені.
Першим рахунковим інструментом, що набув широкого поширення, можна вважати абак (від грецького слова abakion і латинського abacus, що означають дошка).
Передбачається, що абак вперше з'явився у Вавилоні приблизно в 3 тисячолітті до нашої ери. Дошка абака була розділена лініями на смуги або жолобки, а арифметичні дії виконувались за допомогою розміщених на смугах (жолобках) каменів або інших подібних предметів(Рис. 1.1.1а). Кожен камінчик означав одиницю обчислень, а лінія – розряд цієї одиниці. У Європі абак використовувався до XVIII ст.
Мал. 1.1.1. Різновиди абака: давньоримський абак (реконструкція);
б) китайський абак (суанпан); в) японський абак (соробан);
г) абак інків (юпана); д) абак інків (кіпу)
У Стародавньому Китаї та Японії використовувалися аналоги абака – суанпан (рис. 1.1.1б) та соробан (рис. 1.1.1в). Замість каміння використовувалися кольорові кульки, а замість жолобків – прутики, на які кульки нанизувалися. На аналогічних принципах базувалися і абаки інків – юпана (рис. 1.1.1г) та стос (рис. 1.1.1д). Кіпу використовувалося не тільки для рахунку, але для запису текстів.
Недоліком абака було використання десяткових систем числення (у грецькому, римському, китайському та японському абаку використовувалася п'ятирічна система числення). Разом з тим абак не дозволяв оперувати з дробами.
Десятеричний абак, або російські рахунки, в яких використовується десяткова система числення та можливість оперувати десятими та сотими дробовими частками, з'явився межі XVI і XVII століть(Рис. 1.1.2а). Від класичного абака рахунки відрізняються збільшенням розрядності кожного числового ряду до 10 додаванням рядів (від 2 до 4) для операцій з дробами.
Рахунки практично без змін (рис. 1.1.2б) дожили до 80 років минулого століття, поступово поступившись місцем електронним калькуляторам.
Мал. 1.1.2. Російські рахунки: а) рахунки середини XVII століття; б) сучасні рахунки
Рахунки спрощували виконання операцій складання та віднімання, проте множення і ділення виконати з їх допомогою було досить незручно (за допомогою багаторазового складання та віднімання). Пристроєм, що полегшує множення і ділення чисел, а також деякі інші розрахунки, стала логарифмічна лінія (рис. 1.1.3а), винайдена в 1618 англійським математиком і астрономом Едмундом Гантером (вперше логарифми були введені в практику Непера, опублікованої в 1614 р.).
Потім до логарифмічної лінії був доданий двигун і бігунок зі скла (а потім плексигласу), що має візирну лінію (рис. 1.1.3б). Як і рахунки, логарифмічна лінія поступилася місцем електронним калькуляторам.
Мал. 1.1.3. Логарифмічна лінія: а) лінія Едмунда Гантера;
б) одна з останніх моделей лінійки
Перший механічний лічильний пристрій (калькулятор) було створено у 40-х роках XVII ст. видатним французьким математиком, фізиком, письменником і філософом Блезом Паскалем (на його честь названо одну з найпоширеніших сучасних мов програмування). Підсумовуюча машина Паскаля, «паскалина» (рис. 1.1.4а), була ящиком з численними шестернями. Інші операції, крім додавання, виконували за допомогою досить незручної процедури повторних додавань.
Перша машина, що дозволяла легко виробляти віднімання, множення і ділення – механічний калькулятор, було винайдено 1673 року. у Німеччині Готфрідом Вільгельмом Лейбніцем (рис. 1.1.4б). Надалі конструкція механічного калькулятора видозмінювалася та доповнювалася вченими та винахідниками різних країн (рис. 1.1.4в). З широким поширенням електрики в побуті ручне обертання каретки механічного калькулятора було замінено електромеханічному калькуляторі (рис. 1.1.4г) на привід від вбудованого в даний калькулятор електродвигуна. І механічний та електромеханічний калькулятори дожили практично до наших днів, доки не були витіснені електронними калькуляторами (рис. 1.1.4д).
Мал. 1.1.4. Калькулятори: а) підсумовує машина Паскаля (1642 р.);
б) калькулятор Лейбніца (1673 р.); в) механічний калькулятор (30-ті роки ХХ століття);
г) електромеханічний калькулятор (60-ті роки ХХ століття);
д) електронний калькулятор
Зі всіх винахідників минулих століть, які зробили той чи інший внесок у розвиток обчислювальної техніки, ближче всього до створення комп'ютера в сучасному його розумінні підійшов англієць Чарльз Беббідж. У 1822 р. Беббідж опублікував наукову статтю з описом машини, здатної розраховувати та друкувати великі математичні таблиці. У тому ж році він побудував пробну модель своєї різницевої машини (рис.1.1.5), що складається з шестерень і валиків, що обертаються вручну за допомогою спеціального важеля. Протягом наступного десятиліття Беббідж без утоми працював над своїм винаходом, безуспішно намагаючись практично її реалізувати. При цьому, продовжуючи розмірковувати на ту саму тему, він прийшов до ідеї створення ще потужнішої машини, яку він назвав аналітичною машиною.
Мал. 1.1.5. Модель різницевої машини Бэббиджа (1822 р.)
Аналітична машина Беббиджа на відміну від своєї попередниці повинна була не просто вирішувати математичні завдання одного певного типу, а виконувати різноманітні обчислювальні операції відповідно до інструкцій, що задаються оператором. Аналітична машина повинна була мати такі компоненти, як «млин» і «склад» (за сучасною термінологією – арифметичний пристрій та пам'ять), що складаються з механічних важелів та шестерень. Інструкції, чи команди, вводилися в Аналітичну машину з допомогою перфокарт (аркушів картону з пробитими у яких отворами), вперше використаних 1804 року. французьким інженером Жозефом Марі Жаккаромдля керування роботою ткацьких верстатів (рис. 1.1.6).
Мал. 1.1.6. Ткацький верстат Жаккара (1805 р.)
Одним з небагатьох, хто розумів, як працює машина і які потенційні сфери її застосування, була графиня Лавлейс, уроджена Огаста Ада Байрон, єдина законна дитина поета лорда Байрона (на її честь також названа одна з мов програмування – АДА). Графіня віддала всі свої неабиякі математичні та літературні здібності здійсненню проекту Беббіджа.
При цьому на базі сталевих, мідних і дерев'яних деталей, годинникових механізмів, що приводяться в дію паровим двигуном, аналітичну машину не можна було реалізувати, і вона так і не була побудована. До наших днів збереглися лише креслення та малюнки, які дозволили відтворити модель цієї машини (рис. 1.1.7), а також невелика частина арифметичного пристрою та друкувальний пристрій, сконструйований сином Беббіджа.
Мал. 1.1.7. Модель аналітичної машини Бэббиджа (1834 р.)
Лише через 19 років після смерті Беббіджа один із принципів, що лежать в основі ідеї Аналітичної машини, - використання перфокарт - знайшов втілення в діючому пристрої. То справді був статистичний табулятор (рис. 1.1.8), побудований американцем Германом Холлерітомз метою прискорити обробку результатів перепису населення, яка проводилася в США в 1890 році. Після успішного використання табулятора для перепису Холлеріт організував фірму з виробництва табуляційних машин "Теб'юлейтінг машин компані" (Tabulating Machine Company). З роками підприємство Холлерита зазнало низки змін – злиття та перейменування. Остання така зміна відбулася в 1924 р., за 5 років до смерті Холлеріта, коли він створив фірму ІБМ (IBM, International Business Machines Corporation).
Мал. 1.1.8. Табулятор Холлеріту (1890 р.)
Ще одним фактором, що сприяв появі сучасного комп'ютера, стали роботи по двійковій системі числення Одним з перших, хто зацікавився двійковою системою, став німецький вчений Готфрід Вільгельм Лейбніц, У своїй роботі «Мистецтво складання комбінацій» (1666) він заклав основи формальної двійкової логіки. Але основний внесок у дослідження двійкової системи числення зробив англійський математик-самоук Джордж Буль. У своїй роботі під назвою «Дослідження законів мислення» (1854 р.) він винайшов своєрідну алгебру – систему позначень і правил, що застосовується до всіляких об'єктів, від чисел і букв до речень (ця алгебра потім була названа на його честь булевою алгеброю). Користуючись цією системою Буль міг закодувати висловлювання – твердження, істинність чи хибність яких потрібно довести, – за допомогою символів своєї мови, а потім маніпулювати як двійковими числами.
У 1936 р. випускник американського університету Клод Шеннон показав, що якщо збудувати електричні ланцюгиВідповідно до принципів булевої алгебри, то вони могли б виражати логічні відносини, визначати істинність тверджень, а також виконувати складні обчислення і впритул наблизився до теоретичним основампобудови комп'ютера.
Ще троє дослідників – двоє у США (Джон Атанасофф та Джордж Стібіц) та один у Німеччині (Конрад Цузе) – розвивали одні й ті самі ідеї практично одночасно. Незалежно один від одного вони зрозуміли, що булева логіка може бути дуже зручною основою для конструювання комп'ютера. Перша груба модель лічильної машини на електричних схемахбула побудована Атанасоффим в 1939 році. У 1937 р. Джордж Стібіц зібрав першу електромеханічну схему, що виконує операцію двійкового додавання (у наші дні двійковий суматор, як і раніше, залишається одним з базових компонентівбудь-якого цифрового комп'ютера). У 1940 р. Стібіц разом з іншим співробітником фірми, інженером-електриком Семюелом Вільямсом, розробив пристрій, названий калькулятором комплексних чисел – CNC (Complex Number Calculator) здатний виконувати операції складання, віднімання, множення та поділу, а також складання комплексних чисел (рис. 1.1.). 9). При демонстрації цього пристрою було вперше показано віддалений доступдо обчислювальних ресурсів (демонстрація проводилася в Дармутському коледжі, а сам калькулятор перебував у Нью-Йорку). Зв'язок здійснювався з використанням телетайпу за спеціальними телефонними лініями.
Мал. 1.1.9. Калькулятор комплексних чисел Стібіца і Вільямса (1940 р.)
Не маючи ні найменшого уявлення про роботу Чарльза Беббіджа і про роботи Буля, Конрад Цузе в Берліні почав розробляти універсальну обчислювальну машину, багато в чому подібну до Аналітичної машини Беббіджа. У 1938 р. Перший варіант машини, названий Z1, був побудований. Дані в машину вводилися з клавіатури, а результат висвічувався на панелі з безліччю маленьких лампочок. У другому варіанті машини, Z2, введення даних у машину проводилося за допомогою перфорованої фотоплівки. В 1941 Цузе закінчив третю модель свого комп'ютера - Z3 (рис. 1.1.10). Цей комп'ютер був програмно-керованим пристроєм, заснованим на двійковій системі числення. Як машина Z3, так і її наступник Z4 використовувалися для розрахунків, пов'язаних із конструюванням літаків та ракет.
Мал. 1.1.10. Комп'ютер Z3 (1941 р.)
Потужний імпульс подальшого розвиткукомп'ютерної теорії та техніки дала друга світова війна. Вона також сприяла тому, що були зібрані воєдино розрізнені досягнення вчених і винахідників, які зробили свій внесок у розвиток двійкової математики, починаючи з Лейбніца.
На замовлення командування військово-морського флоту, при фінансовій та технічної підтримкифірми IBM, молодий гарвардський математик Говард Ейкен взявся за розробку машини, в основу якої лягли неперевірені ідеї Беббіджа та надійна технологія XX ст. Опису Аналітичної машини, залишеного самим Беббіджем, виявилося більш ніж достатньо. Як перемикальні пристрої в машині Ейкена використовувалися прості електромеханічні рельє (причому використовувалася десяткова система числення); Інструкції (програма обробки даних) були записані на перфострічці, а дані вводилися в машину у вигляді десяткових чисел, закодованих на перфокартах фірми IBM. Перші випробування машина, названа «Марк-1», успішно пройшла на початку 1943 року. «Марк-1», що досягав у довжину майже 17 м і у висоту понад 2,5 м, містив близько 750 тис. деталей, з'єднаних проводами загальною протяжністю близько 800 км (рис. 1.1.11). Машину почали використовувати для виконання складних балістичних розрахунків, причому за день вона виконувала обчислення, на які раніше витрачалося півроку.
Мал. 1.1.11. Програмно-керований комп'ютер «Марк-1» (1943 р.)
Для пошуку способів розшифрування секретних німецьких кодів британська розвідка зібрала групу вчених і поселила їх неподалік Лондона, в ізольованому від решти світу маєток. У цій групі були представники різних спеціальностей – від інженерів до професорів літератури. Входив у цю групу і математик Алан Тьюрін. Ще 1936 року. у віці 24 років він написав роботу, з описом абстрактного механічного пристрою – «універсальної машини», яка повинна була справлятися з будь-якою допустимою, тобто теоретично вирішуваною, завданням – математичною чи логічною. Деякі ідеї Тьюринга були, зрештою, втілені у реальних машинах, побудованих групою. Спочатку вдалося створити кілька дешифраторів на базі електромеханічних перемикачів. У цьому кінці 1943 року. були побудовані набагато потужніші машини, у яких замість електромеханічних реле містилося близько 2000 електронних вакуумних ламп. Англійці назвали нову машину «Колос». Тисячі перехоплених протягом дня ворожих повідомлень вводилися на згадку «Колосса» як символів, закодованих на перфострічці (рис. 1.1.12).
Мал. 1.1.12. Машина для розшифрування кодів «Колос» (1943 р.)
На іншому березі Атлантичного океану, у Філадельфії, потреби воєнного часу сприяли появі пристрою, Ѹᴏᴛᴏᴩᴏᴇ за принципами роботи і застосування було вже ближче до теоретичної «універсальної машині» Тьюринга. Машина «Еніак» (ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Computer – електронний цифровий інтегратор і обчислювач), подібно до «Марку-1» Говарда Ейкена, також призначалася для вирішення завдань балістики. Головним консультантом проекту був Джон У. Мочлі, головним конструктором – Дж. Преспер Екерт. Передбачалася, що машина міститиме 17 468 ламп. Така велика кількість ламп частково пояснювалася тим, що «Еніак» повинен був працювати з десятковими числами. Наприкінці 1945 року. «Еніак» був нарешті зібраний (рис. 1.1.13).
Мал. 1.1.13. Електронна цифрова машина «Еніак» (1946 р.):
а) загальний вигляд; б) окремий блок; в) фрагмент пульта керування
Не встиг «Еніак» вступити в експлуатацію, як Мочлі та Екерт вже працювали на замовлення військових над новим комп'ютером. Головним недоліком комп'ютера «Еніак» була апаратна реалізація програм за допомогою електронних схем. Наступна модель – машина «Едвак»(Рис. 1.1.14а), яка вступила в дію на початку 1951 року, (EDVAC, від Electronic Discrete Automatic Variable Computer – електронний комп'ютер з дискретними змінами) – була вже більш гнучкою. Її більш містка внутрішня пам'ятьмістила не лише дані, а й програму в спеціальних пристроях- Заповнених ртуттю трубках, званих ртутними ультразвуковими лініями затримки (рис. 1.1.14б). Істотно і те, що «Едвак» кодував дані вже в двійковій системі, що дозволило значно скоротити кількість електронних ламп.
Мал. 1.1.14. Електронна цифрова машина «Едвак» (1951 р.):
а) загальний вигляд; б) пам'ять на ртутних ультразвукових лініях затримки
Серед слухачів курсу лекцій про електронних комп'ютерах, що проводилися Мочлі та Екертом у процесі реалізації проекту «Едвак», виявився англійський дослідник Моріс Уілкс. Повернувшись в Кембриджський університет, він у 1949 році. (на два роки раніше, ніж члени групи, що залишилися, побудували машину "Едвак") завершив спорудження першого у світі комп'ютера з програмами, що зберігаються в пам'яті. Комп'ютер отримав назву «Едсак»(EDSAC, від Electronic Delay Storage Automatic Calculator – електронний автоматичний калькулятор із пам'яттю на лініях затримки) (рис. 1.1.15).
Мал. 1.1.15. Перший комп'ютер із програмами,
збереженими у пам'яті – «Едсак» (1949 р.)
Ці перші успішні втілення принципу зберігання програми в пам'яті стали завершальним етапом у серії винаходів, розпочатих у воєнний час. Тепер було відкрито шлях для поширення все більш швидкодіючих комп'ютерів.
Епоха масового виробництва комп'ютерів почалася з випуску першого англійського комерційного комп'ютера LEO (Lyons' Electronic Office), який використовувався для розрахунку зарплати працівникам чайних магазинів, що належать фірмі Lyons (рис. 1.1.16а), а також першого американського комерційного комп'ютера UNIVAC I (UNIVersal Automatic - Універсальний автоматичний комп'ютер) (рис. 1.1.16б). Обидва комп'ютери було випущено 1951 року.
Мал. 1.1.16. Перші комерційні комп'ютери (1951 р.): а) LEO; б) UNIVAC I
Якісно новий етап у проектуванні комп'ютерів настав, коли фірма IBM запустила свою відому серію машин – IBM/360 (початок випуску серії – 1964). Шість машин цієї серії мали різну продуктивність, сумісний набір периферійних пристроїв (близько 40) та були призначені для вирішення різних завдань, однак були побудовані за єдиними принципами, що суттєво полегшувало модернізацію комп'ютерів та обмін програмами між ними (рис. 1.1.17).
Мал. 1.1.16. Одна з моделей серії IBM/360 (1965 р.)
У колишньому СРСР розробки комп'ютерів (вони було названо ЕОМ – електронні обчислювальні машини) розпочали наприкінці 40-х. У 1950 році. в Інституті електротехніки Академії наук УРСР у Києві було випробувано першу вітчизняну ЕОМ на електронних лампах – малу електронну лічильну машину (МЕММ), спроектовану групою вчених та інженерів під керівництвом академіка С. А. Лебедєва (рис. 1.1.18а). У 1952 р. під його керівництвом була створена велика електронна лічильна машина (БЕСМ), яка після модернізації в 1954 році. мала високу на той час швидкодія – 10000 операцій/с (рис. 1.18б).
Мал. 1.1.18. Перші комп'ютери у СРСР: а) МЭСМ (1950 р.); б) БЭСМ (1954 р.)
Історія розвитку комп'ютерної техніки - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Історія розвитку комп'ютерної техніки" 2014, 2015.