XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В ходе эволюции компьютерных технологий были разработаны сотни разных компьютеров. Многие из них давно забыты, в то время как влияние других на современные идеи оказалось весьма значительным.

На данный момент можно выделить шесть этапов развития компьютеров:

1. Нулевое поколение-механические компьютеры

2. Первое поколение-электронные лампы

3. Второе поколение-транзисторы

4. Третье поколение-интегральные схемы

5. Четвертое поколение-сверхбольшие интегральные схемы

6. Пятое поколение-компьютеры небольшой мощности и невидимые компьютеры

Нулевое поколение-механические компьютеры (1642-1945)

В 1642 году французский ученый Блез Паскаль создает счетную машину. Это была механическая конструкция с шестеренками и ручным приводом, выполнявшая операции сложения и вычитания. Но спустя тридцать лет великий немецкий математик барон Готфрид Вильгельм фон Лейбниц построил другую механическую машину, которая в отличие от предыдущей могла исполнять операции сложения и деления. Можно сказать, Лейбниц три века назад создал подобие карманного калькулятора.

На замену счетной машины появилась аналитическая машина Бэббиджа, которая могла выполнять несколько алгоритмов и результат возвращать обратно в память.

Переместимся на три века вперед, где в 1944 году была закончена работа над первым компьютером Говарда Айкена «Mark I». Компьютер имел 72 слова по 23 десятичных разряда каждое. Время выполнения операции составляло 6 секунд. В устройствах ввода-вывода использовалась перфолента. К тому времени, как Айкен закончил работу над компьютером «Mark II», релейные компьютеры уже устарели. Началась эра электроники.

Первое поколение-электронные лампы (1945-1955)

В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В последствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.

Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.

Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.

Второе поколение-транзисторы (1955-1965)

Тразистор был изобретен сотрудниками лаборатории Bell Laboratories Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли, за что в 1956 году они получили Нобелевскую премию в области физики. В течение десяти лет транзисторы произвели революцию в производстве компьютеров, и к концу 50-х годов компьютеры на электронных лампах стали пережитком прошлого. Выполняя те же функции, что и электронная лампа, транзистор вместе с тем имел значительно меньшие размеры и был свободен от недостатков, присущих лампам: у него не было хрупкого стеклянного корпуса и тонкой нити накаливания, он не перегревался и потреблял гораздо меньше электроэнергии.

Третье поколение-интегральные схемы (1965-1980)

Изобретение кремниевой интегральной схемы в 1958 году Джеком Килби и Робертом Нойсом позволило разместить на одной небольшой мискросхеме десятки транзисторов. Компьютеры на интегральных схемах были меньшего размера, работали быстрее и стоили дешевле, чем их предшественники на транзисторах.

Первая массовая серия машин на интегральных элементах стала выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта серия, известная под названием IBM-360, оказала значительное влияние на развитие вычислительной техники второй половины 60-х годов. Она объединила целое семейство ЭВМ с широким диапазоном производительности, причем совместимых друг с другом. Последнее означало, что машины стало возможно связывать в комплексы, а также без всяких переделок переносить программы, написанные для одной ЭВМ, на любую другую из этой серии.

Еще одно нововведение в 360-многозадачность. В памяти компьютера могло находиться одновременно несколько программ, и пока одна программа ждала, когда закончится процесс ввода-вывода, другая исполнялась. В результате ресурсы процессора расходовались более рационально.

Четвертое поколение-сверхбольшие интегральные схемы (1980-?)

Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС)в 80-х годах позволило размещать на одной плате сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров меньшего размера более быстродействующих. Ранее компьютеры были настолько большие и дорогостоящие, что компаниям и университетам приходилось иметь специальные отделы (вычислительные центры). К 80-м годам цены упали так сильно, что возможность приобретать компьютеры появилась не только у организаций, но и у отдельных людей. Началась эра персональных компьютеров.

Персональные компьютеры требовались совсем для других целей, чем их предшественники. Они применялись для обработки слов, электронных таблиц, а также для исполнения приложений с высоким уровнем интерактивности (например, игр), для которых большие компьютеры не подходили.

Первые персональные компьютеры продавались в виде комплектов. Каждый комплект содержал печатную плату, набор интегральных схем, обычно включая схему Intel 8080, несколько кабелей, источник питания и иногда 8-дюймовый дисковод. Сложить из этих частей компьютер покупатель должен был сам. Программное обеспечение к компьютеру не прилагалось. Покупателю приходилось писать программное обеспечение самому. Позднее появилась операционная система CP/M, написанная Гари Килдаллом для Intel 8080. Это была полноценная операционная система (на дискете), со своей файловой системой и интерпретатором для исполнения пользовательских команд, которые вводились с клавиатуры.

Пятое поколение-компьютеры небольшой мощности и невидимые компьютеры

В 1981 году правительство Японии объявило о намерениях выделить национальным компаниям 500 миллионов долларов на разработку компьютеров пятого поколения на основе технологий искусственного интеллекта, которые должны были потеснить «послушные» машины четвертого поколения. Наблюдая за тем, как японские компании оперативно захватывают рыночные позиции в самых разных областях промышленности- от фотоаппаратов до стереосистем и телевизоров, - американские и европейские производители в панике бросились требовать у своих правительств аналогичных субсидий и прочей поддержки. Однако несмотря на большой шум, японский проект разработки компьютеров пятого поколения в конечном итоге показал свою несостоятельность и был тихо свернут. В каком-то смысле эта ситуация оказалась близка той, с которой столкнулся Беббидж-идея настолько опередила свое время, что для ее реализации не нашлось адекватной технологической базы.

Тем не менее, то, что можно назвать пятым поколением компьютеров, все же материализовалось, но в весьма в неожиданном виде-компьютеры начали стремительно уменьшаться. В 1989 году фирма Grid Systems выпустила первый планшетный компьютер, который назывался Grid Pad. Он был оснащен небольшим экраном, на котором пользователь мог писать специальным пером. Такие системы, как Grid Pad, продемонстрировали, что компьютер не обязан стоять на столе или в серверной-пользователь может носить его с собой, а с сенсорным экраном и распознание рукописного текста он становится еще удобнее.

Итак, к первому поколению причисляются компьютеры на электронных лампах, ко второму-транзисторные машины (IBM 7094), к третьему - первые компьютеры на интегральных схемах (IBM 360), к четвертому - персональные компьютеры. Что же касается пятого поколения, то оно больше связано не с конкретной архитектурой, а со сменой модели. Компьютеры будущего будут встраиваться во все мыслимые и немыслимые устройства и за счет этого действительно станут невидимыми.

Список использованной литературы:

1. Э. Таненбаум, Т. Остин «Архитектура компьютера», -6-е изд. 2020. - С.25-34.

2. Э. П. Ланина «История развития вычислительной техники», 2001. - С.39-42

3.О. Новожилов «Архитектура ЭВМ и систем», 2012- С. 67

Код для цитирования: Скопировать