История компьютеров

После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров было соединение и спайка транзисторов для создания электронных  схем. Но в 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами или чипами. В 1968 г. фирма Вurroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год, что и обеспечивает постоянное уменьшение стоимости компьютеров и повышение быстродействия.

Первое поколение ЭВМ, работающее на лампах, просуществовало до конца 50-х годов. В 1959 году родилось второе поколение, работающее на транзисторах. Полупроводники были существенно надежнее ламп, занимали меньше места и потребляли совсем немного электричества, поэтому  только машин IBM 1401 серии было продано  более 10 тыс. штук. СССР в те же годы выпускал только не только стационарные ламповые ЭВМ для наведения истребителей-перехватчиков (СПЕКТР-4), но и портативные полупроводниковые  ЭВМ «КУРС», предназначенные для  обработки радиолокационной информации. В этом же 1959-м IBM выпустила свой первый мэйнфрейм 7090 с быстродействием 230 тыс. операций в секунду и специальную модификацию IBM 7030 для ядерной лаборатории США в Лос-Аламосе.

В апреле 1964 года IBM анонсировала System/360 – первое семейство универсальных программно-совместимых компьютеров и периферийного оборудования. Элементной базой семейства «360» были гибридные микросхемы,  и новые модели стали считать машинами третьего поколения. Таким образом, транзисторные машины в биографии ЭВМ заняли всего лишь 5 лет. 

Интегральные схемы. ЭВМ 3-го поколения

Приоритет в изобретении интегральных схем, ставших элементной базой ЭВМ  третьего поколения, принадлежит американским ученым Д. Килби и Р. Нойсу, сделавшим это открытие независимо друг от друга. Массовый выпуск интегральных схем начался в 1962 году, а в 1964 начал быстро осуществляться переход от дискретных элементов к интегральным. Упоминавшийся выше ЭНИАК размерами 9´15 метров в 1971 году мог бы быть собран на пластине в 1,5 квадратных сантиметра. Началось перевоплощение электроники в микроэлектронику.

Несмотря на успехи интегральной техники  и появление мини-ЭВМ, в 60-х годах продолжали доминировать большие машины. Таким образом, третье поколение компьютеров, зарождаясь внутри второго, постепенно вырастало из него.

Первая массовая серия машин  на интегральных элементах стала  выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта  серия, известная под названием IBM-360, оказала значительное влияние на развитие вычислительной техники второй половины 60-х годов. Она объединила целое семейство ЭВМ с широким  диапазоном производительности, причем совместимых друг с другом. Последнее  означало, что машины стало возможно связывать в комплексы, а также  без всяких переделок переносить программы, написанные для одной  ЭВМ, на любую другую из этой серии. Таким образом, впервые было выявлено коммерчески выгодное требование стандартизации аппаратного и программного обеспечения  ЭВМ

В СССР первой серийной ЭВМ на интегральных схемах была машина «Наири-3», появившаяся  в 1970 году. Со второй половины 60-х годов  Советский Союз совместно со странами СЭВ приступил к разработке семейства  универсальных машин, аналогичного системе ibm-360. В 1972 году началось серийное производство стартовой, наименее мощной модели Единой Системы – ЭВМ ЕС-1010, а еще через год – пяти других моделей. Их быстродействие находилась в пределах от десяти тысяч (ЕС-1010) до двух миллионов (ЕС-1060) операций в секунду.

В рамках третьего поколения в США  была построена уникальная машина «ИЛЛИАК-4», в составе которой в первоначальном варианте планировалось использовать 256 устройств обработки данных, выполненных  на монолитных интегральных схемах. Позднее  проект был изменен, из-за довольно высокой стоимости (более 16 миллионов  долларов). Число процессоров пришлось сократить до 64, а также перейти  к интегральным схемам с малой  степенью интеграции. Сокращенный вариант  проекта был завершен в 1972 году, номинальное  быстродействие «ИЛЛИАК-4» составило 200 миллионов операций в секунду. Почти год этот компьютер был рекордсменом в скорости вычислений.

Именно в период развития третьего поколения возникла чрезвычайно  мощная индустрия вычислительной техники, которая начала выпускать в больших  количествах ЭВМ для массового  коммерческого применения. Компьютеры все чаще стали включаться в информационные системы или системы управления производствами. Они выступили в  качестве очевидного рычага современной  промышленной революции.

Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). ЭВМ 4-го поколения

Начало 70-х годов знаменует переход  к компьютерам четвертого поколения  – на сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Другим признаком ЭВМ нового поколения являются резкие изменения  в архитектуре. 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. Оценки показали, что применение постоянного запоминающего устройства в 16 килобит позволит исключить 100‑200 обычных интегральных схем. Так возникла идея микропроцессора, который можно реализовать даже на одном кристалле, а программу в его память записать навсегда. В то время в рядовом микропроцессоре уровень интеграции соответствовал плотности, равной примерно 500 транзисторам на один квадратный миллиметр, при этом достигалась очень хорошая надежность.

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.

Из больших компьютеров четвертого поколения на сверхбольших интегральных схемах особенно выделялись американские машины «Крей-1» и «Крей-2», а также  советские модели «Эльбрус-1» и  «Эльбрус-2». Первые их образцы появились  примерно в одно и то же время  – в 1976 году. Все они относятся к категории суперкомпьютеров, так как имеют предельно достижимые для своего времени характеристики и очень высокую стоимость.

В машинах четвертого поколения  сделан отход от архитектуры фон  Неймана, которая была ведущим признаком  подавляющего большинства всех предыдущих компьютеров.

Многопроцессорные ЭВМ, в связи  с громадным быстродействием  и особенностями архитектуры, используются для решения ряда уникальных задач  гидродинамики, аэродинамики, долгосрочного  прогноза погоды и т.п. Наряду с суперкомпьютерами  в состав четвертого поколения входят многие типы мини-ЭВМ, также опирающиеся на элементную базу из сверхбольших интегральных схем.

Глава 3.  Персональные компьютеры.

Хотя и персональные компьютеры относятся к ЭВМ 4-го поколения, все  же возможность их широкого распространения, несмотря на достижения технологии СБИС, оставалась бы весьма небольшой (рис.4). Если бы в 1970 г. не был сделан еще  один важный шаг на пути к персональному  компьютеру — Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intеl сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Iпtеl-4004, который был выпущен в продажу в 1971 г. Это был настоящий прорыв, ибо микропроцессор Intеl-4004 размером менее 3 см был

Рис.4   IBM 5110 весивший 23 кг, позиционировался в 1975

                                          году как портативный компьютер  по цене $14000.

производительнее гигантской машины ЕNIАС. Правда, возможности Intе1~4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора больших компьютеров того времени, — он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших компьютеров обрабатывали 16 или 32 бита одновременно), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле. Но рост производительности микропроцессоров не заставил себя ждать. В 1973 г. фирма Intе1 выпустила 8-битовый микропроцессор Intе1-8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intе1-8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.

Вначале микропроцессоры использовались в различных специализированных устройствах, например, в калькуляторах. Но в 1974 г. несколько фирм объявили о  создании на основе микропроцессора Intе1-8008 персонального компьютера, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и  большой компьютер, но рассчитанного  на одного пользователя. В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Альтаир-8800 на основе микропроцессора Intе1-8080. Этот компьютер продавался по цене около 500 дол. И хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом: впервые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели снабжали этот компьютер дополни­тельными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Мicrosoft) создали для компьютера “Альтаир” интерпретатор языка Ваsic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовало популярности персональных компьютеров.

Успех Альтаир-8800 заставил многие фирмы  также заняться производством персональных компьютеров. Персональные компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и  монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч  штук в год. Появилось несколько  журналов, посвященных персональным компьютерам. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых  применений. Появились и коммерчески  распространяемые программы, например, программа для редактирования текстов  Word Star и табличный процессор VisiСаlс (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти (и многие другие) программы сделали покупку персональных компьютеров весьма выгодным для бизнеса: с их помощью стало возможно выполнять бухгалтерские расчеты , составлять документы и т.д. Использование же больших компьютеров для этих целей было слишком дорого.

  Первая персональная ЭВМ  была разработана в 1973 г. во  Франции. Ее автор Труонг Тронг Ти. Первые экземпляры были восприняты как дорогостоящая экзотическая игрушка. Массовое производство и внедрение в практику персональных компьютеров связывают с именем Стива Джобса, руководителя и основателя фирмы "Эпл компьютер", 1977 г. наладившей выпуск персональных компьютеров "Apple" (Рис.5).

Рис.5 Apple II – первый цветной 8-битный домашний компьютер с графическим разрешением 280х192 точки. Популярные в СССР компьютеры «Правец» и «Агат» повторяли именно эту линейку.

Создатели  Apple II Стефен Возняк и Стивен Джобс хорошо знали, что это – революция в компьютеростроении. Пластиковый корпус, цветной телевизор-дисплей, игровой порт и бытовой магнитофон в качестве «жесткого диска», да и цена $1298 очень и американцам и европейцам. Поэтому 1977 год многими по праву считается началом новой эры, поскольку как символизирует логотип Apple, запретный плод  был надкушен…

           В  конце 70-х годов распространение  персональных компьютеров даже  привело к некоторому снижению  спроса на большие компьютеры  и мини-компьютеры (мини-ЭВМ). Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IВМ— ведущей компании по производству больших компьютеров, и в 1979 г. фирма IВМ решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Однако руководство фирмы недооценило будущую важность этого рынка и рассматривало создание персонального компьютера всего лишь как мелкий эксперимент — что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования. Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, от­ветственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер “с нуля”, а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.

Прежде всего, в качестве основного  микропроцессора компьютера был  выбран новейший тогда 16-разрядный  микропроцессор Intе1-8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 г. новый компьютер  под названием IВМ РС был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер IВМ РС занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров.

 Если бы IВМ РС был сделан так же, как другие существовавшие во время его появления компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже о нем забыли. Действительно, кто сейчас помнит о самых замечательных моделях телевизоров, телефонов или даже автомобилей пятнадцатилетней давности!

Однако с компьютерами IВМ РС получилось по-другому. Фирма IВМ не сделала свой компьютер единым неразъемным устройством и не стала защищать его конструкцию патентами. Наоборот, она собрала компьютер из независимо изготовленных частей и не стала держать спецификации этих частей и способы их соединения в секрете. Напротив, принципы конструкции IВМ РС были доступны всем желающим. Этот подход, называемый принципом открытой архитектуры, обеспечил потрясающий успех компьютеру IВМ РС, хотя и лишил фирму IВМ возможности единолично пользоваться плодами этого успеха.

Заключение.

            Итак, в своей работе я попытался  рассказать о истории развития компьютера. Помимо этого также развивался и рынок периферийных устройств (принтеров, сканеров и т.д), рынок мониторов, рынок программного обеспечения. Поэтому компьютер занимает очень важное место в нашей жизни. На предприятиях внедряются новые автоматизированные линии, новые станки с программируемыми контроллерами, высвобождаются тяжелые рабочие места, поэтому производство развивается интенсивнее с применением компьютерной техники. т.е. компьютеры выполняют работу вместо человека.

К сожалению, невозможно в рамках реферата охватить всю историю компьютеров. Можно было бы еще долго рассказывать о том, как в маленьком городке  Пало-Альто (штат Калифорния) в научно-исследовательском  центре Xerox PARK собрался цвет программистов того времени, чтобы разработать революционные концепции, в корне изменившие образ машин, и проложить дорогу для компьютеров конца XX века. Как талантливый школьник Билл Гейтс и его друг Пол Аллен познакомились с Эдом Робертсом и создали удивительный язык БЕЙСИК для компьютера Altair, что позволило разрабатывать для него прикладные программы. Как постепенно менялся облик персонального компьютера, появились монитор и клавиатура, накопитель на гибких магнитных дисках, так называемых дискетах, а затем и жесткий диск. Неотъемлемыми принадлежностями стали принтер и «мышь». Можно было бы рассказать и о невидимой войне на компьютерных рынках за право устанавливать стандарты между огромной корпорацией IBM, и молодой Apple, дерзнувшей с ней соревноваться, заставившей весь мир решать, что же лучше Macintosh или PC? И о многих других интересных вещах, происходивших совсем недавно, но ставших уже историей.