История вычислительной техники кратко
От ракушек до квантового компьютера.
Эволюция вычислительной техники исходит из первобытных времён от потребности человека к арифметической манипуляции объектами. Процесс вычисления происходил на пальцах или условных предметах (камни, ракушки). В эпоху древности купцы на Руси и в Европе использовали счёты, способствующие развитию торговли из-за упрощения методов вычисления.
Средневековье обусловлено значительному продвижению человека в сфере математике и инженерного дела. Леонардо да Винчи на бумаге создал эскиз вычислительной машины на зубчатых колёсах – данная модель станет последующей концепцией создания вычислительной техники. Шотландский математик Джон Непер в 1647 г. изобрёл метод, позволяющий с помощью отдельных блоков («палочек») производить процесс умножения, деления и извлечения корня.
В 1642 года начинается новая эпоха в истории вычислительной техники на основе механизмов. Так математик Блез Паскаль сконструировал механизм, основанный на движении шестерёнок внутри ящика. Данный инструмент выполнял сложение, вычитание благодаря взаимосвязанному движению колёсиков с обозначением цифр от 0 до 9. Немецкий философ и математик Лейбниц в 1673 г. улучшил механизм Паскаля, заменив колёса на зубчатые цилиндры.
Следующий шаг в данной эволюции произошёл в 1822 г. Английский математик Чарльз Беббидж смоделировал аналитическое устройство, работающие на паровом двигателе. Машина выполняла сложные арифметические действия вплоть до вычисления производной второго порядка. В 1887 г. инженер Герман Холлерит дополнил вычислительную технику электромеханической конструкцией, что позволило оснастить в модели машины счётчик и реле. Инструмент считывал данные и статистические записи с помощью специальных перфокарт. Прибор Холлерита стал концептуальной основой для зарождения компьютерных устройств. Ванновар Буш в 1930 представил миру дифференциальный анализатор, который производил решения наиболее сложных задач на основе хранения информации с помощью электрических ламп. Последующая модель устройств представлена Аланом Тьюрингом в 1936 г. Прибор использовал систему внутреннею память для совершения операций, что позволило в 1943 г. построить первую ЭВМ (электронная вычислительная машина) для взлома немецкой шифровальной машины nigma («Энигма)».
В послевоенное время американский математик Джон фон Нейман создаёт образ архитектуры устройств. Его система предполагает под собой использование кодов для программирования в памяти компьютера. Классификация вычислительной техники обрела структуру поколений (1-5), где последующее поколение обуславливалось меньшими габаритами и весом относительно предыдущего из-за появления транзисторов и интегральных микросхем. Четвёртое и пятое поколение обусловлено развитию персональных компьютеров, обладающие оптимальной системой ввода / вывода информации, компактностью и удобным интерфейсом.
Следующий виток истории будет сосредоточен на использовании знаний в неклассической физике для конструирования квантовых компьютеров, чья вычислительная мощность основана на взаимодействии электронных орбиталей атомов и квантово-механические расчётов.
История развития ЭВМ
Всего получено оценок: 287.
Всего получено оценок: 287.
Развитие электронной вычислительной техники тесно связано с совершенствованием элементной базы. Кратко об истории создания ЭВМ и этапах ее развития написано в данной статье.
Когда началась история развития ЭВМ
История развития ЭВМ берет свое начало в тридцатых годах 20 века. Эволюция электронно-вычислительных машин тесно связана с модернизацией элементной базы: от электромеханических реле и электронных ламп до современных высокоскоростных микропроцессоров.
Машины на электронных реле
В середине 30-х годов прошлого века была разработана модель первого вычислителя, построенного на электромеханических реле. Разработка вычислительной машины, работающей на двоичном принципе и умеющей обрабатывать числа с плавающей запятой немецкого инженера Конрада Цузе, получила признание и поддержку со стороны Исследовательского института аэродинамики и с успехом применялась при выполнении расчетов для управляемых ракет.
Параллельно германским разработкам в США также проводились работы по созданию релейных вычислительных машин. Так американский математик Джордж Штибитц предложил идею создания вычислительной модели на телефонных реле для выполнения операций с комплексными числами. Другой американец Говард Айкен совместно с группой инженеров фирмы IBM разработал рабочий вариант компьютера «Марк – 1».
Рис. 1. Конрад Цузе, Джордж Штибиц, Говард Айкен.
Вычислительные машины на электронных лампах
В 40-х годах прошлого столетия был разработан и внедрен к использованию первый компьютер, построенный на электронных лампах с программным управлением ENIAC.
Проект вычислительного устройства был разработан американским физиком Джоном Моучли, и при поддержке Баллистической исследовательской лаборатории армии США были начаты работы по созданию вычислительного комплекса ENIAC. Данные в такое устройство вводились с помощью перфокарт, а команды программы набирались на специальных панелях ввода через штекерное соединение.
ENIAC занимал целое помещение площадью свыше 130 квадратных метров и в своем составе насчитывал более 18 тысяч электронных ламп.
ЭВМ на полупроводниковых устройствах
Первым полупроводниковым компьютером считается машина TX-0 (tixo) с 16-битной адресацией, созданная в 1955 году. Tixo была полностью выполнена на транзисторной базе с памятью на магнитных сердечниках.
Наиболее производительными компьютерами на транзисторной логике считались британский «Atlas» американские «Stretch» и CDC-6600 и наш советский БЭСМ-6.
Компьютеры на микросхемах и микропроцессорах
Самыми лучшими характеристиками вычислительной мощности и эффективности обработки больших массивов информации обладают компьютеры, выполненные на интегральных микросхемах.
Микропроцессоры – основа современных компьютеров. Первые микропроцессорные компьютеры базировались на 8-разрядных процессорах — Intel-8080.
Создание персонального компьютера в привычном для нас виде связано с именем предпринимателя Стивена Джобса. При его участии было налажено массовое производство персонального компьютера Apple II.
Компьютер Apple II пользовался огромным успехом у покупателей и приносил колоссальный доход производителям в течение 15 лет.
Компьютеры в современном виде далеко ушли от своих прародителей. Современные технологии позволяют предъявлять высокие требования как к производительности, так и дизайну компьютерных вычислительных устройств.
Что мы узнали?
История развития ЭВМ берет свое начало с 30 годов прошлого столетия с создания вычислительных устройств, собранных на электромагнитных реле. Первые компьютеры имели низкую производительность и имели огромные размеры. С совершенствованием элементной базы улучшались характеристики компьютеров. Самыми высокопроизводительными компьютерами являются ЭВМ на микропроцессорах.
История развития вычислительной техники
Всего получено оценок: 415.
Всего получено оценок: 415.
Электронно-вычислительные машины прочно вошли во все сферы жизнедеятельности современного общества. К своему высокотехнологичному состоянию средства вычислительной техники шли путем долгой эволюции. Кратко об истории развития вычислительной техники можно прочесть в данной статье.
История развития вычислительной техники
Информатика как наука, включает в себя много направлений, в том числе и раздел, связанный с изучением вычислительной техники. История развития вычислительной техники насчитывает тысячи лет, с момента возникновения первых счетных палочек до современных высокотехнологичных компьютерных средств.
Первые приспособления для счета
Первыми устройствами для выполнения простых арифметических операций, известными исторической науке, были счеты. Так, среди культурных артефактов древнего мира – Египта, Вавилона, Греции, Рима, Китая можно найти специальный предмет, предназначенный для счета – абак. Абак представляет собой доску, на которой в специальных углублениях расположены небольшие камни. Современные варианты счетов, в виде бусин, нанизанных на проволоку, используются, и посей день для выполнения операций сложения и вычитания.
Для более сложных операций, таких как умножение, деление, возведение в степень, вычисление корней и логарифмов, были придуманы различные приспособления. Это логарифмические линейки и таблицы. Логарифмическая линейка была изобретена в 1622 году англичанином Уильямом Отредом, а первая таблица появилась в 1614 году и содержала значения тригонометрических функций.
Механические устройства для вычислений
Как техническое средство вычислительная техника берет начало от арифмометров – механических вычислительных устройств, выполняющих поразрядные операции умножения, деления, сложения и вычитания. Известны «Считающие часы», созданные немецким ученым Вильгельмом Шиккардом (1623 г.), «Паскалина» – изобретение французского механика Блеза Паскаля (1642 г.), «Ступенчатый вычислитель» Готфрида Вильгельма Лейбница (1673 г).
Рис. 2. Арифмометр.
Итогом механического периода вычислительных приборов стала разработка английского ученого Чарльза Беббиджа, ставшая прообразом современного компьютера. Задумка аналитической машины, представляла собой проект вычислительного устройства общего назначения, в котором в качестве носителя информации использовались перфокарты. Эта машина, хоть и не была построена при жизни ученого, послужила примером для создания современных компьютеров.
Следующей вехой в развитии вычислительных комплексов явилось использование электромеханических устройств. Первым представителем семейства электромеханических машин стал табулятор Холлерита, разработанный в 1887 г, позволявший автоматизировать и ускорить обработку статистической информации.
Программируемые вычислители
Результатом эволюции вычислительных устройств явилось создание электронной вычислительной машины в том виде, в котором мы привыкли ее сейчас видеть. Однако и ЭВМ прошли несколько этапов развития, связанных в первую очередь, с развитием электронной элементной базы:
Следующий этап развития ЭВМ связан с изобретением полупроводникового транзистора — компактного и экономичного аналога электронной лампы. Быстродействие подобных устройств увеличилось уже до сотен тысяч операций в секунду, а их габариты и энергопотребление значительно снизилось. Что привело к более широкому распространению ЭВМ и упрощению взаимодействия с пользователем. Одним из представителей семейства полупроводниковых машин является ЭВМ БСЭМ-6 (СССР, 1959 г.)
Объединение транзисторных схем в отдельные интегральные микросхемы (ИМС) дало толчок третьему поколению компьютеров. Для этого этапа характерно дальнейшее увеличение производительности и снижение стоимости производства и эксплуатации. А также появление различных периферийных устройств, таких как накопители на магнитных дисках, дисплеи, графопостроители. Среди машин третьего поколения можно выделить IBM-360 (США) и ЕС ЭВМ (СССР).
В настоящее время все компьютеры относятся к четвертому поколению и основаны на использовании микропроцессоров — сверхбольших интегральных схем. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.
Первые компьютеры — это профессия. До того как были созданы компьютерные устройства, компьютерами называли людей, занимавшихся выполнением сложных вычислений на арифмометрах. Как правило, этой профессией овладевали женщины, многие из которых затем с успехом работали программистами.
Что мы узнали?
История развития вычислительной техники берет свое начало в древности. Первыми приспособлениями для вычислений были счеты, логарифмические линейки, арифмометры. Прообразом современного компьютера была аналитическая машина Чарльза Бэббиджа. Развитие компьютерной техники проходило параллельно совершенствованию ее элементной базы: от вакуумных ламп до интегральных микросхем.
Основные этапы
Процесс эволюции счетных устройств начался в древние времена и продолжается сегодня. За это время люди создали различные приспособления для счета. Краткая история их развития может быть описана с помощью основных этапов:
Классификация истории развития вычислительной техники на хронологические этапы является условной. При использовании одного счетного устройства активно появлялись предпосылки для разработки следующего поколения девайсов.
Простейшие устройства
Сначала люди использовали для счета 10 пальцев на своих руках, а результаты вычислений фиксировались на камне, дереве и т. д. Когда появилась письменность, человек разработал различные способы записи цифр и системы счисления:
На рубеже IV столетии до н. э. появился абак. Это приспособление представляло собой глиняную дощечку, на которую заостренным предметом наносились полоски. Вычисления осуществлялись посредством размещения на этих полосах различных предметов небольшого размера.
Первые счеты были изобретены в Китае — суанпан. Это приспособление представляло собой деревянную раму, на которой были натянуты нити в количестве 10 или больше. Еще одна веревочка располагалась перпендикулярно остальным и делила приспособление на 2 неравные части. В отделении большего размера (земля) на каждую ниточку нанизывалось по 5 косточек. Меньшее отделение называлось «небо», а каждая веревочка, расположенная в нем, содержала по 2 косточки.
В XVII веке математик Непер из Шотландии открыл логарифмы, основываясь на работе шотландского ученого, Гантер (Англия) смог создать логарифмическую линейку. Это устройство используется и сегодня, хотя его первоначальная конструкция претерпела серьезные изменения.
Изобретение Гантера позволяла выполнять следующие операции:
Это устройство стало последним приспособлением домеханической эры развития вычислительной техники.
Механические машины
В 1673 году известный ученый Лейбниц изобрел устройство, которое, помимо простейших операций с числами, позволяло извлекать квадратный корень. Чтобы этот ступенчатый вычислитель мог функционировать, ученому пришлось разработать двоичную систему счисления.
Через 2 столетия французский математик Ксавье Тома де Кальмар, основываясь на работах Лейбница, изготовил арифмометр. Эта машина уже могла делить и перемножать числа. Английский ученый Бэббидж через 2 года начал создавать устройство, способное выполнять вычисления с точностью до 20 знаков после запятой. Однако этот проект так и не был завершен.
Впрочем, имя Бэббиджа навсегда вошло в историю развития счетных устройств. Именно этот человек разработал машину, управлять которой можно было программно. В качестве носителя информации использовались перфокарты. С этим же устройством связано и имя первого программиста на планете — Ада Лавлейс. Именно этой женщине удалось создать первые программы для машины Бэббиджа.
Компьютерная техника
Первый аналог компьютера был создан еще в 1887 году американцем Голлеритом. Он разработал табулятор, который представлял собой электромеханическую вычислительную машину. В конструкции устройства присутствовали реле, счетчики и специальный сортировочный ящик. Машина могла сортировать статистические данные, записанные на перфокартах. Компания, созданная Голлеритом, затем превратилась в известную корпорацию IBM.
Также стоит отметить основные изобретения и теории, давшие в будущем толчок к развитию компьютерной техники:
Начало эры
Во многом активное развитие ЭВМ связано со Второй мировой войной. Правительства некоторых стран-участниц этого конфликта стремились получить стратегическое преимущество перед противником и начали финансировать работы по разработке вычислительных машин. Пионером компьютеростроения стал инженер из Германии Цузе. Им была сконструирована машина Z3, которая могла оперировать числами с плавающей запятой, работая при этом в двоичной системе. В качестве носителя информации в ней использовалась перфолента.
Однако первым функционирующим компьютером следует считать новую машину немецкого инженера — Z4. Он же разработал и первый язык программирования под названием Планкалкюль. В 1942 году 2 американских исследователя (Джон Атанасов и Клиффорд Берри) создали машину, работающую на вакуумных трубках. Она использовала двоичный код и выполняла ряд логических операций.
При поддержке правительства Англии в 1943 году была построена первая ЭВМ — Колосс. Работы над этим устройством велись в условиях максимальной секретности.
В состав машины входило около 2000 электронных ламп. Колосс использовался для взлома немецких кодов, создаваемых с помощью шифровального устройства Энигма. После завершения войны ЭВМ была уничтожена в соответствии с личным приказом Черчилля.
Работа над архитектурой
Прообраз архитектуры современного ПК был создан в 1945 году американским ученым фон Нейманом. Он первым предложил записывать программу в форме кода непосредственно в память вычислительного устройства. В те времена в США активно работали над созданием первого компьютера, способного решать различные задачи — ENIAC. Эта машина весила порядка 30 тонн, а для ее размещения требовалось около 170 м² площади.
В состав конструкции машины входило 18000 ламп. В течение 1 секунды она выполняла 5000 операций сложения либо 300 умножения. На европейском континенте первый универсальный компьютер был создан в СССР. Команда под руководством Сергея Лебедева в 1950 году сконструировала МЭСМ (малая электронная счетная машина). Для ее работы требовалось порядка 6000 ламп, а быстродействие компьютера составляло 50 операций в секунду. Эта же группа ученых через 2 года создала большую электронную счетную машину. Ее быстродействие составляло 10000 операций в секунду.
Создание полупроводниковых приборов
Главным недостатком электронных ламп был невысокий срок службы. Так как эти устройства быстро выходили из строя, обслуживание вычислительной машины существенно усложнялось. Проблема была решена в 1947 году, когда был изобретен транзистор. Полупроводниковые устройства выполняли аналогичные функции, что и лампы, но при этом имели ряд преимуществ:
Именно появление полупроводниковых приборов позволило компьютерам приобрести вид, напоминающий современные ПК. Благодаря работе американских инженеров Кибли и Нойса мир узнал о микросхемах. Основу этих устройств составлял германиевый либо кремниевый кристалл, на котором монтировались миниатюрные полупроводниковые приборы. Их количество достигало десятки и даже сотни тысяч.
Появление микросхем дало новый толчок к развитию ЭВМ. В 1964 году корпорация IBM представила первую машину семейства SYSTEM 360. В СССР первый компьютер на микросхемах был разработан в 1972 году, а назывался он ЕС. В его основе лежали разработки американской компании IBM. Одновременно с развитием компьютеров начинает активно совершенствоваться и программное обеспечение (софт). В 1964 году был разработан язык Бейсик, предназначенный для начинающих программистов. В 1969 году появился Паскаль, с помощью которого можно было решать различные прикладные задачи.
Персональные компьютеры
В начале 70-х годов стартовал выпуск четвертого поколения компьютеров. Это время для индустрии характеризуется началом использования в производстве вычислительной техники БИС (большая интегральная схема). Благодаря этому производительность ЭВМ достигла отметки в тысячи миллионов операций в секунду. Кроме этого, существенно снизилась и себестоимость производства ПК, что сделало их более доступными для обычного потребителя.
Одним из первых массовых компьютеров стала машина, созданная компанией Apple. Произошло это в 1976 году. В разработке ПК принимали участие Стив Возняк и Стив Джобс. Его стоимость составляла лишь 500 долларов. В 1977 году вышла вторая модель этого компьютера — Apple II. Роль этих личностей в развитии компьютерной техники сложно переоценить.
Быстрое распространение недорогих компьютеров привело к значительному падению прибыли компании IBM. Это факт вызвал беспокойство у ее руководства, и в 1979 году на рынке появился первый ПК от американского концерна. В нем был установлен процессор от Интел 8088, ОЗУ в объеме 64 Кбайт и дисковод для дискет. Специально для него компания Микрософт разработала новую операционную систему, в которой все было понятно даже новичку.
В дальнейшем наблюдалось стремительное развитие компьютерной техники. Новые процессоры начинают создаваться ежегодно и каждое новое поколение превосходит в производительности прошлое. Вся история развития ПК может быть представлена в таблице:
| Поколение | Элементная база | Быстродействие, операций в секунду | ПО | Применение | Примеры |
| I (1946−1959) | Электронные лампы | Не более 20000 | Машинные языки | Расчетные задачи | ЭНИАК и МЭСМ |
| II (1960−1969) | Полупроводниковые приборы | От 100 до 500 тысяч | Алгоритмические языки | Экономические, инженерные и научные задачи | БЭСМ-4, IBM 701 |
| III (1970−1979) | ИМС (интегральные микросхемы) | Около 1 миллиона | Операционные системы | САПР, научные и технические задачи, АСУ | ЕС 1060, IBM 360 |
| IV (с 1980 и до настоящего времени) | Микропроцессоры и БИС | Минимум десятки миллионов | Базы данных (БД) | АРМ, работа с графикой и текстами | Серверы и ПЭВМ |
| V (с 1990 до настоящего времени) | СБИС | Более миллиарда | Мощные вычислительные системы, искусственный интеллект | Все области | Ноутбуки, рабочие станции |
Сейчас компьютер можно найти практически в каждом доме, а жизнь современного человека сложно представить без ПК.
С физикой — от счетов к современным компьютерам
Краткая история ЭВМ
Рис. 1. История развития ЭВМ и важнейшие открытия электроники XX века
По сути, вся история ЭВМ определяется серией замечательных физических открытий в области электроники. Строго говоря, вычислительные машины существовали и до XX века: это абак, счеты, логарифмические линейки, арифмометры, счетные машины Паскаля и Бэббиджа и некоторые другие. Всё это — механические устройства с очень ограниченными возможностями. История же собственно электронных вычислительных машин (рис. 1) начинается в двадцатом веке и связана с изобретением в 1906 году американским инженером Ли де Форестом вакуумного триода. На основе триодов были созданы ЭВМ так называемого первого поколения, начинающего свою историю в 40-е годы. Это поколение компьютеров-монстров, занимавших по своим размерам целые комнаты и потреблявших мощности, достаточные для работы небольшого завода. Однако, несмотря на такую громоздкость, производительность этих машин была весьма скромной.
Качественное изменение ЭВМ произошло после еще одного эпохального открытия физики — изобретения в 1947 году Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли полевого транзистора. Применение полупроводниковых транзисторов вместо вакуумных ламп (триодов) позволило существенно уменьшить размеры и энергопотребление машин второго поколения и повысить их быстродействие и надежность.
Дальнейшее развитие компьютеров связано с использованием интегральных схем, впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом. Интегральная схема — это множество, от десятков до миллионов, транзисторов, размещенных на одном кристалле полупроводника. Использование интегральных схем (компьютеры третьего поколения), больших и сверхбольших интегральных схем (четвертое поколение) привело к значительному упрощению процесса изготовления ЭВМ и увеличению их быстродействия. В 80-е годы началось изготовление персональных компьютеров, которые постепенно приобрели современный вид. Примерно тогда же появились первые мобильные компьютеры, или ноутбуки. Огромной производительности достигли многопроцессорные вычислительные комплексы — так называемые суперкомпьютеры.
Почему же именно изобретение триода и транзистора определило весь путь развития компьютеров? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить об основных принципах работы компьютера.
Сердце современного компьютера — это его центральный процессор, поэтому остановимся на нем. Основная функция процессора — обработка информации, т. е. выполнение различных операций над данными. А так как данные в современных ЭВМ представляются в двоичном виде, то и операции с ними производятся на основе двоичной логики, или так называемой булевой алгебры.