3. История развития вычислительной техники

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Более 1500 лет тому назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д.

Механические предпосылки

В 1642 году французский математик, физик, философ и богослов Блез Паскаль сконструировал первую в мире механическую счетную машину, известную как суммирующая машина. Построенная на основе зубчатых колес, она могла суммировать десятичные числа (6-8 разрядные). Машина Паскаля имела размеры 36х13х18 сантиметров, этот небольшой латунный ящик было удобно носить с собой. Инженерные идеи Паскаля оказали огромное влияние на многие другие изобретения в области вычислительной техники.

В 1673 году машина, созданная немецким математиком и философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем, выполняла все четыре арифметических действия. Она стала прототипом арифмометров (предшественник современного калькулятора), использовавшихся с 1820 г. до 60-х гг. ХХ в. Машина Лейбница требовала для установки специального стола, так как имела внушительные размеры: 100х30х20 сантиметров.

В 1822 г. английский математик Чарльз Беббидж впервые соединил идею механической арифметической машины Лейбница с идеей программного управления. Он разработал проект программно-управляемой счетной машины, названной им «аналитической», которая имела арифметическое устройство, устройства управления, ввода и печати (использовалась десятичная система счисления). В машине была предусмотрена память для хранения 1000 чисел по 50 десятичных знаков; арифметические операции выполнялись в соответствии с программой, записанной на жаккардовых перфокартах. Именно аналитическая машина по своей сути явилась прототипом современного компьютера. Эта идея и ее инженерная детализация опередили время на 100 лет!

В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 году Джоном фон Нейманом:

• принцип программного управления: программа состоит из команд, которые выполняются процессором в определенной последовательности;

• принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти, над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными;

• принцип адресности: основная память структурно состоит из перенумерованных ячеек.

Первый компьютер, в котором были воплощены эти принципы, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом.

Историю развития ЭВМ принято разделять на поколения.

ЭВМ первого поколения (конец 50-х – начало 60-х гг.) – это ламповые машины, используемые для решения научно-технических и инженерных задач, требующих значительного объема вычислений. Быстродействие этих машин составляло сотни и тысячи операций в секунду, их обслуживали десятки инженеров и программистов-математиков. Ламповые машины потребляли значительно количество электроэнергии, для них требовались большие помещения.

Элементной базой ЭВМ второго поколения (начало 60 гг.) были полупроводниковые приборы: транзисторы, диоды и пр. Безотказная работа увеличилась до нескольких сотен часов. Производительность составляла десятки и сотни тысяч операций в секунду.

ЭВМ третьего поколения (конец 60-х – начала 70-х гг.). Электронная промышленность стала изготавливать интегральные схемы. Интегральные схемы – это небольшие кристаллы полупроводников, которые содержат несколько сотен и даже тысяч транзисторов. Быстродействие машин увеличилось до нескольких сотен тысяч операций в секунду. Первая ЭВМ на интегральных схемах, содержащая более 500 схем малой интеграции, была изготовлена в 1961 г. В 1962 г. Была выпущена первая серийная ЭВМ третьего поколения.

ЭВМ четвертого поколения (середина 70-х гг. и по настоящее время) имеют в качестве элементной базы большие интегральные схемы (БИС) со степенью интеграции от 100 до 1000 активных элементов на одну микросхему и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). Произошло дальнейшее упрощение взаимодействия человека с ЭВМ за счет совершенствования языков программирования.

К ЭВМ пятого поколения принято относить те вычислительные машины, которые, по сравнению с предыдущими поколениями, обладают качественно новыми способами взаимодействия пользователя ЭВМ с помощью речевых сообщений и графических изображений, способностью вычислительных систем к самообучению, логической и ассоциативной обработке информации, диалогом с пользователем в форме вопросов и ответов. Быстродействие ЭВМ пятого поколения – несколько миллиардов операций в секунду.