История и развитие компьютерной техники

У истоков комьютерной  революции

Во все времена  людям нужно было считать. В  туманном  доисторическом  прошлом они считали  на пальцах или делали насечки  на  костях.  Примерно  около  4000 лет назад, на заре человеческой цивилизации, были  изобретены  уже  довольно сложные  системы  счисления,  позволявшие  осуществлять   торговые   сделки, рассчитывать астрономические  циклы, проводить другие  вычисления.  Несколько тысячелетий спустя появились  первые ручные вычислительные инструменты.  А  в наши дни сложнейшие вычислительные задачи, как и множество других  операций, казалось бы, не связанных  с  числами,  решаются  при  помощи  “электронного мозга”—компьютера.

Возникновение и развитие персональных компьютеров.

      Персональными компьютерами(PC) называют компьютеры, а более точно электронно-вычислительные машины, которые обладают одновременно следующими характеристиками:

1. относительно невысокая стоимость (т.е. доступ для приобретения в личное пользование значительной частью населения);
2. возможность эксплуатировать автономно без специальных требований к защите и охране окружающей среды;
3. многовариативность применения в различных областях, например в сфере управления, науки, образования, в быту;
4. наличие «дружественных» операционной и интерфейсной систем, которые максимально упрощают пользователю работу с компьютером;
5. наличие достаточно развитого и относительно недорогого набора внешних устройств в «настольном» исполнении;
6. наличие аппаратных  и программных ресурсов общего назначения, позволяющих решать реальные задачи по многим видам профессиональной деятельности;
7. высокая надежность работы (примерно 5000 часов работы).

      Для того, чтобы лучше представить, чем все-таки персональные компьютеры отличаются от других электронно-вычислительных машин, следует рассмотреть историю возникновения ПК с момента появления первых ЭВМ, при этом не забывая более ранние достижения в истории вычислительной техники, благодаря которым стало возможным в конечном итоге создание персональных компьютеров: машина Паскаля (1642 г.), механический арифмометр Лейбница (1673 г.), «Аналитическая машина» Чарльза Бэббиджа (1820-1856 гг.), использование двоичной системы счисления путем применения электрических цепей компьютера (Клод Шеннон, конец 30-х гг. ХХ в.).

      Возникновение электронно-вычислительных машин стало  возможным после появления электронных ламп. В тридцатые годы они стали технической основной устройств обработки и хранения цифровой информации и широчайшим образом применялись в радиотехнических устройствах.

      Итак, первой действующей ЭВМ стал ENIAC (США, 1945-1946 гг.). Ее название по первым буквам соответствующих английских слов означает «электронно-числовой интегратор и вычислитель». Его созданием руководили Джон Моучли и Преспер Эккерт, продолжившие начатую в конце 30-х годов работу Джорджа Атанасова. Как и большинство другой создаваемой в то время техники, ENIAC создавался в военных целях. Внешне такая ЭВМ, как и другие ЭВМ первого поколения, представляли собой десятки стоек, каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами, громоздкие печатающие агрегаты, и все это на площади сотни квадратных метров, со специальными системами охлаждения, источниками питания, постоянно гудящее и вибрирующее. Солдаты, приписанные к этой огромной машине, постоянно носились  вокруг нее, скрепя тележками, доверху набитыми электронными лампами. Стоило перегореть хотя бы одной лампе, как ENIAC тут же вставал и начиналась суматоха: все спешно искали сгоревшую лампу. Когда все лампы работали, инженерный персонал мог настроить ENIAC на какую-нибудь задачу, вручную изменив подключения 6000 проводов. Все эти провода приходилось вновь переключать, когда вставала другая задача.

      Иначе говоря, эта и ряд других ЭВМ  первого поколения не имели важнейшего с точки зрения конструкторов последующих компьютеров качества – программа не хранилась в памяти машины, а набиралась достаточно сложным образом с помощью внешних коммутирующих устройств.

      В решении этой проблемы основную заслугу  приписывают Джону фон Нейману, американцу венгерского происхождения, блестящему ученому , известному многими достижениями – от разработки теории игр до вклада в создание ядерного оружия. «Архитектура фон Неймана», как ее теперь называют, базируется на принципах, сформулированных им в 1945 г. В их число входит и такой: в компьютере не придется изменять подключения проводов, если все инструкции будут храниться в его памяти. И как только эту идею воплотили на практике, родился современный компьютер. Первая ЭВМ с хранимой программой (EDSAC) была простроена в Великобритании в 1949 г.

      Возникновение ЭВМ второго поколения было связано  с приходом полупроводниковой техники – транзисторов. К началу шестидесятых годов они начали вытеснять электронные лампы из бытовой техники. Это произошло через десятилетие после того, как Bell Labs открыли, что крошечный кусочек кремния способен делать то же, что и электронная лампа. Транзисторы – подобно электронным лампам – действуют как электрические переключатели, потребляя при этом намного меньше электроэнергии, в результате выделяя  гораздо меньше тепла и занимая меньше места. Первый транзистор был создан в 1948 г., а первая ЭВМ с его использованием – в 1956 г.

      Изобретение транзисторов было первым шагом к  уменьшению размеров компьютеров. К середине 60-х годов появились компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью 20000 долларов. Это был первый компьютер, который мог себе позволить приобрести потребитель.

      Но  к тому времени был подготовлен  ещё один шаг к миниатюризации компьютеров – были изобретены интегральные схемы.

      В 1959 году инженеры фирмы «Texas Instruments» разработали способ, как разместить внутри одного полупроводникового кристалла несколько транзисторов и соединить их между собой.  Полученные электронные схемы стали называть интегральными схемами, или чипами. Чипы, используемые в современных компьютерах, представляют собой интегральные схемы, эквивалентные миллионам транзисторов, размещенных на кусочке кремния площадью менее пяти квадратных сантиметров. Изобретение интегральных схем позволило перейти к третьему поколению ЭВМ. В 1968 году фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

      Подлинную революцию в вычислительной технике  произвело создание микропроцессора. В 1971 году компанией «Intel» было создано устройство, реализующее на крошечной микросхеме функции такие же, как центральный процессор большой ЭВМ. 15 ноября 1971 года «Intel 4004» – так назвали микропроцессор – был представлен общественности. Поскольку для хранения одной цифры калькулятору требуется 4 бита, «Intel 4004» был четырехразрядным процессором. Следующий микропроцессор  предназначался для установки в терминал и должен был обрабатывать символьную информацию. Поскольку каждый символ кодируется одним байтом (8 бит), следующая модель  «Intel 8008» стала 8-рарядной; она появилась в 1972 году и предназначалась для выполнения достаточно простых задач ввиду очень ограниченного объема памяти.

      Новый качественный скачок был совершен в  апреле 1974 г., когда компанией «Intel» был создан «Intel 8080» – первый в мире процессор, походивший на «настоящую» вычислительную машину. По размерам он не превышал 8008, но содержал на 2700 транзисторов больше и стоил на 200 долларов меньше.¹ Хотя процессор обрабатывал 8-разрядные данные, адрес его ОЗУ был двухбайтовым. Таким образом, 8080 мог иметь до 64 килобайт памяти, что по тем временам программистам казалось недостижимым пределом.

      Дальнейшее  развитие событий происходило прямо-таки с фантастической скоростью: за десятилетие был пройден путь от изобретения 4-разрядного микропроцессора до достаточно сложной

      32-разрядной.  Было ликвидировано отставание  микропроцессорной техники от  обычных ЭВМ и началось интенсивное  вытеснение последних (все ЭВМ  четвертого поколения собраны на базе того или иного микропроцессора). Для иллюстрации укажем, что первый микропроцессор «Intel 4004» содержал 2200 транзисторов, «Intel 8080» – 4800,  «Intel 80486» –  около 1,2 миллиона, а современный «Pentium»  – около 3 миллионов.² Процесс постоянного роста числа транзисторов в производимых микропроцессорах среди инженеров называют законом Мура (Гордон Мур – один из основателей фирмы Intel), который еще в 1965 году предсказал, что число транзисторов в компьютерных чипах ежегодно будет удваиваться.

      Последствия создания микропроцессора оказались  огромны не только для вычислительной техники, но и для научно-технического прогресса в целом. В области  разработки ЭВМ первым таким последствием оказалось создание персональных компьютеров (ПК).

      Небольшие компьютеры, предназначенные для  одного пользователя, который в каждый момент  решает не более одной  задачи, использовались в профессиональной деятельности уже в начале 70-х  годов. Восьмиразрядные процессоры i8080 и Z80 в сочетании с операционной системой CP/М позволили  создать ряд таких компьютеров, но, тем не менее, началом эры их массового появления стал 1976 год, когда появился знаменитый «Apple», созданный молодыми американскими инженерами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. За несколько лет было продано около 2 млн. экземпляров лишь этих ПК (особенно  «Apple-2»), то есть впервые в мировой практике компьютер стал устройством массового производства. Вскоре лидерство в этой области захватила фирма IBM – компьютерный гигант, представивший в 1981 году свой персональный компьютер IBM РС. Его модели РС ХТ (1983 г.), РС АТ (1984 г.), ПК с микропроцессором Pentium (начало 90-х годов) стали, каждый в свое время, ведущими на мировом рынке ПК.

      Успех IBM связывают с тем, что именно она начала разработку компьютеров с масштабируемой  и открытой архитектурой.

      Вплоть  до 1964 года каждая модель компьютера, даже от одного изготовителя была уникальна и требовала своей операционной системы – фундаментальной программы, управляющей компонентами компьютера, координирующей их взаимодействие, на основе которой работают все другие программы. Поэтому перенос программного обеспечения с одного компьютера на другой требовал немалых усилий.

      IBM, начиная с компьютеров семейства System/360 (мэйнфрейм¹) решает производить их с масштабируемой архитектурой (само понятие в то время еще не существовало). Модели, построенные по разным технологиям – от медленных до самых быстрых, от компактных до гигантов – должны были работать под управлением одной и той же операционной системы. Тогда заказчики смогут переносить программы с одной машины на другую. Периферия и аксессуары тоже должны были стать универсальными для разных моделей.

      Масштабируемая  архитектура полностью изменила компьютерную индустрию. System/360 пользовалась колоссальным успехом, и в течение тридцати лет IBM сохраняла сильные позиции в производстве мэйнфреймов. Вскоре и другие фирмы тоже начали предлагать мэйнфреймы, совместимые с IBM. К середине семидесятых важность совместимости с 360 серией стала очевидной. Преуспевали только те производители, чье оборудование работало с операционными системами корпорации IBM.

      В начале 80-х годов IBM решила применить принцип открытой архитектуры и к персональным компьютером. В то время ее позиции в их продаже не были столь сильны. Стремясь завоевать рынок ПК как можно скорее, IBM решила покупать микропроцессоры у фирмы Intel (хотя обычно сама разрабатывала их для своей продукции), а за разработкой операционной системы для своих ПК обратилась к созданной в 1975 году и уже довольно известной своими программами фирме Microsoft (основатели – Билл Гейтс и Пол Аллен).

      Microsoft поддержала планы IBM по массовому производству персональных компьютеров. Для разработки операционной системы она пригласила к себе на работу ведущего инженера из Сиэтла Тима Патерсона, и вскоре была создана дисковая операционная система фирмы Microsoft, или MS-DOS.

      Microsoft с IBM заключила важную для себя сделку, ставшую затем легендарной: IBM за низкую однократную плату были переданы  права на использование MS-DOS на стольких компьютерах, сколько она сумеет реализовать. Однако контроль за будущими улучшениями операционной системы оставался за Microsoft. ¹ Появились тысячи прикладных программ, совместимых с MS-DOS, что в свою очередь еще больше способствовало росту продаж персональных компьютеров.

      Открытость  архитектуры компьютеров IBM стала мощным стимулом для поставщиков отдельных компонентов, разработчиков программных продуктов и других участников компьютерного бизнеса.

      В течение трех лет исчезли почти  все конкурирующие стандарты  персональных компьютеров. Исключение составили только Apple II и Macintosh фирмы Apple. Все другие фирмы либо обанкротились, либо были переориентированы на выпуск IBM-совместимых машин. В конце концов и сама IBM утратила контроль над архитектурой персональных компьютеров. IBM-PC стал промышленным стандартом de-facto.

      Подводя итог рассмотрению истории возникновения  ПК, необходимо сказать следующее. На начальных этапах развития вычислительной техники компьютеры использовались исключительно в промышленных целях. Ввиду очень высокой себестоимости  их не могли себе позволить обычные  люди.