Историята на развитието на компютърните технологии. Вътрешни компютърни технологии. Първи компютър

Веднага след като човек откри концепцията за "количество", той веднага започва да избира инструменти, които оптимизират и улесняват сметката. Днес супер-захранваните компютри, базирани на принципите на математическите изчисления, обработват, съхраняват и предават информация - най-важният ресурс и двигател на човешкия прогрес. Не е трудно да се получи представа за развитието на компютърните технологии, след като накратко разгледахме основните етапи на този процес.

Основните етапи на развитието на компютърните технологии

Най-популярната класификация предлага да се подчертаят основните етапи на развитието на компютърните технологии на хронологична основа:

• Ръчен етап. Той започва в зората на човешката епоха и продължава до средата на XVII век. През този период, основите на профила. По-късно, с образуването на позиционни системи с числа, се появяват устройства (резултати, абак, по-късно - правило за слайдове), което прави възможно изчисленията чрез изхвърляния.
• Механичен етап. Започва от средата на 17-ти век и продължава почти до края на 19-ти век. Нивото на развитие на науката в този период дава възможност да се създадат механични устройства, които изпълняват основните аритметични операции и автоматично запомнят по-високите цифри.
• Електромеханичният етап е най-краткият от всички, който съчетава историята на развитието на компютърните технологии. Тя продължи само около 60 години. Това е разликата между изобретението през 1887 г. на първия табулатор до 1946 г., когато се появи първият компютър (ENIAC). Новите машини, чието действие се основаваше на електрическото задвижване и електрическото реле, позволиха да се извършват изчисления с много по-голяма скорост и точност, но процесът на броене все още трябваше да се контролира от човек.
• Електронната фаза започва през втората половина на миналия век и продължава и днес. Това е историята на шестте поколения електронни компютри - от първите гигантски единици, базирани на електронни тръби, до супермощни модерни суперкомпютри с огромен брой паралелни процесори, които могат едновременно да изпълняват много команди.

Етапите на развитие на компютърните технологии са разделени по хронологичен принцип по-скоро произволно. По времето, когато се използват определени видове компютри, активно се създават предпоставките за появата на следните.

Първите устройства за сметката

Най-ранният инструмент за преброяване, който познава историята на развитието на изчислителната технология, е десет пръста на ръцете на човека. Първоначално резултатите от записа бяха записани с помощта на пръсти, зъби на дърво и камък, специални пръчки, възли.

С появата на писането се появяват и развиват различни начини за писане на числа, измислени са позиционните бройни системи (десетична в Индия, шестнадесетична във Вавилон).

От около 4-ти век пр. Хр., Древните гърци започнали да се блъскат в абак. Първоначално това беше плоска глина с ленти върху нея с остър предмет. Сметката е извършена чрез поставяне на тези ленти в определен ред малки камъни или други малки предмети.

В Китай през IV в. Се появяват седем акцентни измами - суанпан (суанпан). На правоъгълна дървена рамка опъната кабели или въжета - от девет или повече. Друг проводник (въже), опънат перпендикулярно на останалите, раздели супана на две неравни части. В по-голямото отделение, наричано "земята", петте кости бяха нанизани върху жици, в по-малкото - "небе" - имаше две от тях. Всяко от закъсненията съответства на десетичната запетая.

Традиционните счетоводни соробани станаха популярни в Япония от XVI век, след като пристигнали от Китай. В същото време в Русия се появиха сметки.

През 17-ти век, въз основа на логаритми, открити от шотландския математик Джон Напиер, англичанинът Едмънд Гюнтер изобретява правило за слайд. Това устройство непрекъснато се подобрява и живее до наши дни. Тя ви позволява да умножавате и разделяте числа, увеличавате до степен, дефинирате логаритми и тригонометрични функции.

Правилото на слайда се е превърнало в устройство, което завършва разработването на компютърно оборудване на ръчен (механичен) етап.

Първите механични устройства за броене

През 1623 г. първият механичен "калкулатор" е създаден от немския учен Вилхелм Шикард, който нарича часовник за броене. Механизмът на това устройство приличаше на обикновен часовник, състоящ се от зъбни колела и звездички. За това изобретение обаче стана известно едва в средата на миналия век.

Качествен скок в областта на компютърните технологии беше изобретяването на машина за сумиране на Паскалин през 1642 година. Неговият създател, френският математик Блез Паскал, започнал да работи върху това устройство, когато не бил дори на 20 години. "Pascalina" е механично устройство под формата на кутия с голям брой взаимосвързани предавки. Номерата, които трябваше да бъдат добавени, бяха поставени в машината чрез завъртане на специални колела.

През 1673 г. саксонският математик и философ Готфрид фон Лайбниц изобретява машина, която изпълнява четири основни математически операции и може да извлече. квадратен корен. Принципът на неговата работа се основаваше на двоична система с числа специално изобретен от учените.

През 1818 г. французинът Шарл (Карл) Ксавие Томас де Колмар, основаващ се на идеите на Лайбниц, изобретява машина, която може да се размножава и разделя. Две години по-късно англичанинът Чарлз Бабидж се заел да проектира машина, която да може да извършва изчисления с точност до 20 знака след десетичната запетая. Този проект остава недовършен, но през 1830 г. авторът му разработва друга - аналитична машина за извършване на точни научни и технически изчисления. Машината трябваше да се контролира от софтуер, а за въвеждане и извеждане на информация трябваше да се използват перфорирани карти с различно подреждане на отворите. Проектът Babbage предвиждаше развитието на електронно изчислително оборудване и задачи, които с негова помощ могат да бъдат решени.

Трябва да се отбележи, че славата на първия в света програмист принадлежи на жена - лейди Аде Лавлейс (родена Байрон). Тя създаде първите програми за компютъра на Babbage. По-късно името й е наречено един от компютърните езици.

Разработване на първите компютърни аналози

През 1887 г. историята на развитието на компютърните технологии навлезе в нов етап. Американският инженер Херман Холерит (Hollerith) успя да построи първата електромеханична изчислителна машина - табулатор. В неговия механизъм имаше реле, както и гишета и специална кутия за сортиране. Устройството чете и сортира статистически записи, направени на перфокарти. В бъдеще компанията, основана от Goldlert, стана гръбнакът на световно известния компютърен гигант IBM.

През 1930 г. американският Vannovar Bush създава диференциален анализатор. Захранва се от електричество, а електронните тръби бяха използвани за съхраняване на данни. Тази машина успя бързо да намери решения на сложни математически проблеми.

Шест години по-късно британският учен Алън Тюринг разработи концепцията за машината, която се превърна в теоретична основа за днешните компютри. Тя притежаваше всички основни свойства на съвременните компютърни технологии: можеше стъпка по стъпка да извършва операциите, програмирани във вътрешната памет.

Година по-късно Джордж Стибитс, учен от Съединените щати, изобретява първото в страната електромеханично устройство, способно да изпълнява двоично добавяне. Действията му се основават на булева алгебра - математическа логика, създадена в средата на XIX век от Джордж Бул: използване на логически оператори И, ИЛИ и НЕ. По-късно бинарният суматор ще стане неразделна част от цифровия компютър.

През 1938 г. Клод Шанън, служител в Университета на Масачузетс, очерта принципите на логическото устройство на компютър, който използва електрически вериги за решаване на проблемите на булевата алгебра.

Началото на компютърната ера

Правителствата на страните, участващи във Втората световна война, бяха наясно със стратегическата роля на компютрите при провеждането на военните действия. Това е тласък за развитието и паралелната поява в тези страни на първото поколение компютри.

Пионер в областта на компютърното инженерство е Конрад Зузе - немски инженер. През 1941 г. той създава първата автоматична изчислителна машина, контролирана от програмата. Машината, наречена Z3, е построена на телефонни релета, а програмите за нея са кодирани на перфорирана лента. Това устройство е в състояние да работи в двоична система, както и да работи с числа с плаваща запетая.

Следният модел Zuse, Z4, беше официално признат за първия наистина работещ програмируем компютър. Той също така е влязъл в историята като създател на първия език за програмиране на високо ниво, наречен Plankalcule.

През 1942 г. американските изследователи Джон Атанасов (Атанасов) и Клифорд Бери създадоха изчислително устройство, което работеше върху вакуумни тръби. Машината също използва двоичен код, може да изпълнява серия от логически операции.

През 1943 г. в лабораторията на английското правителство, в тайна, е построен първият компютър, наречен Колос. Вместо електромеханични релета, той използва 2 000 електронни тръби за съхранение и обработка на информация. Той е предназначен за хакване и дешифриране на кода на тайните съобщения, предавани от германската машина за криптиране на Enigma, която е била широко използвана от Вермахта. Съществуването на това устройство за дълго време се съхранява в строго доверие. След края на войната заповедта за унищожаване беше подписана лично от Уинстън Чърчил.

Архитектурно развитие

През 1945 г. американският математик от унгарско-германски произход Джон (Janos Lajos), фон Нойман, създава прототип на архитектурата на съвременните компютри. Той предложи да напише програмата под формата на код директно в паметта на машината, което означава съвместно съхранение на програми и данни в паметта на компютъра.

Архитектурата на фон Нойман постави основите на първия универсален електронен компютър, ENIAC, създаден по това време в Съединените щати. Този гигант тежеше около 30 тона и се намираше на 170 квадратни метра пространство. 18 хил. Лампи бяха включени в работата на машината. Този компютър може да извърши 300 операции по умножение или 5 хиляди добавки за една секунда.

Първият универсален програмируем компютър в Европа е създаден през 1950 г. в Съветския съюз (Украйна). Група киевски учени, оглавявана от Сергей Алексеевич Лебедев, проектира малка електронна машина за броене (MESM). Скоростта му е 50 операции в секунда, съдържа около 6 хиляди вакуумни тръби.

През 1952 г. BESM, голяма електронна изчислителна машина, разработена също под ръководството на Лебедев, се попълва с вътрешно компютърно оборудване. Този компютър, който изпълнява до 10 хиляди операции в секунда, по това време е най-бързият в Европа. Информацията е въведена в паметта на машината с помощта на перфолент, данните са изведени с помощта на фотопечат.

В същия период в СССР се произвежда серия от големи компютри под общото наименование Стрела (разработена от Юрий Яковлевич Базилевски). От 1954 г. в Пенза започва масово производство на универсален компютър "Урал" под ръководството на Башир Рамеев. Най-новите модели бяха хардуерно и софтуерно съвместими, имаше широк избор на периферни устройства, позволяващи да се сглобяват машини с различни конфигурации.

Транзистори. Освобождаване на първите серийни компютри

Въпреки това, лампите много бързо не успяха, много трудно да се работи с машината. Транзисторът, изобретен през 1947 г., успява да реши този проблем. Използвайки електрическите свойства на полупроводниците, той изпълнява същите задачи като електронните тръби, но заема много по-малък обем и изразходва не толкова енергия. Наред с появата на феритни ядра за организиране на компютърна памет, използването на транзистори направи възможно значително намаляване на размерите на машините, да ги направи по-надеждни и по-бързи.

През 1954 г. американската компания "Texas Instruments" започва да произвежда транзистори последователно, а две години по-късно в Масачузетс се появява първият транзисторен компютър от второ поколение - TX-O.

В средата на миналия век значителна част от държавните организации и големи компании използваха компютри за научни, финансови, инженерни изчисления, работещи с големи масиви от данни. Постепенно компютрите придобиха познати днес функции. През този период се появиха плотери, принтери, носители за запис на магнитни дискове и касети.

Активното използване на изчислителната технология доведе до разширяване на неговите приложни области и изискваше създаването на нови софтуерни технологии. се появи езици за програмиране на високо ниво ви позволява да прехвърляте програми от една машина на друга и опростявате процеса на писане на код ("Fortran", "Cobol" и други). Появиха се специални програми за преводачи, които преобразуват кода от тези езици в команди, които пряко възприемат от машината.

Появата на интегрални схеми

В годините 1958-1960, благодарение на инженерите от САЩ, Робърт Нойс и Джак Килби, светът научи за съществуването на интегрални схеми. Въз основа на силиций или германий монтирани миниатюрни транзистори и други компоненти, понякога до стотици и хиляди. Чиповете с размери малко над един сантиметър работят много по-бързо от транзисторите и консумират много по-малко енергия. С появата си историята на развитието на компютърните технологии свързва появата на компютрите от трето поколение.

През 1964 г. IBM пусна първия компютър в семейството SYSTEM 360, който се базира на интегрални схеми. От този момент можете да следите масовото производство на компютри. Изработени са над 20 хиляди копия на този компютър.

През 1972 г. в СССР е разработен компютър на ЕС (единична серия). Това са стандартизирани комплекси за работа на компютърни центрове, които имат обща система от команди. Основата е взета от американската система IBM 360.

На следващата година DEC пуснаха мини-компютъра PDP-8, който стана първият търговски проект в тази област. Сравнително ниската цена на мини-компютрите направи възможно малките организации да ги използват.

В същия период софтуерът непрекъснато се подобрява. Разработени операционни системи, предназначени да поддържат максималния брой външни устройства, се появяват нови програми. През 1964 г. бе разработен BASIC - език, предназначен специално за обучение на начинаещи програмисти. Пет години по-късно се появи Паскал, който се оказа много удобен за решаване на различни приложни проблеми.

Персонални компютри

След 1970 г. започва освобождаването на четвъртата компютърно генериране. Развитието на компютърните технологии по това време се характеризира с въвеждането на големи интегрални схеми в производството на компютри. Такива машини вече могат да изпълняват за една секунда хиляди милиони изчислителни операции, а капацитетът на тяхната RAM се увеличава до 500 милиона бинарни бита. Значително намаляване на разходите на микрокомпютри доведе до факта, че възможността да ги купуват постепенно се появи в един обикновен човек.

Един от първите производители на персонални компютри беше Apple. Стив Джобс и Стив Возняк, които го създадоха, създадоха първия модел на компютъра през 1976 г., давайки му името Apple I. Той струваше само $ 500. Година по-късно беше представен следният модел на тази компания - Apple II.

Компютърът на това време за първи път стана подобен на домакински уред: освен компактния си размер, той имаше елегантен дизайн и лесен за употреба интерфейс. Разпространението на персонални компютри в края на 70-те години доведе до значителен спад в търсенето на големи компютри. Този факт сериозно засяга техния производител IBM, а през 1979 г. стартира първия си компютър.

Две години по-късно се появи първият микрокомпютър на тази фирма с отворена архитектура, базиран на 16-битовия микропроцесор 8088, произведен от Intel. Компютърът беше допълнен с монохромен дисплей, два дискови устройства за пет-инчови флопи дискове и 64-килобайт RAM. От името на компанията създател, Microsoft специално разработи операционна система за тази машина. На пазара се появиха множество клонове на IBM PC, което стимулира растежа на промишленото производство на персонални компютри.

През 1984 г. Apple разработи и пусна на пазара нов компютър Macintosh. Неговата операционна система беше изключително лесна за ползване: тя представляваше команди под формата на графични изображения и им позволяваше да влизат с помощта на манипулатор - мишка. Това направи компютъра още по-достъпен, тъй като в момента не се изискваха специални умения от потребителя.

Компютри от петото поколение на изчислителната технология, някои източници датират от 1992-2013. Накратко, тяхната основна концепция е формулирана по следния начин: това са компютри, създадени на базата на свръхкомплексни микропроцесори, имащи паралелна векторна структура, което дава възможност едновременно да се изпълняват десетки последователни команди, вградени в програма. Машините с няколкостотин процесора, работещи паралелно, ви позволяват да обработвате данни по-точно и бързо, както и да създавате ефективно функциониращи мрежи.

Развитието на съвременните компютърни технологии ни позволява да говорим за компютри от шестото поколение. Това са електронни и оптоелектронни компютри, работещи на десетки хиляди микропроцесори, характеризиращи се с масивен паралелизъм и симулиране на архитектурата на невронните биологични системи, което им позволява успешно да разпознават сложни образи.

След като се преразглеждат последователно всички етапи от развитието на изчислителната техника, трябва да се отбележи един интересен факт: изобретения, които са се доказали добре във всяка от тях, са оцелели до наши дни и продължават да се използват успешно.

Компютърни класове

Има различни възможности за класифициране на компютрите.

И така, компютрите се разделят:

• за универсални - тези, които са способни да решават най-разнообразни математически, икономически, инженерни, научни и други задачи;
• проблемно ориентирани - решаване на задачи от по-тясна посока, свързани, като правило, с управлението на определени процеси (регистрация на данни, натрупване и обработка на малки количества информация, извършване на изчисления в съответствие с прости алгоритми). Те имат по-ограничени софтуерни и хардуерни ресурси от първата група компютри;
• Специализираните компютри по правило решават строго определени задачи. Те имат високоспециализирана структура и с относително ниска сложност на устройството и управлението са доста надеждни и продуктивни в своята област. Това са например контролери или адаптери, които контролират редица устройства, както и програмируеми микропроцесори.

По отношение на размера и производителността съвременната електронна изчислителна техника се разделя на:

• на супер-големи (суперкомпютри);
• големи компютри;
• малки компютри;
• ултра малки (микрокомпютри).

По този начин видяхме, че устройствата, първоначално измислени от човека за отчитане на ресурси и стойности, а след това - за бързо и точно извършване на сложни изчисления и изчислителни операции, непрекъснато се развиват и усъвършенстват.