Многие из нас слышали такое слово, как «ЭВМ». Но, не все задумывались, что на самом деле оно означает, и с чего началось развитие ЭВМ как техники.
Согласно [1], ЭВМ — это электронно-вычислительная машина, выполненная из электронных элементов, которые в свою очередь важны для исполнения автоматизированных процессов и решения вычислительных задач.
С древности люди нуждались в вычислениях, один из первых, вероятно, приспособлений были счетные палочки [2], которые и в наши дни не утратили своей важности, их используют для обучения маленьких детей счету. Также немало известно про счеты [3], впервые появившиеся в Вавилоне, которые и зародили потребность к вычислениям.
Развитие всего мира в целом привело к потребности более сложных вычислений, поэтому, ученые и инженеры потратили многие годы на разработки электронных механизмов, которые помогали бы нам во многих сложных вычислениях.
Одним из главных потребителей в периоды зарождения вычислительной техники становились военные, так как для военных нужны были точные и быстрые расчеты.
В период Великой Отечественной Войны была большая потребность в вычислительной технике, которая могла бы быстро и безошибочно дешифровать коды, которые использовались для передачи засекреченных сообщений. В связи с этим, многие страны стали разрабатывать свои дешифровальные устройства [4].
Поэтому, уже в послевоенное время, потребителями ЭВМ стали не только военные, но и научные институты, которые в свое время разрабатывали секретные технологии для военных. Только ближе к 80-ымгодам прошлого столетия потребителями становились и простые граждане, обычно крупных мегаполисов и городов.
Цель исследования. В связи с этим, целью данной работы является знакомство с ключевыми историческими фактами развития электронно-вычислительных машин и персональных компьютеров до настоящего времени.
Развитие элементной базы компьютеров.На чем основывались первые компьютеры? Первые компьютеры создавались на основе электронных ламп [5]. Первым, кто случайно получил электронную лампу, стал Томас Альва Эдисон [6], американский ученый и предприниматель, который в довольно молодом возрасте смог получить свой первый патент (1869 год).
Молодой Томас сформулировал для себя очень важный принцип, которого придерживался всю жизнь: "никогда не изобретать того, на что не имеется спроса". Поэтому, когда он пытался продлить срок службы лампы, то случайно для себя открыл непонятное для него явление.
Он ввел угольную нить в вакуумный баллон, платиновый электрод, положительное напряжение и понял, что в вакууме между электродом и нитью начинает протекать ток. Американский изобретатель не понял всей важности своего открытия, и решил подробно описать явление, которое происходит в лампе.
Это была первая электронная лампа, с которой начинается развитие элементной базы компьютеров. Вскоре после открытия Эдисона, многие ученые-изобретатели начинали усовершенствовать его электронную лампу.
Первое поколение компьютеров. Компьютеры создавались на основе электронных ламп, которые имели свой ряд недостатков. Так как электронные лампы были высотой около 7 см, то компьютеры имели довольно внушительные (огромные) размеры, для которых порой требовались несколько больших (смежных между собой) комнат.
Также каждые 5-10 минут одна из ламп выходила из строя, для поиска вышедшей из строя лампы уходило длительное время, потому что в среднем один компьютер состоял примерно из 15-20 тысяч электронных ламп.
Еще один из минусов состоял в том, что большие компьютеры требовали специальной системы охлаждения. Что тоже было нелегким трудом для обслуживающего персонала. Примерами компьютеров первого поколения могут служить такие модели как MarkI (AutomaticSequenceControlledCalculator) [7], ENIAC (ElectronicNumericalIntegratorandComputer) [8], EDSAC (ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator) [9].
Второе поколение компьютеров. Компьютеры второго поколения содержали уже транзисторы [10]. Транзисторы были открыты в конце 40-х годов прошлого столетия.
Это стало главным открытием в компьютерной отрасли, и заняло очень важное место в конструировании второго поколения вычислительной техники.
Во-первых, транзисторы были более просты в изготовлении, намного надежнее электронных ламп, дешевле в производстве и еще один немаловажный фактор, это потребление меньшей электроэнергии.
Во-вторых, один транзистор мог заменять уже более 40 электронных ламп, они были более стабильны в работе. Также сами компьютеры уменьшились в размерах, что тоже было немаловажным фактором. Быстродействие таких компьютеров достигало до полумиллиона операций в секунду.
С развитием второго поколения начали появляться первые запоминающие устройства на основе магнитных носителей, а также первые алгоритмические языки, такие как LISP (List Processing Language) [11], COBOL (CommonBusinessOrientedLanguage) [12], ALGOL-60 [13], и пакетные операционные системы, которые автоматизируют процесс запуска одной программы из пакета в другой, что увеличивает коэффициент загрузки процессора.
Для реализации пакетной обработки был создан язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу хотел бы он выполнить на ЭВМ. В то же время произошло деление основного персонала на программистов, операторов и специалистов, обслуживающих вычислительные машины.
Один из суперкомпьютеров был разработан в конце 1965 года в СССР под названием БЭСМ-6 (Большая Электронно-Счётная Машина) [14]. Его быстродействие достигало одного миллионаопераций в секунду.
Третье поколение компьютеров. Это поколение характеризуется переходом от транзисторов к интегральным схемам [15]. В это время вычислительная техника становится более прогрессивной по сравнению со вторым поколением. Сама же вычислительная техника образует более дешевую и надежную технологию.
Меняются габариты, растет и сложность операций, и количество выполняемых задач, которые может выполнить техника на базе интегральных схем.
Быстродействие таких ЭВМ уже достигало выше одного миллионаопераций в секунду, что во втором поколение было доступно только сверхкомпьютерам. В этот же период появляется микропроцессор [16].
По определению, ЭВМ на интегральных схемах, или как еще называют кристаллом — это миниатюрная схема, которая выполнена на одном кристалле полупроводника.
В это же время появляется полупроводниковая память, которая используется и в наше время в качестве оперативной памяти [17].
Первая интегральная микросхема была изобретена в 1958году американским ученым Джеком Сент-Клэр Килби [18], который в то время работал в компании Texas Instruments [19]. Также он изобрел карманный калькулятор [20] и термопринтер [21].
Новые машины уже могли использовать широкий спектр оборудования для ввода и вывода, а также хранения информации. Появление интегральных схем было революцией в вычислительной технике, которые смогли заменить собой сотни транзисторов.
Быстродействие машин на таких схемах достигало более одного миллионаопераций в секунду. А размеры компьютеров уменьшились в несколько раз. Поэтому производство компьютеров приобретает промышленный размах. Одна из лидирующих компаний того времени была IBM (International Business Machines) [22], которая смогла реализовать целое семейство ЭВМ.
Программное обеспечение начинает дальнейшее развитие, это касается операционных систем, которые должны быть многорежимными, тем самым поддерживая работу в различных режимах: (1) пакетная обработка; (2) разделение времени; (3) запрос-ответ.
В 1968году был разработан Язык Программирования Паскаль [23] профессором кафедры вычислительной техники Швейцарского Федерального института технологии Никлаусом Виртом [24]. Язык Паскаль становится одним из важных и широко используемых языков программирования, как в школьных учебных заведениях, так и вузах.
Четвертое поколение компьютеров (начиная с 1980 года). В период эволюции поколения ЭВМ произошли серьезные изменения, так как наш прогресс никогда не стоит на месте, люди всегда стараются усовершенствовать технологии настолько, насколько считают возможным.
Мы уже знаем, что интегральные схемы сделали большой переворот в компьютерной технике. Поэтому, казалось бы, что можно придумать еще? Оказалось можно. Ученые смогли уместить в одном кристалле тысячи интегральных схем. С этого начинается эпоха микрокомпьютеров [25].
Быстродействие было колоссальным, оно в 10раз превосходило третье поколение, не говоря уже о первом и втором поколениях. Стоимость производства таких микросхем была снижена, а это означало, что эксплуатация компьютеров становится доступной каждому человеку. Наступает эра персональных компьютеров [26].
Компьютеры стали использовать не только специалисты, но и простые люди, что требовало разработки доступного и простого программного обеспечения. В середине 80-хгодов прошлого столетия стали бурно развиваться сети компьютеров, в том числе персональных, работающих под управлением сетевых или распределенных операционных систем.
В то время были только две лидирующие компании, это AppleInc. [27] и IBM (International Business Machines) [22], между которыми шла долгое время война за первенство продаж и производства персональных компьютеров. Но каждая из компаний имела ряд своих преимуществ.
Можно считать, что четвертое поколение появилось на свет благодаря компании IntelCorporation [28], которая занималась разработкой микропроцессоров, создав свой революционный чип, который при малых размерах кристалла содержал 2300 транзисторов и имел тактовую частоту 108 кГц. Это был настоящий прорыв ЭВМ.
В современном мире компания IntelCorporation занимает одно из лидирующих мест по производству процессоров. Как и сами компьютеры, процессоры требовали не менее важных затрат на их разработку и усовершенствование. Компании, которые занимались разработкой процессоров, шли в ногу со временем. Можно утверждать, что эволюция ЭВМ напрямую зависела от разработок и новшеств процессоров.
Благодаря всему этому, компьютеры стали по-настоящему общедоступны. Несмотря на то, что персональные компьютеры имели некоторое отставание от больших машин, большая часть всех новшеств в 90-егодыпрошлого столетия приходилась на современные операционные системы, графические интерфейсы, периферийные устройства, которые немаловажно повлияли на появление глобальных сетей. Уже в этот период суперкомпьютеры даже при своих развитиях не занимали лидерство на компьютерной арене.
Пятое поколение компьютеров (создание искусственного интеллекта). Пятое поколение основывалось на создании искусственного интеллекта [29], который смог бы при помощи логических языков программирования подойти вплотную к решению задач по обработке и хранению знаний.
Основная задача состояла в том, что для компьютеров пятого поколения не требовалось бы каких-то программных кодов для решения целевых процессов, а достаточно простое объяснение на "почти естественном" языке.
Многие считают, что в то время это было провальное пятое поколение, которое даже при большой финансовой поддержке оказалось недостигаемой. Одна из задач проекта состояла в разработке машины, которая имела бы искусственный интеллект, а общение с пользователем было бы максимально простым.
Самым сложным являлось создание простого интерфейса, при помощи которого пользователь мог бы вести диалог с такой машиной и решать необходимые ему задачи. Многие интерфейсы операционных систем (или программ) решают лишь половину проблемы, то есть пользователь может вести диалог строго по спроектированному программному обеспечению такой машины. При этом, на сегодняшний день ученые и многие разработчики ведут исследования в данном направлении, и пытаются создать полностью уникальный искусственный интеллект, который будет помощником человека.
Однако существует немало устройств, которые имеют довольно серьезную технологию обработки информации. Примером тому является компания CubicRobotics [30] из России, которая имеет уникальную систему VOIS (Voice Intellectual Operation System) [30].
Это единственная компания, которая создала (частично) искусственный интеллект и имеет рабочий прототип.
Выводы и заключение. В нашем мире технологии имеют определенные пределы их развития. Но, не смотря на это, ученые по всему миру пытаются создать прорыв в технологиях, чтобы наши задачи в научном и повседневном мире были намного упрощены.
Наш XXIвек — это век развития всех возможных технологий, именно в наше время разработали тысячи новых устройств, которые бы никогда не появились, если бы у нас не было такой эволюции ЭВМ.
В последнее десятилетие ученые рассматривали большое количество вариантов дальнейшего развития вычислительной техники, вот примеры некоторых из них: (1) биологические; (2) квантовые; (3) оптические; (4) нейрокомпьютеры.
Конечно, на этом развитие технологий не останавливается, с каждым годом вывод полупроводниковой электроники рассматривают разные варианты ее применения.
Современное общество настолько привыкло к новым технологиям и персональным устройствам, что каждый человек из этого общества просто не может обходиться без телефона, планшета, компьютера и т.д. Они настолько облегчают нашу жизнь, что без их использования мы уже не можем обойтись и дня.
Весь наш современный мир состоит из новых электронных устройств, которые окружают нас. Широкое распространение ЭВМ позволило автоматизировать многие процессы во всех сферах деятельности человека.
Таким образом, ЭВМ заняла прочную ключевую позицию в XXI веке, и, несомненно, новые (инновационные) технологии преподнесут человечеству еще много разновидностей персональных компьютеров будущего.
Литература:
1. Толковый словарь по вычислительным системам. // Под ред. В. Иллингуорта и др.: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского. — М.: Машиностроение, 1990. — 560 с.
2. Счётные палочки. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Счётные_палочки (дата обращения 01.04.2016).
3. Спасский И.Г. Происхождение и история русских счётов. // Историко-математические исследования. — М.: ГИТТЛ, 1952. — № 5. — С.269-420.
4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. — СПб., 2002. — 46 с.
5. Электронная лампа. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Электронная_лампа (дата обращения 02.04.2016).
6. Надеждин Н.Я. Томас Эдисон: "Человек изобретающий". — Неформальные биографии. — Майор, 2010. — 191 с.
7. Марк I (компьютер). Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Марк_I_(компьютер) (дата обращения 02.04.2016).
8. Nancy B. Stern. From Eniac to UNIVAC: An Appraisal of the Eckert-Mauchy Computers. — Digital Press, 1981. — 286 p.
9. Herman H. Goldstine. The Computer from Pascal to von Neumann. — Princeton University Press, 1980. — 365 p.
10. Транзистор. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Транзистор (дата обращения 03.04.2016).
11. Paul Graham. ANSI Common Lisp. — СПб.: Символ-Плюс, 2012. — 448 с.
12. Роберт В. Себеста. 2.6. Компьютеризация коммерческих записей: язык COBOL. // Основные концепции языков программирования. — 5-е изд. — М.: «Вильямс», 2001. — С.672.
13. Роберт В. Себеста. 2.5. Первый шаг к совершенствованию: язык ALGOL 60. // Основные концепции языков программирования. — 5-е изд. — М.: «Вильямс», 2001. — С.672.
14. Иванов A. Школа академика С.А. Лебедева в развитии отечественной вычислительной техники. // Электроника: НТБ. — 2002. — № 6. — С.48-54.
15. Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 912 с.
16. Микропроцессор. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Микропроцессор (дата обращения 04.04.2016).
17. Скотт Мюллер. Глава 6. Оперативная память. // Модернизация и ремонт ПК. — 17-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — С.499-572.
18. Килби, Джек. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Килби,_Джек (дата обращения 04.04.2016).
19. Texas Instruments. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Texas_Instruments (дата обращения 04.04.2016).
20. Калькулятор. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Калькулятор (дата обращения 04.04.2016).
21. Принтер. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Принтер (дата обращения 04.04.2016).
22. Луис Герстнер. Кто сказал, что слоны не могут танцевать? Жесткие реформы для выживания компании. — М.: Альпина Паблишер, 2014. — 320 с.
23. Паскаль (язык программирования). Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Паскаль_(язык_программирования) (дата обращения 04.04.2016).
24. Вирт, Никлаус. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Вирт,_Никлаус (дата обращения 04.04.2016).
25. Адян С.И., Бахвалов Н.С., Битюцков В.И., Ершов А.П., Кудрявцев Л.Д., Онищик А.Л., Юшкевич А.П.. Математический энциклопедический словарь. // Гл. ред. Прохоров Ю.В.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — 845 с.
26. Ковтанюк Ю.С.. Библия пользователя ПК. — М.: Диалектика, 2007. — 992 с.
27. Apple. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Apple#cite_note-kommersant-6 (дата обращения 05.04.2016).
28. Intel. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Intel (дата обращения 05.04.2016).
29. Жданов А.А. Автономный искусственный интеллект. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. — 359 с.
30. Cubic. Первый в мире персональный искусственный интеллект с характером. // URL: http://cubicrobotics.ru/ (дата обращения 06.04.2016).
