Механический этап развития вычислительной техники

В 1897 г. Холлерит организовал фирму, которая в  дальнейшем стала называться IBM.

Значение работ  Г. Холлерита для развития ВТ определяется двумя основными факторами. Во-первых, он стал основоположником нового направления в ВТ - счетно-перфорационного (счетно-аналитического), состоящего в применении табуляторов и сопутствующего им оборудования для выполнения широкого круга экономических и научно-технических расчетов. На основе данной ВТ создаются машинно-счетные станции для механизированной обработки информации, послужившие прообразом современных вычислительных центров (ВЦ). В 20-30-е годы 20 в. применение счетно-перфорационной техники становится ведущим фактором развития ВТ; только появление ЭВМ ограничило ее применение.

Во-вторых, даже после прекращения использования табуляторов основным носителем информации (ввод/вывод) для ЭВМ остается перфокарта, а в качестве периферийных используются перфокарточные устройства, предложенные Холлеритом. Даже в наше время использование большо-го числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использования перфокарточной технологии.

Развивая работы Г. Холлерита, в ряде стран разрабатывается  и производится ряд моделей счетно-аналитических  комплексов,из которых наиболее популярными  и массовыми были комплексы фирмы IBM, фирмы Ремингтон и фирмы Бюль.

Используемая  на первых порах для статистической обработки, перфорационная техника  в последующем начинает широко использоваться для механизации бухучета и экономических  задач,а также в ряде случаев  и для расчетов научно-технического характера; в первую очередь для астрономических расчетов. В СССР первое применение перфорационной техники для астрономических расчетов относится к началу 30-х годов, а с 1938 - для математических исследований в АН СССР создается самостоятельная машино-счетная станция.

Заключительный  период (40-е годы 20 в.) электро-механического  этапа развития ВТ характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом. Наиболее крупные проекты данного периода были выполнены в Германии (К. Цузе) и США (Д. Атанасов, Г. Айкен и Д. Стиблиц). Данные проекты мож-о рассматривать в качестве прямых предшественников универсальных ЭВМ.

Конрад Цузе (K. Zuse) явился пионером создания универсальной  вычислительной машины с программным  управлением и хранением информации в запоминающем устройстве (ЗУ). Однако его первая модель Z-1 (положившая начало серии Z-машин) идейно уступала конструкции Бэбиджа - в ней не предусматривалась условная передача управления.

Следующая модель Z-2 не была за-вершена из-за призыва Цузе в армию, из которой он был демобилизован в связи с заинтересованностью его работами военного ведомства Германии. При финансовой поддержке военного ведомства Цузе в 1939-1941 г.г. создает модель Z-3, явившуюся первой программно-управляемой универсальной вычислительной машиной.

После завершения в 1941 г. машины Z-3 К. Цузе до конца войны  интенсивно занимался вопросами  ВТ.

Пос войны направление  работ К. Цузе было ы основном связано  с теоретическими исследованиями по вопросам программирования и архитектуры ВТ. Здесь им был высказан целый ряд весьма прогрессивных для своего времени идей, включая кле-точные вычислительные структуры, структуру команд ЭВМ, параллельное программирование и др.

В 1937 г. в США  Дж. Атанасов начал работы по созданию ЭВМ, предназначенной для решения ряда задач математической физики. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы узлов ЭВМ, а совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC, которая оказала влияние на Д. Моучли из Муровской технической школы и ряд его идей существенно ускорил создание первой ЭВМ ENIAC в 1945 г.

В отличие от машины Z-3, судьба была намного более  благосклонной к автоматической управляемой вычислительной машине Г. Айкена MARK-1, созданной в США  в 1944 г. И до знакомства с работами Цузе научная общественность считала ее первой электромеханической машиной для решения сложных математических задач.

Последним крупным  проектом релейной ВТ следует считать построенную в 1957 г. в СССР релейную вычислительную машину РВМ-1 и эксплуатировавшуюся до ко-нца 1964 г. в основном для решения экономических задач.

Электронный этап развития вычислительной техники

В силу физико-технической  природы релейная ВТ не позволяла существенно повысить скорость вычислений;для этого потребовался переход на электронные безинерционные элементы высокого быстродействия.

К началу 40-х  г.г. 20 в. электроника уже располагала  необходимым набором таких элементов. С изобретением М. Бонч-Бруеви-чем  в 1913 г. триггера (электронное реле-двухламповый симметричный усилитель с положительной обратной связью в качестве базовой компоненты использует электронную вакуумную лампу триод, изобретенную в 1906 г.) появилась реальная возможность создания быстродействующей электронной ВТ.

Электронные вычислительные машины (ЭВМ) ознаменовали собой новое направление в ВТ, интенсивно развиваемое и в настоящее время в различных направлениях.

Первой ЭВМ (правда, специализированной, предназначенной  для дешифровки) можно считать  английскую машину Colossus, созданную в 1943 г. при участии А. Тьюринга. Машина содержала около 2000 электронных ламп и обладала достаточно высоким быстродействием,однако была узко-специализированной.

Первой ЭВМ  принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), созданную в США в конце 1945 г. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики,машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи. Главным консультантом проекта являлся Д. Моучли, а главным конструктором - Д. Эккерт. Позднее их авторство электронной технологии для проектирования ЭВМ было оспорено - в 1973 г. федеральный Суд США постановил, что Моучли и Эккерт не создали ЭВМ, а заимствовали ее идею у Дж. Атанасова, хотя последний и не построил действующей модели своего компьютера.

Проект создания ENIAC, начатый в апреле 1943 г., был полностью завершен в декабре 1945 г. В качестве официальной апробации ЭВМ была выбрана задача оценки принципиальной возможности создания водородной бомбы. Машина успешно выдержала испытания,обработав около 1 млн. перфокарт фирмы IBM с исходными данными.

Еще до начала эксплуатации ENIAC Моучли и Эккерт по заказу военного ведомс-тва США приступили к проекту над новым компьютером EDVAC (Electronic Discrete Automatic Variable Computer), который был совершеннее первого. В этой машине была предусмотрена большая память (на 1024 44-битных слов; к моменту завершения была добавлена вспомогательная память на 4000 слов для данных), предназначенная как для данных, так и для программы. Такой подход (хранимые в памяти программы) устранял основной недостаток ENIAC - необходимость перекоммутации многих узлов машины, что при сложных программах требовало до двух дней. Данное обстоятельство не позволяло считать ENIAC полностью автоматической ЭВМ.

В EDVAC программа  электронным методом записывалась в специальную память на ртутных трубках (линиях задержки), а вычисления производились уже в двоичной с.с., что позволило существенно уменьшить количество ламп и других элементов электронных цепей машины.

Полностью заверше-нная в 1952 г., ЭВМ содержала более 3500 ламп 19-ти различных типов и около 27000 других электронных элементов.

В конце 1944 г. к  проекту в качестве научного консультанта был подключен 41-летний Джон фон  Нейман,к тому времени уже имевший  большой авторитет в научном мире как математик, внесший значительный вклад в квантовую механику и создавший математическую теорию игр. Интерес фон Неймана к компьютерам частично связан с его непосредственным участием в Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы, где он математически обосновал осуществимость взрывного способа детонации атомного заряда критической массы, а также работами по созданию водородной бомбы, требующими весьма сложных расчетов. Творчески переработав и обобщив материалы по разработке проекта, фон Нейман в июне 1945 г. готовит итоговый 101-страничный научный отчет, который содержал превосходное описание как самой машины, так и ее логических возможностей. Более того, фон Нейман в докладе на основе анализа проектных решений,а также идей А. Тьюринга по формальному универсальному вычислителю (впоследствии названному машиной Тьюринга) впервые представил логическую организацию компьютера безотносительно от его элементной базы, что позволило заложить основы проектирования ЭВМ.

В докладе выделено и детально описано пять базовых компонент универсального компьютера и принцип его функционирования архитектура фон Неймана:

1. центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ);
2. центральное устройство управления (УУ),ответственное за функционирование всех основных компонент компьютера;
3. запоминающее устройство (ЗУ);
4. система ввода и вывода информации.

Была обоснована необходимость использования двоичной с.с., электронной техно-логии и  последовательного порядка выполнения операций.

Принципы организации  ЭВМ,предложенные фон Нейманом, стали общепринятыми.

Находясь в  творческой командировке в группе разработчиков EDVAC и ознакомившись с идеями Дж. фон Неймана, М. Уилкс, вернувшись в  Кэмбриджский университет (Англия), смог на два года раньше (в мае 1949 г.) завершить  разработку первой в мире ЭВМ с хранимыми в памяти программами. Его компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) работал в двоичной с.с.,выполнял одноадресные команды в количестве 18 и оперировал как с короткими (17 бит), так и с длинными (35 бит) словами.

Компьютер EDSAC положил начало новому этапу развития ВТ - первому поколению универсальных ЭВМ.