История развития вычислительной техники. Классификация ЭВМ

Слово "компьютер" означает "вычислитель". Первые компьютеры создавались как устройства для вычислений. Скоро оказалось, что они могут обрабатывать и другие виды информации, которые могут быть представлены в числовой форме. В настоящее время с помощью компьютеров не только производят числовые расчеты, но и готовятся к печати книги, создаются рисунки, кинофильмы, музыка, осуществляется управление заводами и космическими кораблями и т.д. Компьютеры превратились в универсальные средства для обработки всех видов информации, используемых человеком.
Первая "считающая машина" была создана в 1623 году Уильямом Шикардом. Это был довольно громоздкий аппарат, который мог производить простые арифметические действия (сложение, вычитание) с 7-значными цифрами.
По-настоящему популярная считающая машина была создана в 1644 году – "вычислитель" Блеза Паскаля (Паскалево колесо), производившая арифметические действия над 5-значными числами.
В 1674 году Вильгельм Готфрид фон Лейбниц сконструировал механическую счетную машину, которая умела производить четыре арифметических операции: сложение, вычитание, умножения и деление. Называлась она арифмометром.
В 1820 году появился первый калькулятор – "Арифмометр" Шарля де Кольмара. Это было первое механическое считающее устройство, поступившее в широкую продажу.
В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж создал счетную арифметическую машину, которая могла работать без участия человека, т.е. автоматически. Она производила сложные последовательности вычислительных операций по заранее заданной инструкции – программе. Именно Ч. Бэббидж впервые высказал идею о том, что компьютер для хранения данных должен содержать память. Однако реализовать он ее не смог — не позволяла техника того времени.
Первым программистом мира стала графиня Ада Лавлейс, дочь поэта Дж. Байрона (в честь которой назван знаменитый язык программирования Ada). Она в 1843 году сформулировала основные принципы программирования, которые используются в настоящее время.
Современные компьютеры появились в первой половине ХХ века одновременно в России, Германии, США.
В 40-ых годах XX в. сразу несколько групп исследователей повторили попытку создания компьютера, используя идеи Чарльза Бэббиджа. Некоторые из этих исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и переоткрыли его идеи заново. Первым из них был немецкий инженер Конрад Цузе, который в 1941 г. построил небольшой компьютер на основе нескольких электромеханических реле. Но из-за войны работы Цузе не были опубликованы. А в США в 1943 г. на одном из предприятий фирмы IBM (International Business Machines) американец Говард Эйкен создал более мощный компьютер под названием "ASCC Mark 1" – машину, считающуюся дедушкой современных компьютеров. "Марк" весил более 7 т. и состоял из 750000 частей. Машина позволяла проводить вычисления в сотни раз быстрее, чем с помощью арифмометров, и реально применялась в военных целях – для расчета артиллерийских таблиц.
Компьютеры первого поколения (1945-1960)
Начиная с 1943 г. в США группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструирование компьютеров ENIAC на основе электронных ламп. Созданный ими компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем Марк-1. Однако большую часть времени этот компьютер простаивал, т.к. для задания метода расчетов (программы) в нем приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней присоединять нужным образом провода. Чтобы упростить и ускорить процесс задания программы, Мочли и Экерт стали конструировать новый компьютер, который мог хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман. Он описал, как должен быть устроен компьютер, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации. Эти основные конструкции компьютера называют принципами фон Неймана. Сейчас большинство компьютеров в основных чертах соответствуют принципам фон Неймана. Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:
 арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
 устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
 запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных. Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ.
 внешние устройства для ввода-вывода информации.
Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенного выше. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство – центральный процессор. Процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера – прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах.
Первые коммерчески доступные компьютеры появились в начале 50-х годов прошлого века (до этого вычислительные устройства имели скорее научное, нежели прикладное значение). Это были ЭВМ первого поколения, сконструированные на электронных лампах. Компьютеры были громоздки и занимали целые комнаты, в одной машине могли быть сотни и даже тысячи ламп, но они уже могли хранить программы и использовали трансляторы. Первыми такими компьютерами стали:
 UNIVAC 1 – одна из первых машин в мире, была выпущена в 1946 году а США. Весила эта машина 30 тонн;
 «БЭСМ» (СССР, 1951 год) – самая быстродействующая машина в мире. Эта ЭВМ была создана под руководством профессора С.А.Лебедева.
Эти машины были ориентированы на решение сложных задач науки и техники, проведение инженерно-технических расчетов. Новые свойства: программное управление, машинный язык.
Что касается промышленного использования компьютеров, то начало ему положили компании Remington Rand и IBM. Ставшая впоследствии гигантом компьютерной индустрии компания IBM выпустила в 1952-54 годах целую серию электронных цифровых компьютеров IBM 701 и периферийных устройств. Первая из таких машин поехала в штаб-квартиру IBM в Нью-Йорке в конце 1952-го. Уже в 1954 году 17 устройств были поставлены главному заказчику — американскому правительству: три из них попали в атомные лаборатории, восемь — в авиакомпании, три — в крупные корпорации, две — в правительственные агентства и две — на флот, а последняя машина оказалась в американском бюро погоды в начале 1955 года. При этом главным достижением компании IBM в те годы было оснащение своих компьютеров разнообразными периферийными устройствами. Так, например, уже в 1957 году появился первый коммерческий дисковод с перемещением головок для чтения/записи - IBM 305, ставший впоследствии прообразом современных жестких дисков.
До середины 50-х годов программирование осуществлялось преимущественно на специализированных языках и ассемблерах, и поэтому было доступно лишь узкому кругу специалистов. Но 1954 году появился первый универсальный алгоритмический язык FORTRAN, задавший точку отсчета в эволюции универсальных языков программирования и сделавший само программирование значительно более доступным.
К этому же периоду относится появление первых успешно продаваемых цифровых игровых устройств: созданная в 1956 году приставка Geniac стала прототипом игровых компьютеров и приставок. А чуть позже, в 1957-м, компания NCR выпустила первый специализированный бизнес-компьютер NCR 304.
Однако еще долгое время как сами компьютеры, так и системы ввода-вывода информации оставались весьма неудобными. И хотя уже в 1955 году делались первые попытки использования мониторов с электронно-лучевой трубкой, но первое надежное коммерческое использование их для компьютерного дисплея (VDT) относится лишь к 1963 году, когда у первого мини-компьютера PDP-1 компании DEC впервые появился дисплей. Но это уже были компьютеры следующего поколения.
ЭВМ второго поколения (1960-1965 годы)
В 40-50-ых годах компьютеры создавались на основе электронных ламп, поэтому они были очень большими, дорогими и ненадежными. Но в 1948 г. были изобретены транзисторы – миниатюрные и недорогие электронные приборы, которые смогли заменить электронные лампы. Это привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и повышению их надежности, появилось много алгоритмических языков (как универсальных, так и специализированных), начались серьезные исследования в области искусственного интеллекта, а сферы применения компьютеров существенно расширились. Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-ых годов.
В 1960 году Френк Розенблат, работавший в Корнелльской лаборатории аэронавтики, создал первую систему распознавания изображений — перцептрон «Марк-1», а Джозеф Уайзенбаум из компании «Дженерал Электрик» разработал программу «Элиза», которая поддерживала текстовый диалог с собеседником на любую заложенную в нее тему.
К этому же периоду следует отнести и зарождение интерактивной компьютерной графики, определившей, например, применение компьютеров в области автоматизированного проектирования и управления производством.
Так, в 1963 году Айвен Сазерленд разработал программу Sketchpad (блокнот), которую можно считать первым коммерческим проектом в области интерактивной компьютерной графики. В 1964 году Дугласом Энгельбартом было изобретено первое ручное устройство ввода — манипулятор «мышь», а в 1965 году компания IBM выпустила первый коммерческий графический терминал IBM 2250, созданный специально для конструкторов автомобильной промышленности.
В 1967 году в СССР была создана самая быстродействующая ЭВМ – «БЭСМ-6», которая могла выполнять 1 млн.оп./о. Фирма IBM достигла таких показателей практически десятилетие спустя.
Компьютеры третьего поколения (1966-1975)
В компьютерах третьего поколения уже использовались интегральные микросхемы, что привело к радикальному уменьшению габаритов, а развитие сетевых технологий и реализация доступа с удаленных терминалов сделали компьютеры еще более доступными.
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. Микросхема - это небольшая пластинка, которая заменяет 2-3 транзистора. В 1968г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах.
Продолжились исследования и в области искусственного интеллекта. В 1962 году созданная Артуром Сэмюэлем программа по игре в шашки, смогла потягаться с чемпионом-человеком.
В начале 60-х был изобретен модем, который в 1967-м был существенно усовершенствован Джоном Ван Гином из Станфордского научно-исследовательского института, а в 1970-м под руководством уже упоминавшегося изобретателя мыши Энгельбарта была отмечена первая крупномасштабная реализация электронной почты. Там же был создан первый многооконный интерфейс пользователя, а в 1969-м Алан Кей в лаборатории компании Xerox в Пало-Альто разработал первый графический интерфейс.
Параллельно развивалась компьютерная графика. В 1968 году на космическом аппарате «Маринер-6» была установлена первая система растрового сканирования, данные с которой передавались на Землю, обрабатывались компьютером IBM и выводились на экран графического монитора.
Компьютеры четвертого поколения (1970-1985)
Начало 70-х ознаменовалось поистине революционными преобразованиями в элементной базе компьютеров: в 1971 году по заказу производителя калькуляторов компании Busicom программист корпорации Intel Маршиан Эдвард Хофф разработал первый коммерчески доступный микропроцессор Intel 4004, открывший эру микропроцессоров и микрокомпьютеров. Так, в начале 70-х появились компьютеры четвертого поколения, созданные на базе микропроцессоров, и, что особенно важно, процесс их производства удалось настолько удешевить, что сами компьютеры стали доступны рядовым пользователям, то есть стали персональными, и началось их массовое производство и потребление. Появление первого цифрового микрокомпьютера MITS 816, доступного для персонального использования, относят к 1972 году, но первый полнофункциональный персональный компьютер Alto, укомплектованный монитором (мышью, появился годом позже, в уже упомянутой лаборатории компании Xerox в Пало-Альто. А еще одним годом позже, в марте 1974-го, в журнале QST была опубликована первая реклама персонального компьютера в прессе.
Однако первые персональные компьютеры больше напоминали детские конструкторы — как первый выставленный на продажу знаменитый комплект для сборки персонального компьютера Mark-8. И только в 1975 году в продажу поступил первый персональный компьютер массового производства Altair 8800, который имел все необходимое и даже был оснащен интерпретатором с алгоритмического языка BASIC. Как известно, этот интерпретатор написали Билл Гейтс и Поль Ален, так что 5 сентября 1975 года с тех пор считается официальным днем рождения компании Microsoft.
Первый персональный компьютер IBM (IBM Portable Computer) появился тогда же, но был очень дорогим и неудобным в использовании, поэтому широкого распространения не получил. Это был портативный компьютер с ленточным устройством ввода-вывода и крошечным дисплеем. А вот первым полнофункциональным и в высшей степени успешно продаваемым персональным компьютером стал Apple II, созданный Стивом Джобсом и Стивом Возняком годом позже. Его разработка производилась в гараже двух друзей-изобретателей с 1974-го по 1976 год, но затем была выполнена на коммерческой основе, став чрезвычайно популярной после выпуска. Именно этот компьютер положил начало тенденции всеобщей компьютеризации и сделал возможным применение компьютеров буквально во всех областях человеческой деятельности.
Первый успешно продаваемый персональный компьютер IBM PC появился лишь пятью годами позже — в 1981-м, но именно компания IBM революционизировала компьютерную индустрию «персоналок», показав пример расширяемой архитектуры, называемой также «открытой», которая обеспечила пользователям возможность добавлять все новые и новые компоненты к их компьютерам без замены целого устройства.
Именно благодаря возможной расширяемости и открытости архитектуры сторонние изготовители быстро наладили производство различной периферии (в том числе и жестких дисков), которая добавила IBM PC новые возможности. А появление текстовых процессоров и электронных таблиц заложило основу для офисного и домашнего использования компьютера.
Компьютеры этой серии стали настолько популярны, что многие изготовители начали копировать проект IBM, ставший промышленным стандартом, а с выпуском нового компьютера IBM XT произошел настоящий взрыв в индустрии персональных компьютеров.
К 1981 году относится и появление первых успешно продаваемых переносных микрокомпьютеров с экраном, дисководами и сумкой для переноса (то есть прообразов современных ноутбуков). Первым был Osborne 1 корпорации Osborne Computer Соrр, а за ним последовала модель IBM 5155 (Personal Portable Computer).
В мире наблюдался все больший интерес к задачам искусственного интеллекта. В 1974 году состоялся международный шахматный турнир машин, снабженных соответствующими программами. Как известно, победу на этом турнире одержала советская машина с шахматной программой «Каисса».
Начиная с 1976 года ученые вели работы по созданию протокола TCP/IP, который со временем стал одним из наиболее популярных протоколов сетевого взаимодействия и стандартом де факто для реализации глобальных сетевых соединений благодаря открытости, масштабируемости и предоставлению одинаковых возможностей глобальным и локальным сетям. К концу 70-х годов архитектура и протоколы TCP/IP практически приобрели современный вид.
В те же годы появились первые суперкомпьютеры семейства CRAY, которые привлекли внимание многочисленных американских исследователей, стремившихся получить удаленный доступ к мощным вычислительным ресурсам этих компьютеров. Таким образом, на повестке дня встал вопрос о необходимости организации сетевого доступа к суперкомпьютерным центрам, положивший начало бурному развитию локальных и глобальных сетей.
При этом персональные компьютеры инициировали и взрывное развитие коммуникаций, и появление настольных устройств с потенциальной возможностью коммуникаций при помощи модемного подключения дало мощный толчок развитию сетевых технологий и модемной связи.
Наряду с созданием дешевых ПК в это время совершенствовались мощные многопроцессорные системы и продолжала развиваться компьютерная графика (в созданном в 1977 году кинофильме Джорджа Лукаса «Звездные войны» было использовано 90 секунд компьютерной графики).
В 1976 году начались разработки по реализации цветной растровой графики, появились первые интегрированные текстово-графические дисплеи. Продолжались работы в области искусственного интеллекта. В 1976 году группа из Иллинойского университета создала экспертную систему (программа AQ11 могла ставить диагноз на основе распознавания признаков болезни).
Компьютеры пятого поколения (1985 — и по сей день)
Компьютеры нынешнего поколения отличаются от предыдущих главным образом широкими коммуникационными возможностями и повышением степени интеграции полупроводников элементной базы (сверхвысокая интеграция). В 1986 году магистральная сеть NSFNET объединила пять суперкомпьютерных центров, открыв широкому кругу исследователей доступ к мощным вычислительным ресурсам. Прежде, из-за бюрократических проблем, эта задача не могла быть решена, что и привело к появлению NSFNET. Большое число университетов и исследовательских центров, в том числе за пределами США, выразили желание подключиться к этой сети. Для сокращения платы за использование междугородних линий связи было решено развивать систему региональных сетей, объединяющих компьютеры внутри какого-то региона и имеющих выходы на подобные сети в соседних областях. При такой конфигурации все компьютеры являются равноправными и имеют связь по цепочке через соседние компьютеры как друг с другом, так и с суперкомпьютерами. Таким образом, начиная с 1986 года можно говорить о становлении Глобальной компьютерной сети Интернет.
С середины 80-х начало значительно расти количество программ для домашнего применения. Появились различного рода развивающие и обучающие программы, а сеть Интернет, перекинувшись из США в Европу, начала быстро распространяться по всему миру. В 1988 Интернет стал международной сетью — к нему присоединились Канада, Дания, Финляндия, Франция, Норвегия, Швеция и т.д. Появились новые службы Глобальной сети.
К началу 90-х сеть Интернет объединяла уже сотни отдельных сетей в США и Европе. К Интернету помимо научных институтов стали подключаться различные компании нефтяной, автомобильной и электронной индустрии, а также телефонные компании.
В 1990 году была разработана система Интернет-чата IRC (Internet RelayChat), а в середине 90-х стали доступными настольные видеоконференции.
В том же году был разработан язык HTML, давший начало развитию WWW. В 1991 году Брюстер Кале предложил технологию и программное обеспечение для поиска информации в Интернете WAIS — Wide Area Information Servers (до 1994 года был наиболее мощным инструментом поиска благодаря возможности находить слова в текстах документов). В этом же году Пауль Линднер и Марк Мак-Кахил разработали поисковую систему Gopher, а в 1992 году появился графический браузер Mosaic от компании NCSA, который вдохнул новую жизнь в WWW, обеспечив стремительный рост популярности Интернета. В апреле 1994 года была образована корпорация Mosaic Communications, изменившая в ноябре того же года свое название на Netscape Communications, Inc. В том же году эта компания выпустила версию популярного Web-браузера Netscape Navigator (в нем, в частности, появился механизм cookies, позволяющий отслеживать действия клиентов в Интернете). За пять лет, с 1994-го по декабрь 1999 года, появилось примерно 10 млн. сайтов и сотни тысяч людей освоили новую специальность — Web-дизайнер.
Тем временем компьютеры постепенно становились все более компактными, а на рынке появились карманные варианты — PDA (Personal Digital Assistant),
Начиная с 1994 года, в Интернете стали появляться торговые центры; для бизнеса открылся первый виртуальный кибербанк. Однако это не мешало развитию изначальных функций Сети, направленных на осуществление связей между научными центрами. Так, в 1994 году была создана Трансевропейская научно-исследовательская и образовательная ассоциация TERENA, образованная представителями 38 стран для «участия в распространении и получении высококачественной международной информации и развития телекоммуникационной инфраструктуры в целях развития науки и образования».
В середине 90-х Интернет и бизнес в Сети попадают в центр внимания всей компьютерной индустрии, а регистрация доменных имен перестает быть бесплатной процедурой. Сеть стала использоваться в секторе финансовых услуг в качестве средства связи для быстрого приема большого количества заказов. Возникли системы электронной торговли с возможностью фактически прямого доступа к участию в торгах. Параллельно развивался Интернет-банкинг. В 1999 году появился первый полностью сетевой банк, осуществляющий всю полноту сервиса в Сети, — First Internet Bank of Indiana. С помощью этих систем клиент, не покидая дома, офиса или любого другого места, мог распоряжаться своими средствами, находящимися в банке. В Интернете стали возникать различные платежные системы. Началось все с обычных карточных моделей, а со временем появились и различные системы электронных денег.
Мультимедийные компьютеры стали стандартом де факто, а искусственный интеллект достиг такого уровня развития, что компьютер IBM Deep Blue обыграл чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова.
С 1999 года в ряде стран появляются так называемые Интернет-дома — пилотные проекты, в которых всеми электронными устройствами можно управлять дистанционно из любой точки в мире, где есть доступ в Интернет.
Параллельно с развитием Интернета в конце столетия шло развитие суперкомпьютерной техники, позволяющей решить глобальные задачи. Так, например, в 2000 году была решена «задача века» — расшифрован геном человек.

Мы рассмотрели классификацию ЭВМ по степени их развития, согласно которой все компьютеры подразделяются на:
• ЭВМ первого поколения;
• ЭВМ второго поколения;
• ЭВМ третьего поколения;
• ЭВМ четвертого поколения;
• ЭВМ пятого поколения.
Классификация по вычислительной мощности и габаритам.
• Супер-ЭВМ – ЭВМ, предназначенные для решения особо сложных задач в областях науки, техники и управления. Основные потребители – военные, метеорологи, геологи и др.
• Большие ЭВМ – ЭВМ, предназначены для выполнения работ, связанных с обработкой и хранением больших объемов информации, проведением сложных расчетов и исследований. Компьютеры такого типа используются большинство крупных корпораций, банков и т.д.
• ЭВМ средней производительности (средние ЭВМ) – ЭВМ, предназначенные для использования всюду, где приходится обрабатывать достаточно большие объемы информации. В настоящее время трудно определить четкую грань между большими и средними ЭВМ.
• Малые или мини-ЭВМ – самый многочисленный класс ЭВМ. Их популярность объясняется малыми размерами, низкой стоимостью (по сравнению с большими и средними ЭВМ) и универсальными возможностями. Для таких ЭВМ характерно представление данных с узким диапазоном значений. Применяются они для управления сложными видами оборудования, создания систем автоматизированного проектирования.
• Микро-ЭВМ. Отличительной чертой микро-ЭВМ является наличие одного или нескольких микропроцессоров. Благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надежности и небольшой стоимости нашли широкое применение во всех сферах народного хозяйства и оборонного комплекса.
• Персональный компьютер предназначен для индивидуального обслуживания пользователя и ориентирован на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. Он позволяет эффективно выполнять научно-технические и финансово—экономические расчеты, организовывать базы данных, подготавливать и редактировать документы, вести делопроизводство, обрабатывать графическую информацию и др.
• Портативные (переносные) компьютеры (NoteBook).