1. История развития вычислительной техники. Классификация и основные характеристики вычислительных машин и систем

Говоря о развитии вычислительных машин, пользуются понятием "поколение". Упоминавшийся выше ГОСТ 15971-90 определяет поколение как классификационную группу ВМ, объединяющую их по используемой технологии реализации её устройств, уровню развития функциональных свойств и программного обеспечения и характеризующую определённый период в развитии промышленности средств вычислительной техники.

Различают следующие поколения вычислительных машин:

• нулевое (1492 – 1945) – механические вычислительные машины;

• первое (1937 – 1953) – вычислительные машины на электронных лампах;

• второе (1954 – 1962) – вычислительные машины на дискретных полупроводниковых приборах;

• третье (1963 – 1972) – вычислительные машины на интегральных схемах малой степени интеграции (ИМС);

• четвёртое (1972 – 1984) – вычислительные машины на больших и сверхбольших интегральных схемах (БИС и СБИС);

• пятое (1984 – 1990) – многопроцессорные вычислительные машины с совместно используемой памятью и с распределённой памятью, каждый из процессоров которой способен выполнять задачу отдельного пользователя;

• шестое (1990 и далее) – вычислительные машины и системы с массовым параллелелизмом обработки данных, имеющие повышенное быстродействие на уровне суперЭВМ четвёртого поколения, с широкой поддержкой глобальных сетей.

1.2. Нулевое поколение

Развитие вычислительных машин началось с изобретения абака (Вавилон, 3000 лет до н.э.) и счёт с косточками на проволоках (Китай, 500 лет до н.э.). Вычислительные машины нулевого поколения нельзя называть таковыми в полном современном смысле этого слова, поэтому уместнее термины "калькулятор", "вычислитель" и т.д.

Первым известным калькулятором было тринадцатиразрядное десятичное суммирующее устройство на основе зубчатых колёс. Оно было описано итальянским учёным, инженером и художником Леонардо да Винчи в 1492 г.

В 1623 г. Вильгельмом Шиккардом описано устройство для сложения и вычитания для шестиразрядных чисел на основе тех же зубчатых колёс. В 1962 г. оно было воспроизведено и оказалось работоспособным.

В 1642 г. французский учёный Блез Паскаль построил серию вычислительных устройств для сложения и вычитания пяти и восьми разрядных чисел. Этот калькулятор назывался "Паскалин" и получил достаточную известность.

В 1673 году Лейбниц создаёт вычислитель, выполняющий четыре арифметических действия над 12-и разрядными числами, причём результат произведения имел разрядность 16. В этом калькуляторе использовались традиционные зубчатые колёса, и появился ступенчатый валик.

В 1786 г. немецкий военный инженер Иоганн Мюллер на основе ступенчатых валиков Лейбница разработал калькулятор, названный им разностной машиной, выполнявший четыре действия над 14-разрядными числами.

Говоря о калькуляторах на основе зубчатых колёс , нельзя игнороровать изобретение Оденом так называемого колеса Одена, котрое стало основой для разработки множества моделей калькуляторов с вводом чисел посредством перемещения рычагов. В России массово выпускался на этой основе арифмометр "Феликс", который в шутку называли "Железным Феликсом" (прозвище председателя Всероссийской чрезвычайной комиссии Ф.Э. Дзержинского).

Важной вехой являются работы Бэббиджа 1832 –1871 гг. Он разработал разностную машину, проект аналитической машины, изготовил для неё "мельницу" (в современной терминологии – центральный процессор) и прототип принтера. Машина Бэббиджа содержала узлы, соответствующие узлам вполне современным для нас вычислительным машинам: центральный процессор, память, три считывателя с перфокарт для ввода программ и данных, аккумуляторы для хранения промежуточных данных, устройство микропрограммирования. В паре с Бэббиджем работала сестра английского поэта лорда Байрона Ада Лавлайс. Она являтеся первым программистом.

Невозможно не упомянуть работы шведа Пер Георга Шутца, который изготовил из дерева разностную машину Бэббиджа, построил соместно с сыном разностную машину собственного изобретения с принтером.

В 1885 г. появляется "комптометр" (калькулятор) американца Фельта с вводом чисел с помощью клавиатуры. Позднее аналогичный, но более надёжный калькулятор изобретён Барроузом. С этого момента начинается серийное производство офисных калькуляторов.

В 1937 – 1939 гг-х Джордж Стибиц сначала единолично, а затем в сотрудничестве с Сэмюэлем Вильямсом создаёт несколько модификаций калькуляторов на основе электромеханических реле.

Длительное время с 1938 по 1945 год немец Конрад Цузе создаёт несколько вычислителей Z1, Z2, Z3 и Z4 на основе электромеханических реле. В настоящее время Z1 всё чаще стали называть первым в мире компьютером.

В 1943 г. группа учёных Гарвардского университета во главе с Говардом Айкеном разработала первый программно управляемый вычислитель ASCC Mark I, получивший широкую известность.

Из теоретических работ заслуживают внимание работы Алана Тьюринга, описавшего концепцию теоретической упрощенной вычислительной машины, названной его именем (1937 г.), и Клода Шеннона о реализации символической логики на электромеханических реле. Из практического применения вычислительных машин интерес представляют изобретение французом Жозефом Мария Жаккардом ткацкого станка, управлявшегося программой, набитой на перфокарты (1801 г.), и обработка данных переписи населения США с помощью перфокарточного табулятора Германа Холлерита в 1890 г.

Считается, что наибольшее значение имеют работы Бэббиджа.