Ранние компьютеры и микрокомпьютеры

Определение понятия компьютер

Слово компьютер имеет английское происхождение и переводится как вычислитель. Это значение первоначально относилось к любым вычислительным устройствам. Сегодня с помощью компьютеров не только делают вычисления, но смотрят фильмы, слушают музыку, играют в игры, работают в профессиональных программах, зарабатывают деньги, совершают покупки и др. Первоначальное наименование компьютеров - электронно-вычислительные машины (ЭВМ).

В 1946 году Джон фон Нейман опубликовал идею работы ЭВМ. Работа ЭВМ осуществляется по следующим принципам:

• Архитектура ЭВМ должна состоять из блоков: памяти, арифметики (вычислительный блок), блок управления и связи.
• Операции ЭВМ осуществляются в цифровом виде. Управляющие команды хранятся в памяти ЭВМ.
• ЭВМ различает данные и команды.
• Машина имеет управляющий блок для обработки информации.
• Машина имеет блок для выполнения арифметических операций.
• ЭВМ должна имеет устройства ввода и вывода информации.

Путь развития компьютеров насчитывает пять поколений. Вычислительные устройства механического или электромеханического типа относят к нулевому поколению («домеханический» и «механический» период). Устройства нулевого уровня: счеты и абак, машина Паскаля («Паскалина»), арифмометры, аналитическая машина Бэбиджа, вычислительная машина Холлерита, табуляторы, счетные машинки и др.

Смену поколений компьютеров условно связывают с качественным изменением элементной базы компьютеров. Каждое последующее поколение характеризуется уменьшением размеров и стоимости, увеличением скорости вычислений и плотности размещения элементов, стандартизацией и упрощением аппаратных средств и усложнением программных средств. К ранним компьютерам относят первое, второе и третье поколение.

Первое поколение (1940-ые - 1954-ый гг.)

Элементной базой первого поколения являются электронные лампы. Компьютеры первого поколения были огромными по величине (насчитывали тысячи электронных ламп) и занимали большие площади (до сотен квадратных метров), потребляли огромное количество электроэнергии и соответственно выделяли большое количество тепла. Ламповые компьютеры были ненадежными, поскольку лампы часто перегорали. Скорость обработки информации – десятки тысяч операций в секунду. Программирование компьютеров первого поколения осуществлялось на языке машинных команд, и было трудоемким занятием.

В конце 1930-х годов были разработаны принципы построения ЭВМ на основе механических арифмометров и табуляторов. В 1940 году под руководством Конрада Цюзе была создана ЭВМ Z1, в 1941 году – Z2. Эти ЭВМ использовались для расчетов военных нужд Германии. В 1943 в Англии году создана машина «Колосс» для дешифровки сообщений немецких войск. В 1948 г. был выпущен компьютер «Марк-1» Манчестерского университета, способный запоминать программы. EDSAC – первая английская ЭВМ с архитектурой Джон фон Неймана создана в 1949 году.

ENIAС (Electronic Numerical Integrator and Computer) – создан в 1946 году, потребляемая им мощность - 127 кВт, вес - 27 тонн, размещался он на площади около 167 м2. Его производительность составляла 5000 операций в секунду. Среднее время работы до отказа системы было около 20 часов. Программирование на ENIAС осуществлялось штеккерно-коммутационным способом, то есть блоки машины соединялись на коммутационной доске проводниками.

Рисунок 1. Компьютер ENIAС. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В нашей стране первая ЭВМ называлась МЭСМ — (малая электронная счетная машина). МЭСМ создана в 1951 году под руководством конструктора Сергея Алексеевича Лебедева. Под руководством С.А. Лебедева в 50-х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина), БЭСМ-2, М-20. Вычислительная мощность М-20 составляла 20 000 операций в секунду.

В 1951 году Ferranti выпустила «Марк 1» для расчетов траекторий баллистических ракет. В 1956 году создана ЭВМ «Pegasus», использующая регистры общего назначения. В 1952 году фирма IBM выпустила IBM-701- промышленный компьютер, который содержал четыре тысячи электронных ламп. Первая ЭВМ для коммерческого использования UNIAC была создана в 1951 году.

Второе и третье поколение (с 1955-го по 1980-ые гг.)

Элементной базой второго поколения являются транзисторы и магнитные элементы. Скорость обработки информации – сотни тысяч операций в секунду. Появление транзисторов позволило уменьшить размеры компьютеров до размера шкафа. Появляются дисплеи и диски (магнитные барабаны и ленты). Развиваются языки программирования высокого уровня: АЛГОЛ, ФОРТРАН, КОБОЛ. Программирование стало проще и понятнее, оно уже не зависело от модели ЭВМ. ЭВМ 6600 (фирма CDC) осуществляет параллельные вычисления. IBM-704 был создан IBM в 1956 году. Отличительная особенность этой машины – высокая скорость вычислений. В последующие годы IBM выпустила IBM-709, разработала запоминающие устройства на плавающих магнитных головках.

С уменьшением размеров компьютеров появляется понятие миникомпьютер. Первый компьютер TX на элементной базе транзисторов, который считают первым миникомпьютером, положил начало развития компьютеров PDP. В США в 1955 году был создан компьютер TRADIC, построенный на 800 транзисторах. Машина «Phico-2000» созданная в 1956 году выполнена на 56000 транзисторах.

Ведутся разработки и выпуск компьютеров на полупроводниках - Simens -2002, Eliot-603, Раздан-2, CAB-500. Появляются машины с виртуальной памятью: CDC-6600 (США), «Strech» (Англия), БЭСМ-6 (СССР).

В нашей стране в 60-х годах были созданы полупроводниковые ЭВМ БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4, БЭСМ-6, М-220, М-222. Производительность машина БЭСМ-6 - одна из первых в мире ЭВМ с вычислительной мощностью 1 000 000 операций в секунду. «Сетунь» - ЭВМ, разработанная на магнитных элементах в МГУ.

Элементной базой третьего поколения являются интегральные схемы. Происходит увеличение быстродействия ЭВМ до миллионов операций в секунду. На интегральной схеме размещены тысячи транзисторов, что значительно уменьшает размеры компьютеров третьего поколения и увеличивает вычислительную мощность. Компьютеры третьего поколения становятся специализированными и значительно дешевле предшественников. Решается проблема совместимости.

Область применения компьютеров третьего поколения – базы данных, Системы автоматизированного проектирования, автоматизированные системы управления, первые разработки систем искусственного интеллекта.

Микрокомпьютеры (конец 70-ых - 80-ые гг.)

Элементной базой микрокомпьютеров являются интегральные схемы, то есть они относятся к четвертому поколению компьютеров. После 90-х годов микрокопьютеры стали называть персональными компьютерами.

Отличительные особенности ранних микрокомпьютеров:

• Небольшие размеры и простая конструкция
• Приемлемая цена для населения
• Высокая надежность устройств
• Простая графика
• Дружественный интерфейс операционной системы
• Использование в качестве дисплея обычных телевизоров
• Использование магнитной ленты в качестве внешнего носителя памяти