Первое поколение

Резкий скачек в развитии вычислительной техники произошел в 40 - х годах, после Второй мировой войны, и связан он был с появлением качественно новых электронных устройств электронно-вакуумных ламп, работали значительно быстрее, чем схемы на электромеханическом реле, а релейные машины быстро вытеснены более производительными и надежными электронными вычислительными машинами (ЭВМ). Применение ЭВМ значительно расширило круг решаемых задач. Стали доступны задачи, которые раньше просто не ставились: расчеты инженерных сооружений, вычисления движения планет, баллистические расчеты и т.д.

Первая ЭВМ создавалась в 1943 - 1946 гг. в США и называлась она ЭНИАК. Эта машина содержала около 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических реле, причем ежемесячно выходило из строя около 2 тысяч ламп. ЦУ машины ЭНИАК, а также у других первых ЭВМ, был серьезный недостаток - исполняемая программа хранилась не в памяти машины, а набиралась сложным образом с помощью внешних перемычек.

В 1945 г. известный математик и физик - теоретик фон Нейман сформулировал общие принципы работы универсальных вычислительных устройств. Согласно фон Нейману вычислительная машина должна была управляться программой с последовательным выполнением команд, а сама программа - храниться в памяти машины. Первая ЭВМ с хранимой в памяти программой была построена в Англии в 1949 г.

В 1951 году в СССР была создана МЭСМ, эти работы проводились в Киеве в Институте электродинамики под руководством крупнейшего конструктора вычислительной техники С.А. Лебедева.

ЭВМ постоянно совершенствовались, благодаря чему к середине 50 - х годов их быстродействие удалось повысить от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч операций в секунду. Однако при этом электронная лампа оставалась самым надежным элементом ЭВМ. Использование ламп стало тормозить дальнейший прогресс вычислительной техники.

Впоследствии на смену лампам пришли полупроводниковые приборы, тем самым завершился первый этап развития ЭВМ. Вычислительные машины этого этапа принято называть ЭВМ первого поколения

Действительно, ЭВМ первого поколения размещались в больших машинных залах, потребляли много электроэнергии и требовали охлаждения с помощью мощных вентиляторов. Программы для этих ЭВМ нужно было составлять в машинных кодах, и этим могли заниматься только специалисты, знающие в деталях устройство ЭВМ.

Разработчики ЭВМ всегда следовали за прогрессом в электронной технике. Когда в середине 50 - х годов на смену электронным лампам пришли полупроводниковые приборы, начался перевод ЭВМ на полупроводники.

Полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды) были, во - первых, значительно компактнее своих ламповых предшественников. Во - вторых они обладали значительно большим сроком службы. В - третьих, потребление энергии у ЭВМ на полупроводниках было существенно ниже. С внедрением цифровых элементов на полупроводниковых приборах началось создание ЭВМ второго поколения.

Благодаря применению более совершенной элементной базы начали создаваться относительно небольшие ЭВМ, произошло естественное разделение вычислительных машин на большие, средние и малые.

В СССР были разработаны и широко использовались серии малых ЭВМ "Раздан", "Наири". Уникальной по своей архитектуре была машина "Мир", разработанная в 1965 г. в Институте кибернетики Академии Наук УССР. Она предназначалась для инженерных расчетов, которые выполнял на ЭВМ сам пользователь без помощи оператора.

К средним ЭВМ относились отечественные машины серий "Урал", "М - 20" и "Минск". Но рекордной среди отечественных машин этого поколения и одной из лучших в мире была БЭСМ - 6 ("большая электронно-счетная машина", 6-я модель), которая была создана коллективом академика С.А. Лебедева. Производительность БЭСМ - 6 была на два три порядка выше, чем у малых и средних ЭВМ, и составляла более 1 млн. Операций в секунду. За рубежом наиболее распространенными машинами второго поколения были "Эллиот" (Англия), "Сименс" (ФРГ), "Стретч" (США).

Очередная смена поколений ЭВМ произошла в конце 60-х годов при замене полупроводниковых приборов в устройствах ЭВМ на интегральные схемы. Интегральная схема (микросхема) - это небольшая пластинка кристалла кремния, на которой размещаются сотни и тысячи элементов: диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов и т.д.

Применение интегральных схем позволило увеличить количество электронных элементов в ЭВМ без увеличения их реальных размеров. Быстродействие ЭВМ возросло до 10 миллионов операций в секунду. Кроме того, составлять программы для ЭВМ стало по силам простым пользователям, а не только специалистам - электронщикам.

В третьем поколении появились крупные серии ЭВМ, различающиеся своей производительностью и назначением. Это семейство больших и средних машин IBM360/370, разработанных в США. В Советском Союзе и в странах СЭВ были созданы аналогические серии машин: ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ, машины большие и средние), СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ) и "Электроника" (система микро - ЭВМ).

В процессе совершенствования микросхем увеличивалась их надежность и плотность размещенных в них элементов. Это привело к появлению больших интегральных схем (БИС), в которых на один квадратный сантиметр приходилось несколько десятков тысяч элементов. На основе БИС были разработаны ЭВМ следующего - четвертого поколения.

Благодаря БИС на одном крошечном кристалле кремния стало возможным разместить такую большую электронную схему, как процессор ЭВМ. Однокристальные процессоры впоследствии стали называться микропроцессорами. Первый микропроцессор был создан компанией Intel (США) в 1971 г. Это был 4 - разрядный микропроцессор Intel 4004, который содержал 2250 транзисторов и выполнил 60 операций в секунду.

Микропроцессоры положили начало мини - ЭВМ, а затем и персональным компьютерам, то есть ЭВМ, ориентированным на одного пользователя. Началась эпоха персональных компьютеров (ПК), продолжающаяся и по сей день. Однако четвертое поколение ЭВМ - это не только поколение ПК. Кроме персональных компьютеров, существуют и другие, значительно более мощные компьютерные системы.

Влияние персональных компьютеров на представление людей о вычислительной технике оказалось настолько большим, сто постепенно из обихода исчез термин "ЭВМ", а его место прочно заняло слово "компьютер".

Начиная с середины 90 м - х годов, в мощных компьютерах начинают применяться БИС супермасштаба, которые вмещают сотни тысяч элементов на квадратный сантиметр. Многие специалисты стали говорить о компьютерах пятого поколения.

Характерной чертой компьютеров пятого поколения должно быть использование искусственного интеллекта и естественных языков общения. Предполагается, что вычислительные машины пятого поколения будут легко управляемы. Пользователь сможет голосом подавать машине команде.

В настоящее время информатика и ее практические результаты становятся важнейшим двигателем научно-технического прогресса и развития человеческого общества. Ее технической базой являются средства обработки и передачи информации. Скорость их развития поразительна, в истории человечества этому бурно развивающемуся процессу нет аналога. Теперь уже очевидно, что XXI век будет веком максимального использования достижений информатики в экономике, политике, науке, образовании, медицине, быту, военном деле и т.д. Последние десятилетия XX века характерны возрастанием интереса к истории развития информатики, в первую очередь к истории появления первых цифровых вычислительных машин и их создателям. В большинстве развитых стран созданы музеи, сохраняющие образцы первых машин, проводятся конференции и симпозиумы, выпускаются книги о приоритетных достижениях в этой области.

Появление ПК было подготовлено всей предшествующей историей развития ЭВМ. В начале вычислительные машины занимали огромные залы, потребляли много энергии и создавали много шума. Затем ЭВМ стали поменьше и начали работать эффективнее, но по-прежнему требовали для себя отдельных помещений. Наиболее мощные ЭВМ размещались в отдельных комплексах, которые назывались вычислительными центрами (ВЦ). В те не очень далекие времена (70 - е годы) мало кто представлял себе компактную ЭВМ, которая может уместиться на рабочем столе. О такой машине инженеры и ученые могли только мечтать, а обычным людям трыдно было бы объяснить, зачем вообще такая вычислительная машина нужна.

Первой ласточкой стал компьютер KENBAK-1, сконструированный Джоном Бланкейнбейкером в 1971 г. Внешне он напоминал скорее автомобильный радиоприемник с индикаторными лампочками и переключателями, чем привычный нашему глазу персональный компьютер.

С 1971 г. по 1974 г. различными фирмами создавались разные модели ПК. Однако ввиду ограниченных возможностей этих компьютеров интерес к ним был невелик. По - настоящему пользователи и производители заинтересовались персональными компьютерами в 1974 г., когда американская фирма MITS на основе микропроцессора Intel 8080 разработала компьютер Altair. Этот персональный компьютер был значительно удобнее своих предшественников и обладал более широкими возможностями.

Значительно более совершенная модель персонального компьютера была разработана в 1976 г. двумя молодыми американцами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. Свой компьютер они назвали Apple и быстро развернули его производство и продажу. Благодаря невысокой цене (примерно 500 долларов) в первый же год ими было продано около 100 компьютеров. В следующем году они выпустили модель Apple II, которая имела материнскую плату, дисплей, клавиатуру и внешне напоминала собой телевизор. Количество заказчиков на ПК стало исчисляться сотнями и тысячами.

Персональные компьютеры быстро совершенствовались. В 1976 г. для них была разработана операционная система СР/М. В 1978 г. был сконструирован гибкий магнитны диск диаметром 5. 25 дюйма (1 дюйм=2,45 см), предназначенный для хранения информации. Усилиями фирмы MOTOROLA в 1979 г. был создан микропроцессор motorola 68000, который превосходил своих конкурентов по скорости, производительности и возможностям работы с графическими программами. В 1980 г. в персональных компьютерах появился жесткий магнитный диск, правда, он вмещал в себя всего лишь 5 Мбайт данных.

Первые Пк были 8 - разрядными и больше походили на дорогую игрушку, чем на серьезную ЭВМ. Так продолжалось до тех пор, пока в отрасли индивидуальных компьютеров не появился компьютерный гигант - фирма IBM, которая специализировалась на изготовлении больших ЭВМ. В 1982 г. фирма IBM выпустила очень удачную модель - 16 - разрядный компьютер. Он был построен на основе микропроцессора Intel 8088, работал с тактовой частотой 4. 77 МГц и использовал операционную систему MS - DOS. Называлась эта модель компьютера как IBM PC или просто PC.

Далее развитие Пк происходило очень высокими темпами: фирма IBM каждый год создавала по новой модели. В 1983 г. появилась модель PC XT, а в 1984 - более совершенный и производительный компьютер PC AT. Они быстро завоевывали рынок ПК и стали своего рода стандартами, которые старались подражать фирмы - конкуренты.

Фирма IBM создавала свой персональный компьютер не "с нуля", а используя узлы других производителей (в первую очередь, микропроцессор Intel). При этом она не делала секрета из того, как узлы компьютера должны соединяться и взаимодействовать друг с другом. В результате к созданию и совершенствованию компьютера могли подключаться другие фирмы - архитектура компьютеров IBM PC оказалась "открытой". У компьютеров IBM появились многочисленные "клоны", то есть различные семейства компьютеров, похожих на IBM PC. В дальнейшем ЭВМЮ поддерживающие стандарт IBM PC, стали называться просто "персональными компьютерами". С течением времени ПК оправдали свое название, поскольку для многих людей они стали необходимой частью досуга, инструментом для бизнеса и исследований.

Кроме IBM совместимых ПК, существует еще одно семейство персональных ЭВМ, называемых Macintosh. Эти компьютеры ведут свою родословную от уже упоминавшейся модели Apple, их производством занималась фирма Aplle Computer. Архитектура компьютеров Macintosh, в отличие от IBM PC, не была открытой. Поэтому, несмотря на свои более продвинутые по сравнению с IBM PC графические возможности, "Маки" не смогли завоевать такой обширный рынок. Численность "Маков" в десятки раз меньше численности IBM PC - совместимых компьютеров.

Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам - вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

Наиболее перспективные, создаваемые на основе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные вычислительные системы - вычислительные сети - ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы.

Специалисты считают, что в начале XXI в. в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды.

При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры - суперЭВМ и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, - нейрокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП - транспьютеры - микропроцессоры сети со встроенными средствами связи.

Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио - и видеосредств ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на естественном языке. Мультимедиа нельзя трактовать узко, только как мультимедиа на ПК. Можно говорить о бытовом (домашнем) мультимедиа, включающем в себя и ПК, и целую группу потребительских устройств, доводящих потоки информации до потребителя и активно забирающих информацию у него.

Специалисты предсказывают в ближайшие годы возможность создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх. Но в будущем можно говорить не об играх, а о виртуальной реальности в нашей повседневной жизни, когда нас в комнате, например, будут окружать сотни активных компьютерных устройств, автоматически включающихся и выключающихся по мере надобности, активно отслеживающих наше местоположение, постоянно снабжающих нас ситуационно необходимой информацией, активно воспринимающих нашу информацию и управляющих многими бытовыми приборами и устройствами.

Современный этап развития ЭВМ охватывает период с 1970 года до наших дней. Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как "Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош ”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры - IBM PC.

В 1971 году в результате исследований команда специалистов <<INTEL>> под руководством Тэда Хоффа создает первый 4-разрядный микропроцессор INTEL - 4004. Далее новые модели процессоров от <<INTEL>> стали появляться регулярно. <<INTEL>> и по сей день занимает одно из лидирующих мест в производстве процессоров для персональных компьютеров. Но конкуренты не дремали практически с самого начала основания <<INTEL>>. Более того, через некоторое время разразилась настоящая компьютерных вооружений, которую принято называть <<война процессоров>>. Фирмы <<<<AMD>>>> и <<<<Cyrix>>>> - вот два источника беспокойства для <<INTEL>>. Несмотря на то, что процессоры, выпускаемые этими двумя фирмами, едва ли составляют 15% от всего рынка, их продукция постепенно все большей альтернативой микропроцессорам <<INTEL>>.

Основными конкурентами <<INTEL>> являлись <<АMD>> и <<Cyrix>>

<<АMD>> (Эй-Эм-Ди, <<AMD>>; от Advanced Micro Devices, Эдванст майкро дивайсиз), американская корпорация, разработчик и производитель интегральных схем, электронных устройств, компонентов для компьютеров и средств связи. Корпорация основана в 1969 году, ее главный офис находится в городе Саннивейл (Калифорния). <<AMD>> производит микропроцессоры, устройства флэш-памяти, телекоммуникационные и сетевые продукты. В компьютерном мире <<AMD>> известна как конкурент Intel в производстве микропроцессоров для персональных компьютеров. Производственные мощности корпорации находятся в США, Японии, Малайзии, Сингапуре, Таиланде.

<<Cyrix>> (Сайрикс Корпорейшн) (<<Cyrix>> Corporation), структурное подразделение американского концерна National Semiconductor (с 1997), один из ведущих мировых производителей микропроцессоров для персональных компьютеров. Штаб-квартира находится в Ричардсоне (шт. Техас).

В начале 1990-х годов <<Cyrix>> выпустил математический сопроцессор, позволявший ускорять математические вычисления. Его коммерческий успех дал возможность <<Cyrix>> в 1992 развернуть производство клонов процессоров x86. Компания разработала целое семейство 386, 486, 5х86 микропроцессоров. В 1995 началось производство шестого поколения микропроцессоров <<Cyrix>> 6x86. В 1997 <<Cyrix>> на основе процессора 6х86 выпустил новый процессор с поддержкой MMX-инструкций. Кроме того, <<Cyrix>> наладил выпуск высокоинтегрированных процессоров MegiaGX. В том же 1997 <<Cyrix>> вошел в состав американского полупроводникового концерна National Semiconductor. В 1999 был выпущен новый микропроцессор <<Cyrix>> MXi, основанный на новом процессорном ядре. 5 августа 1999 компания была продана корпорации VIA Technologies.

Война процессоров продолжается и по сей день. Фирме <<INTEL>> приходится сдерживать натиск конкурентов, разрабатывая все более качественные и мощные процессоры.

В 1974 году фирма <<Zilog>>, один из первых конкурентов <<INTEL>>, выпускает свой первый процессор.

В 1976 году фирма <<Texas Instruments>> создает конкурентный <<INTEL>> процессор TMS 9900.

1976 год - официальное начало войны процессоров. Фирма <<AMD>> получает права и возможность копировать инструкции и микрокоды процессоров <<INTEL>>.

В 1983 году на рынке появляется процессор от фирмы <<IBM>>. Его название IBM 80286.

В 1993 году появляется новое поколение процессоров <<INTEL>>. Появляется INTEL Pentium-60, скорость процессора - 100 миллионов операций в секунду.

В 1997 году появляется INTEL Pentium II.

В 1997 году в ответ на Pentium II <<AMD>> выпускает свой новый процессор AMD K5.

В 1999 году выпущен в продажу INTEL Pentium III.

2004-2005 года разработка и внедрение двуядерных процессоров от <<INTEL>> и <<AMD>>.

2006 год появление четырёхядерных процессоров от <<INTEL>>.

4. Роль вычислительной техники в жизни человека