Когда был создан первый электронный цифровой компьютер. Самый первый компьютер в мире — кто создал? Направление на массовое производство

Сегодня компьютер стал неотъемлемой частью жизни каждого человека. Это устройство имеется в каждом дома, а часто даже не одно. Любое рабочее место оснащено компьютером в том или ином формате. ПК давно стал обыденностью и очевидным предметом рабочего и домашнего обихода. И, конечно, уже давно никто не помнит каким был самый первый компьютер в мире, а ведь процесс эволюции до миниатюрных, но мощных устройств занял не так много времени.

Однако изменения устройство претерпело колоссальные. Итак, совершим небольшой экскурс в историю и вспомним, как и когда появился первый компьютер.

Прежде чем перейти вопросу, когда появились первые компьютеры, стоит поговорить о тех изобретениях человечества, которые были сделаны ранее и внесли существенный вклад в главное достижение.

• Самая первая попытка создать прибор упрощающий счёт была сделана 3 тысячи лет до нашей эры. Древние счёты (абак) считаются самыми дальними предшественниками первых компьютеров.
• В 1642 году Паскаль создал цифровую вычислительную машину. Это первое устройство, представленное широкой публике и получившее большую известность. Разработка учёного складывала и вычитала сначала пятизначные, а после доработки и восьмизначные числа. В то время это изобретение считалось уникальным и именно оно положило начало череде разработок, которая привела к появлению первого компьютера в мире.
• Первое ощутимое изобретение было сделано в 1938 году. Немецкий инженер Конрад Цзуе создал хоть и механическую, но уже программируемую машину Z1.
• Разработки не стояли на месте и уже в 1941 году, тот же учёный представил миру Z3. Вычислительная машина уже обладала основными характеристиками присущими полноценному компьютеру. Но о том, что это первый компьютер пока говорить рано.

К сожалению, Z3 был разрушен в мае 1945 года, когда в Германию вошли русские войска. Но сегодня в одном из музеев Мюнхена можно увидеть его воссозданную копию. Механизм поражает своими размерами и уже очень трудно сопоставить эту махину с современными миниатюрными гаджетами.

ЭНИАК - самый первый компьютер в мире

Что такое ЭНИАК? Если дословно, то это электронный числовой интегратор и вычислитель. Эта машина стала первым доказательством того, что создать компьютер действительно можно. Что электронная машина способна выполнять сложные вычисления. И что это только начало величайших открытий и разработок.

История проекта ENIAC

Разработку самого первого компьютера в мире начали в 1943 году. В разгар второй мировой войны США требовались большие объёмы расчётов таблиц стрельбы, без которых артиллерия не могла попадать точно в цель. В то время эта обязанность возлагалась на женщин, выполнялись вычисления вручную на арифмометрах. По времени подобные вычисления занимали до 16 дней на один расчёт. Для полного расчёта одной таблицы было задействовано большое количество вычислителей и требовалось немало времени.

В 1942 году Пенсильванскому университету США был предложен проект первой электронной вычислительной машины, основанной на вакуумных лампах, и предложение её построить. Руководство института проект не оценило и отправило его в архив. В дальнейшем ЭВМ заинтересовалась Баллистическая Лаборатория. Такое решение позволило бы в значительной степени ускорит расчёт таблиц стрельбы с нескольких дней или даже месяцев до нескольких часов.

В 1943 году вновь воссозданный по памяти разработчиком проект был представлен научному отделу Баллистической Лаборатории. Чтобы новшество не вызвало отторжение у военных, машину назвали электронным дифференцированным анализатором. Представителям комиссии был хорошо знаком механический анализатор и сложилось впечатление, что инженеры просто хотят сделать его электронным. По заверениям разработчиков будущая машина сможет выполнять расчёт траектории стрельбы за 5 минут.

Идея была одобрена и средства в размере почти 62 тысяч долларов США были выделены на создание первого в мире компьютера. В первом документе по разработке машина называлась «Электронный числовой интегратор» добавочное слово «Компьютер» присоединилось к нему немного позднее, после чего и сформировалась известная и самая знаменитая в истории создания ПК аббревиатура.

В феврале 1944 года были сформированы все чертежи и схемы будущей машины. И группа инженеров под руководством основных разработчиков была готова к окончательному сбору и воплощению проекта в жизнь. Летом того же года были собраны в одно устройство два тестовых модуля, которые были использованы для сложения чисел. Они перемножали два числа и выдали верный ответ, результаты эксперимента были предоставлены руководству института и лаборатории и подтвердили, что проект инженеров вполне воплотим в жизнь.

Окончательно собран ЭНИАК был в 1945 году в конце войны и военных целях уже не пригодился. В связи с этим военное ведомство Америки приняло решение реализовать возможности машины в расчётах разработки термоядерного оружия. Общественности ЭНИАК был представлен только спустя год. Он успешно выполнял свою работу целых 10 лет и был навсегда отключён от питания в октябре 1955 года.

Как использовался компьютер

Десять лет непрерывной службы - очень внушительный срок для первой ЭВМ. Что же успел сделать ЭНИАК за этот период?

• Как уже было упомянуто выше после создания и успешного тестирования компьютер разобрали и перевезли в Баллистическую Лабораторию для расчётов, связанных с созданием термоядерного оружия. Последние требовали больших мощностей и ЭНИАК хоть и упрощал процесс, но до конца не подходил для полноценного моделирования. В результате приблизительных и сильно упрощённых расчётов первой ЭВМ была доказана возможность создания водородной бомбы.
• Затем на ЭНИАКе выполнялись расчёты методом Монте Карло.
• Потом британский физик решал на первом компьютере аэродинамическую проблему обтекания воздушными массами крыла самолёта на сверхзвуковой скорости. Компьютер выдал довольно точные результаты.
• Фон Нейман рассчитывал на вычислительной машине значения чисел Пи и e, с очень большой точностью.
• Также на этом компьютере впервые был выполнен расчёт численного прогноза погоды. Этот расчёт происходил в течение 5 недель, после чего производился анализ полученных результатов.

Несмотря на длительность, самый первый компьютер в мире выдал очень впечатляющий результат.

Характеристики конструкции

В общей сложности создание ЕНИАК обошлось почти в 500 тысяч долларов США и 200 тысяч человеко-часов. Конструкция состояла из 17,5 тысяч ламп 16 типов, 7,2 тысячи кремниевых диодов, 1,5 тысячи реле, 70 тысяч резисторов и 10 тысяч конденсаторов. Машина поглощала столько электроэнергии, что во время расчётов ближайший город оставался без электричества в течение многих часов.

ENIAC имел следующие параметры и характеристики:

• вес конструкции составляет 27 тонн;
• память – 20 число-слов;
• требующаяся мощность – 174 кВт;
• вычислительные мощности – 257 операций умножения или 5 тысяч сложения в секунду;
• тактовая частота – 100 кГц;
• ввод и вывод данных выполнялся табулятором перфокарт IBM.

Для вычисления умножения машина использовала многократное сложение, поэтому мощность в этом направлении вычислений уменьшается. Все вычисления выполнялись в десятичной системе, причём двоичная была знакома разработчикам, но они предпочли первую (на фото внизу не он — просто картинка для атмосферы)

Для решения каждой определённой задачи ЭНИАК подвергался перекомутированию вплоть до 1947 года, то есть программисты заново формировали программу для вычисления новой задачи посредством перестановки блоков и коммутаторов. Затем каждую задачу вычисления стали использовать как подпрограмму, что значительно упростило программирование машины.

Команда разработчиков

Так всё-таки, кто разработчик первого компьютера? Авторство основного проекта принадлежит Джону Пресперу Эккерту и Джону Уильяму Мокли. Непосредственно над созданием машины работала целая группа высококлассных специалистов.

• Роберт Ф. Шоу – функциональные таблицы;
• Томас К. Шарплес – ведущий программист;
• Джеффри Чуан Чу – извлечение квадратного корня и модуль деления;
• Артур Бёркс – модуль умножения;
• Джек Деви – аккумуляторы;
• Гарри Хаски – модуль считывания данных на вывод;
• Джон Фон Нейман – участвовал в проекте, как научный консультант.

Помимо этих специалистов, над ЭВМ работала команда программистов, состоящая из шести девушек:

• Мэрлин Мельцер;
• Кэтлин Рита Макналти;
• Франсис Элизабет Снайдер;
• Рут Лихтерман;
• Бетти Джин Дженнингс;
• Франсис Билас.

Таким образом, определить кто создатель компьютера ЭНИАК в единственном числе сложно. Как над проектированием, так и над созданием ЭВМ трудились многие специалисты.

Дальнейшие разработки и создание первых персональных компьютеров

В 1945 году был предоставлен первый отчёт от EDVAC, усовершенствованной Фон Нейманом версии первого компьютера. Он выполнял расчёты не только за счёт перфокарт, но и используя собственную память, это уменьшило число ламп и ускорило процесс вычисления.

Первые ПК на продажу появились после создания микропроцессоров. Компания IBM пыталась организовать первые продажи уже в 1974 году. Но спросом устройства совсем не пользовались. В этих устройствах в качестве памяти использовались кассеты, а стоимость машин составляла ни больше ни меньше - 10 тысяч долларов США. Отсюда и отсутствие спроса.

Ответ на вопрос, кто создал первый компьютер доступный для домашнего использования, очевиден из названия машины - IBM 5100. Эта машина имела память 64 Кб и могла выполнять некоторые программы. Несмотря на стоимость и не совсем понятные цели использования первые продажи всё-таки состоялись.

Отечественные разработки

Инженеры в Советском союзе также не сидели на месте и разрабатывали собственный продукт. Кто создал компьютер в СССР? Руководил проектом С. А. Лебедев. Работа началась в 1948 году. Построена машина была только к концу 1950 года. А уже в 1952 году на советских МЭСМ-ах производились серьёзные расчёты научно-технических задач.

Стоит отметить, что создавая самый первый компьютер в СССР, Лебедев, независимо от Фон Неймана, пришёл к решению использования хранимой в памяти программы для выполнения вычислений.

Несмотря на то что Малая электронная счётная машина обладала низким быстродействием и малым объёмом памяти, она имела довольно развитые алгоритмы. А также имела запоминающее устройство для долговременного хранения команд и неизменных констант.

История игр для компьютеров

Интересно какой была самая первая игра в мире? Её создали в 1962 году в технологическом институте Массачусетса. Конечно, разработка этого продукта велась инженерами в нерабочее время.

Первая игра носила название Spacewar. В основе сюжета положена битва двух космических лайнеров, которые атакуют друг друга специальными ракетами. Игра была запущена на базе отдельного процессора, с быстродействием 100 тысяч операций в секунду и памятью 9 Кбайт.

На дисплей выводилась карта звёздного неба с лайнерами. Управление орудием и стрельба выполнялась посредством джойстиков и клавиатуры. Число ракет у каждого противника было ограничено, что добавляло азарта в простейшую стрелялку. Каждый игрок должен был не только попасть в противника, но и уйти от его атак. Можно было маневрировать между звёздами или совершать гиперпрыжки в пространстве.

Игра была выпущена на коммерческой основе, и планировалось получить с продукта неплохую прибыль. Но игрушка так и не получила большой популярности, хотя и прославила создателей в узких кругах. Тем не менее последующие разработки в этом направлении уже пользовались спросом.

Создание ЭНИАК-а - самого первого компьютера в мире, послужило стартом к началу разработок в направлении электроники и вычислительной техники. На сегодняшний день человечество добилось довольно больших успехов, но прогресс не стоит на месте и порой сложно даже представить, что нас ожидает впереди.

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.

В 1673 году ученый из Германии Готфрид Лейбниц соорудил счетную машину, которая могла выполнять сразу все четыре арифметические операции: сложение, вычитание, умножение и деление. Она впоследствии и стала прототипом арифмометра.

В 19 веке продолжали совершенствовать работу арифмометра. В результате дополнительных разработок была повышена точность и надежность проводимых вычислений.

В России первую счетную машину разработал П. Чебышев в 1878 году. На этом устройстве можно было вычитать и складывать сразу многозначные числа.

Механик из Петербурга Однер добавил в арифмометр зубчатку, которая имела переменное число зубьев. В результате такая конструкция обеспечивала быстрое и четкое выполнение арифметических операций. Это и послужило толчком для дальнейшего повсеместного распространения арифмометров, которые выпускались еще на протяжении ста лет.

Лишь в 30-е годы 20 века спроектировали совершенную модель арифмометра – «Феликс».

В 19 веке математик английского происхождения Чарльз Беббидж разработал главные положения, которые должны были лечь в основу конструкции вычислительной машины:

• арифметическое устройство;
• память;
• устройство ввода-вывода;
• устройство управления.

Но он не смог реализовать задуманное, поскольку машиностроение на тот момент находилось на низком уровне. Однако его дочь, Ада Лавлейс, создала вычислительные программы для данного аппарата. Ее по праву считают первой программисткой в мире.

Современная история ЭВМ

В 40-х годах 20 века была создана программируемая счетная машина на основе электромеханического реле. Но она не получила широкого распространения, потому что начались разработки ЭВМ на основе радиолампы.

Официально годом создания первой ЭВМ считается 1946 год, когда американскими учеными была разработана первая машина «Эниак». Принципы построения ЭВМ сформулировал Джон фон Нейман, которого и считают создателем первой электронно-вычислительной машины.

Но отдельные исследователи приписывают создание первой ЭВМ немецкому изобретателю Конраду Цузе, который создал программируемую двоичную вычислительную машину «Z1». Создание такой машины было закончено в 1938 году.

Антиките́рский механизм — древнегреческое вычислительное устройство (100 год до н.э.)

История изобретения первого механизма для вычислений берет начало в древней Греции. Механизм состоящий из 37 бронзовых шестерней и четырех дисков и предназначавшийся, по мнению ученых, для расчета движения небесных тел был найден в 1901 на затонувшем древнем судне недалеко от греческого острова Антикитера. Находка датируется приблизительно 100-150 годами до н. э. Древний астрономический компьютер вычислял положение пяти известных на то время планет и выполнял математические расчеты.

Найденные фрагменты Антикитерского механизма хранятся в Национальном археологическом музее в Афинах. Кто изобрел этот механизм опередивший свое время мы, к сожалению, никогда не узнаем.

Идея вычислительного устройства

Компью́тер (англ. computer - «вычислитель») - устройство выполняющее заданную последовательность операций (чаще всего связанных с числовыми расчетами и манипулированием данными).

ЭВМ — устройство вычислительный функционал которого основан на электронных компонентах: вакуумных лампах, полупроводниках, резисторах, конденсаторах.

История изобретения первого компьютера , пожалуй, начинается с идей знаменитого итальянского изобретателя. Еще в XV веке, в своих дневниках, Леонардо да Винчи приводит эскиз суммирующего устройства на базе зубчатых колец. (правда дальше чертежей у Леонардо дело не дошло т.к. технологии того времени были весьма примитивны для реализации его идей).

Лишь спустя два века, гениальному математику Паскалю, удалось с большим трудом воплотить в жизнь свой проект механического арифмометра «Паскалина».

История изобретения компьютеров делится на своеобразные эры: подсчет предметов на камешках или косточках трансформировался в предка современных счет, эра шестерней и рычажков подарила человечеству механический калькулятор Паскалина, позже мир увидел разностную машину Беббиджа и, наконец, освоив электричество, человек смог построить электронную вычислительную машину (ЭВМ).

Что является компьютером, а что нет? Машина фон-Неймана

Джон фон Нейман заложил основополагающие принципы по которым и сейчас создаются современные вычислительные машины. Архитектура фон Неймана - широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. Другими словами это означает, что и данные и код программы которая этими данными оперирует находятся в одной и той же памяти (ОЗУ).

Типичная схема вычислительной машины (компьютера) фон Неймана представлена ниже. Она состоит из основных узлов:

1. Арифметико-логическое устройство
2. Управление АЛУ
3. Оперативная память
4. Устройство ввода-вывода

Задаваясь вопросом кто изобрел первый компьютер , необходимо понимать различие между механическими вычислительными устройствами и электронно вычислительной машиной ЭВМ. Первым электронно-цифровым компьютером считается ABC (Atanasoff-Berry Computer) — вычислительная машина Атанасова — Берри разрабатываемая физиком Джоном Атанасовым и Клифордом Берри в университете штата Айова в период с 1937 по 1942г. Так что официально история изобретения первого компьютера отсчитывается с 1942 года .

Эра механических калькуляторов

Древний калькулятор Абак — прародитель счёт

Абак — древний прародитель счет

Самым первым вычислительным устройством являлся Абак. Этому изобретению больше двух тысяч лет. Абак представлял из себя деревянную доску с полосами по которым передвигались камешки. Похожий принцип действия можно увидеть у современных счет, которые являются дальними родственниками Абака.

Первый механический калькулятор Паскаля

Механический компьютер Паскаля. Лавры изобретателя первого работающего механического счетного механизма принадлежат французскому математику, физику, изобретателю Блезу Паскалю (19 июня 1623 - 19 августа 1662). Этот механический арифмометр умел выполнять четыре основных математических действия. За свою непродолжительную жизнь, Паскаль изготовил 50 таких механических калькуляторов.

Чарльз Беббидж — английский математик, создатель первой аналитической машины являющейся прообразом современной ЭВМ. В идею аналитической машины легли принципы современного цифрового компьютера: устройство ввода-вывода, ячейки памяти, арифметическое устройство. Механический компьютер Беббиджа выполнял алгебраические вычисления т.е. оперировал переменными.

Электронно-механический компьютер Z-1 Конрада Цуззе

В 1938 году немецким инженером Конрадом Цузе, на собственные средства, была сконструирована первая механическая программируемая цифровая машина. Она приводилась в действие электрическим приводом и располагалась на двух сдвинутых вместе столах, занимая площадь в 4м/куб. Если бы не бомбардировки в ходе военных действий уничтожившие Z-1, история изобретения первого компьютера отсчитывалась бы с 1938 года.

В том же году Цузе приступил к созданию более усовершенствованной модели — Z2, в основу которой, легли телефонные реле. 1941 год: Цузе создает Z3, которая являлась прообразом современного компьютера. Z3 могла программироваться в двоичном коде, умела производить вычисления над числами с плавающей точкой, имела устройство хранения данных и умела считывать программы с перфоленты (!). В планах Цузе было создание следующего поколения Z на электронных лампах, но в связи с военной кампанией германии ему было отказано в финансировании.

После войны Цузе продолжал разработку вычислительной техники, уже в стенах собственной компании Zuse KG. Позже его фирму выкупила Siemens. Конрад Цузе был не только гениальным изобретателем, но еще и талантливым художником.

Компьютер Colossus

Компьютер «Колосс» — сверхсекретный британский проект

Во время второй мировой войны немецкие радисты для передачи секретных данных использовали специальный алгоритм шифрования.

Для ускорения расшифровки немецких сообщений британским инженером Томми Флауэрсом совместно с отделением Макса Ньюмана в 1943 году была создана дешифровальная машина Колосс (Colossus).

В компьютере Colossus использовалось большое количество электровакуумных ламп, ввод информации выполнялся с перфоленты. Работа Флауэрса и Ньюмана не была оценена по достоинству т.к. долгое время была засекречена. Уинстон Черчилль лично подписал приказ о разрушении дешифровальной машины на части. Из-за строжайшего режима секретности, история изобретения компьютера Colossus не была упомянута в трудах по истории.

Первый электронный компьютер Джона Атанасова ABC

1942год Джон Атанасов совместно с Клиффордом Берри разработали первый в США электронный цифровой компьютер ABC. Эта электронная машина не была программируемой. ABC была первой в мире вычислительной машиной БЕЗ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ (реле, кулачковые механизмы, пр…). На данный момент и согласно закону, на базе электронных компонентов принадлежит Джону Атанасову.

Долгое время считалось, что изобретение первого компьютера принадлежит Эккерту и Мошли, но после долгих судебных разбирательств в 1973 году федеральный судья Эрл Ларсон аннулировал патент ранее принадлежавший Эккерту и Мошли, признав Джона Атанасова изобретателем первого электронного компьютера.

Компьютер Эккерта — Мошли ENIAC

В 1946 году Джон Мошли и Джон Эккерт вместе с сотрудниками школы электротехники Мура штата Пенсильвания разработали большую электронно-вычислительную машину предназначенную для военных целей Electrical Numerical Integrator and Calculator. ENIAC был реализован на электронно-вакуумных лампах, что значительно ускоряло процесс обработки и операций на данными. Вес компьютера составлял 27 тонн. Все вычисления производились в десятичной системе. Для изменения задания (выполняемой программы) ENIAC необходимо было перекоммутировать. Огромная вычислительная мощь (на то время) ENIAC использовалась в военных целях, затем для прогнозирования погоды.

Из чего состоят компьютеры?

В основе любого компьютера лежит арифметико-логическое устройство (АЛУ, процессор), память для хранения промежуточных результатов вычисления и устройство ввода-вывода. Узлы первых компьютеров были реализованы на реле, радиолампах. Позже, с появлением транзисторов и микросхем размеры компьютеров значительно уменьшились, а вычислительные мощности, наоборот возросли.

Вакуумный триод — основа первых электронных компьютеров

В первых компьютера использовались вакуумные триоды (радиолампы) изобретенные Ли Де Форестом в 1906 году. Триод состоит из трех элементов помещенных под вакуум стеклянного баллона: анода катода и сетки расположенной между ними. Напряжение прикладывается между анодом и катодом. Ток между анодом-катодом можно изменять прикладывая различный потенциал к сетке. Т.о. можно менять состояние триода: вкл/выкл. Триод (в наше время транзистор) является вентилем, дискретной единицей компьютера, на основе которой строятся более сложные логические схемы.

Кроме радиоламп широко использовались и пассивные электронные компоненты: резисторы, конденсаторы. Однако только радиолампы выходили из строя чаще всех остальных. Это связано с самой архитектурой этих вакуумных приборов: у любой радиолампы есть срок службы и он довольно короткий (относительно полупроводникового транзистора например). Со временем, катод радиолампы стремительно теряет эмиссию и радиолампа становится непригодной.

Оперативная память первых компьютеров

Первая оперативная память была реализована на ферритовых кольцах набранных в матрицу. Такое ОЗУ хранило информацию в виде направления намагниченности небольших ферритовых сердечников. Направление намагниченности одного ферритового кольца позволяет хранить один бит информации. Такой способ хранения данных был распространен вплоть до середины 1970-х годов.

История изобретения компьютеров. Наши дни

После изобретения полупроводникового транзистора (1947 г.) и микросхемы (1952 г.) создание компьютеров вышло на качественно иной уровень. Благодаря малым размерам, высокой скорости переключения и низкому потреблению энергии, полупроводниковые приборы и микросхемы позволили разрабатывать быстродействующие компьютеры для всех сфер применения.

Компанию IBM можно назвать изобретателем первого персонального компьютера, а если точнее, открытой архитектуры IBM PC представляющей из себя сборную конструкцию со слотами расширения и поддержкой программного и аппаратного обеспечения различных фирм. Стандарт IBM PC является доминирующей архитектурой на основе которой сейчас производятся все современные компьютеры.

Первый персональный компьютер IBM-PC 5150 заложил новый стандарт в индустрии микрокомпьютеров.

Закон Мура и будущее ЭВМ

Закон Гордона Мура – эмпирическое наблюдение (прекрасно «работавшее» до недавнего времени) предсказывающее увеличение вдвое количества транзисторов в кристалле процессора примерно каждые 24 месяца. Благодаря стараниям монстров индустрии строения центральных и видео-процессоров таким как Intel и Nvidia мы живём в удивительную эпоху виртуализации, компьютерных игр неотличимых графикой от голливудского экшена.
Кол-во транзисторов процессоров Intel приближается к двум миллиардам, а кристалл самой микросхемы можно уместить на ногте. Объединяя вычислительные ядра на одной подложке, а сами процессоры на общей материнской плате разработчики добились фантастических вычислительных мощностей. Проектирование спецэффектов и виртуальной реальности, моделирование сложнейших биологических процессов, астрономия и астрофизика – это лишь немногие области, где применение мощных современных ЭВМ помогает человечеству бурно развиваться и познавать окружающий мир.