История технологий и поколений ЭВМ.

Одним из первых устройств (V—IV вв. до н. э.), облегчавших вычисления, можно считать спе циальную доску, названную впоследствии аба ком. Вычисления на ней проводи лись перемещением костей или камешков в углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости.

Римский абак

Суаньпань

китайская разновидность абака – суаньпань. Суаньпань представляет собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу протянуты проволоки или веревки числом от девяти и более; перпендикулярно этому направлению суаньпань перегорожен на две неравные части.

БЛЕЗ ПАСКАЛЬ

В 1641 году французский математик Блез Паскаль, когда ему было 18 лет, изобрёл счетную машину - "бабушку" современных арифмометров. Предварительно он построил 50 моделей. Каждая последующая была совершеннее предыдущей. В 1642 Блез Паскаль, конструировал счетное устройство, ставшее известным механическим цифровым вычислительным устройством названным "паскалина", это было 6-ти разрядное устройство, на зубчатых колесах, рассчитанное на суммирование и вычитание десятичных чисел, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно.

В 1820 француз Шарль Ксавье Томас де Кольмар (1785...1870) создал Арифмометр, первый массово производимый калькулятор. Он позволял производить умножение, используя принцип Лейбница, и являлся подспорьем пользователю при делении чисел. Это была самая надежная машина в те времена; она не зря занимала место на столах счетоводов Западной Европы. Арифмометр так же поставил мировой рекорд по продолжительности продаж: последняя модель была продана в начале XX века.

Ксавье Томас де Кольмар

Готфрид Вильгельм Лейбниц

в 1673 г. появился "арифметический прибор" Готфрида Вильгельма Лейбница (1646-1716) - двенадцатиразрядное десятичное устройство (механический калькулятор), которое могло выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания., для чего, в дополнение к зубчатым колесам использовался ступенчатый валик. О машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы.

Жозеф Мари Жаккард

Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке французского изобретателя Жозефа Мари Жаккарда (1752-1834). Машина Жаккарда представляет собой зевообразовательный механизм ткацкого станка для выработки крупноузорчатых тканей. Дает возможность раздельно управлять каждой нитью основы или небольшой их группы.

Чарльз Бэббидж

В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так называемой разностной машиной, которая должна была вычислять любые функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять таблицы. Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году и рассчитывал на ней таблицу квадратов. В 1834 году он приступил к новому проекту - созданию Аналитической машины, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. С 1842 по 1848 год Бэббидж упорно работал, расходуя собственные средства.

Джевонс Уильям Стенли (1835-1882), английский логик, экономист, статистик. Создал систему логики. В 1870 г. сконструировал (вероятно, первую в мире) "логическую машину", позволяющую механизировать простейшие логические выводы. Сторонник предельной полезности теории. Пытался применить математический аппарат к анализу экономических явлений.

В России о работе Джевонса стало известно в 1893 г., когда профессор университета в Одессе И.Слешинский опубликовал статью "Логическая машина Джевонса" ("Вестник опытной физики и элементарной математики", 1983 г.,).

Джевонс Уильям Стенли

Павел Дмитриевич Хрущев Александр Николаевич Щукарев

"Строителями" логических машин в дореволюционной России стали Павел Дмитриевич Хрущев (1849-1909) и Александр Николаевич Щукарев (1884-1936), работавшие в учебных заведениях Украины.

Первым воспроизвел машину Джевонса профессор Хрущев. Экземпляр машины, созданный им в Одессе, получил "в наследство" профессор Харьковского технологического института Щукарев, где он работал начиная с 1911 г. Он сконструировал машину заново, внеся в нее целый ряд усовершенствований, и неоднократно выступал с лекциями о машине и о ее возможных практических применениях. Одна из лекций была прочитана в 1914 г. в Политехническом музее в Москве. К сожалению, машины Хрущева и Щукарева не сохранились.

Герман Холлерит

В 1888 американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счётную машину. Счетная машина Холлерита использовала перфорированную ленту. Лента скользила по изолированному металлическому столу, сверху она прижималась металлической же полосой с рядом не жестко закрепленных и округло сточенных гвоздей. В случае попадания "гвоздя" в отверстие на ленте фиксировалось замыкание электрического контакта, электрический импульс приводил в движение счетный механизм. Но вскоре Холлерит разочаровался в ленте, поскольку она быстро изнашивалась и рвалась.

Электромеханические вычислительные машины.

Конрад Цузе

В 1934 г. немецкий студент Конрад Цузе, работавший над дипломным проектом, решил сделать, цифровую вычислительную машину с программным управлением и с использованием - впервые в мире - двоичной системы счисления. В 1937 г. машина Z1 (Цузе 1) заработала.

В 1937 г., когда заработала первая в мире двоичная машина Z1, Джон Атанасов начал разработку специализированного компьютера, впервые в мире применив электронные лампы (300 ламп).

Джон Атанасов

Английский программист-теоретик Тьюринг Алан Матисон (1912-1954) создал так называемую машину Тьюринга, с помощью которой можно реализовать любой алгоритм, а то, что нельзя на ней реализовать, алгоритмом не является. Машина Тьюринга – это лента, на которой записаны некоторые символы.

Тьюринг Алан Матисон

Электронные лампы.В 1883 году Томас Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью, ввел в ее вакуумный баллон платиновый электрод и пропустил через него положительное напряжение.

Первым, кому пришла в голову мысль о практическом использовании «эффекта Эдисона» был Флеминг Джон Амброз, работая с 1882 года консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он узнал о «явлении» от самого Эдисона. Свой диод - двухэлектродную лампу Флеминг создал в 1904 году.

Флеминг Джон Амброз

Томас Эдисон

Ли де Форест

В октябре 1906 года американский инженер Ли де Форест изобрёл электронную лампу - усилитель, или аудион, как он её тогда назвал, имевший третий электрод - сетку.

В 1915 году американский физик Ирвинг Ленгмюр сконструировал двухэлектронную лампу - кенотрон, применяемую в качестве выпрямительной лампы в источниках питания.

Идея лампы с двумя сетками - тетрода была высказана в 1919 году немецким физиком Вальтером Шоттки и независимо от него в 1923 году - американцем Э. У. Халлом, а реализована эта идея англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х годов.

Идея лампы с двумя сетками - тетрода была высказана в 1919 году немецким физиком Вальтером Шоттки, а реализована эта идея англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х годов.

В 1929 году голландские учёные Г. Хольст и Б. Теллеген создали электронную лампу с 3-мя сетками - пентод. В 1932 году был создан гептод, в 1933 - гексод и пентагрид, в 1935 году появились лампы в металлических корпусах. Дальнейшее развитие электронных ламп, улучшение их характеристик и функциональных возможностей привело к созданию на их основе совершенно новых электронных приборов.

Первое поколение ЭВМ.

Электронно-вакуумные лампы

Первое поколение (1946 — середина 50-х годов) Элементной базой служат электронно-вакуумные лампы, специальных шасси, а также резисторы и конденсаторы.

Джон Уильям Мочли

Преспер Эккерт

Появление электронно-вакуумной лампы позволило ученым претворить в жизнь идею создания вычислительной машины. В 1946 г. Д. Мочли и П. Эккерт создали в США ЭВМ "ЭНИАК" (электронный цифровой интегратор и компьютер).

в 1949 году в Кембриджском университете была создана электронная вычислительная машина, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer).

Позже была создана EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) - одна из первых электронных вычислительных машин. В отличие от ENIAC, это компьютер на двоичной, а не десятичной основе.

В 1951 году заработала первая советская электронная вычислительная машина МЭСМ, площадью около 50 квадратных метров.

В 1952 году советские конструкторы ввели в эксплуатацию БЭСМ - самую быстродействующую машину в Европе.

В1952году в СССР начала работать «Стрела» 

Брук Исаак СеменовичСергей Алексеевич Лебедев

Характерные черты ЭВМ первого поколения:

Элементная база – электронно-вакуумные лампы.

Габариты – в виде шкафов и занимали машинные залы.

Быстродействие – 10 – 100 тыс. оп./с.

Эксплуатация – очень сложна.

Программирование – трудоемкий процесс.

Структура ЭВМ – по жесткому принципу.

Второе поколение ЭВМ (середина 50-х – середина 60-х гг.)

Изобретение транзистора, который пришел на смену электронно-вакуумным лампам. Это позволило изменить элементарную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы), а также резисторы и конденсаторы более усовершенствованные. Появились первые печатные платы- пластины из изоляционного материала.

транзистор

В феврале 1944 на одном из предприятий Ай-Би-Эм в сотрудничестве с учёными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина «Марк-1».Это был монстр весом в 35 тонн. Машины на электронных лампах работали существенно быстрее, но сами электронные лампы часто выходили из строя.

Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Бредфорд Шокли предложили использовать изобретённые ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы-транзисторы.

У. Шокли (сидит),Дж. Бардин (слева) и У. Браттейн (справа)

Джон Бардин вместе с У.Браттейном открыл в 1948 транзисторный эффект и создал кристаллический триод с точечным контактом - первый полупроводниковый транзистор (Нобелевская премия, 1956).

Джон Бардин

Уолтер Браттейн

Брук Исаак Семенович

В декабре 1951 г. в лаборатории электросистем Энергетического института (ЭНИН) АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР Исаака Семеновича Брука был выпущен научно-технический отчет "Автоматическая цифровая вычислительная машина (М-1).

Характерные черты ЭВМ второго поколения:

Элементная база – активные и пассивные элементы.

Габариты – однотипные стойки, требующие машинный зал.

Быстродействие – сотни тысяч – 1 млн. оп./с.

Эксплуатация – упростилась.

Программирование – появились алгоритмические языки.

Структура ЭВМ – микропрограммный способ управления.

Третье поколение ЭВМ (середина 60-х – середина 70-х гг.)

Интегральная микросхема

В этом поколении Д. Килби, Д. Херни, К. Леховец и Р. Нойс изобрели интегральные микросхемы, Такая схема может содержать десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и др. элементов.

Д. Килби, Д. Херни, К. Леховец и Р. Нойс

Первая массовая серия машин на интегральных элементах стала выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта серия, известная под названием IBM-360.

В СССР первой серийной ЭВМ на интегральных схемах была машина «Наири-3», появившаяся в 1970 году.

Характерные черты ЭВМ третьего поколения:

Элементная база – интегральные схемы, большие интегральные схемы (ИС, БИС).

Габариты – однотипные стойки, требующие машинный зал.

Быстродействие – сотни тысяч – миллионы оп./с.

Эксплуатация – оперативно производится ремонт.

Программирование – подобен II поколению.

Структура ЭВМ – принцип модульности и магистральности.

Появились дисплеи, магнитные диски.

Четвёртое поколение ЭВМ (середина 70-х –конец 90-х годов)

Техника четвертого поколения породила качественно новый элемент ЭВМ - микропроцессор. В 1971 году пришли к идее ограничить возможности процессора, заложив в него небольшой набор операций, микропрограммы которых должны быть заранее введены в постоянную память.

микропроцессор

К середине 70-х годов положение на компьютерном рынке резко и непредвиденно стало изменяться. Четко выделились две концепции развития ЭВМ. Воплощением первой концепции стали суперкомпьютеры, а второй - персональные ЭВМ.

суперкомпьютер персональная ЭВМ

Характерные черты ЭВМ четвёртого поколения:

Элементная база – сверхбольшие интегральные схемы (СБИС).

Создание многопроцессорных вычислительных систем.

Создание дешевых и компактных микроЭВМ и персональных ЭВМ и на их базе вычислительных сетей.

Современные персональные компьютеры.

Современные персональные компьютеры (ПК) в соответствии с принятой классификацией можно отнести к ЭВМ четвертого поколения.

В 1971г. Американская фирма Intel разработала первый 4-разрядный микропроцессор (МП) 4004 для калькулятора. Он содержал около тысячи транзисторов и мог выполнять 8000 операций в секунду.

компьютер Apple1

В 1976 году 26-летний инженер Стив Возняк из компании Hewlett-Packard создал принципиально новый микрокомпьютер. Он впервые применил для ввода данных клавиатуру, подобную клавиатуре пишущей машинки, а для отображения информации - обыкновенный телевизор. Символы выводились на его экран в 24 строки по 40 символов в каждой. Компьютер имел 8 Кбайт памяти, половину из которых занимал встроенный язык Бейсик, а половину пользователь мог использовать для введения своих программ. Первым понял и оценил перспективы этого компьютера приятель Стива Возняка - Стив Джобс. Он предложил организовать фирму для его серийного изготовления. 1 апреля 1976 года они основали компанию Apple, и в январе 1977 года официально зарегистрировали ее. Новый компьютер они назвали Apple-I. В течение 10 месяцев им удалось собрать и продать около 200 экземпляров Apple-I.

В конце 1973 г. Intel разработала однокристальный 8-разрядный МП 8080, рассчитанный для многоцелевых применений. Он был сразу замечен компьютерной промышленностью и быстро стал "стандартным". В 1973 году фирмой IBM был разработан жесткий магнитный диск (винчестер) для компьютера. Это изобретение дало возможность создать долговременную память большого объема, которая сохраняется при выключении компьютера.

В 1974 году Эдвард Робертс создал первый персональный компьютер "Altair" на основе микропроцессора 8080 фирмы "Intel".

Первый персональный компьютер Altair

В 1975 Билл Гейтс и Пол Аллен основали компанию Microsoft, быстро завоевавшую лидерство в создании программного обеспечения для персональных компьютеров и ставшую богатейшей компанией во всем мире.

Билл ГейтсВ 1976г. Возняк уже работал над его усовершенствованием. Новая версия получила название Apple-II . Компьютер был выполнен в пластмассовом корпусе, получил графический режим, звук, цвет, расширенную память, 8 разъемов расширения (слотов) вместо одного.

Apple II

В 1979 году Дэн Бриклин и Боб Фрэнкстон создали программу VisiCalc - первую в мире электронную таблицу. Этот инструмент лучше всего подходил для бухгалтерских расчетов. Первая его версия была написана для Apple II, который зачастую покупали только для того, чтобы работать с VisiCalc.

В 1979 году появился оптический компакт-диск (CD), разработанный фирмы Philips и предназначенный только для прослушивания музыкальных записей.

В 1979 году фирма Intel разработала микропроцессор 8088 для персональных компьютеров.

В 1981 году появился персональный компьютер IBM PC, который вскоре стал стандартом компьютерной индустрии и вытеснил с рынка почти все конкурирующие модели персональных компьютеров. Исключение составил только Apple. В 1984 году был создан Apple Macintosh - первый компьютер с графическим интерфейсом, управляемый мышью. Благодаря его преимуществам фирме Apple удалось удержаться на рынке персональных компьютеров.

В 1976г. Был создан специализированный шахматный суперкомпьютер, разработанный компанией IBM- Deep Blue.

Широкое распространение получили персональные компьютеры модели IBM PC, созданные в 1981 году группой инженеров фирмы IBM под руководством Уильяма Лоуи (William C. Lowe). Компьютер IBM PC имел процессор Intel 8088 с тактовой частотой 4.77 МHz, 16 Kb памяти с возможностью расширения до 256 Kb, операционную систему DOS 1.0. Операционная система DOS 1.0 была создана компанией Microsoft.

Персональный компьютер модели IBM PC

В 1992 году фирма Microsoft выпустила операционную систему Windows-3.1 для IBM PC-совместимых компьютеров. Слово "Windows" в переводе с английского означает "окна". "Оконная" операционная система позволяет работать сразу с несколькими документами.

7 июня 1998 компания Intel представила процессор Celeron с тактовой частотой 300МГц.

В 1990-2000 годах, в дополнение к настольным персональным компьютерам, были выпущены ПК "ноутбук" в виде портативного чемоданчика и еще более миниатюрные карманные "палмтоп" (наладонники).

В 1998-2000 годах была создана миниатюрная твердотельная "флэш-память" (без подвижных деталей). Так, память Memory Stick имеет размеры и вес пластинки "жвачки", а память SD фирмы Panasonic - почтовой марки. Между тем объем их памяти, которая может храниться сколь угодно долго, составляет 64-128 Мбайт и даже 2-8 и более Гбайт.

Сейчас широкое распространение получили сегодня переносные ПК - nootеbook, карманные ПК (КПК) и мобильные ПК - смартфоны, объединяющие функции ПК и телефона.

nootеbookсмартфон

карманные ПК