Історія обчислювальних та комп'ютерних пристроїв



Лічильні пристрої до появи ЕОМ
Ще за часів найдавніших культур людині доводилося розв'язувати задачі, пов'язані з торговельними розрахунками, з обчисленням часу, із визначенням площі земельних ділянок тощо. Зростання обсягів цих розрахунків призводило навіть до того, що з однієї країни до іншої запрошували спеціально навчених людей, які добре володіли технікою арифметичного числення. Тому рано чи пізно мали з'явитися пристрої, що полегшують виконання повсякденних розра­хунків. Так у Давній Греції й у Давньому Римі були створені пристрої для лічби, названі абак (від грецького слова abakion - «дощечка, покрита пилюкою»). Абак називають також римською рахівницею (латиною - abacus). Це були кістяні, кам'яні чи бронзові дошки із заглибленнями-смугами, у яких містилися кісточки (або камені). Лічба здійснювалася пересуванням кісточок.
 У країнах Давнього Сходу (Китаї, Японії, Індокитаї) існувала китайська рахівниця. На кожній нитці або дротині в цій рахівниці було по п'ять і по дві кісточки. Лічили одини­цями і п'ятірками. У Росії для арифметичних обчислень застосовувалася русь­ка рахівниця, що з'явилися в XVI столітті, але подекуди рахівниці можна зустріти і сьогодні.
 Розвиток пристроїв для лічби крокував у ногу з досягненнями математики. Незабаром після введення в обіг логарифмів у 1623 р. з'явилася логарифмічна лінійка, яку винай­шов англійський математик Едмонд Гантер. Логарифмічній лінійці судилося довге життя: від XVII століття до нашого часу.
Однак наявність абака, рахівниці, логарифмічної лінійки не є механізацією процесу обчислення. У XVII столітті видатний французький учений Блез Па­скаль створив принципово новий лічильний пристрій - арифметичну машину. В основу її роботи Б. Паскаль поклав відому до нього ідею виконання розрахунків за допомогою металевих шестерень. У 1645 р. він побуду­вав першу підсумовувальну машину, а в 1675 р. Паскалю вдалося створити машину, що виконувала всі чотири арифметичні дії. Майже водночас з ним у 1670-1680 рр. відомий німецький математик Готфрід Лейбніц сконструював лічильну машину.


Лічильні машини Паскаля і Лейбніца ста­ли прообразом арифмометра. Перший ариф­мометр для чотирьох арифметичних дій, який застосовувався у практиці, вдалося сконст­руювати тільки через сто років, у 1790 р., ні­мецькому годинниковому майстру Гану. Зго­дом пристрій арифмометра удосконалювався багатьма механіками з Англії, Франції, Італії, Росії, Швейцарії. Арифмометри застосовува­лися для виконання складних розрахунків під час проектування та будівництва кораблів, мостів, будинків, проведення фінансових опе­рацій. Але продуктивність роботи на арифмометрах залишалася невисокою, нагальною вимогою часу була автоматизація розрахунків.
У 1833 р. англійський вчений Чарльз Бебідж, укладач таблиць для навігації, розробив проект «аналітичної машини». За його задумом, ця машина мала стати гігантським арифмометром із програмним керуванням. У машині Бебіджа перед­бачені були також арифметичний і запам'ятовуючий пристрої. Його машина стала прообразом майбутніх комп'ютері. Але вузли, що використовувалися в ній, не були досконалими, наприклад для запам'ятовування розрядів десяткового числа в ній застосовувалися зубчасті колеса. Здійснити свій проект Бебідж не зміг через недостатній розвиток техніки, і «аналітична машина» на деякий час була забута.

Лише через 100 років машина Бебіджа привернула увагу інженерів. Наприкінці 30-х років XX століття німецький інженер Конрад Цузе розробив першу двійкову цифрову машину Z1. У ній застосовувалися електромеханічні реле, тобто механічні перемикачі, які починають працювати під дією електричного струму. У 1941 р. К. Цу­зе створив машину Z3, цілком керовану за допомогою програми.
У 1944 р. американець Говард Айкен на одному із підприємств фірми ІВМ побудував досить потужну на той час обчислювальну машину «Марк-1». У цій машині для зображення чисел використовувалися механічні елементи - лічильні колеса, а для керування - електромеханічні реле.
Покоління ЕОМ
Історію розвитку ЕОМ варто описувати, використовуючи знання про поко­ління обчислювальних машин. Кожне покоління ЕОМ характеризується своїми конструктивними особливостями і можливостями. Зробимо опис кожного з поколінь, однак пам'ятатимемо, що розподіл ЕОМ на покоління є умовним, оскільки водночас випускалися машини різного рівня.
Перше покоління
 Різкий стрибок у розвитку обчислювальної техніки відбувся в 40-х роках, після Другої світової війни, і пов'язаний він був із появою якісно нових електронних пристроїв - електронно-вакуум­них ламп. Електричні схеми, побудовані на цих лампах, працювали значно швидше, ніж схеми на електромеханічних реле. Зросла швидкодія обчислювальних машин, і релейні машини були усунуті продуктивнішими і надійнішими електронними обчислювальними машинами (ЕОМ). Застосування ЕОМ значно розширило коло розв'язуваних завдань. Доступними стали завдання, які раніше просто не ставилися: розрахунки інженерних споруд, розрахунки руху планет, балістичні розрахунки тощо.
Перша ЕОМ створювалася в 1943 - 1946 рр. у США і називалася ЕНІАК (ENIACElectronic Numerical Integrator and Calculator - електронно-числовий інтегратор і обчислювач). Ця машина містила близько 18 тисяч електронних ламп, багато електромеханічних реле, причому щомісяця виходило з ладу близь­ко 2 тисяч ламп. У машини ЕНІАК, а також в інших перших ЕОМ був серйозний недолік – програма, що виконувалася і зберігалася не в пам'яті машини, а набиралася складним способом за допомогою зовнішніх перемичок.
У 1945 р. відомий математик і фізик-теоретик фон Нейман сформулював загальні принципи роботи універсальних обчислю­вальних пристроїв. За фон Нейманом, обчислювальна машина повинна керуватися програ­мою з послідовним виконанням команд, а сама програма — зберігатися в пам'яті машини. Перша подібна ЕОМ була побудована в Англії в 1949 р.
У 1951 році в СРСР була створена «МЭСМ» (малая электронно-счетная машина). Ці роботи здійснювались в Україні (м. Київ) в Інституті електро­динаміки під керівництвом видатного конструктора обчислювальної техніки С.О. Лебедєва. Можна стверджувати, що «МЭСМ» була першою ЕОМ в континентальній Європі.
ЕОМ постійно вдосконалювалися, завдяки чому до середини 50-х років їх швидкодію вдалося підвищити від кількох сотень до кількох десятків тисяч операцій за секунду. Однак при цьому електронна лампа залишалася найненадійнішим елементом ЕОМ. Використання ламп почало гальмувати подаль­ший прогрес обчислювальної техніки.
Згодом на зміну лампам прийшли напівпровідникові прилади. Так завер­шився перший етап розвитку ЕОМ. Обчислювальні машини цього етапу прийнято називати ЕОМ першого покоління.
Характерними рисами ЕОМ першого покоління є застосування електронних ламп у цифрових схемах, великі габарити, а також трудомісткий процес програмування.
Насправді, ЕОМ першого покоління розміщувалися у великих машинних залах, споживали багато електроенергії та вимагали охолодження за допомогою потужних вентиляторів. Програми для цих ЕОМ потрібно було складати у машинних кодах, і це могли робити тільки фахівці, що знали детально пристрій ЕОМ.
Друге покоління
Розробники ЕОМ завжди прямували за прогресом в електронній техніці. Коли в середині 50-х років на зміну електронним лампам прийшли напівпро­відникові прилади, почалося переведення ЕОМ на напівпровідники.
Напівпровідникові прилади (транзистори, діоди) були, по-перше, значно компактнішими, ніж їхні лампові попередники. По-друге, вони мали триваліший термін служби. По-третє, споживання енергії в ЕОМ на напівпровідниках було істотно нижчим.
З упровадженням цифрових елементів на напівпровідникових приладах почалося створення ЕОМ другого покоління.
ЕОМ другого покоління відрізняються застосуван­ням напівпровідникових елементів і використанням алгоритмічних мов програмування.
Завдяки застосуванню більш досконалої елементної бази почали створю­ватися невеликі ЕОМ, сталося розподілення обчислювальних машин на великі, середні й малі.
В Україні першою малою ЕОМ стала машина «Днепр-1», серійне вироб­ництво якої було налагоджено на заводі «Арсенал» (м. Київ). ЕОМ «Днепр-1» передувала унікальній за своєю архітектурою машині «Мир-1», розробленій в 1965 р. в Інституті кібернетики (керівник В.М. Глушков). Машина    «Мир-1» та її наступна модифікація «Мир-2» передбачались для інженерних розрахунків, які виконував на ЕОМ сам користувач без допомоги оператора.
У СРСР були розроблені і широко використовувалися також малі ЕОМ «Раздан» і «Наїрі». До середніх ЕОМ належали машини серій «Урал», «М-20» і «Минск». Але рекордною серед вітчизняних машин другого покоління і однією з найкращих у світі була «БЭСМ-6», створена колективом на чолі з академіком С.О. Лебедєвим. Ця машина виконувала понад 1 млн. операцій за секунду.
За кордоном найпоширенішими машинами другого покоління були «Елліот» (Англія), «Сіменс» (ФРН), «Стретч» (США).
Третє покоління

Чергова зміна поколінь ЕОМ відбулася напри­кінці 60-х років при переході від напівпровід­никових приладів у пристроях ЕОМ до інтегральних схем. Інтегральна схема (мікросхема) - це невелика пластинка кристалу кремнію, на якій розміщуються сотні і тисячі елементів: діодів, транзисторів, конденсаторів, резисторів тощо.
Застосування інтегральних схем надало можливість збільшити кількість електронних елементів в ЕОМ без зміни їхніх реальних розмірів. Швидкодія ЕОМ зросла до 10 мільйонів операцій за секунду. Крім того, складати програми для ЕОМ стало під силу простим користувачам, а не тільки фахівцям у галузі електроніки.
Характерними рисами ЕОМ третього покоління є застосування інтегральних схем і можливість використання розвинутих мов про­грамування (мов високого рівня).
У третьому поколінні з'явилися великі серії ЕОМ, що розрізняються за своєю продуктивністю і призначенням. Це родина великих і середніх машин ІВМ 360/370, розроблених у США. У Радянському Союзі й у країнах РЕВ були створені аналогічні серії машин: ЄС ЕОМ (Єдина Система ЕОМ, маши­ни великі і середні), СМ ЕОМ (Система Малих ЕОМ) і «Електроніка» (система мікро-ЕОМ).
Четверте покоління
У процесі вдосконалення мікросхем збільшувалася їхня надійність і щіль­ність розміщених в них елементів. З'явилися великі інтегральні схеми (ВІС), у яких на один квадратний сантиметр припадає декілька десятків тисяч елементів. На основі ВІС були розроблені ЕОМ наступного - четвертого покоління.
Завдяки ВІС на одному невеличкому кристалі кремнію стало можливим розмістити таку велику електронну схему, як процесор ЕОМ (про процесори йтиметься пізніше). Однокристальні процесори згодом почали називати мікро­процесорами. Перший мікропроцесор був створений компанією Intel (США) у 1971 р. Це був 4-розрядний Intel 4004, що містив 2250 транзисторів і виконував 60 тис. операцій за секунду.
Мікропроцесори стали основою міні-ЕОМ, а потім і персональних комп'юте­рів, тобто ЕОМ, орієнтованих на одного користувача. Почалася епоха пер­сональних комп'ютерів (ПК), що триває і досі. Однак четверте покоління ЕОМ – це не тільки покоління ПК. Крім персональних комп'ютерів, існують й інші, значно потужніші комп'ютерні системи.
ЕОМ четвертого покоління характеризуються застосуванням мікропроцесорів, побудованих на великих інтегральних схемах.
Вплив персональних комп'ютерів на уявлення людей про обчислювальну техніку виявився настільки великим, що поступово з ужитку зник термін «ЕОМ», а його місце зайняло слово «комп'ютер».
П'яте покоління
Починаючи із середини 90-х років, у потужних комп'ютерах застосовуються супермасштабні ВІС, які вміщують сотні тисяч елементів на квадратний сан­тиметр. Багато фахівців почали говорити про комп'ютери п'ятого покоління.
Характерною рисою комп'ютерів п'ятого покоління повинно бути використання штучного інтелекту і природних мов спілкування.
Передбачається, що обчислювальні машини п'ятого покоління будуть легкокерованими. Користувач зможе голосом подавати команди машині.
Галузі застосування обчислювальних машин
     У людей завжди існувала потреба виконувати ті або інші розрахунки. Поява ЕОМ дала можливість вирішувати такі завдання, які раніше були не під силу ме­ханічним і електромеханічним обчислювальним пристроям. Перші потужні ЕОМ конструювалися заради вирішення складних прикладних науково-технічних завдань: визначення координат кораблів, космічних апаратів, розрахунку фізич­них процесів, економічного планування тощо. Для виконання різних розрахунків на ЕОМ створювалося спеціальне математичне і програмне забезпечення. Вар­тість цього забезпечення вже в 60-ті роки перевищила вартість матеріальної частини ЕОМ.
З винаходом персональних комп'ютерів і розробкою мережних технологій з'явилися нові галузі застосування обчислювальної техніки. Наведемо лише основні напрями використання комп'ютерів за нашого часу.
-  Математичні розрахунки - виконання розрахунків за допомогою різних математичних пакетів, електронних таблиць тощо.
-  Бази і банки даних - створюються в різних галузях людської діяльності (законодавство, економіка, бізнес, медицина та інше).
-  Бізнес-додатки - бухгалтерські програми, облік руху товарів і фінансів, обслуговування банків і страхових компаній, автоматизовані системи керування підприємствами тощо.
-  Робота з текстовими матеріалами - створення документів, оптичне розпіз­навання, переклад.
-  Видавництво і поліграфія - макетування книг, журналів, газет; автома­тизація поліграфічного процесу.
-  Комп'ютерна графіка і живопис - опрацювання графічних зображень, ство­рення малюнків засобами комп'ютерної графіки.
-  Інженерна графіка - різні програмні додатки в архітектурі, машинобуду­ванні, електронній техніці; створення геоінформаційних систем.
-  Наукові дослідження - машинне моделювання експериментів, розрахунки фізичних моделей тощо.
-  Комунікації - комп'ютерні мережі різного масштабу, Інтернет, електронна пошта, телеконференції.
-  Web-технології - підготовка публікацій, призначених для World Wide Web; електронна комерція.
-  Розваги і дозвілля - мультимедійні додатки, комп'ютерні ігри, контакти із зовнішнім світом.

Комментариев нет:

Отправить комментарий