История развития вычислительной техники

Эволюция ЭВМ.

Много веков назад люди начали использовать счетные инструменты, первоначально для подсчетов применяли пальцы собственных рук. Народы древней Америки придумали узелковой счет, расположение узелков складывалась в особую систему. Также применялись методы оставления насечек и счетные палочки.
Позднее появился первый прибор для счета – абак. Вычисления прибор производил по разрядам. Около 500 года н.э появилась усовершенствованная версия абака – счеты. Они были эффективны при операциях сложения или вычитания, но плохо справлялись с умножением и делением многозначных чисел. В 1614 году Джон Непер опубликовал работу «Описание удивительной таблицы логарифмов», ученый предложил заменить умножения сложением, а деление вычитанием с применением специальных таблиц, однако применение таблиц было неудобно, поэтому Непер изобрел счетные палочки для быстрого умножения и счетную доску, для которой операции выполнялись в системе двоичного счисления.
В 1623 году В. Шиккард реализовал первое в мире вычислительное устройство, составляющими элементами машины были сумматор и умножитель, также она содержала механизм для записи промежуточных итогов. Более сложную систему придумал Блез Паскаль в 1642 году. Основной элемент его суммирующей машины стал счетчик-регистратор, для вычислений использовалась десятичная система счисления. Среди разработок механических вычислительных машин стоит отметить работы Чарльза Бэббиджа. Чтобы автоматизировать вычисления, в 1823 году Бэббидж сконструировал разностную машину, в которой расчеты производились по схеме аппроксимации функции многочленами и вычисления конечных разностей. По сути устройство было шести цифровым калькулятором. Позже по схемам Бэббиджа была создана программируемая аналитическая машина – предшественница современных ЭВМ. Она весила три тонны. Для каждого вычисления приходилось многократно крутить ручку автомата. Двигатель управлялся перфокартами и барабанами, выполняемые программы представляли собой карты операций. Из-за недостатка финансирования действующая версия аналитической машины была создана лишь в 1906 году.

Герман Холлерит вел работу по созданию табулятора, включающего в себя перфоратор для компостирования карточек, счетчик, считывающее устройство и сортировшик карт. Машина Холлерита использовалась для ускорения обработки результатов 11-й переписи населения 1890 года и справилась с задачей в десятки раз быстрее ручной обработки. Данные в устройстве хранились на перфокартах, одинарными отверстиями обозначали цифры, двойными – буквы. Герман Холлерит стал основателем компании Tabulating Machine Company по производству вычислительных машин, с 1915 года переименнованную в знаменитую IBM.

в 1944 году была сконструирована Colossus при содействии Алана Тьюринга, работающего в области теории алгоритмов. Он проводил анализ действий человека при выполнении вычислений, что позднее сформировалось как абстрактная вычислительная машина. Colossus включала 2500 электронных ламп, компьютер характеризовался относительно высоким быстродействием, специализировался на расшифровке сообщений во время второй мировой войны .
В 1945 году появился ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer). ENIAC применялся в баллистике для расчётов таблиц стрельбы, но имел способность решать задачи разных областей науки. Вес машины составлял 27 тонн, в схему входило 17468 ламп, если перегорала хотя бы одна, устройство прекращала работу.

Дальнейшую историю вычислительной техники можно поделить на 5 периодов.

Первое поколение ЭВМ приходится на 1945-1954 годы, основой вычислительных машин были шумные и недолговечные электромеханические реле, электронно-вакуумные лампы, потреблялось большое количество электроэнергии. Программирование происходило путем изменения положения тумблеров и переключателей. В этот период формируется представление о типичной ЭВМ с архитектурой Джона фон Неймана, ее важными составляющими стали центральный процессор, оперативное запоминающее устройство и устройство ввода-вывода. Инструкции для ЭВМ писались на машинном коде, подходили только для определенной модели компьютера. Для хранения данных использовались перфокарты и перфоленты. Оперативная память основывалась на использовании ультразвуковых ртутных линий задержки и электронно-лучевых трубок.
В 1951 году при участии Д. Моучли и Дж. Преспера Эккерта был создан коммерческий компьютер УНИАК (универсальный автоматический компьютер). Всего выпустили 46 экземпляров, вес каждого 13 тонн.
Во втором поколении ЭВМ (1955-1964) на смену громоздким лампам пришли транзисторы. Размеры и стоимость ЭВМ уменьшились, появилась возможность подключения к основные устройствам компьютера разнообразных внешних блоков. К середине 1950-х были разработаны машинно-независимые языки, для них создавались компиляторы – трансляторы программы, составленной на языке высокого уровня в инструкцию близкую к машинному коду. Появились такие языки высокого уровня, как Algol, FORTRAN, COBOL, управление работой ЭВМ осуществлялось через язык управления заданиями, предшественник операционных систем , аналог современных bat и cmd файлов. Данные хранилась с помощью магнитных лент, накопителей на магнитных дисках и флоппи-дисках. Основой ОЗУ стали ферритовые сердечники - полупроводники с магнитными свойствами . До 1964 у компьютеров не было мониторов, впервые они появились у модели IBM 2250, такой монитор был размером 12х12 дюймов с разрешением 1024х1024. Повышались требования к надежности работы ЭВМ, поэтому широко стали внедряться коды для обнаружения и исправления ошибок.

В третьем поколение ЭВМ (1965-1970) стали использоваться малые интегральные микросхемы. На крошечной пластине полупроводникового кристалла размещались десятки элементов. В 1965 году был сформулирован закон Мура, согласно которому число транзисторов на кристалле удваивается каждые 2 года. Появилась кэш-память. Архитектура ЭВМ стала открытой, то есть комплектующие детали подходили для разным моделей ЭВМ. Для автоматического корректирования ошибок широко стали использоваться циклические коды и коды Хемминга.

В 1970-1984 годы появились большие интегральные схемы. Стали использоваться полевые CMOS-транзисторов, на одном кристалле размещали до 10000 элементов, пришло четвертое поколение ЭВМ. Был выпущен первый микропроцессор i4004 с более двух тысяч полупроводников на одной подложке и первый персональный компьютер. В 1976 году Стив Джобе и Стефан Возняк на базе интегрального 8-битного контроллера создали персональный игровой компьютер “Apple”. Одна из главных проблем ЭВМ четвертого поколения – теплоотвод для БИС, требуется постоянное охлаждение, иначе интегральная схема сгорит.

Пятое поколение ЭВМ называют микропроцессорным, началось оно в 1990-е годы. Период характеризуется компьютерами с сотнями параллельно работающих процессоров. В 1985 фирмой Intel был выпущен первый 32-разрядный процессор i80386. Новый процессор был совместим со всеми микропроцессорами, выпущенными фирмой ранее.
В настоящее время говорят о 6-ом поколении ЭВМ. Отчет связывают с 2011 годом. Технологии искусственного интеллекта, применение нейронных сетей, работа с большим объемом данных, десятки тысяч работающих параллельно микропроцессоров характеризуют нынешний этап. Главная идея заключается в создании самообучающейся системы.