История развития вычислительной техники. Краткая историческая справка. Поколения ЭВМ. Перспективы развития вычислительной техники.

Первая  отечественная ЭВМ – МЭСМ (“малая электронно-счетная машина”) -была создана в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева, крупнейшего  советского конструктора вычислительной техники, впоследствии академика, лауреата государственных премий, руководившего  созданием многих отечественных  ЭВМ. Рекордной среди них и  одной из лучших в мире для своею  времени была БЭСМ-6 (“большая электронно-счетная  машина, 6-я модель”), созданная в  середине 60-х годов и долгое время  бывшая базовой машиной в обороне, космических исследованиях, научно-технических  исследованиях в СССР. Кроме машин  серии БЭСМ выпускались и ЭВМ  других серий – “Минск”, “Урал”, М-20, “Мир” и другие, созданные  под руководством И.С.Брука и М.А.Карцева, Б.И.Рамеева, В.М.Глушкова, Ю.А.Базилевского и других отечественных конструкторов и теоретиков информатики.

С началом  серийного выпуска ЭВМ начали условно делить по поколениям; соответствующая  классификация изложена ниже.

Рис. 5. Первая в мире ЭВМ ENIAC

Поколения ЭВМ

В истории  вычислительной техники существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально был  положен физико-технологический  принцип: машину относят к тому или  иному поколению в зависимости  от используемых в ней физических элементов или технологии их изготовления. Границы поколений во времени  размыты, так как в одно и то же время выпускались машины совершенно разного уровня. Когда приводят даты, относящиеся к поколениям, то скорее всего имеют в виду период промышленного  производства; проектирование велось существенно раньше, а встретить  в эксплуатации весьма экзотические устройства можно и сегодня.

В настоящее  время физико-технологический принцип  не является единственным при определении  принадлежности той или иной ЭВМ  к поколению. Следует считаться  и с уровнем программного обеспечения, с быстродействием, другими факторами, основные из которых сведены в  прилагаемую табл. 1.

Следует понимать, что разделение ЭВМ по поколениям весьма относительно. Первые ЭВМ, выпускавшиеся до начала 50-х  годов, были “штучными” изделиями, на которых отрабатывались основные принципы; нет особых оснований относить их к какому-либо поколению. Нет единодушия и при определении признаков  пятого поколения. В середине 80-х  годов считалось, что основной признак  этого (будущего) поколения – полновесная  реализация принципов искусственного интеллекта. Эта задача оказалась  значительно сложнее, чем виделось в то время, и ряд специалистов снижают планку требований к этому  этапу (и даже утверждают, что он уже состоялся). В истории науки  есть аналоги этого явления: так, после успешного запуска первых атомных электростанций в середине 50-х годов ученые объявили, что  запуск многократно более мощных, дающих дешевую энергию, экологически безопасных термоядерных станций, вот-вот  произойдет; однако, они недооценили  гигантские трудности на этом пути, так как термоядерных электростанций нет и по сей день.

В то же время среди машин четвертого поколения разница чрезвычайно  велика, и поэтому в табл. 1 соответствующая  колонка разделена на две: А и  Б. Указанные в верхней строчке  даты соответствуют первым годам  выпуска ЭВМ. Здесь ограничимся  кратким комментарием. 
 
 
 
 

Таблица 1. Поколения ЭВМ

Чем младше поколение, тем отчетливее классификационные  признаки. ЭВМ первого, второго и  третьего поколений сегодня, в конце 90-х годов – в лучшем случае музейные экспонаты. Машина первого  поколения – десятки стоек, каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами, лентопротяжными устройствами, громоздкие печатающие агрегаты, и все это  на площади сотни квадратных метров, со специальными системами охлаждения, источниками питания, постоянно  гудящее и вибрирующее (почти  как в цехе машиностроительного  завода). Обслуживание – ежечасное. Часто выходящие из строя узлы, перегорающие лампы, и вместе с тем  невиданные, волшебные возможности  для тех, кто, например, занят математическим моделированием. Быстродействие до 1000 операций/с и память на 1000 чисел  делало доступным решение задач, к которым раньше нельзя было и  подступиться.

Приход  полупроводниковой техники (первый транзистор был создан в 1948 г., а первая ЭВМ с их использованием – в 1956 г.) резко изменил вид машинного  зала -более нормальный температурный режим, меньший гул (лишь от внешних устройств) и, самое главное, возросшие возможности для пользователя. Впрочем, непосредственного пользователя к машинам первых трех поколений почти никогда не подпускали – около них колдовали инженеры, системные программисты и операторы, а пользователь чаще всего передавал в узкое окошечко или клал на стеллаж в соседнем помещении рулон перфоленты или колоду перфокарт, на которых была его программа и входные данные задачи. Доминировал для машин первого и второго поколении монопольный режим пользования машиной и/или режим пакетной обработки; в третьем поколении добавился более выгодный экономически и более удобный для пользователей удаленный доступ – работа через выносные терминалы в режиме разделения времени.

Уже начиная  со второго поколения, машины стали  делиться на большие, средние и малые  по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей. Так, небольшие отечественные  машины второго поколения (“Наири”, “Раздан”, “Мир” и др.) с производительностью  порядка 104 оп/с были в конце 60-х  годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на 2 – 3 порядка выше.

В начале 70-х годов, с появлением интегральных технологий в электронике, были созданы  микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков транзисторов и  резисторов на одной небольшой (площадью порядка 1 см2 ) кремниевой подложке. Без  пайки и других привычных тогда  в радиотехнике действий на них “выращивались” электронные схемы, выполняющие  функции основных логических узлов  ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и т.д.). Это позволило  перейти к третьему поколению  ЭВМ. техническая база которого –  интегральные схемы.

При продвижении  от первого к третьему поколению  радикально изменились возможности  программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого  поколения (и чуть более простое  на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе, а потом забывают. Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.

Уже в  третьем поколении появились  крупные унифицированные серии  ЭВМ. Для больших и средних  машин в США это прежде всею семейство IBM 360/370. В СССР 70-е и 80-е  годы были временем создания унифицированных  серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные  и средние машины), СМ (система  малых) ЭВМ и “Электроника” (серия  микро-ЭВМ). В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и  выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся  назначением и производительностью. Их выпуск был практически прекращен  в начале 90-х годов, но многие из них  еще используются в самых разных сферах деятельности, включая образование (например, компьютеры ДВК, БК, а также  УКНЦ – аналоги мини-ЭВМ типа PDP-11 фирмы DEC).

Рис. 6. ЭВМ третьего поколения

Персональные  компьютеры

Подлинную революцию в вычислительной технике  произвело создание микропроцессора. В 1971 г. компанией “Intel” (США) было создано  устройство, реализующее на одной  крошечной микросхеме функции процессора – центрального узла ЭВМ. Последствия  этого 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) -небольших и относительно недорогих ЭВМ, способных аккумулировать и усиливать интеллект своего персонального хозяина (впрочем, заметим, что как и всякое техническое средство, ПК способен и на обратный эффект – напрасно отнимать время и подавлять интеллект).

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 микропроцессоры i8080 и Z80 в сочетании с операционной системой СР/М позволили создать  ряд таких компьютеров, но тем  не менее началом эры их массового  появления стал 1976 г., когда появился знаменитый “Apple” (“Яблоко”), созданный  молодыми американскими инженерами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. За несколько лет было продано около 2 млн. экземпляров лишь этих ПК (особенно “Apple-2”), т.е. впервые в мировой  практике компьютер стал устройством  массового производства. Вскоре лидерство  в этой области захватила фирма IBM – компьютерный гигант, представивший  в 1981 г. свой персональный компьютер IBM PC (PC – persona computer). Его модели PC XT (1983 г.). PC AT (1984 г.), ПК с микропроцессором Pentium (начало 90-х годов; содержит более 3 миллионов  транзисторов!) стали, каждый в свое время, ведущими на мировом рынке  ПК. В настоящее время производство ПК ведут десятки фирм (а комплектующие  выпускают сотни фирм) по всему  миру.

Рис. 7. Микропроцессор (сильно увеличенная  фотография в разрезе)

Рис. 8. Первый персональный компьютер “Apple”

Ближайшим конкурентом компьютеров IBM PC являются персональные компьютеры фирмы “Apple Computer”. Пришедшие на смену “Apple-2”  машины “Macintosh” широко используются в системах образования многих стран.

В дальнейшем, по мере знакомства с архитектурой ЭВМ, рассказ о ПК будет продолжен. Сейчас же уточним характеристики, которые в совокупности позволяют  отнести компьютер к этой группе:

• относительно невысокая стоимость (доступная  для приобретения в личное пользование  значительной частью населения):

• наличие  “дружественных” операционной и  интерфейсной систем, которые максимально  упрощают пользователю работу с компьютером;

• наличие  достаточно развитого и относительно недорогого набора внешних устройств  в “настольном” исполнении;

• наличие  аппаратных и программных ресурсов общего назначения, позволяющих решать реальные задачи по многим видам профессчональной деятельности.

За четверть века, прошедшие с момента создания ПК, уже сменилось несколько их поколении: 8-битные, 16-битные, 32-битные. Многократно усовершенствовались  внешние устройства, все операциональное  окружение, включая сети, системы  связи, системы программирования, программное  обеспечение и т.д. Персональный компьютер занял нишу “персонального усилителя интеллекта” множества  людей, стал в ряде случаев ядром  автоматизированного рабочего места (в цехе, в банке, в билетной кассе, в школьном классе- все перечислить  невозможно). 

Что впереди?

В 90-х  годах микроэлектроника подошла  к пределу, разрешенному физическими  законами. Фантастически высока плотность  упаковки компонентов в интегральных схемах и почти предельно велика возможная скорость их работы.

В совершенствовании  будущих ЭВМ видны два пути. На физическом уровне это переход  к использованию иных физических принципов построения узлов ЭВМ  – на основе оптоэлектроники, использующей оптические свойства материалов, на базе которых создаются процессор  и оперативная память, и криогенной электроники, использующей сверхпроводящие  материалы при очень низких температурах. На уровне совершенствования интеллектуальных способностей машин, отнюдь не всегда определяемых физическими принципами их конструкций, постоянно возникают новые результаты, опирающиеся на принципиально новые подходы к программированию. Уже сегодня ЭВМ выигрывает шахматные партии у чемпиона мира. а ведь совсем недавно это казалось совершенно невозможным. Создание новейших информационных технологий, систем искусственного интеллекта, баз знаний, экспертных систем продолжатся в XXI веке.

Наконец, уже сегодня огромную роль играют сети ЭВМ, позволяющие разделить  решение задачи между несколькими  компьютерами. В недалеком будущем  и сетевые технологии обработки  информации станут, по-видимому, доминировать, существенно потеснив персональные компьютеры (точнее говоря, интегрировав их в себя). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

      К  сожалению,  невозможно  в   рамках  реферата  охватить  всю   историю

компьютеров. Можно было бы еще долго рассказывать о  том,  как  в  маленьком городке  Пало-Альто  (штат  Калифорния)  в  научно-исследовательском  центре Xerox PARK собрался  цвет  программистов того  времени,  чтобы разработать революционные концепции, в корне изменившие образ машин, и проложить  дорогу для компьютеров конца XX века. Как талантливый школьник  Билл  Гейтс  и  его друг Пол Аллен познакомились с Эдом Робертсом и  создали  удивительный  язык БЕЙСИК  для  компьютера  Altair,  что  позволило  разрабатывать   для   него прикладные   программы.   Как   постепенно   менялся   облик   персонального компьютера, появились монитор и клавиатура, накопитель на  гибких  магнитных дисках, так называемых дискетах,  а  затем  и  жесткий  диск.  Неотъемлемыми принадлежностями стали принтер и  «мышь».  Можно  было  бы  рассказать  и  о невидимой войне на компьютерных  рынках  за  право  устанавливать  стандарты между  огромной  корпорацией  IBM,  и  молодой  Apple,  дерзнувшей   с   ней соревноваться, заставившей весь мир решать, что же лучше Macintosh  или  PC? И о  многих  других  интересных  вещах,  происходивших  совсем  недавно,  но ставших уже историей.