История создания персонального компьютера

    СОДЕРЖАНИЕ 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

      «Человек в  XXI века, который не будет уметь

    пользоваться  ЭВМ, будет подобен  человеку XX века,

      не умевшему ни читать, ни писать»  

    Академик  Глушков.  
 

    Прогресс  в вычислительной технике не может  не восхищать. Всего за 50 лет быстродействие серийно выпускаемых ЭВМ увеличилось  в миллион раз при существенном уменьшении размеров и энергопотребления  этих умных монстров.

    Сегодня производство компьютеров – крупнейшая отрасль промышленности, и объемы здесь таковы, что только персональных машин продано уже более миллиарда. Столь бурное развитие имеет свою причину и замечательную историю.

    Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно.

    Более 1500 лет тому назад для счета  использовались счетные палочки, камешки  и т.д. Все еще очень хорошо помнят служившие верой и правдой до конца XX века русские счеты которые работали в десятичной позиционной системе, и в учебниках по торговому вычислению еще в 80-е годы прошлого века присутствовали главы, посвященные методам работы на них.

    В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой публике.

    Однако  в 1971 году произошло событие, которое  в корне изменило ситуацию и с  фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий  инструмент десятков миллионов людей.

    В том, вне всякого сомнения знаменательном году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с красивым названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до ученых и инженеров.

    Компьютер уже занимает очень много место  в жизни человека. Кто-то использует компьютер для игр, кто-то для  обучения, некоторые любят посидеть в Internet. Но все эти компьютеры имеют общую структуры и принципы функционирования, а соответственно, и историю развития.

    Эволюционный  процесс, который привел к современным  компьютерам, был и продолжает оставаться чрезвычайно быстрым и динамичным. Ученые вывели даже закономерность, что частота процессоров увеличивается вдвое каждые 18 месяцев!

    В конце XX века невозможно представить  себе жизнь без персонального  компьютера. Компьютер прочно вошел  в нашу жизнь, став главным помощником человека.

    На  сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений.

    При создании машины, известной как "персональный компьютер", было использовано большое  число открытий и изобретений, каждое из которых внесло свою лепту в развитие компьютерной техники. И в данном реферате мы рассмотрим историю развития и историю изобретений вычислительной техники, а также сделаем краткий обзор о возможностях применения современных вычислительных систем и дальнейшие тенденции развития персональных компьютеров.  

 

     1    Исторические предшественники компьютеров 

    Начало  развития технологий принято считать  с Блеза Паскаля, который в 1642г. изобрел устройство, механически  выполняющее сложение чисел.

    Его машина предназначалась для работы с 6-8 разрядными числами и могла только складывать и вычитать, а также имела лучший, чем все до этого, способ фиксации результата.

    Машина  Паскаля имела размеры 36*13*8 сантиметров, этот небольшой латунный ящичек было удобно носить с собой. Инженерные идеи Паскаля оказали огромное влияние на многие другие изобретения в области вычислительной техники.

    Следующего  этапного результата добился выдающийся немецкий математик и философ  Готфрид Вильгельм Лейбниц, высказавший  в 1672 году идею механического умножения без последовательного сложения. Уже через год он представил машину, которая позволяла механически выполнять четыре арифметических действия, в Парижскую академию. Машина Лейбница требовала для установки специального стола, так как имела внушительные размеры: 100*30*20 сантиметров.

    В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так  называемой разностной машиной, которая  должна была вычислять любые функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять таблицы. Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году и рассчитывал на ней таблицу квадратов, таблицу значений функции y=x2+x+41 и ряд других таблиц. Однако из-за нехватки средств эта машина не была закончена, и сдана в музей Королевского колледжа в Лондоне, где хранится и по сей день [1].

    Но  эта неудача не остановила Бэббиджа, и в 1834 году он приступил к новому проекту – созданию Аналитической машины, которая должна была выполнять вычисления без участия человека.

    Именно  Бэббидж впервые додумался до того, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Бэббидж хотел построить свой компьютер как механическое устройство, а программы собирался задавать посредством перфокарт — карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстии (они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках).

    С 1842 по 1848 год Бэббидж упорно работал, расходуя собственные средства. К  сожалению, он не смог довести до конца  работу по созданию Аналитической машины – она оказалась слишком сложной  для техники того времени. Но заслуга Бэббиджа в том, что он впервые предложил и частично реализовал, идею программно-управляемых вычислений.

    Именно  Аналитическая машина по своей сути явилась прототипом современного компьютера. Эта идея и ее инженерная детализация опередили время на 100 лет!

    Воссозданная  в 1991 году в Лондоне аналитическая  машина Чарлза Бэббиджа отлично заработала, исправно вычисляя логарифмы и другие математические функции. Однако ее создателю, потратившему 10 лет (с 1823 по 1833 год) на разработку чертежей, так и не удалось ее собрать вплоть до  1842-го, когда проект был заброшен.

    Уроженец  Эльзаса Карл Томас, основатель и  директор двух парижских страховых  обществ в 1818 году сконструировал счетную  машину, уделив основное внимание технологичности механизма, и назвал ее арифмометром.

    Уже через три года в мастерских Томаса было изготовлено 16 арифмометров, а  затем и еще больше. Таким образом, Томас положил начало счетному машиностроению. Его арифмометры выпускали в  течение ста лет, постоянно совершенствуя и меняя время от времени названия. Начиная с XIX века, арифмометры получили очень широкое применение. На них выполнялись даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала даже особая профессия – счетчик – человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность действий впоследствии стали называть программой).

    Но  многие расчеты производились очень  медленно, т.к. при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

    Первые  арифмометры были дороги, ненадежны, сложны в ремонте и громоздки. Поэтому в России стали приспосабливать  к более сложным вычислениям счеты [2].

    Например, в 1828 году генерал-майор Ф.М.Свободской выставил на обозрение оригинальный прибор, состоящий из множества счетов, соединенных в общей раме. Основным условием, позволявшим быстро вычислять, было строгое соблюдение небольшого числа единообразных правил. Все операции сводились к действиям сложения и вычитания. Таким образом, прибор воплощал в себе идею алгоритмичности.

    Пожалуй, одно из последних принципиальных изобретений  в механической счетной технике  было сделано жителем Петербурга Вильгодтом Однером. Построенный Однером в 1890 году арифмометр фактически ничем не отличается от современных подобных ему машин. Почти сразу Однер с компаньоном наладил и выпуск своих арифмометров - по 500 штук в год. К 1914 году в одной только России насчитывалось более 22 тысяч арифмометров Однера. В первой четверти XX века эти арифмометры были единственными математическими машинами, широко применявшимися в различных областях деятельности человека. В России эти громко лязгающие во время работы машинки получили прозвище «Железный Феликс». Ими были оснащены практически все конторы.

    В доэлектронную эру механические вычислители использовались и для  решения дифференциальных уравнений, и для шифрования секретных сообщений.

    Военные, по сути, первыми осознали важность вычислительной техники, и все последнее время именно вопросы национальной безопасности были главным двигателем прогресса ЭВМ [1].  

    2    Компьютеры с хранимой в памяти программой 

    В 40-х годах XX в. сразу несколько  групп исследователей повторили попытку Бэббиджа на основе техники XX в. — электромеханических реле. Некоторые из этих исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и переоткрыли его идеи заново.

    Первым  из них был немецкий инженер Конрад Цузе, который в 1941 г. построил небольшой компьютер на основе нескольких электромеханических реле. Но из-за войны работы Цузе не были опубликованы.

    А в США в 1943 г. на одном из предприятий  фирмы IВМ американец Говард Эйкен создал более мощный компьютер под названием  Марк-1. Он уже позволял проводить вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью арифмометра) и реально использовался для военных расчетов [1].  

    3    ЭВМ 1-го поколения. Электронные лампы  

    Однако  электромеханические реле работают весьма медленно и недостаточно надежно.

    Поэтому, начиная с 1943 г. в США группа специалистов под руководством Джона Мочли  и Преспера Экерта начала конструировать компьютер ЕNIАС на основе электронных  ламп. Этот монстр содержал десятки  тысяч электронных ламп и релейных переключателей. Созданный ими компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем Марк-1. Однако обнаружилось, что большую часть времени этот компьютер простаивал — ведь для задания метода расчетов (программы) в этом компьютере приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. А сам расчет после этого мог занять всего лишь несколько минут или даже секунд [1].

    ENIAC – второй в мире электронный  калькулятор – работал в Пенсильвании  в 1943 – 1946 годах. Он еще не  был компьютером в современном смысле этого слова, и смена «программы», по которой происходят вычисления, производились с помощью переключаемых проводов, как на телефонной АТС тех времен. Этот вычислитель, состоящий из 18000 электронных ламп, использовали в основном  для решения баллистических задач, то есть расчета траекторий ракет. Чтобы упростить и убыстрить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить программу в своей памяти.

    В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, т. е. универсальных вычислительных устройств. И до сих пор подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

    Первый  компьютер, в котором были воплощены  принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. JOHNNIAC был достойным продолжателем своих предшественников, MANIACa и ILLIACa. Приступив к работе в 1953 году, он функционировал до 1966-го, наработав за это время 50000 машинных часов.

    Созданный под руководством Фон Неймана, он был вариантом современного сервера и использовал все новейшие достижения. Данная машина, хотя и состояла всего из нескольких сотен электровакуумных ламп, в высоту имела 2м и весила несколько тонн [1].