Перші обчислювальні. Історія розвитку обчислювальної техніки. "Вважаючи годинник" Вільгельма Шикарда

Обчислювальні пристрої та пристрої від давнини до наших днів

Основними етапами розвитку обчислювальної техніки є: Ручний – до 17 століття, Механічний – з середини 17 століття, Електромеханічний – з 90-х років 19 століття, Електронний – з 40 років 20 століття.

Ручний період розпочався на зорі людської цивілізації.

У будь-якій діяльності людина завжди вигадувала і створювала найрізноманітніші засоби, пристосування та знаряддя праці з метою розширення своїх можливостей та полегшення праці.

З розвитком торгівлі виникла потреба у рахунку. Багато століть тому для здійснення різних підрахунків людина почала використовувати спочатку власні пальці, потім камінці, палички, вузлики та інше. Але з часом завдання, що стоять перед ним, ускладнювалися, і стало необхідним знаходити способи, винаходити пристосування, які б йому допомогти у вирішенні даних завдань.

Одним з перших пристроїв (V ст. до н. е.), що полегшували обчислення, можна вважати спеціальну дошку, названу згодом абаком (з грец. "Рахункова дошка"). Обчислення на ній проводилися переміщенням кісток або камінчиків у заглибленнях дощок з бронзи, каменю, слонової кістки та ін. У Греції абак існував уже у V столітті до н. е. Одна борозенка відповідала одиницям, інша - десяткам і т. д. Якщо в якійсь борозенці за рахунку набиралося понад 10 камінців, їх знімали і додавали один камінчик до наступного розряду. Римляни вдосконалили абак, перейшовши від борозенок і каменів до мармурових дощок з виточеними жолобками та мармуровими кульками. З його допомогою можна було здійснювати найпростіші математичні операції складання та віднімання.

Китайський різновид абака - суаньпань - з'явився у VI столітті н.е.; Соробан ж - це японський абак, походить від китайського суаньпаня, який був завезений до Японії в XV-XVI століттях. XVI ст. - Створюються російські рахунки із десятковою системою числення. Вони зазнають із століттями значних змін, але ними продовжують користуватися до 80-х 20 століття.

На початку XVII століття шотландський математик Дж. Непер ввів логарифми, що справило революційний вплив на рахунок. Винайдена ним логарифмічна лінійка успішно використовувалася ще п'ятнадцять років тому, понад 360 років прослуживши інженерам. Вона, безперечно, є вінцем обчислювальних інструментів ручного періоду автоматизації.

Розвиток механіки XVII столітті стало причиною створення обчислювальних пристроїв і приладів, використовують механічний метод обчислень. Серед механічних пристроїв виділяють підсумовуючі машини (вміють складати і віднімати), розмножувальний пристрій (множить і ділить), згодом їх об'єднали в одну - арифмометр (вміють виконувати всі 4 арифметичні дії).

У щоденниках геніального італійця Леонардо да Вінчі (1452-1519) вже в наш час було виявлено ряд малюнків, які виявилися ескізним начерком сумирної обчислювальної машини на зубчастих колесах, здатної складати 13-розрядні десяткові числа. У ті далекі від нас роки геніальний вчений був, ймовірно, єдиною на Землі людиною, яка зрозуміла необхідність створення пристроїв для полегшення праці при виконанні обчислень. Однак потреба в цьому була настільки малою (точніше, її не було зовсім!), що лише через сто років після смерті Леонардо да Вінчі знайшовся інший європеєць – німецький вчений Вільгельм Шиккард (1592-1636), який не читав, природно, щоденників великого італійця, який запропонував своє вирішення цього завдання. Причиною, що спонукала Шиккарда розробити лічильну машину для підсумовування та множення шестирозрядних десяткових чисел, було його знайомство з польським астрономом І. Кеплером. Ознайомившись із роботою великого астронома, пов'язаної переважно з обчисленнями, Шиккард загорівся ідеєю допомогти йому у нелегкому праці. У листі на його ім'я, відправленому в 1623 р., він наводить малюнок машини та розповідає, як вона влаштована.

Одним з перших зразків таких механізмів був «лічильник» німецького математика Вільгельма Шиккарда. У 1623 він створив машину, яка стала першим автоматичним калькулятором. Машина Шиккарда вміла складати та віднімати шестизначні числа, сповіщаючи дзвінком про переповнення. На жаль, даних про подальшу долю машини історія не зберегла.

Про винаходи Леонардо да Вінчі та Вільгельма Шиккарда стало відомо лише у наш час. Сучасникам вони були невідомі.

Найвідомішою ж з перших обчислювальних машин стала сумируюча машина Блеза Паскаля, який у 1642 р побудував модель «Паскаліни». лічильної сумуючої машини для восьмизначних чисел. Б.Паскаль почав створювати «Паскаліну» у віці 19 років, спостерігаючи за роботою свого батька, який був збирачем податків та був змушений часто виконувати довгі та стомлюючі розрахунки. І його єдиною метою було допомогти йому у роботі.

У 1673 р. німецький математик Лейбніц створює перший арифмометр, що дозволяє виконувати всі чотири арифметичні операції. "...Моя машина дає можливість здійснювати множення і розподіл над величезними числами миттєво, до того ж не вдаючись до послідовного складання та віднімання", - писав В. Лейбніц одному зі своїх друзів. Про машину Лейбніца було відомо у більшості країн Європи.

Принцип обчислень виявився вдалим, згодом модель неодноразово доопрацьовувалась у різних країнах різними вченими.

І з 1881 р. було організовано серійне виробництво арифмометрів, які використовувалися для практичних обчислень до шістдесятих років XX століття.

Найвідомішою моделлю серійного виробництва був арифмометр Фелікс, російського виробництва, який одержав у 1900р. на міжнародній виставці у Парижі золоту медаль.

Також до механічного періоду відносять теоретичні розробки аналітичної машин Бебиджа, які були реалізовані через відсутність фінансування. Теоретичні розробки відносяться до 1920-1971 років. Аналітична машина повинна була стати першою машиною, що використовує принцип програмного управління і призначалася для обчислення будь-якого алгоритму, введення-виведення планувалося за допомогою перфокарт, працювати вона повинна була на паровому двигуні. Аналітична машина складалася з наступних чотирьох основних частин: блок зберігання вихідних, проміжних та результуючих даних (склад – пам'ять); блок обробки даних (млин – арифметичний пристрій); блок управління послідовністю обчислень (пристрій управління); блок введення вихідних даних та друку результатів (пристрою введення/виведення), що надалі послужило прообразом структури всіх сучасних комп'ютерів. Одночасно з англійським ученим працювала леді Ада Лавлейс (дочка англійського поета Джорджа Байрона). Вона розробила перші програми для машини, заклала багато ідей і ввела ряд понять і термінів, що збереглися до теперішнього часу. Графіню Лавлейс вважають першим програмістом, і на її честь названо мову програмування АДА. Хоча проект не було реалізовано, він отримав широку популярність та високу оцінку вчених. Чарльз Бебідж на ціле століття випередив час.

Далі буде…

Першим пристроєм, призначеним для полегшення рахунку були рахунки. За допомогою кістячок рахунків можна було здійснювати операції складання та віднімання та нескладні множення.

1642 - французький математик Блез Паскаль сконструював першу механічну лічильну машину «Паскаліна», яка могла механічно виконувати складання чисел.

1673 - Готфрід Вільгельм Лейбніц сконструював арифмометр, що дозволяє механічно виконувати чотири арифметичні дії.

Перша половина ХІХ ст. - англійський математик Чарльз Бебідж спробував побудувати універсальний обчислювальний пристрій, тобто комп'ютер. Беббідж називав його аналітичною машиною. Він визначив, що комп'ютер повинен містити пам'ять та керуватися за допомогою програми. Комп'ютер по Бэббиджу — це механічне пристрій, програми якого задаються у вигляді перфокарт - карт з щільного паперу з інформацією, наносимої з допомогою отворів (вони тоді вже широко використовувалися в ткацьких верстатах).

1941 - німецький інженер Конрад Цузе побудував невеликий комп'ютер на основі декількох електромеханічних реле.

1943 р. - у США на одному з підприємств фірми IBM Говард Ейкен створив комп'ютер під назвою "Марк-1". Він дозволяв проводити обчислення у сотні разів швидше, ніж вручну (за допомогою арифмометра), та використовувався для військових розрахунків. У ньому використовувалося поєднання електричних сигналів та механічних приводів. «Марк-1» мав розміри: 15*2-5 м та містив 750 000 деталей. Машина була здатна перемножити два 32-розрядні числа за 4 с.

1943 - у США група фахівців під керівництвом Джона Мочлі і Проспера Екерта почала конструювати комп'ютер ENIAC на основі електронних ламп.

1945 - до роботи над ENIAC був залучений математик Джон фон Нейман, який підготував доповідь про цей комп'ютер. У доповіді фон Нейман сформулював загальні принципи функціонування комп'ютерів, т. е. універсальних обчислювальних пристроїв. Досі переважна більшість комп'ютерів зроблено відповідно до тих принципів, які виклав Джон фон Нейман.

1947 - Екертом і Мочлі розпочато розробку першої електронної серійної машини UNIVAC (Universal Automatic Computer). Перший зразок машини (UNIVAC-1) був побудований для бюро перепису США і пущений в експлуатацію навесні 1951 р. Синхронна, послідовна дія обчислювальна машина UNIVAC-1 була створена на базі ЕОМ ENIAC і EDVAC. Працювала вона з тактовою частотою 2,25 МГц та містила близько 5000 електронних ламп. Внутрішній пристрій ємністю 1000 12-розрядних десяткових чисел було виконано на 100 ртутних лініях затримки.

1949 р. - англійським дослідником Морнсом Вілкс побудований перший комп'ютер, в якому були втілені принципи фон Неймана.

1951 - Дж. Форрестер опублікував статтю про застосування магнітних сердечників для зберігання цифрової інформації, У машині «Whirlwind-1» вперше була застосована пам'ять на магнітних сердечниках. Вона була 2 кубами з 32-32-17 сердечниками, які забезпечували зберігання 2048 слів для 16-розрядних двійкових чисел з одним розрядом контролю на парність.

1952 - фірма IBM випустила свій перший промисловий електронний комп'ютер IBM 701, який представляв собою синхронну ЕОМ паралельної дії, що містить 4000 електронних ламп і 12 000 діодів. Удосконалений варіант машини IBM 704 відрізнявся високою швидкістю роботи, в ньому використовувалися індексні регістри і дані подавалися у формі з плаваючою комою.

Після ЕОМ IBM 704 була випущена машина IBM 709, яка в архітектурному плані наближалася до машин другого та третього поколінь. У цій машині вперше була застосована непряма адресація та вперше з'явилися канали введення – виведення.

1952 - фірма Remington Rand випустила ЕОМ UNIVAC-t 103, в якій вперше були застосовані програмні переривання. Співробітники фірми Remington Rand використовували форму алгебри запису алгоритмів під назвою «Short Code» (перший інтерпретатор, створений в 1949 р. Джоном Мочлі).

1956 - фірмою IBM були розроблені плаваючі магнітні головки на повітряній подушці. Винахід їх дозволило створити новий тип пам'яті - дискові пристрої (ЗУ), значимість яких була повною мірою оцінена в наступні десятиліття розвитку обчислювальної техніки. Перші ЗУ на дисках з'явилися у машинах IBM 305 та RAMAC. Остання мала пакет, що складався з 50 металевих дисків з магнітним покриттям, що оберталися зі швидкістю 12000 об. /хв. На поверхні диска розміщувалося 100 доріжок для запису даних, 10 000 знаків кожна.

1956 - фірма Ferranti випустила ЕОМ «Pegasus», в якій вперше знайшла втілення концепція регістрів загального призначення (РОН). З появою РОН усунуто різницю між індексними регістрами і акумуляторами, й у розпорядженні програміста не один, а кілька регістрів-акумуляторів.

1957 р. - група під керівництвом Д. Бекуса завершила роботу над першою мовою програмування високого рівня, що отримала назву ФОРТРАН. Мова, реалізована вперше на ЕОМ IBM 704, сприяла розширенню сфери застосування комп'ютерів.

1960-ті роки. - 2-ге покоління ЕОМ, логічні елементи ЕОМ реалізуються на базі напівпровідникових приладів-транзисторів, розвиваються алгоритмічні мови програмування, такі як Алгол, Паскаль та інші.

1970-ті роки. - 3-тє покоління ЕОМ, інтегральні мікросхеми, що містять на одній напівпровідниковій пластині тисячі транзисторів. Почали створюватися ОС, мови структурного програмування.

1974 - кілька фірм оголосили про створення на основі мікропроцесора Intel-8008 персонального комп'ютера - пристрою, що виконує ті ж функції, що і великий комп'ютер, але розрахованого на одного користувача.

1975 р. - з'явився перший персональний комп'ютер, що комерційно розповсюджується, Альтаїр-8800 на основі мікропроцесора Intel-8080. Цей комп'ютер мав оперативну пам'ять лише 256 байт, клавіатура та екран були відсутні.

Кінець 1975 - Пол Аллен і Білл Гейтс (майбутні засновники фірми Microsoft) створили для комп'ютера "Альтаїр" інтерпретатор мови Basic, що дозволив користувачам просто спілкуватися з комп'ютером і легко писати для нього програми.

Серпень 1981 р. - компанія IBM представила персональний комп'ютер IBM PC. Як основний мікропроцесор комп'ютера використовувався 16-розрядний мікропроцесор Intel-8088, який дозволяв працювати з 1 мегабайтом пам'яті.

1980-ті роки. - 4-е покоління ЕОМ, побудоване на великих інтегральних схемах. Мікропроцесори реалізуються як єдиної мікросхеми, Масове виробництво персональних комп'ютерів.

1990-ті роки. - 5-е покоління ЕОМ, надвеликі інтегральні схеми. Процесори містять мільйони транзисторів. Поява глобальних комп'ютерних мереж масового користування.

2000-ті роки. - 6-е покоління ЕОМ. Інтеграція ЕОМ та побутової техніки, вбудовані комп'ютери, розвиток мережевих обчислень.

У всі часи, починаючи з давніх-давен, людям необхідно було вважати. Спочатку для рахунку використовували пальці власних рук або камінчики. Однак навіть прості арифметичні операції з великими числами складні для мозку людини. Тому вже в давнину було придумано найпростіший інструмент для рахунку – абак, винайдений понад 15 століть тому у країнах Середземномор'я. Цей прообраз сучасних рахунків був набір кістяшок, нанизаних на стрижні, і використовувався купцями.

Стрижні абака в арифметичному сенсі є десятковими розрядами. Кожна кісточка на першому стрижні має гідність 1, на другому стрижні - 10, на третьому стрижні - 100 і т.д. До XVII століття рахунки залишалися практично єдиним рахунковим інструментом.

У Росії її так звані російські рахунки з'явилися торік у XVI столітті. Вони засновані на десятковій системі числення та дозволяють швидко виконувати арифметичні дії (рис. 6)

Мал. 6. Рахунки

У 1614 році математик Джон Непер винайшов логарифми.

Логарифм - це показник ступеня, в який потрібно звести число (основа логарифму), щоб отримати інше задане число. Відкриття Непера полягало в тому, що у такий спосіб можна виразити будь-яке число, і що сума логарифмів двох будь-яких чисел дорівнює логарифму добутку цих чисел. Це дало змогу звести дію множення до більш простого дії додавання. Непер створив таблиці логарифмів. Для того, щоб перемножити два числа, потрібно подивитися в цій таблиці їх логарифми, скласти їх і відшукати число, що відповідає цій сумі, у зворотній таблиці – антилогарифмів. На основі цих таблиць у 1654 р. Р. Біссакар та у 1657 році незалежно від нього С. Партрідж розробили прямокутну логарифмічну лінійку: основний рахунковий прилад інженера до середини XX століття (рис. 7).

Мал. 7. Логарифмічна лінійка

У 1642 році Блез Паскаль винайшов механічну сумирну машину, що використовує десяткову систему числення. Кожен десятковий розряд представляло колесо з десятьма зубцями, що позначали цифри від 0 до 9. Усього коліс було 8, тобто машина Паскаля була 8-розрядною.

Однак перемогла у цифровій обчислювальній техніці не десяткова, а двійкова система числення. Головна причина цього в тому, що в природі зустрічається безліч явищ із двома стійкими станами, наприклад, «включено/вимкнено», «є напруга/немає напруги», «хибне висловлювання/справжнє висловлювання», а явища з десятьма стійкими станами – відсутні. Чому ж десяткова система так поширена? Та просто тому, що у людини на двох руках десять пальців, і їх зручно використовувати для простого усного рахунку. Але в електронній обчислювальній техніці набагато простіше застосовувати двійкову систему числення всього з двома стійкими станами елементів та найпростішими таблицями складання та множення. У сучасних цифрових обчислювальних машинах – комп'ютерах – двійкова система використовується як записи чисел, з яких необхідно проводити обчислювальні операції, але й запису самих команд цих обчислень і навіть цілих програм операцій. При цьому всі обчислення та операції зводяться в комп'ютері до найпростіших арифметичних дій над бінарними числами.

Одним із перших виявив інтерес до двійкової системи великий німецький математик Готфрід Лейбніц. У 1666 року у двадцятирічному віці, у роботі «Про мистецтво комбінаторики» він розробив загальний метод, що дозволяє звести будь-яку думку до точних формальних висловлювань. Це відкрило можливість перекласти логіку (Лейбніц називав її законами мислення) з царства слів у царство математики, де відносини між об'єктами та висловлюваннями визначаються точно та точно. Таким чином, Лейбніц став засновником формальної логіки. Він займався дослідженням двійкової системи числення. При цьому Лейбніц наділяв її якимось містичним змістом: цифру 1 він асоціював із Богом, а 0 – із порожнечею. Від цих двох цифр, на його думку, походить все. І за допомогою цих двох цифр можна висловити будь-яке математичне поняття. Лейбніц першим висловив думку, що двійкова система може стати універсальною логічною мовою.

Лейбніц мріяв про побудову «універсальної науки». Він хотів виділити найпростіші поняття, за допомогою яких за певними правилами можна сформулювати поняття будь-якої складності. Мріяв про створення універсальної мови, якою можна було б записувати будь-які думки у вигляді математичних формул. Думав про машину, яка могла б виводити теореми з аксіом, про перетворення логічних тверджень на арифметичні. У 1673 році створив новий тип арифмометра – механічний калькулятор, який не тільки складає та віднімає числа, але й множить, ділить, зводить у ступінь, витягує квадратні та кубічні корені. У ньому використовувалася двійкова система числення.

Універсальний логічний мову створив 1847 року англійський математик Джордж Буль. Він розробив літочислення висловлювань, згодом назване на його честь булевою алгеброю. Вона є формальною логікою, перекладеною суворою мовою математики. Формули булевої алгебри зовні схожі на формули тієї алгебри, що знайома нам зі шкільної лави. Однак це схожість не лише зовнішня, а й внутрішня. Булева алгебра – це цілком рівноправна алгебра, що підпорядковується зведенню прийнятих під час її створення законів і правил. Вона є системою позначень, яка застосовується до будь-яких об'єктів – чисел, літер та речень. Користуючись цією системою, можна закодувати будь-які твердження, істинність чи хибність яких потрібно довести, а потім маніпулювати ними подібно до звичайних чисел у математиці.

Буль Джордж (1815-1864) - англійський математик і логік, один із основоположників математичної логіки. Розробив алгебру логіки (у працях «Математичний аналіз логіки» (1847) та «Дослідження законів мислення» (1854)).

Величезну роль поширенні булевої алгебри та її розвитку зіграв американський математик Чарльз Пірс.

Пірс Чарльз (1839-1914) - американський філософ, логік, математик і натураліст, відомий своїми роботами з математичної логіки.

Предмет розгляду в алгебрі логіки – звані висловлювання, тобто. будь-які твердження, про які можна сказати, що вони або істинні, або хибні: "Омськ - місто в Росії", "15 - парне число". Перший вислів істинний, другий – хибний.

Складні висловлювання, одержувані з простих за допомогою спілок І, АБО, ЯКЩО...ТО, заперечення НЕ, також можуть бути істинними чи хибними. Їхня істинність залежить тільки від істинності чи хибності простих висловлювань, що їх утворюють, наприклад: «Якщо на вулиці немає дощу, то можна піти гуляти». Основне завдання булевої алгебри полягає у вивченні цієї залежності. Розглядаються логічні операції, що дозволяють будувати складні висловлювання із простих: заперечення (НЕ), кон'юнкція (І), диз'юнкція (АБО) та інші.

У 1804 Ж. Жаккар винайшов ткацьку машину для вироблення тканин з великим візерунком. Цей візерунок програмувався за допомогою цілої колоди перфокарт – прямокутних карток із картону. Там інформація про візерунок записувалася пробивкою отворів (перфорацій), розташованих у порядку. Працюючи машини ці перфокарти обмацувалися з допомогою спеціальних штирів. Саме таким механічним способом з них зчитували інформацію для плетіння запрограмованого візерунка тканини. Машина Жаккара стала прообразом машин із програмним управлінням, створених у ХХ столітті.

В 1820 Тома де Кольмар розробив перший комерційний арифмометр, здатний множити і ділити. Починаючи з XIX століття, арифмометри набули широкого поширення при виконанні складних розрахунків.

У 1830 році Чарльз Беббідж спробував створити універсальну аналітичну машину, яка мала виконувати обчислення без участі людини. Для цього в неї вводилися програми, які були заздалегідь записані на перфокартах із щільного паперу за допомогою отворів, зроблених на них у певному порядку (слово «перфорація» означає «пробивка отворів у папері або картоні»). Принципи програмування для аналітичної машини Беббіджа розробила в 1843 Ада Лавлейс - дочка поета Байрона.

Мал. 8. Чарльз Беббідж

Мал. 9. Ада Лавлейс

Аналітична машина повинна вміти запам'ятовувати дані та проміжні результати обчислень, тобто пам'ять. Ця машина повинна була містити три основні частини: пристрій для зберігання чисел, що набиралися за допомогою зубчастих коліс (пам'ять), пристрій для операцій над числами (арифметичний пристрій) та пристрій для операцій над числами за допомогою перфокарт (пристрій програмного керування). Робота зі створення аналітичної машини була завершена, але закладені у ній ідеї допомогли побудувати у XX столітті перші комп'ютери (у перекладі з англійської слово означає «обчислювач»).

1880 року В.Т. Однер у Росії створив механічний арифмометр із зубчастими колесами, й у 1890 року налагодив його масовий випуск. Надалі під назвою "Фелікс" він випускався до 50-х років XX століття (рис. 11).

Мал. 10. В.Т. Однер

Мал. 11. Механічний арифмометр "Фелікс"

В 1888 Герман Холлеріт (рис. 12) створив першу електромеханічну лічильну машину - табулятор, в якому нанесена на перфокарти (рис. 13) інформація розшифровувалась електричним струмом. Ця машина дозволила кілька разів скоротити час підрахунків під час перепису населення США. У 1890 р. винахід Холлерита було вперше використано в 11-му американському переписі населення. Робота, яку 500 співробітників раніше виконували цілих 7 років, Холлеріт із 43 помічниками на 43 табуляторах закінчили за один місяць.

В 1896 Холлеріт заснував фірму під назвою Tabulating Machine Co. У 1911 році ця компанія була об'єднана з двома іншими фірмами, що спеціалізувалися на автоматизації обробки статистичних даних, а свою сучасну назву IBM (International Business Machines) отримала в 1924 р. Вона стала електронною корпорацією, одним із найбільших світових виробників усіх видів комп'ютерів та програмного забезпечення , провайдер глобальних інформаційних мереж. Засновником IBM став Томас Уотсон Старший, який очолив компанію в 1914 році, фактично створив корпорацію IBM і керував нею понад 40 років. З середини 1950-х років Ай-Бі-Ем зайняла провідне становище на світовому комп'ютерному ринку. У 1981 році компанія створила свій перший персональний комп'ютер, який став стандартом у галузі. До середини 1980-х IBM контролювала близько 60% світового виробництва електронно-обчислювальних машин.

Мал. 12. Томас Вотсон старший

Мал. 13. Герман Холлеріт

Наприкінці ХІХ століття було винайдено перфострічка – паперова чи целулоїдна плівка, яку інформацію наносилася перфоратором як сукупності отворів.

Широка паперова перфострічка була застосована в монотипі – набірній машині, винайденій Т. Ланстоном у 1892 році. Монотип складався з двох самостійних апаратів: клавіатури та відливного апарату. Клавіатура служила для складання програми набору на перфострічці, а відливний апарат виготовляв набір відповідно до раніше складеної на клавіатурі програми зі спеціального друкарського сплаву – гарта.

Мал. 14. Перфокарта

Мал. 15. Перфострічки

Складач сідав за клавіатурний апарат, дивився в текст, що стояв перед ним на пюпітрі, і натискав на відповідні клавіші. При ударі однією з літерних клавіш голки перфоруючого механізму за допомогою стисненого повітря пробивали в паперовій стрічці кодову комбінацію з отворів. Ця комбінація відповідала даній літері, знаку або пробілу між ними. Після кожного удару по кнопці паперова стрічка пересувалася на один крок – 3 мм. Кожен горизонтальний ряд отворів на перфострічці відповідає одній літері, знаку або пробілу між ними. Готову (пробиту) котушку перфострічки переносили в відливний апарат, в якому також за допомогою стисненого повітря з перфострічки зчитувалася закодована на ній інформація та автоматично виготовлявся набір з літер. Таким чином, монотип є одним із перших в історії техніки машин з програмним управлінням. Він ставився до машин гарячого набору і згодом поступився своїм місцем спочатку фотонабору, а потім електронному набору.

Дещо раніше монотипу, в 1881 році, було винайдено піанолу (або фонолу) – інструмент для автоматичної гри на фортепіано. Діяла вона також за допомогою стисненого повітря. У піанолі кожній клавіші звичайного піаніно або рояля відповідає молоточок, що ударяє по ній. Всі молоточки разом становлять контрклавіатуру, що додається до клавіатури піаніно. У піанолу вставляється широка паперова перфострічка, намотана на валик. Отвори на перфострічці виконані заздалегідь під час гри піаніста – це своєрідні ноти. Під час роботи піаноли перфострічка перемотується з одного валика на інший. Зчитування записаної у ньому інформації проводиться з допомогою пневматичного механізму. Він приводить у дію молоточки, що відповідають отворам на перфострічці, змушує їх ударяти по клавішах та відтворювати гру піаніста. Таким чином, піанола також була машиною з програмним керуванням. Завдяки перфострічкам, що збереглися, піанол вдалося відновити і заново записати сучасними методами гру таких чудових піаністів минулого, як композитор О.М. Скрябін. Піанолою користувалися відомі композитори та піаністи Рубінштейн, Падеревський, Бузоні.

Пізніше було застосовано зчитування інформації з перфострічки та перфокарт за допомогою електричних контактів – металевих щіточок, які при попаданні на отвір замикали електричний ланцюг. Потім щіточки замінили на фотоелементи і зчитування інформації стало оптичним, безконтактним. Так записувалася та зчитувалася інформація у перших цифрових обчислювальних машинах.

Логічні операції тісно пов'язані із повсякденним життям.

За допомогою одного елемента АБО на два входи, двох елементів І на два входи та одного елемента НЕ можна побудувати логічну схему двійкового напівсуматора, здатного здійснювати операцію двійкового додавання двох однорозрядних двійкових чисел (тобто виконувати правила двійкової арифметики):

0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=0. У цьому він виділяє біт перенесення.

Проте така схема не містить третього входу, який можна подавати сигнал перенесення від попереднього розряду суми двійкових чисел. Тому напівсуматор використовується лише у молодшому розряді логічної схеми підсумовування багаторозрядних двійкових чисел, де може бути сигналу перенесення від попереднього двійкового розряду. Повний двійковий суматор складає два багаторозрядні двійкові числа з урахуванням сигналів перенесення від складання в попередніх двійкових розрядах.

З'єднуючи двійкові суматори в каскад, можна отримати логічну схему суматора для двійкових чисел із будь-яким числом розрядів.

З деякими змінами ці логічні схеми застосовуються і для віднімання, множення та розподілу двійкових чисел. З їхньою допомогою побудовані арифметичні пристрої сучасних комп'ютерів.

У 1937 році Джордж Стібіц (рис.16) створив із звичайних електромеханічних реле двійковий суматор - пристрій, здатний виконувати операцію складання чисел у двійковому коді. І сьогодні двійковий суматор, як і раніше, є одним з основних компонентів будь-якого комп'ютера, основою його арифметичного пристрою.

Мал. 16. Джордж Стібіц

У 1937-1942 pp. Джон Атанасофф (рис. 17) створив модель першої обчислювальної машини, яка працювала на електронних вакуумних лампах. У ній використовувалася двійкова система числення. Для введення даних та виведення результатів обчислень використовувалися перфокарти. Робота над цією машиною у 1942 році була практично завершена, але через війну подальше фінансування було припинено.

Мал. 17. Джон Атанасофф

В 1937 Конрад Цузе (рис.12) створив свою першу обчислювальну машину Z1 на основі електромеханічних реле. Вихідні дані вводилися в неї за допомогою клавіатури, а результат обчислень висвітлювався на панелі з безліччю електричних лампочок. 1938 року К. Цузе створив удосконалену модель Z2. Програми до неї вводилися за допомогою перфострічки. Її виготовляли, пробиваючи отвори у використаній 35-міліметровій фотоплівці. У 1941 році К. Цузе побудував комп'ютер, що діє, Z3, а пізніше і Z4, засновані на двійковій системі числення. Вони використовувалися для розрахунків під час створення літаків і ракет. В 1942 Конрад Цузе і Хельмут Шрайер задумали перевести Z3 з електромеханічних реле на вакуумні електронні лампи. Така машина мала працювати в 1000 разів швидше, але створити її не вдалося – завадила війна.

Мал. 18. Конрад Цузе

У 1943-1944 роках на одному з підприємств Ай-Бі-Ем (IBM) у співпраці з вченими Гарвардського університету на чолі з Говардом Ейкеном було створено обчислювальну машину "Марк-1". Важила вона близько 35 тонн. "Марк-1" був заснований на застосуванні електромеханічних реле і оперував числами, закодованими на перфострічці.

При її створенні використовувалися ідеї, закладені Ч. Беббіджем у його аналітичній машині. На відміну від Стібіца та Цузе, Ейкен не усвідомив переваг двійкової системи числення і у своїй машині використав десяткову систему. Машина могла маніпулювати числами завдовжки до 23 розрядів. Для перемноження двох таких чисел їй потрібно було витратити 4 секунди. У 1947 році була створена машина "Марк-2", в якій вже використовувалася двійкова система числення. У цій машині операції додавання та віднімання займали в середньому 0,125 секунди, а множення – 0,25 секунди.

Абстрактна наука логіки алгебри близька до практичного життя. Вона дозволяє вирішувати різні завдання управління.

Вхідні та вихідні сигнали електромагнітних реле, подібно до висловів у булевій алгебрі, також приймають тільки два значення. Коли обмотка знеструмлена, вхідний сигнал дорівнює 0, а якщо по обмотці протікає струм, вхідний сигнал дорівнює 1. Коли контакт реле розімкнуто, вихідний сигнал дорівнює 0, а якщо контакт замкнутий – дорівнює 1.

Саме цю схожість між висловлюваннями у булевій алгебрі та поведінкою електромагнітних реле помітив відомий фізик Пауль Еренфест. Ще 1910 року він запропонував використовувати булеву алгебру для опису роботи релейних схем у телефонних системах. За іншою версією, ідея використання булевої алгебри для опису електричних схем перемикання належить Пірсу. У 1936 році засновник сучасної теорії інформації Клод Шеннон у своїй докторській дисертації об'єднав двійкову систему числення, математичну логіку та електричні ланцюги.

Зв'язки між електромагнітними реле у схемах зручно позначати за допомогою логічних операцій НЕ, І, АБО, ПОВТОРЕННЯ (ТАК) і т.д. Наприклад, послідовне з'єднання контактів реле реалізує операцію І, а паралельне з'єднання цих контактів – логічну операцію АБО. Аналогічно виконуються операції І, АБО, НЕ в електронних схемах, де роль реле, що замикають та розмикають електричні ланцюги, виконують безконтактні напівпровідникові елементи – транзистори, створені у 1947–1948 роках американськими вченими Д. Бардіним, У. Браттейном та У. Шоклі.

Електромеханічні реле працювали надто повільно. Тому вже 1943 року американці розпочали розробку обчислювальної машини на основі електронних ламп. В 1946 Преспер Еккерт і Джон Мочлі (рис. 13) побудували першу електронну цифрову обчислювальну машину ENIAC. Її вага складала 30 тонн, вона займала 170 кв. м майдану. Замість тисяч електромеханічних реле ENIAC містив 18 000 електронних ламп. Вважала машина в двійковій системі і робила 5000 операцій складання або 300 операцій множення за секунду. На електронних лампах у цій машині було побудовано не тільки арифметичний, але й пристрій. Введення числових даних здійснювалося за допомогою перфокарт, програми ж вводилися в цю машину за допомогою штекерів та набірних полів, тобто доводилося з'єднувати для кожної нової програми тисячі контактів. Тому для підготовки до вирішення нового завдання було потрібно до декількох днів, хоча саме завдання вирішувалося за кілька хвилин. Це було одним із основних недоліків такої машини.

Мал. 19. Преспер Екерт і Джон Мочлі

Роботи трьох видатних учених – Клода Шеннона, Алана Тьюринга та Джона фон Неймана – стали основою створення структури сучасних комп'ютерів.

Шеннон Клод (1916 р.н.) – американський інженер та математик, основоположник математичної теорії інформації.

У 1948 році опублікував роботу «Математична теорія зв'язку», зі своєю теорією передачі та обробки інформації, яка включала всі види повідомлень, у тому числі переданих нервовими волокнами в живих організмах. Шеннон ввів поняття кількості інформації як заходи невизначеності стану системи, яка знімається при отриманні інформації. Він назвав цей захід невизначеності ентропією за аналогією з подібним поняттям у статистичній механіці. При отриманні спостерігачем інформації ентропія, тобто ступінь його непоінформованості про стан системи, зменшується.

Т'юрінг Алан (1912-1954) - англійський математик. Основні праці – з математичної логіки та обчислювальної математики. У 1936–1937 pp. написав основну роботу «Про обчислювані числа», в якій ввів поняття абстрактного пристрою, названого згодом «машиною Тьюринга». У цьому пристрої він передбачив основні характеристики сучасного комп'ютера. Т'юрінг назвав свій пристрій «універсальною машиною», оскільки вона мала вирішувати будь-яку допустиму (теоретично розв'язувану) математичну чи логічну задачу. Дані в неї потрібно вводити з паперової стрічки, поділеної на клітинки. У кожній такій клітині повинен був міститися символ, або ні. Машина Тьюринга могла обробляти символи, що вводяться зі стрічки, і змінювати їх, тобто прати їх і записувати нові за інструкціями, що зберігаються в її внутрішній пам'яті.

Нейман Джон фон (1903–1957) – американський математик та фізик, учасник робіт зі створення атомної та водневої зброї. Народився у Будапешті, з 1930 року проживав у США. У своїй доповіді, опублікованій у 1945 році і що стала першою роботою з цифрових електронних комп'ютерів, виділив та описав «архітектуру» сучасного комп'ютера.

У наступній машині – EDVAC – її більш містка внутрішня пам'ять здатна зберігати як вихідні дані, а й програму обчислень. Цю ідею – зберігати в пам'яті машини програми – поряд із Мочлі та Еккертом висунув математик Джон фон Нейман. Він уперше описав структуру універсального комп'ютера (так звану "архітектуру фон Неймана" сучасного комп'ютера). Для універсальності та ефективної роботи, на думку фон Неймана, комп'ютер повинен містити центральний арифметико-логічний пристрій, центральний пристрій керування всіма операціями, запам'ятовуючий пристрій (пам'ять) та пристрій введення/виведення інформації, а програми слід зберігати в пам'яті комп'ютера.

Фон Нейман вважав, що комп'ютер повинен працювати на основі двійкової системи числення, бути електронним та виконувати всі операції послідовно, одну за одною. Ці принципи закладено основою всіх сучасних комп'ютерів.

Машина на електронних лампах працювала значно швидше, ніж на електромеханічних реле, але електронні лампи були ненадійні. Вони часто виходили з ладу. Для їх заміни в 1947 році Джон Бардін, Волтер Браттейн і Вільям Шоклі запропонували використовувати винайдені ними перемикаючі напівпровідникові елементи - транзистори.

Бардін Джон (1908-1991) - американський фізик. Один із творців першого транзистора (Нобелівська премія 1956 р. з фізики спільно з У. Браттейном та У. Шоклі за відкриття транзисторного ефекту). Один із авторів мікроскопічної теорії надпровідності (друга Нобелівська премія 1957 р. спільно з Л. Купером та Д. Шриффеном).

Браттейн Волтер (1902–1987) – американський фізик, один із творців першого транзистора, лауреат Нобелівської премії з фізики 1956 року.

Шоклі Вільям (1910–1989) – американський фізик, один із творців першого транзистора, лауреат Нобелівської премії з фізики 1956 року.

У сучасних комп'ютерах мікроскопічні транзистори в кристалі інтегральної схеми згруповані у системи «вентилів», які виконують логічні операції над двійковими числами. Так, наприклад, з їх допомогою побудовані описані вище двійкові суматори, що дозволяють складати багаторозрядні двійкові числа, виробляти віднімання, множення, поділ і порівняння чисел між собою. Логічні «вентилі», діючи за певними правилами, керують рухом даних та виконанням інструкцій у комп'ютері.

Удосконалення перших зразків обчислювальних машин призвело в 1951 до створення комп'ютера UNIVAC, призначеного для комерційного використання. Він став першим комп'ютером, що серійно випускається.

Серійний ламповий комп'ютер IBM 701, що з'явився в 1952, виконував до 2200 операцій множення в секунду.

Комп'ютер IBM 701

Ініціатива створення цієї системи належала Томасу Вотсону-молодшому. У 1937 році він почав працювати в компанії як комівояжер. Він переривав свою роботу в IBM лише під час війни, коли був льотчиком військово-повітряних сил Сполучених Штатів. Повернувшись на роботу в компанію в 1946-му, він став її віце-президентом і очолював IBM з 1956 до 1971 року. Залишаючись членом ради директорів IBM, Томас Вотсон з 1979 по 1981 був послом Сполучених Штатів в СРСР.

Томас Вотсон (молодший)

1964 року фірма IBM оголосила про створення шести моделей сімейства IBM 360 (System 360), які стали першими комп'ютерами третього покоління. Моделі мали єдину систему команд і відрізнялися один від одного обсягом оперативної пам'яті та продуктивністю. При створенні моделей сімейства використовувався ряд нових принципів, що робило машини універсальними та дозволяло з однаковою ефективністю застосовувати їх як для вирішення завдань у різних галузях науки та техніки, так і для обробки даних у сфері управління та бізнесу. IBM System/360 (S/360) – це сімейство універсальних комп'ютерів класу мейнфреймів. Подальшим розвитком IBM/360 стали системи 370, 390, z9 та zSeries. У СРСР IBM/360 була клонована під назвою ЄС ЕОМ. Вони були програмно сумісні зі своїми американськими прообразами. Це давало змогу використовувати західне програмне забезпечення за умов нерозвиненості вітчизняної «індустрії програмування».

Комп'ютер IBM/360

Т. Вотсон (молодший) та В. Лерсон біля комп'ютера IBM/360

Перша в СРСР Мала Електронна Рахункова машина (МЕСМ) на електронних лампах була побудована у 1949-1951 рр. під керівництвом академіка С.А. Лебедєва. Незалежно від зарубіжних вчених С.А. Лебедєв розробив принципи побудови ЕОМ зі збереженою у пам'яті програмою. МЕСМ була першою такою машиною. А в 1952–1954 роках. під його керівництвом була розроблена Швидкодійна Електронна Рахункова машина (БЕСМ), яка виконувала 8000 операцій на секунду.

Лебедєв Сергій Олексійович

Створенням електронних обчислювальних машин керували найбільші радянські вчені та інженери І.С. Брук, В.М. Глушков, Ю.А. Базилевський, Б.І. Рамєєв, Л.І. Гутенмахер, Н.П. Брусенців.

До першого покоління радянських комп'ютерів відносяться лампові ЕОМ - "БЕСМ-2", "Стріла", "М-2", "М-3", "Мінськ", "Урал-1", "Урал-2", "М- 20».

До другого покоління радянських комп'ютерів належать напівпровідникові малі ЕОМ «Наїрі» та «Мир», середні ЕОМ для наукових розрахунків та обробки інформації зі швидкістю 5–30 тисяч операцій на секунду «Мінськ-2», «Мінськ-22», «Мінськ-32» », «Урал-14», «Роздан-2», «Роздан-3», «БЕСМ-4», «М-220» та керуючі ЕОМ «Дніпро», «ВНДІЕМ-3», а також надшвидкодіюча БЕСМ-6 з продуктивністю 1 млн. операцій на секунду.

Родоначальниками радянської мікроелектроніки були вчені, які емігрували зі США до СРСР: Ф.Г. Старос (Альфред Сарант) та І.В. Берг (Джоел Барр). Вони стали ініціаторами, організаторами та керівниками центру мікроелектроніки у Зеленограді під Москвою.

Ф.Г. Старос

p align="justify"> Комп'ютери третього покоління на інтегральних мікросхемах з'явилися в СРСР у другій половині 1960-х років. Були розроблені Єдина Система ЕОМ (ЄС ЕОМ) та Система Малих ЕОМ (СМ ЕОМ) та організовано їх серійне виробництво. Як зазначалося вище, ця система була клон американської системи IBM/360.

Євген Олексійович Лебедєв був затятим противником копіювання американської системи IBM/360, що почалося в 1970-і роки, яка в радянському варіанті носила назву ЄС ЕОМ. Роль ЄС ЕОМ у розвитку вітчизняних комп'ютерів неоднозначна.

На початковому етапі поява ЄС ЕОМ призвела до уніфікації комп'ютерних систем, дозволило встановити початкові стандарти програмування та організовувати широкомасштабні проекти, пов'язані з впровадженням програм.

Ціною цього було повсюдне згортання власних оригінальних розробок і попадання в повну залежність від ідей та концепцій фірми IBM, далеко не найкращих на той час. Різкий перехід від простих в експлуатації радянських машин до набагато складніших апаратних та програмних засобів IBM/360 призвів до того, що багато програмістів повинні були долати труднощі, пов'язані з недоробками та помилками IBM-ських розробників. Початкові моделі ЄС ЕОМ за експлуатаційними характеристиками нерідко поступалися вітчизняним комп'ютерам на той час.

На пізньому етапі, особливо у 80-ті, повсюдне впровадження ЄС ЕОМ перетворилося на серйозне гальмо у розвиток програмного забезпечення, баз даних, діалогових систем. Після дорогих та заздалегідь спланованих закупівель підприємства були змушені експлуатувати морально застарілі комп'ютерні системи. Паралельно розвивалися системи на малих машинах і персональних комп'ютерах, які ставали дедалі популярнішими.

На пізнішому етапі з початком перебудови з 1988–89 років нашу країну затопили зарубіжні персональні комп'ютери. Жодні заходи вже не могли зупинити кризу серії ЄС ЕОМ. Вітчизняна промисловість не змогла створити аналогів чи замінників ЄС ЕОМ на новій елементній базі. p align="justify"> Економіка СРСР не дозволила на той час витратити гігантські фінансові засоби для створення мікроелектронної техніки. У результаті відбувся повний перехід на імпортні комп'ютери. Було остаточно згорнуто програми з розробки вітчизняних комп'ютерів. Виникли проблеми перенесення технологій на сучасні комп'ютери, модернізації технологій, працевлаштування та перекваліфікації сотень тисяч фахівців.

Прогноз С.А. Лебедєва виправдався. І в США, і в усьому світі надалі пішли шляхом, який він пропонував: з одного боку, створюються суперкомп'ютери, а з іншого – ціла низка менш потужних, орієнтованих різні застосування комп'ютерів – персональних, спеціалізованих та інших.

Четверте покоління радянських комп'ютерів реалізовано на основі великих (ВІС) та надвеликих (НВІС) інтегральних мікросхем.

Прикладом великих обчислювальних систем четвертого покоління став багатопроцесорний комплекс «Ельбрус-2» із швидкодією до 100 млн операцій на секунду.

У 1950-х роках створили друге покоління комп'ютерів, виконаних на транзисторах. В результаті швидкодія машин зросла в 10 разів, а розміри та вага значно зменшилися. Стали застосовувати запам'ятовують пристрої на магнітних феритових сердечниках, здатні зберігати інформацію необмежений час навіть за відключення комп'ютерів. Їх розробив Джой Форрестер у 1951–1953 роках. Великі обсяги інформації зберігалися на зовнішньому носії, наприклад, на магнітній стрічці або на магнітному барабані.

Перший історії обчислювальної техніки накопичувач на жорстких магнітних дисках (вінчестер – winchester) розробила 1956 року група інженерів IBM під керівництвом Рейнольда Б. Джонсона. Пристрій носив назву 305 RAMAC - контрольно-зчитувальний пристрій методом випадкового доступу (Random Access Method of Accounting and Control). Накопичувач складався з 50 алюмінієвих дисків діаметром 24 дюйми (близько 60 см) при товщині 2,5 см кожен. На поверхню алюмінієвої пластини наносився магнітний шар, на який здійснювався запис. Вся ця конструкція з дисків на загальній осі в робочому режимі оберталася з постійною швидкістю 1200 об/хв, а накопичувач займав майданчик розмірами 3х3,5 м. Сумарна ємність його становила 5 Мb. Одним з найважливіших принципів, використаних у конструкції RAMAC 305, стало те, що головки не торкалися поверхні дисків, а зависали на малій фіксованій відстані. Для цього використовувалися спеціальні повітряні сопла, які направляли потік до диска через маленькі отвори в тримачах головок і тим самим створювали зазор між головкою і поверхнею пластини, що обертається.

Вінчестер (жорсткий диск) забезпечив комп'ютерних користувачів можливістю зберігати великі обсяги інформації і при цьому швидко витягувати потрібні дані. Після створення вінчестера у 1958 році від носіїв на магнітних стрічках відмовилися.

В 1959 Д. Кілбі, Д. Херні, К. Леховець і Р. Нойс (рис. 14) винайшли інтегральні мікросхеми (чіпи), в яких всі електронні компоненти разом з провідниками поміщалися всередині кремнієвої пластинки. Застосування чіпів у комп'ютерах дозволило скоротити шляхи проходження струму під час перемикань. Швидкість обчислень у своїй збільшилася вдесятеро. Істотно зменшилися і габарити машин. Поява чіпа дозволило створити третє покоління комп'ютерів. І 1964 року фірма IBM починає випуск комп'ютерів IBM-360 на інтегральних мікросхемах.

Мал. 14. Д. Кілбі, Д. Херні, К. Леховець та Р. Нойс

В 1965 Дуглас Енгелбарт (рис.15) створив першу «мишу» - комп'ютерний ручний маніпулятор. Вперше вона була застосована в персональному комп'ютері Apple фірми Macintosh, випущеному пізніше, 1976 року.

Мал. 19. Дуглас Енгелбарт

У 1971 році компанія IBM почала виробляти дискету для комп'ютера, винайдену Йосіро Накамацу - знімний гнучкий магнітний диск ("флоппі-диск") для постійного зберігання інформації. Спочатку дискета була гнучкою, мала діаметр 8 дюймів та ємність 80 Кбайт, потім – 5 дюймів. Сучасна дискета ємністю 1,44 Мбайта, вперше випущена фірмою Sony в 1982 році, поміщена в жорсткий пластмасовий корпус і має діаметр 3,5 дюйми.

У 1969 року у США розпочалося створення оборонної комп'ютерної мережі – прабатька сучасної всесвітньої мережі Internet.

У 1970-ті роки були розроблені матричні принтери, призначені для друку інформації на виході з комп'ютерів.

У 1971 році співробітник компанії Intel Едвард Хофф (рис. 20) створив перший мікропроцесор 4004, розмістивши кілька інтегральних мікросхем на одному кремнієвому кристалі. Хоча спочатку він призначався для використання в калькуляторах, по суті він був закінченим мікрокомп'ютером. Цей революційний винахід кардинально перевернув уявлення про комп'ютери як про громіздкі, великовагові монстри. Мікропроцесор дав можливість створити комп'ютери четвертого покоління, які розміщувалися на письмовому столі користувача.

Мал. 20. Едвард Хофф

У 1970-х років починаються спроби створення персонального комп'ютера (ПК) – обчислювальної машини, призначеної для приватного користувача.

У 1974 Едвард Робертс (рис. 21) створив перший персональний комп'ютер «Altair» на основі мікропроцесора 8080 фірми «Intel» (рис.22). Але без програмного забезпечення він був непрацездатний: адже вдома приватний користувач не має «під рукою» свого програміста.

Мал. 21. Едвард Робертс

Мал. 22. Перший персональний комп'ютер Altair

У 1975 році про створення ПК Altair дізналися два студенти Гарвардського університету Білл Гейтс і Пол Аллен (рис. 23). Вони першими зрозуміли необхідність написання програмного забезпечення для персональних комп'ютерів і протягом місяця створили його для ПК «Altair» на основі мови Бейсік. У тому ж році вони заснували компанію Microsoft, що швидко завоювала лідерство у створенні програмного забезпечення для персональних комп'ютерів і стала найбагатшою компанією в усьому світі.

Мал. 23. Білл Гейтс та Пол Аллен

Мал. 24. Білл Гейтс

У 1973 році фірмою IBM було розроблено жорсткий магнітний диск (вінчестер) для комп'ютера. Цей винахід дало можливість створити довготривалу пам'ять великого обсягу, яка зберігається при вимиканні комп'ютера.

Перші мікрокомп'ютери Altair-8800 були лише набір деталей, які потрібно було ще збирати. Крім того, користуватися ними було дуже незручно: вони не мали ні монітора, ні клавіатури, ні миші. Введення інформації в них здійснювалося за допомогою перемикачів на передній панелі, а результати відображалися світлодіодними індикаторами. Пізніше почали виводити результати з допомогою телетайпа – телеграфного апарату із клавіатурою.

У 1976 році 26-річний інженер Стів Возняк з компанії Hewlett-Packard створив новий мікрокомп'ютер. Він вперше застосував для введення даних клавіатуру, подібну до клавіатури друкарської машинки, а для відображення інформації - звичайний телевізор. Символи виводилися на його екран у 24 рядки по 40 символів у кожному. Комп'ютер мав 8 Кбайт пам'яті, половину з яких займав вбудовану мову Бейсік, а половину користувач міг використовувати для введення своїх програм. Цей комп'ютер значно перевершував Altair-8800, який мав лише 256 байтів пам'яті. С. Возняк передбачив для свого нового комп'ютера роз'єм (так званий слот) для приєднання додаткових пристроїв. Першим зрозумів і оцінив перспективи цього комп'ютера приятель Стіва Возняка Стів Джобс (рис. 25). Він запропонував організувати фірму щодо його серійного виготовлення. 1 квітня 1976 вони заснували компанію Apple, і в січні 1977 офіційно зареєстрували її. Новий комп'ютер вони назвали Apple-I (рис. 26). Протягом 10 місяців їм вдалося зібрати та продати близько 200 екземплярів Apple-I.

Мал. 25. Стів Возняк та Стів Джобс

Мал. 26. Персональний комп'ютер Apple-I

У цей час Возняк уже працював над його вдосконаленням. Нова версія отримала назву Apple-II (рис. 23). Комп'ютер був виконаний у пластмасовому корпусі, отримав графічний режим, звук, колір, розширену пам'ять, 8 роз'ємів розширення (слотів) замість одного. Для збереження програм у ньому використовувався касетний магнітофон. Основу першої моделі Apple II становив, як і Apple I, мікропроцесор 6502 фірми MOS Technology з тактовою частотою 1 мегагерц. У постійній пам'яті було записано Бейсік. Об'єм оперативної пам'яті в 4 Кбайти було розширено до 48 Кбайт. Інформація виводилася на кольоровий або чорно-білий телевізор, який працює у стандартній для США системі NTSC. У текстовому режимі відображалися 24 рядки, по 40 символів у кожному, а у графічному роздільну здатність становило 280 на 192 крапки (шість кольорів). Основна перевага Apple II полягала у можливості розширення його оперативної пам'яті до 48 Кбайт та використання 8 роз'ємів для підключення додаткових пристроїв. Завдяки використанню кольорової графіки його можна було використовувати для різних ігор (рис. 27).

Мал. 27. Персональний комп'ютер Apple II

Завдяки своїм можливостям Apple II завоював популярність серед людей різних професій. Від його користувачів не вимагалося знання електроніки та мов програмування.

Apple II став першим по-справжньому персональним комп'ютером для вчених, інженерів, юристів, бізнесменів, домогосподарок та школярів.

У липні 1978 року Apple II був доповнений дисководом Disk II, який значно розширив його можливості. Для нього було створено дискову операційну систему Apple-DOS. А наприкінці 1978 року комп'ютер знову вдосконалили та випустили під ім'ям Apple II Plus. Тепер його можна було використати у діловій сфері для зберігання інформації, ведення справ, допомоги у прийнятті рішень. Почалося створення прикладних програм, як текстові редактори, органайзери, електронні таблиці.

У 1979 році Ден Бріклін та Боб Френкстон створили програму VisiCalc – першу у світі електронну таблицю. Цей інструмент найкраще підходив до бухгалтерських розрахунків. Перша його версія була написана для Apple II, який найчастіше купували лише для того, щоб працювати з VisiCalc.

Таким чином, за кілька років мікрокомп'ютер, багато в чому завдяки фірмі Apple та її засновникам Стівену Джобсу та Стіву Возняку, перетворився на персональний комп'ютер для людей різних професій.

У 1981 році з'явився персональний комп'ютер IBM PC, який незабаром став стандартом комп'ютерної індустрії та витіснив з ринку майже всі конкуруючі моделі персональних комп'ютерів. Виняток становив лише Apple. У 1984 році було створено Apple Macintosh – перший комп'ютер із графічним інтерфейсом, керований мишею. Завдяки його перевагам Apple вдалося втриматися на ринку персональних комп'ютерів. Вона завоювала ринок у галузі освіти та видавничої справи, де видатні графічні можливості «Макінтошів» використовуються для верстки та обробки зображень.

Сьогодні фірма Apple контролює 8–10% світового ринку персональних комп'ютерів, а решта 90% – IBM-сумісні персональні комп'ютери. Більшість комп'ютерів Macintosh є у користувачів у США.

У 1979 році з'явився оптичний компакт-диск (CD), розроблений фірмою Philips і призначений лише для прослуховування музичних записів.

1979 року фірма Intel розробила мікропроцесор 8088 для персональних комп'ютерів.

Широкого поширення набули персональні комп'ютери моделі IBM PC, створені 1981 року групою інженерів фірми IBM під керівництвом Вільяма Лоуї (William C. Lowe). Комп'ютер IBM PC мав процесор Intel 8088 із тактовою частотою 4.77 МHz, 16 Kb пам'яті з можливістю розширення до 256 Kb, операційну систему DOS 1.0. (Рис. 24). Операційну систему DOS 1.0 було створено компанією Microsoft. Протягом усього місяця компанія IBM зуміла продати 241 683 комп'ютера IBM PC. За домовленістю з керівниками Microsoft, компанія IBM відраховувала творцям програми певну суму за кожну копію операційної системи, що встановлювалася на IBM PC. Завдяки популярності персонального комп'ютера IBM PC керівники Microsoft Білл Гейтс і Пол Аллен незабаром стали мільярдерами, а Microsoft зайняла лідируючу позицію на ринку програмних продуктів.

Мал. 28. Персональний комп'ютер моделі IBM PC

В IBM PC був застосований принцип відкритої архітектури, що дозволив вносити удосконалення та доповнення до існуючих конструкцій ПК. Цей принцип означає застосування в конструкції під час збирання комп'ютера готових блоків та пристроїв, а також стандартизацію способів з'єднання комп'ютерних пристроїв.

Принцип відкритої архітектури сприяв широкому поширенню IBM PC-сумісних мікрокомп'ютерів-клонів. Їхньою збіркою з готових блоків та пристроїв зайнялася велика кількість фірм у всьому світі. Користувачі, у свою чергу, отримали можливість самостійно модернізувати свої мікрокомп'ютери та оснащувати їх додатковими пристроями сотень виробників.

Наприкінці 1990-х років IBM PC-сумісні комп'ютери становили 90% ринку персональних комп'ютерів.

Персональний комп'ютер IBM PC незабаром став стандартом комп'ютерної індустрії і витіснив з ринку майже конкуруючі моделі персональних комп'ютерів. Виняток становив лише Apple. У 1984 році було створено Apple Macintosh – перший комп'ютер із графічним інтерфейсом, керований мишею. Завдяки його перевагам Apple вдалося втриматися на ринку персональних комп'ютерів. Вона завоювала ринок у галузі освіти, видавничої справи, де використовуються їхні визначні графічні можливості для верстки та обробки зображень.

Сьогодні фірма Apple контролює 8–10% світового ринку персональних комп'ютерів, а решта 90% – IBM-сумісні персональні комп'ютери. Більшість комп'ютерів Macintosh є у користувачів США.

За останні десятиліття XX століття комп'ютери багаторазово збільшили свою швидкодію і обсяги інформації, що переробляється і запам'ятовується.

У 1965 році Гордон Мур, один із засновників корпорації Intel, що лідирує в галузі комп'ютерних інтегральних схем – «чіпів», висловив припущення, що кількість транзисторів у них щороку подвоюватиметься. Протягом наступних 10 років це передбачення справдилося, і тоді він припустив, що тепер це число подвоюватиметься кожні 2 роки. І справді, кількість транзисторів у мікропроцесорах подвоюється за кожні 18 місяців. Наразі фахівці з комп'ютерної техніки називають цю тенденцію законом Мура.

Мал. 29. Гордон Мур

Схожа закономірність спостерігається і в галузі розробки та виробництва пристроїв оперативної пам'яті та накопичувачів інформації. До речі, я не сумніваюся, що до того моменту, коли ця книга побачить світ, багато цифрових даних щодо їхньої ємності та швидкодії встигнуть застаріти.

Не відставало і розвиток програмного забезпечення, без якого взагалі неможливе користування персональним комп'ютером, і насамперед операційних систем, що забезпечують взаємодію між користувачем та ПК.

У 1981 році фірма Microsoft розробила операційну систему MS-DOS для своїх персональних комп'ютерів.

У 1983 році було створено вдосконалений персональний комп'ютер IBM PC/XT фірми IBM.

У 1980-х роках було створено чорно-білі та кольорові струменеві та лазерні принтери для друку інформації на виході з комп'ютерів. Вони значно перевершують матричні принтери за якістю та швидкістю друку.

У 1983-1993 роках відбувалося створення глобальної комп'ютерної мережі Internet та електронної пошти E-mail, якими змогли скористатися мільйони користувачів у всьому світі.

У 1992 році компанія Microsoft випустила операційну систему Windows-3.1 для IBM PC-сумісних комп'ютерів. Слово Windows у перекладі з англійської означає вікна. «Віконна» операційна система дозволяє працювати одразу з кількома документами. Вона є так званим «графічним інтерфейсом». Це система взаємодії з ПК, при якій користувач має справу з так званими «іконками»: картинками, якими він може керувати за допомогою комп'ютерної миші. Такий графічний інтерфейс та система вікон був уперше створений у дослідному центрі фірми Xerox у 1975 році та застосований для ПК Apple.

У 1995 році фірма Microsoft випустила операційну систему Windows-95 для IBM PC-сумісних комп'ютерів, більш досконалу в порівнянні з Windows-3.1, в 1998 році - її модифікацію Windows-98, а в 2000 - Windows-2000, а в 2006 - Windows ХР. Для них розроблено цілу низку прикладних програм: текстовий редактор Word, електронні таблиці Excel, програма для користування системою Internet та електронною поштою E-mail – Internet Explorer, графічний редактор Paint, стандартні прикладні програми (калькулятор, годинник, номеронабирач), щоденник Microsoft Schedule, універсальний програвач, фонограф та лазерний програвач.

За останні роки стало можливим об'єднати на персональному комп'ютері текст і графіку зі звуком і зображеннями, що рухаються. Така технологія отримала назву мультимедіа. Як носії інформації в таких мультимедійних комп'ютерах використовуються оптичні компакт-диски CD-ROM. Зовні вони не відрізняються від звукових компакт-дисків, які використовуються у програвачах та музичних центрах.

Місткість одного CD-ROM досягає 650 Мбайт, за ємністю він займає проміжне положення між дискетами та вінчестером. Для читання компакт-дисків використовується CD-дисковод. Інформація на компакт-диск записується лише один раз у промислових умовах, а на ПК її можна лише читати. На CD-ROM видаються різні ігри, енциклопедії, художні альбоми, карти, атласи, словники та довідники. Всі вони мають зручні пошукові системи, що дозволяють швидко знайти потрібний матеріал. Об'єму пам'яті двох компакт-дисків CD-ROM вистачає розміщувати енциклопедії, перевищує за обсягом Велику Радянську енциклопедію.

Наприкінці 1990-х років були створені одноразово записувані CD-R і багаторазово перезаписувані CD-RW оптичні компакт-диски та дисководи для них, що дозволяють користувачеві робити будь-які записи звуку та зображення на свій смак.

У 1990-2000 роках, на додаток до настільних персональних комп'ютерів, були випущені ПК "ноутбук" у вигляді портативної валізки і ще більш мініатюрні кишенькові "палмтоп" (надолонники) - як випливає з їх назви, що містяться в кишені та на долоні. Ноутбуки забезпечені рідкокристалічним екраном-дисплеєм, розміщеним у кришці, а у палмтопів – на передній панелі корпусу.

У 1998-2000 роках була створена мініатюрна твердотільна "флеш-пам'ять" (без рухомих деталей). Так, пам'ять Memory Stick має розміри та вагу платівки «жуйки», а пам'ять SD фірми Panasonic – поштової марки. Тим часом обсяг їх пам'яті, яка може зберігатися як завгодно довго, становить 64-128 Мбайт і навіть 2-8 і більше Гбайт.

Окрім портативних персональних комп'ютерів, створюються суперкомп'ютери для вирішення складних завдань у науці та техніці – прогнозів погоди та землетрусів, розрахунків ракет та літаків, ядерних реакцій, розшифрування генетичного коду людини. Вони використовуються від кількох до кількох десятків мікропроцесорів, здійснюють паралельні обчислення. Перший суперкомп'ютер розробив Сеймур Крей у 1976 році.

У 2002 році в Японії був побудований суперкомп'ютер NEC Earth Simulator, який виконує 35,6 трлн операцій за секунду. На сьогодні це найшвидше діючий у світі суперкомп'ютер.

Мал. 30. Сеймур Крей

Мал. 31. Суперкомп'ютер Cray-1

Мал. 32. Суперкомп'ютер Cray-2

У 2005 році компанія IBM розробила суперкомп'ютер Blue Gene продуктивністю понад 30 трильйонів операцій на секунду. Він містить 12000 процесорів і має в тисячу разів більшу потужність, ніж знаменитий Deep Blue, з яким у 1997 році грав у шахи чемпіон світу Гаррі Каспаров. Компанія IBM та дослідники зі Швейцарського політехнічного інституту в Лозанні вперше зробили спробу моделювання людського мозку.

2006 року персональним комп'ютерам виповнилося 25 років. Побачимо, як вони змінилися за ці роки. Перші, обладнані мікропроцесором Intel, працювали з тактовою частотою всього 4,77 МГц і мали оперативну пам'ять 16 Кбайт. Сучасні ПК, обладнані мікропроцесором Pentium 4, створеним у 2001 році, мають тактову частоту 3–4 ГГц, оперативну пам'ять 512 Мбайт – 1Гбайт та довготривалу пам'ять (вінчестер) об'ємом десятки та сотні Гбайт і навіть 1 Терабайт. Такого гігантського прогресу немає у жодної галузі техніки, крім цифрової обчислювальної. Якби такий прогрес був у збільшенні швидкості літаків, то вони давно б уже літали зі швидкістю світла.

Мільйони комп'ютерів використовуються практично у всіх галузях економіки, промисловості, науки, техніки, педагогіки, медицини.

Основні причини такого прогресу – у надзвичайно високих темпах мікромініатюризації пристроїв цифрової електроніки та успіхах програмування, які зробили спілкування рядових користувачів з персональними комп'ютерами простим і зручним.

У стародавньої людини був свій лічильний інструмент - десять пальців на руках. Загинав чоловік пальці – складав, розгинав – вичитав. І людина здогадалася: для рахунку можна використовувати все, що потрапить під руку, - камінці, палички, кісточки. Потім почали зав'язувати вузлики на мотузці, робити зарубки на ціпках і дощечках (рис. 1.1).

Мал. 1.1. Вузлики (а)та зарубки на дощечках ( б)

Період абака. Абаком (гр. abax - дошка) називалася дощечка, покрита шаром пилу, де гострою паличкою проводилися лінії й у отриманих колонках розміщувалися якісь предмети за позиційним принципом. У V-IV ст. до зв. е. були створені найдавніші з відомих рахунків - «саламінська дошка» (назвою острова Саламін в Егейському морі), яка у греків і в Західній Європі називалася «абак». У Стародавньому Римі абак виник у V-VI ст. н. е. і називався calculi або abakuli. Виготовлявся абак із бронзи, каменю, слонової кістки та кольорового скла. До нашого часу зберігся бронзовий римський абак, на якому камінчики пересувалися у вертикально прорізаних жолобках (рис. 1.2).

Мал. 1.2.

У XV-XVI ст. в Європі був поширений рахунок на лініях або рахункових таблицях з жетонами, що укладаються на них.

У XVI ст. виникли російські рахунки з десятковою системою числення. У 1828 р. генерал-майор Ф. М. Свободської виставив на огляд оригінальний прилад, що складається з багатьох рахунків, з'єднаних у загальній рамі (рис. 1.3). Усі операції зводилися до дій складання та віднімання.

Мал. 1.3.

Період механічних пристроїв Цей період продовжувався від початку XVII до кінця XIX ст.

У 1623 Вільгельм Шиккард описав пристрій лічильної машини, в якій були механізовані операції складання і віднімання. У 1642 р. французький механік Блез Паскаль сконструював першу механічну лічильну машину – «Паскаліну» (рис. 1.4).

У 1673 р. німецьким вченим Гофтрідом Лейбніцем була створена перша механічна обчислювальна машина, виконува-

Мал. 1.4.

шая чотири арифметичні дії (складання, віднімання, множення та поділ). У 1770 р. у Литві Є. Якобсон створив підсумовуючу машину, що визначає приватне і здатну працювати з п'ятизначними числами.

У 1801 - 1804 роках. французький винахідник Ж. М. Жаккар вперше використав перфокарти для керування автоматичним ткацьким верстатом.

У 1823 р. англійський вчений Чарлз Беббідж розробляє проект «Розносної машини», яка передбачила сучасну програмно-керовану автоматичну машину (рис. 1.5).

У 1890 р. житель Петербурга Вільгодт Однер винайшов арифмометр і налагодив їхній випуск. До 1914 р. лише у Росії налічувалося понад 22 тис. арифмометрів Однера. У першій чверті XX ст. ці арифмометри були єдиними математичними машинами, які широко застосовувалися в різних галузях людської діяльності (рис. 1.6).

Мал. 1.5. Машина Беббіджа Мал. 1.6. Арифмометр

Період ЕОМ. Цей період розпочався 1946 р. і триває нині. Він характеризується поєднанням досягнень у галузі електроніки з новими принципами побудови обчислювальних машин.

У 1946 р. під керівництвом Дж. Моучлі та Дж. Еккерта у США була створена перша ЕОМ – «ЕНІАК» (ENIAC) (рис. 1.7). Вона мала такі характеристики: довжина 30 м, висота 6 м, вага 35 т, 18 тис. вакуумних ламп, 1500 реле, 100 тис. опорів та конденсаторів, 3500 оп/с. Тоді ж ці вчені розпочали роботу над новою машиною – «ЕДВАК» (EDVAC - Electronic

Мал. 1.7.

Discret Variable Automatic Computer (електронний автоматичний обчислювач з дискретними змінними), програма якої повинна була зберігатися в пам'яті комп'ютера. Як внутрішній пам'яті передбачалося використовувати ртутні трубки, що застосовувалися в радіолокації.

У 1949 р. у Великобританії була побудована ЕОМ «EDSAC» із програмою, що зберігається в пам'яті.

Поява перших ЕОМ досі викликає суперечки. Так, німці вважають першою ЕОМ машину для артилерійських розрахунків, створену Конрадом Цузе в 1941 р., хоча вона працювала на електричних реле і була таким чином не електронною, а електромеханічною. Для американців - це «ЕНІАК» (1946 р., Дж. Моучлі та Дж. Еккерт). Болгари вважають винахідником ЕОМ Джона (Івана) Атанасова, який сконструював у 1941 р. в США машину для вирішення систем рівнянь алгебри.

Англійці, порившись у секретних архівах, заявили, що перший електронний комп'ютер був створений у 1943 р. в Англії та призначався для розшифрування переговорів німецького вищого командування. Це обладнання вважалося настільки секретним, що після війни воно було знищено за наказом Черчілля, а креслення спалені, щоб секрет не потрапив у чужі руки.

Секретне повсякденне листування німці вели за допомогою шифрувальних машинок «Енігма» (лат. enigma – загадка). До початку Другої світової війни англійці вже знали, як працює «Енігма», і шукали способи розшифровки її послань, але в німців з'явилася ще одна система шифрування, призначена тільки для найважливіших повідомлень. Це була виготовлена ​​фірмою «Лоренц» у невеликій кількості екземплярів машина «Шлюссельцузатц-40» (назва перекладається як «шифрувальна приставка»). Зовні вона була гібридом звичайного телетайпу і механічного касового апарату. Текст, що набирався на клавіатурі, телетайп переводив у послідовність електричних імпульсів і пауз між ними (кожній букві відповідає набір із п'яти імпульсів та «порожніх місць»). У «касовому апараті» оберталися два комплекти по п'ять зубчастих коліщаток, які випадково додавали до кожної літери ще два набори по п'ять імпульсів і перепусток. Коліщата мали різну кількість зубців, і цю кількість можна було змінювати: зубці були зроблені рухливими, їх можна було зрушувати убік або висувати на місце. Було ще два «моторні» коліщатка, кожне з яких обертало свій комплект зубчаток.

На початку передачі зашифрованого послання радист повідомляв адресату вихідне положення коліщаток і кількість зубців кожному з них. Ці настановні дані змінювалися перед кожною передачею. Виставивши такі ж набори коліщатків у такому ж положенні на своїй машині, радист, що приймав, домагався того, що зайві літери автоматично вичитувалися з тексту, і телетайп друкував вихідне повідомлення.

У 1943 р. математиком Максом Ньюменом в Англії було розроблено електронну машину «Колоссус». Коліщатка машини моделювалися 12 групами електронних ламп - тиратронів. Автоматично перебираючи різні варіанти станів кожного тиратрону та їх поєднань (тиратрон може бути у двох станах - пропускати чи пропускати електричний струм, т. е. давати імпульс чи паузу), «Колоссус» розгадував початкову установку шестерень німецької машини. Перший варіант "Колоссусу" мав 1500 тиратронів, а другий, який заробив у червні 1944 р., - 2500. За годину машина "ковтала" 48 км перфострічки, на яку оператори набивали ряди одиниць і нулів з німецьких послань, за секунду оброблялося 500. Ця ЕОМ мала пам'ять, засновану на конденсаторах, що заряджалися і розряджалися. Вона дозволила читати надсекретне листування Гітлера, Кессельрінга, Роммеля і т.д.

Примітка.Сучасний комп'ютер розгадує початкове положення коліщаток «Шлюссельцузатц-40» вдвічі повільніше, ніж це робив «Колоссус», так, завдання, яке в 1943 р. вирішувалося за 15 хв, займає у ПЕОМ «Репйіт» 18 год! Справа в тому, що сучасні комп'ютери задумані як універсальні, призначені для виконання різних завдань, і не завжди можуть змагатися зі старовинними ЕОМ, які вміли робити тільки одну дію, зате дуже швидко.

Перша вітчизняна електронна обчислювальна машина МЕСМ була розроблена в 1950 році. Вона містила понад 6000 електронних ламп. До цього покоління ЕОМ можна віднести: "БЕСМ-1", "М-1", "М-2", "М-3", "Стріла", "Мінськ-1", "Урал-1", "Урал- 2», «Урал-3», «М-20», «Сетунь», «БЕСМ-2», «Роздан» (табл. 1.1). Швидкодія їх не перевищувала 2-3 тис. оп/с, ємність оперативної пам'яті – 2 К або 2048 машинних слів (1 К = 1024) завдовжки 48 двійкових знаків.

Таблиця 1.1.Характеристики вітчизняних ЕОМ

Характери	Перше покоління				Друге покоління
Адресність
Довжина ма-
шинного ело-
ва (двійкові розряди)
Швидкодійст-
				Феритовий сердечник

Близько половини всього обсягу даних у інформаційних системах світу зберігається великих ЕОМ. Для цього фірма 1ВМ ще 1960-х гг. почала випускати обчислювальні машини 1ВМ/360, 1ВМ/370 (рис. 1.8), які набули широкого поширення у світі.

З появою перших обчислювальних машин 1950 р. виникла ідея використання обчислювальної техніки з метою управління технологічними процесами. Управління з урахуванням ЕОМ дозволяє підтримувати параметри процесу у режимі, близькому до оптимальному. Через війну скорочується витрата матеріалів, енергії, підвищується продуктивність і якість, забезпечується швидка перебудова устаткування випуск продукції іншого виду.

Мал. 1.8.

Піонером промислового використання керівників ЕОМ там стала компанія Digital Equipment Corp. (DEC), яка випустила 1963 р. для управління ядерними реакторами спеціалізовану ЕОМ «PDP-5». Вихідними даними служили виміри, одержувані в результаті аналого-цифрового перетворення, точність яких становила 10-11 двійкових розрядів. У 1965 р. фірма DEC випускає першу мініатюрну ЕОМ «PDP-8» розміром із холодильник і вартістю 20 тис. дол., як елементну базу якої було використано Інтегральні схеми.

До появи інтегральних схем транзистори виготовлялися окремо, і за складанні схем їх доводилося з'єднувати і паяти вручну. У 1958 р. американський вчений Джек Кілбі вигадав, як на одній пластині напівпровідника отримати кілька транзисторів. У 1959 р. Роберт Нойс (майбутній засновник фірми Intel) винайшов більш досконалий метод, що дозволив створювати на одній пластині та транзистори, та всі необхідні з'єднання між ними. Отримані електронні схеми стали називатися інтегральними схемами, або чіпами.Надалі кількість транзисторів, яку вдавалося розмістити на одиницю площі інтегральної схеми, щороку збільшувалася приблизно вдвічі. У 1968 р. фірма Burroughs випустила перший комп'ютер на інтегральних схемах, а 1970 р. фірма Intel почала продавати інтегральні схеми пам'яті.

У 1970 р. був зроблений ще один крок на шляху до персонального комп'ютера - Маршіан Едвард Хофф із фірми Intel сконструював інтегральну схему, аналогічну за своїми функціями центральному процесору великої ЕОМ. Так з'явився перший мікропроцесор Intel-4004, який надійшов у продаж наприкінці 1970 р. Звичайно, можливості Intel-4004 були куди скромнішими, ніж у центрального процесора великий ЕОМ, - він працював набагато повільніше і міг обробляти одночасно лише 4 біти інформації (процесори великих ЕОМ обробляли 16 або 32 біти одночасно). У 1973 р. фірма Intel випустила 8-бітовий мікропроцесор Intel-8008, а 1974 р. - його вдосконалену версію Intel-8080, яка до кінця 1970-х років. була стандартом для мікрокомп'ютерної промисловості (табл. 1.2).

Таблиця 1.2.Покоління ЕОМ та їх основні характеристики

Покоління				Четверте (з 1975 р.)
Елементна база ЕОМ	Електронні лампи, реле	Транзистори, параметрони		Надвеликі ІВ (НВІС)
Продуктивність центрального процесора	До 3 10 5 оп/с	До 3 10 6 оп/с	До 3 10 7 оп/с	3 10 7 оп/с
Тип оперативної пам'яті (ВП)	Тригери, феритові сердечники	Мініатюрні феритові сердечники	Напівпровідникова	Напівпровідникова
				Більше 16 Мб
Характерні типи ЕОМ покоління		Малі, середні, великі, спеціальні	міні- та мік-роЕОМ	СуперЕОМ, ПК, спеціальні, загальні, мережі ЕОМ
Типові моделі покоління		IBM 7090, БЕСМ-6		БХ-2, 1ВМ РС/ХТ/АТ, РБ/2, Сгау, мережі
Характерне програмне забезпечення	Коди, автокоди, асемблери	Мови програмування, диспетчери, АСУ, АСУТП	ППП, СУБД, САПРи, ЯВУ, операційні	БД, ЕС, системи паралельного програмування

Покоління ЕОМ визначаються елементною базою (лампи, напівпровідники, мікросхеми різного ступеня інтеграції (рис. 1.9)), архітектурою та обчислювальними можливостями (табл. 1.3).

Таблиця 1.3.Особливості поколінь ЕОМ

Покоління	Особливості
І покоління (1946-1954)	Застосування вакуумно-лампової технології, використання систем пам'яті на ртутних лініях затримки, магнітних барабанах, електронно-променевих трубках. Для введення-виведення даних застосовувалися перфострічки та перфокарти, магнітні стрічки та друкувальні пристрої
II покоління (1955-1964)	Використання транзисторів. Комп'ютери стали надійнішими, швидкодія їх підвищилася. З появою пам'яті на магнітних сердечниках цикл її роботи зменшився до десятків мікросекунд. Головний принцип структури – централізація. З'явилися високопродуктивні пристрої для роботи з магнітними стрічками, пристрої пам'яті на магнітних дисках
ІІІ покоління (1965-1974)	Комп'ютери проектувалися на основі інтегральних схем малого ступеня інтеграції (МІС від 10 до 100 компонентів на кристал) та середнього ступеня інтеграції (СІС від 10 до 1000 компонентів на кристал). Наприкінці 1960-х років. з'явилися міні-комп'ютери. 1971 р. з'явився перший мікропроцесор
IV покоління (з 1975 р.)	Використання при створенні комп'ютерів великих інтегральних схем (ВІС від 1000 до 100 тис. компонентів на кристал) та надвеликих інтегральних схем (НВІС від 100 тис. до 10 млн компонентів на кристал). Головний акцент під час створення комп'ютерів зроблено з їхньої «інтелектуальності», і навіть на архітектурі, орієнтованої обробку знань

а Б В

Мал. 1.9. Елементна база ЕОМ: а -електронна лампа; б -транзистор;

в- Інтегральна мікросхема

Першим мікрокомп'ютером був "Altair-8800", створений у 1975 р. невеликою компанією в Альбукерці (штат Нью-Мексико) на основі мікропроцесора Intel-8080. Наприкінці 1975 р. Пол Аллен і Білл Гейтс (майбутні засновники фірми Microsoft) створили для комп'ютера Altair інтерпретатор мови Basic, що дозволило користувачам досить просто писати програми.

Згодом з'явилися комп'ютери "TRS-80 РС", "РЕТ РС" та "Apple" (рис. 1.10).

Мал. 1.10.

Вітчизняна промисловість випускала DEC-сумісні (діалогові обчислювальні комплекси ДВК-1, ..., ДВК-4 на основі ЕОМ «Електроніка МС-101», «Електроніка 85», «Електроніка 32») та IBM PC-сумісні (ЄС 1840 - ЄС 1842, ЄС 1845, ЄС 1849, ЄС 1861, Іскра 4861), що істотно поступалися своїми характеристиками вищеназваним.

Останнім часом широко відомі персональні комп'ютери, що випускаються фірмами США Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard, Dell, DEC; фірмами Великобританії: Spectrum, Amstard; фірмою Франції Micra; фірмою Італії Olivetty; фірмами Японії: Toshiba, Panasonic, Partner.

Найбільшою популярністю нині користуються персональні комп'ютери фірми IBM (International Business Machines Corporation).

У 1983 р. з'явився комп'ютер IBM PC XT із вбудованим жорстким диском, а 1985 р. комп'ютер IBM PC АТ з урахуванням 16-розрядного процесора Intel 80286 (рис. 1.11).

У 1989 р. розроблено процесор Intel 80486 з модифікаціями 486SX, 486DX, 486DX2 та 486DX4. Тактові частоти процесорів 486DX в залежності від моделі дорівнюють 33, 66 і 100 МГц.

Нове сімейство моделей ПК IBM отримало назву PS/2 (Personal System 2). Перші моделі сімейства PS/2 використовували процесор Intel 80286 і фактично копіювали ПК АТ, але на основі іншої архітектури.

У 1993 р. з'явилися процесори Pentium із тактовою частотою 60 і 66 МГц.

У 1994 р. фірма Intel стала виробляти процесори Pentium із тактовою частотою 75, 90 та 100 МГц. У 1996 р. тактова частота процесорів Pentium зросла до 150, 166 та 200 МГц (рис. 1.12).

Системний

Маніпулятор типу «миша»

Мал. 1.12. Конфігурація мультимедійного комп'ютера

У 1997 р. фірма Intel випустила новий процесор Pentium MMX із тактовими частотами 166 та 200 МГц. Абревіатура ММХ означала, що цей процесор оптимізований для роботи з графічною та відеоінформацією. У 1998 р. фірма Intel оголосила про випуск процесора Celeron із тактовою частотою 266 МГц.

З 1998 року фірма Intel анонсувала версію процесора Pentium II Хеоп з тактовою частотою 450 МГц (табл. 1.4).

Таблиця 1.4.Комп'ютери фірми IBM

комп'ютера	Процесор	Тактова частота, МГц	оперативною

Довгий час виробники процесорів - передусім Intel і AMD підвищення продуктивності процесорів підвищували їх тактову частоту. Однак при тактовій частоті більше 3,8 ГГц чіпи перегріваються і про вигоду можна забути. Потрібні були нові ідеї та технології, однією з яких і стала ідея створення багатоядерних чіпів.У такому чіпі паралельно працюють два процесори і більше, які при меншій тактовій частоті забезпечують більшу продуктивність. Виконувана в даний момент програма поділяє завдання з обробки даних на обидва ядра. Це дає максимальний ефект, коли операційна система і прикладні програми розраховані на паралельну роботу, як, наприклад, для обробки графіки.

Багатоядерна архітектура - це варіант архітектури процесорів, що передбачає розміщення двох або більше "виконувальних", або обчислювальних ядер Pentium® в одному процесорі. Багатоядерний процесор вставляється в процесорний роз'єм, але операційна система сприймає кожне з його виконуючих ядер як окремий логічний процесор, який має всі відповідні ресурси, що виконують (рис. 1.13).

В основі такої реалізації внутрішньої архітектури процесора лежить стратегія «розділяй і володарюй». Інакше кажучи, роздяг-

Мал. 1.13.

ляя обчислювальну роботу, виконувану у традиційних мікропроцесорах одним ядром Pentium, між декількома виконавчими ядрами Pentium, багатоядерний процесор може виконувати більше за конкретний інтервал часу. Для цього програмне забезпечення має підтримувати розподіл навантаження між декількома виконавчими ядрами. Ця функціональність називається паралелізмомна рівні потоків, або організацією потокової обробки, а програми, що підтримують її, і операційні системи (такі, як Microsoft Windows ХР) називаються багатопоточними.

Багатоядерність впливає і на одночасно роботу стандартних додатків. Наприклад, одне ядро ​​процесора може відповідати за програму, що працює у фоновому режимі, тоді як антивірусна програма займає ресурси другого ядра. На практиці двоядерні процесори не виробляють обчислення в два рази швидше за одноядерні: хоча приріст швидкодії і виявляється значним, але при цьому він залежить від типу додатка.

Перші двоядерні процесори з'явилися на ринку в 2005 році. Згодом у них з'являлося все більше наступників. Тому «старі» двоядерні процесори сьогодні серйозно подешевшали. Їх можна знайти в комп'ютерах ціною від 600 дол, і ноутбуках ціною від 900 дол. Комп'ютери із сучасними двоядерними чіпами коштують приблизно на 100 дол, дорожчі, ніж моделі, оснащені «старими» чіпами. Один із головних розробників багатоядерних процесорів – корпорація Intel.

Перед появою двоядерних чіпів виробники пропонували одноядерні процесори з можливістю паралельного виконання кількох програм. Деякі процесори серії Pentium 4 мали функцію Hyper-Threading, що повертає значення в байтах і містить логічний та фізичний ідентифікатори поточного процесу. Її можна розглядати як попередницю архітектури Dual-Core, що складається із двох оптимізованих мобільних виконавчих ядер. Dual-Core означає, що поки одне ядро ​​зайняте запуском програми, або, наприклад, перевіркою на вірусну активність, інше ядро ​​буде доступне виконання інших завдань, наприклад, користувач зможе подорожувати Інтернетом чи працювати з таблицею. Хоча процесор мав одне фізичне ядро, чіп був сконструйований так, що міг виконувати дві програми одночасно (рис. 1.14).

Панель управління

ОСРВ QNX Neutrino (одна копія)

Інтерфейс командного рядка (ядра 0 та 1)

Маршрутизація (ядра 0 та 1)

Управління, адміністрування та технічне обслуговування (ядра 0 і 1)

Апаратне забезпечення інформаційної панелі

Моніторинг інформаційної панелі (ядра 0 та 1)

Мал. 1.14. Схема використання багатопроцесорної обробки

в панелі керування

Операційна система розпізнає такий чіп як два окремих процесори. Звичайні процесори обробляють 32 біти за один такт. Нові чіпи встигають обробити за один такт вдвічі більше даних, тобто 64 біти. Ця перевага особливо помітна під час обробки великих обсягів даних (наприклад, при обробці фотографій). Але для того, щоб ним скористатися, операційна система та програми повинні підтримувати саме 64-бітний режим обробки.

Під спеціально розробленими 64-бітними версіями Windows ХР та Windows Vista в залежності від необхідності запускаються 32- та 64-бітні програми.

Технічні засоби реалізації інформаційних процесів

Історія розвитку ВТ має кілька періодів: механічний, електромеханічний та електронний.

Для проведення обчислень у Стародавньому Вавилоні (близько 3 тис. років до н.е.), а потім у Стародавній Греції та Стародавньому Римі (IV століття до н.е.) використовували рахункові дошки під назвою абак. Дошка абака була глиняною пластиною з поглибленнями, в які розкладали камінці. Надалі поглиблення були замінені дротом із нанизаними кісточками (прообраз рахунок).

У 17 столітті в Європі вчені-математики (В. Шиккард (1623 р.) і Блез Паскаль (1642 р.), Г. Лейбніц (1671 р.)) винаходять механічні машини, здатні автоматично виконувати арифметичні дії (прообраз арифмометра).

У першій третині 19 століття англійський математик Ч. Беббідж розробив проект програмованого автоматичного обчислювального механічного пристрою, відомого як «аналітична машина» Беббіджа. Меценат проекту графиня Ада Августа Лавлейс була програмістом цієї «аналітичної машини».

Г. Холлерит 1888 року. створив електромеханічнумашину, що складалася з перфоратора, сортувальника перфокарт та сумуючої машини, названої табулятором. Вперше ця машина використовувалася в США при обробці результатів перепису населення.

Швидкість обчислень у механічних і електромеханічних машинах була обмежена, у зв'язку з цим у 1930-х р. почалися розробки електроннихобчислювальних машин (ЕОМ), елементною базою яких стала триелектродна вакуумна лампа.

У 1946 р. в університеті н. Пенсільванія (США) було побудовано електронну обчислювальну машину, що отримала назву UNIAK. Машина важила 30 т, займала площу 200 кв.м., містила 18 000 ламп. Програмування велося шляхом встановлення перемикачів та комутації роз'ємів. В результаті на створення і виконання навіть найпростішої програми потрібно дуже багато часу. Складнощі у програмуванні на UNIAK наштовхнули Джона фон Неймана, який був консультантом проекту, на розробку нових принципів побудови архітектури ЕОМ.

У СРСР перша ЕОМ була створена 1948 року.

Історію розвитку ЕОМ прийнято розглядати за поколіннями.

Перше покоління(1946-1960) - час становлення архітектури машин фон-неймановского типу, побудованих на електронних лампах з швидкодією 10-20 тыс.оп/с. ЕОМ першого покоління були громіздкими та ненадійними. Програмні засоби були представлені машинними мовами.

У 1950 р. в СРСР було запущено в експлуатацію МЕСМ (мала електронна лічильна машина), а ще через два роки з'явилася велика електронно-лічильна машина (10 тис.оп/с).

Друге покоління(1960 – 1964) - це машини, побудовані на транзисторах з швидкодією до сотень тисяч операцій на секунду. Для організації зовнішньої пам'яті стали використовуватися магнітні барабани, а основний пам'яті – магнітні сердечники. У цей час були розроблені алгоритмічні мови високого рівня, як Алгол, Кобол, Фортран, які дозволили складати програми, не враховуючи тип машини. Першою ЕОМ з рисами другого покоління була IBM 704.

Третє покоління(1964 – 1970) характеризуються тим, замість транзисторів стали використовуватися інтегральні схеми (ІВ) і напівпровідникова пам'ять.

Більшість машин, що належать до третього покоління за своїми особливостями, входили до складу серії (родини) машин System/360 (аналог ЄС ЕОМ), випущеної фірмою IBM в середині 60-х років. Машини цієї серії мали єдину архітектуру та були програмно сумісними.

На даний час у СРСР з'явився перший суперкомп'ютер БЕСМ 6, який мав продуктивність 1 млн оп/с.

Четверте покоління(1970 – 1980) - це машини, побудовані великих інтегральних схемах (ВІС). Такі схеми містять кілька десятків тисяч елементів у кристалі. ЕОМ цього покоління виконують десятки і сотні мільйонів операцій на секунду.

У 1971 р. виник перший у світі чотирирозрядний мікропроцесор Intel 4004, що містить 2300 транзисторів на кристалі, а ще через рік - восьмирозрядний процесор Intel 8008. Створення мікропроцесорів послужило основою для розробки персонального комп'ютера (ПК), тобто. пристрої, виконує самі функції, як і великий комп'ютер, але розрахованого працювати одного користувача.

1973 року. Компанія Xerox створила перший прототип персонального комп'ютера.

1974 року. виник перший комерційно поширюваний персональний комп'ютер Альтаир-8800, котрій наприкінці 1975 року. Пол Ален та Білл Гейтс написали інтерпретатор мови Бейсік.

Торішнього серпня 1981 року. Компанія IBM випустила комп'ютер IBM PC. Як основний мікропроцесор використовували найновіший тоді 16-розрядний мікропроцесор Intel 8088. ПК був побудований відповідно до принципів відкритої архітектури. Користувачі отримали можливість самостійно модернізувати свої комп'ютери та оснащувати їх додатковими пристроями різних виробників. Через один - два роки комп'ютер IBM PC зайняв чільне місце на ринку, витіснивши моделі 8-розрядних комп'ютерів.

Сьогодні існує безліч різновидів ЕОМ, які класифікуються: за елементною базою, принципами дії, вартістю, розмірами, продуктивністю, призначенням та областями застосування.

СуперЕОМі великі ЕОМ(Мейнфрейми) - застосовуються для проведення складних наукових розрахунків або для обробки великих потоків інформації на великих підприємствах. Вони, як правило, є головними комп'ютерами корпоративних обчислювальних мереж.

Міні- І мікро ЕОМзастосовуються до створення систем управління великих і середніх підприємств.

Персональні комп'ютерипризначені для кінцевого користувача. У свою чергу ПК поділяють на настільні (desktop), портативні (notebook) та кишенькові (palmtop) моделі.

Історія розвитку обчислювальної техніки - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Історія розвитку обчислювальної техніки" 2017, 2018.

- Історія розвитку обчислювальної техніки

Потреба автоматизації обробки даних, зокрема обчислень, виникла дуже давно. Вважається, що історично першим і, відповідно, найпростішим рахунковим пристроєм був абак, який відноситься до ручних пристроїв для рахунку. Абак - лічильна дошка,... .

- Історія розвитку обчислювальної техніки

Історія розвитку обчислювальної техніки сягає своїм корінням далеко в минуле. Ще XIV в. Леонардо да Вінчі розробив ескіз 13-розрядного підсумовуючого пристрою. Чинний зразок побудував у 1642 р. знаменитий французький фізик, математик та інженер Блез Паскаль. Його... .

- КОРОТКА ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ВИЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ.

1623р. Перша машина, що «вважає», створена Вільямом Шикардом. Це досить громіздкий апарат міг застосовувати прості арифметичні дії (додавання, віднімання) з 7-значними числами. 1644р. «Обчислювач» Блеза Паскаля – перша по-справжньому популярна машина, що вважає, що...