От абака до ноутбука.
Поколения компьютерной
техники
Проценко Валерий 10А
Счетное устройство Непера
В начале 17 века шотландский математик Джон Непер изобрел
математический набор, состоящий из брусков с
нанесенными на них цифрами от 0 до 9 и кратными им
числами. Для умножения какого-либо числа два бруска
располагали рядом так, чтобы цифры на торцах составляли
это число. На боковых сторонах брусков после несложных
вычислений можно увидеть ответ.
Джон Непер
Архитектура фон Неймана. Принципы
Принцип однородности памяти
Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и
внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только
по способу использования; то есть одно и то же значение в
ячейке памяти может использоваться и как данные, и как
команда, и как адрес в зависимости лишь от способа
обращения к нему. Это позволяет производить над командами
те же операции, что и над числами, и, соответственно,
открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя
адресную часть команды, можно обеспечить обращение к
последовательным элементам массива данных. Более
полезным является другое следствие принципа однородности,
когда команды одной программы могут быть получены как
результат исполнения другой программы. Эта возможность
лежит в основе трансляции — перевода текста программы с
языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной
машины.
Архитектура и структура
Архитектура компьютеров может изменяться в зависимости от типа решаемых задач. Оптимизация архитектуры компьютера производится с целью максимально реалистично математически моделировать исследуемые физические (или другие) явления. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при компьютерном моделировании (симуляции) дамб, плотин или кровотока в человеческом мозгу. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 1960-х годах, однако сегодня стали достаточно редким явлением.
Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры, проекторы и т. п.
Для умножения были предложены палочки Непера. Они были изобретены шотландским математиком Джоном Непером (первым автором, предложившим логарифмы) и описаны им в трактате 1617 года.
Прибор Непера мог непосредственно прилагаться только к исполнению действия умножения. С гораздо меньшими удобствами производится при помощи этого прибора действие деления. Тем не менее, успех прибора был настолько значителен, что в честь как его самого, так и изобретателя складывались хвалебные стихи.
Квантовый компьютер — вычислительное устройство, использующее явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер оперирует не битами, а кубитами. В результате он имеет возможность обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая огромного превосходства над обычными компьютерами в ряде алгоритмов.
Полноценный квантовый компьютер является пока гипотетическим устройством, сама возможность построения которого связана с серьёзным развитием квантовой теории. Разработки в данной области связаны с новейшими открытиями и достижениями современной физики. Сейчас реализованы лишь единичные экспериментальные системы, исполняющие фиксированный алгоритм небольшой сложности.
Приспособление 3
Электромеханический этап Табулятор (Герман Холлерит), 1884г.
Приспособление 2
Механический этап Считающие часы (Вильгельм Шиккард), 1623г. Паскалина
(Блез Паскаль), 1642г. Арифмометр (Готфрид Вильгельм Лейбниц), 1677г.
Аналитическая машина (Чарльз Бэббидж), 1834г
Логарифмические линейки, таблицы и рисунки (номограммы)
Потребность в сложных расчётах в XVII веке быстро росла. Значительная часть трудностей была связана с умножением и делением многозначных чисел.
Это привело к появлению на протяжении кратчайшего времени (1614—1623 гг.) сразу четырёх новых типов вычислителей:
Позже уже в XIX веке на базе логарифмов и логарифмических линеек возник и их графический аналог –
которые стали использоваться для вычисления самых разных функций.
Логарифмы и логарифмические таблицы
Определение логарифмов и таблицу их значений (для тригонометрических функций) впервые опубликовал в 1614 году шотландский математик Джон Непер.
Логарифмические таблицы, расширенные и уточнённые другими математиками, повсеместно использовались для научных и инженерных расчётов более трёх веков, пока не появились электронные калькуляторы и компьютеры.
Если нанести логарифмическую шкалу на линейку — получится механический вычислитель, логарифмическая линейка.
Дальнейшие усовершенствования сводились к появлению второй подвижной линейки-«движка» (Роберт Биссакер, 1654 и Сет Патридж, 1657), разметке обеих сторон линейки (тоже Биссакер), добавление двух «шкал Уингейта», отметке на шкалах часто используемых чисел (Томас Эверард, 1683). Бегунок появился в середине XIX века (А. Мангейм).
Логарифмические линейки использовались несколькими поколениями инженеров и других профессионалов, вплоть до появления карманных калькуляторов. Инженеры программы «Аполлон» отправили человека на Луну, выполнив на логарифмических линейках все вычисления, многие из которых требовали точности в 3—4 знака.
На базе логарифмических линеек созданы специализированные вычислители:
Любой график функции можно использовать как простейший вычислитель. Для использования его нужна шкала, линейка (или частая координатная сетка), иногда — циркуль. Ещё реже — другие вспомогательные устройства. Результаты считываются визуально и записываются на бумагу. Для умножения и деления — достаточно нанести на бумагу логарифмическую шкалу рядом с обычной и использовать циркуль — получится вычислитель.
Номограмма из выровненных точек. Таблица умножения.
В принципе, логарифмическая линейка тоже позволяет ввести и рассчитывать самые разные функции. Но для этого нужно усложнять механику: добавлять дополнительные линейки и т. д. Главная же сложность — их нужно изготовлять, а механика в каждом случае может потребоваться разная. Поэтому разнообразие механических линеек довольно ограничено.
Этого основного недостатка лишены номограммы -— графики функции от нескольких переменных со шкалами, позволяющее определять значения этих функций с помощью простых геометрических операций (например, прикладывания линейки) . Например, решать квадратное уравнение без применения формул. Для использования номограммы достаточно иметь её распечатку, линейку и максимум — циркуль, которые раньше были у любого инженера.
Другим преимуществом номограмм — их двухмерность. Это позволяет строить сложные двухмерные шкалы, увеличивать точность, строить номограммы сложных функций, совмещать множество функций на одной номограмме, давать серию проекций трёхмерных функций и т. д.
Разработка теории номографических построений началась в XIX веке. Первой была создана теория построения прямолинейных сетчатых номограмм французским математиком Л. Л. Лаланном (1843). Основания общей теории номографических построений дал М. Окань (1884—1891) — в его же работах впервые появился термин «номограмма», установленный для применения в 1890 году Международным математическим конгрессом в Париже. Первым в России в этой области работал Н. М. Герсеванов (1906—1908); затем — создавший советскую номографическую школу, Н. А. Глаголев.
Развитие
Основными этапами развития вычислительной техники являются: 1. Ручной
этап – 50 тыс. лет до н.э. В этот период возникли основы счёта. 2.
Механический этап – начался в середине 17 в. 3. Электромеханический этап
– с 90-х годов 19 в. 4. Электронный этап – с 40-х годов 20 в. и продолжается
в наши дни. Основные этапы развития вычислительной техники
Приспособления
Ручной этап (самые первые приспособления для счёта) Древнегреческий
абак Римский абак Китайский суаньпан Русские счёты Палочки Непера(Джон
Непер) 1617г. Логарифмическая линейка (Уильям Отред) 1622г.
Четвертое поколение ЭВМ 1970 — 1974 гг.
Элементная база ЭВМ – большие интегральные схемы (БИС).
Машины предназначались для резкого повышения
производительности труда в науке, производстве, управлении,
здравоохранении, обслуживании и быту.
Высокая степень интеграции способствует увеличению
плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению
ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия ЭВМ и
снижению ее стоимости.
IBM PC
В 1980 году руководство IBM приняло решение о создании
персонального компьютера. При его конструировании был применен
принцип открытой архитектуры: составные части были
универсальными, что позволяло модернизировать компьютер по
частям.
Появление IBM PC в 1981 году породило лавинообразный спрос на
персональные компьютеры, которые стали теперь орудием труда
людей самых разных профессий. Наряду с этим возник гигантский
спрос на программное обеспечение и компьютерную периферию. На
этой волне возникли сотни новых фирм, занявших свои ниши
компьютерного рынка.
Второе поколение ЭВМ 1950 — 1960 гг.
Элементной базой машин этого поколения были
полупроводниковые приборы.
Появление полупроводниковых элементов в
электронных схемах существенно увеличило
емкость оперативной памяти, надежность и
быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса
и потребляемая мощность.
С появлением машин второго поколения
значительно расширилась сфера использования
электронной вычислительной техники, главным
образом за счет развития программного
обеспечения. Появились также
специализированные машины, например ЭВМ для
решения экономических задач, для управления
производственными процессами, системами
передачи информации и т.д.
Именно в этот период возникла профессия
специалиста по информатике, и многие
университеты стали предоставлять возможность
получения образования в этой области.
Полупроводник
Появление аналоговых вычислителей в предвоенные годы
Дифференциальный анализатор, Кембридж, 1938 год
Перед Второй мировой войной механические и электрические аналоговые компьютеры считались наиболее современными машинами, и многие считали, что это будущее вычислительной техники. Аналоговые компьютеры использовали преимущества того, что математические свойства явлений малого масштаба — положения колёс или электрическое напряжение и ток — подобны математике других физических явлений, например таких как баллистические траектории, инерция, резонанс, перенос энергии, момент инерции и т. п. Они моделировали эти и другие физические явления значениями электрического напряжения и тока.
Счеты
Русские счеты
Абак
Китайский суан-пан
Дискеты
5,25 дюймов
8 дюймов
Архитектура фон Неймана (модель фон Неймана,
Принстонская архитектура) — широко известный
принцип совместного хранения команд и данных в
памяти компьютера. В общем случае, когда говорят об
архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип
хранения данных и инструкций в одной памяти.
ENIAC
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный числовой
интегратор и вычислитель), ЭНИАК — первая в мире ЭВМ, созданная в США в
1946 году.
Вес машины составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных
метров площади.
Комплекс включал 17 468 электронных ламп, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле,
10 тысяч конденсаторов, 70 тысяч резисторов и около 5 миллионов ручных
переключателей. Оперативная память была реализована на электронных лампах
и вмещала 20 десятичных слов. Производительность составляла 300 умножений
или 5000 сложений в секунду.
Ввод/вывод данных осуществлялся через перфокарты, а программирование —
путём ручной установки переключателей в нужные положения. Для того чтобы
задать новую программу, требовались недели.
Благодаря ENIAC компьютерный язык получил новый термин. Дело в том, что
лампы часто перегорали из-за жучков, которые заползали внутрь системы,
привлеченные теплом и свечением. Термин «жучки» (bugs), под которым
подразумевают ошибки в программных и аппаратных средствах компьютеров,
возник именно тогда.
ЭНИАК существовал в единственном экземпляре и никогда не был повторен.
К 1990 почти в каждой школе России были компьютеры. Число персональных компьютеров в школе достигло 1 миллиона.
Счеты – первый истинный предшественник
счетных машин и компьютеров. Вычисления на
них проводились с помощью перемещения
счетных костей и камешков (калькулей) в
углублениях досок из бронзы, камня, слоновой
кости.
Первым счетным устройством, известным еще
задолго до нашей эры, был абак. Известно
несколько разновидностей абака: греческий,
египетский и римский абак, китайский суанпан и японский соробан.
ЭВМ (электронно-вычислительная машина) – это комплекс
технических и программных средств, предназначенные для
автоматизации подготовки и решения задач пользователей.
Под пользователем понимают человека, в интересах которого
проводится обработка данных на ЭВМ.
К основным характеристикам ЭВМ относятся:
Быстродействие – это число команд, выполняемых ЭВМ за одну
секунду.
Производительность – это объем работ, осуществляемых ЭВМ в
единицу времени.
Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях
выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени
Точность – это возможность различать почти равные значения
Достоверность – это свойство информации быть правильно
воспринятой.
Табулятор Холлерита
В 1888 году Холлерит сконструировал электромеханическую машину, которая
могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на
перфокартах. Эта машина, названная табулятором, состояла из реле, счетчиков,
сортировочного ящика.
В 1890 году изобретение Холлерита было впервые использовано в 11-й
американской переписи населения. Успех вычислительных машин с
перфокартами был феноменален. То, чем за десять лет до этого 500 сотрудников
занимались в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43
вычислительных машинах за 4 недели.
Первые программируемые машины
Определяющая особенность «универсального компьютера» — это программируемость, что позволяет компьютеру эмулировать любую другую вычисляющую систему всего лишь заменой сохранённой последовательности инструкций.
В 1835 году Чарльз Бэббидж описал свою аналитическую машину. Это был проект компьютера общего назначения, с применением перфокарт в качестве носителя входных данных и программы, а также парового двигателя в качестве источника энергии. Одной из ключевых идей было использование шестерен для выполнения математических функций.
Часть Разностной машины Бэббиджа, собранная после его смерти сыном из частей, найденных в лаборатории
Его первоначальной идеей было использование перфокарт для машины, вычисляющей и печатающей логарифмические таблицы с большой точностью (то есть для специализированной машины). В дальнейшем эти идеи были развиты до машины общего назначения — его «аналитической машины».
Хотя планы были озвучены, и проект, по всей видимости, был реален или, по крайней мере, проверяем, при создании машины возникли определённые трудности. Бэббидж был человеком, с которым было трудно работать, он спорил с каждым, кто не отдавал дань уважения его идеям. Все части машины должны были создаваться вручную. Небольшие ошибки в каждой детали, для машины, состоящей из тысяч деталей, могли вылиться в значительные отклонения, поэтому при создании деталей требовалась точность, необычная для того времени. В результате проект захлебнулся в разногласиях с исполнителем, создающим детали, и завершился с прекращением государственного финансирования.
Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона, перевела и дополнила комментариями труд «Sketch of the Analytical Engine». Её имя часто ассоциируют с именем Бэббиджа. Утверждается также, что она является первым программистом, хотя это утверждение и значение её вклада многими оспаривается.
Реконструкция 2-го варианта Разностной машины — раннего, более ограниченного проекта, действует в Лондонском музее науки с 1991 года. Она работает именно так, как было спроектировано Бэббиджем, лишь с небольшими тривиальными изменениями, и это показывает, что Бэббидж в теории был прав.
Для создания необходимых частей музей применил машины с компьютерным управлением, придерживаясь допусков, которые мог достичь слесарь того времени. Некоторые полагают, что технология того времени не позволяла создать детали с требуемой точностью, но это предположение оказалось неверным. Неудача Бэббиджа при конструировании машины в основном приписывается трудностям, не только политическим и финансовым, но и его желанию создать очень изощрённый и сложный компьютер.
По стопам Бэббиджа, хотя и не зная о его более ранних работах, шёл Перси Лудгет, бухгалтер из Дублина (Ирландия). Он независимо спроектировал программируемый механический компьютер, который он описал в работе, изданной в 1909 году.
Трёхмерная карта поверхности участка земной суши, построенная при помощи компьютерной программы
Первые компьютеры создавались исключительно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные компьютеры в этой области во много раз превосходят людей (если не считать некоторых уникальных людей-счётчиков). Не случайно первым высокоуровневым языком программирования был Фортран, предназначенный исключительно для выполнения математических расчётов.
Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, они были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для этих целей был разработан язык Кобол. Позже появились СУБД со своими собственными языками программирования.
Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие шло от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё бо́льшая часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.
Четвёртое. Компьютеры развились настолько, что стали главным информационным инструментом как в офисе, так и дома. Теперь почти любая работа с информацией зачастую осуществляется через компьютер — будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Основное применение современных домашних компьютеров — навигация в Интернете и игры.
Пятое. Современные суперкомпьютеры используются для компьютерного моделирования сложных физических, биологических, метеорологических и других процессов и решения прикладных задач. Например, для моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.
Наиболее сложным и слаборазвитым применением компьютеров является искусственный интеллект — применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма. Примеры таких задач — игры, машинный перевод текста, экспертные системы.
«Считающие часы» Вильгельма Шиккарда
В 1623 году Вильгельм Шиккард придумал «Считающие часы» — первый арифмометр, умевший выполнять четыре арифметических действия. Считающими часами устройство было названо потому, что, как и в настоящих часах, работа механизма была основана на использовании звёздочек и шестерёнок. Это изобретение нашло практическое использование в руках друга Шиккарда, философа и астронома Иоганна Кеплера.
За этим последовали машины Блеза Паскаля («Паскалина», 1642 г.) и Готфрида Вильгельма Лейбница — арифмометр Лейбница.
Лейбниц также описал двоичную систему счисления — один из ключевых принципов построения всех современных компьютеров. Однако вплоть до 1950-х многие последующие разработки (включая машины Чарльза Бэббиджа, ЭНИАК 1945 года и другие десятичные компьютеры) были основаны на более сложной в реализации десятичной системы счисления.
В 1820 году Шарль Ксавье Тома де Кольмар создал первое серийно выпускавшееся механическое счётное устройство — арифмометр Томаса, который мог складывать, вычитать, умножать и делить. В основном, он был основан на работе Лейбница.
В 1845 году Израиль Штаффель представил счётную машину, которая кроме четырёх арифметических действий могла извлекать квадратные корни. Арифмометры, считающие десятичные числа, использовались до 1970-х.
Немногим более 60 лет прошло с тех пор, как появилась первая
электронная вычислительная машина. За этот короткий для
развития общества период сменилось несколько поколений
вычислительных машин, а первые ЭВМ сегодня являются
музейной редкостью.
Электронно-вычислительные машины у нас в стране принято
делить на поколения. Для компьютерной техники характерна
прежде всего быстрота смены поколений – за ее короткую
историю развития уже успели смениться четыре поколения и
сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения.
Что же является определяющим признаком при отнесении
ЭВМ к тому или иному поколению? Это прежде всего их
элементная база (из каких в основном элементов они
построены), и такие важные характеристики, как
быстродействие, емкость памяти, способы управления и
переработки информации.
Арифмометры
Арифмометр (от греч. — число) — настольная
вычислительная машина ручным приводом для
выполнения арифметических действий сложения,
вычитания, умножения и деления.
Арифмометр снабжен механизмом для установки и
переноса чисел в счетчик, счетчиком оборотов, счетчиком
результата, устройством для гашения результата, ручным
или электрическим приводом. Арифмометр эффективен
при выполнении операций умножения и деления.
В течение многих десятков лет он был самой
распространенной вычислительной машиной. С
развитием вычислительной техники арифмометры были
вытеснены электронными микрокалькуляторами.
Третье поколение ЭВМ 1959 — 1970 гг.
Элементная база ЭВМ – малые интегральные схемы (МИС).
Машины предназначались для широкого использования в
различных областях науки и техники (проведение расчетов,
управление производством, подвижными объектами и др.).
Благодаря интегральным схемам удалось существенно
улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ.
Например, машины третьего поколения по сравнению с
машинами второго поколения имеют больший объем
оперативной памяти, увеличилось быстродействие, повысилась
надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и
масса уменьшились.
Суммирующая машина Паскаля
Блез Паскаль
В 1642 году Блез Паскаль сконструировал устройство, механически
выполняющее сложение чисел, в 1645 году было налажено серийное
производство этих машин.
С ее помощью можно было складывать числа, вращая колесики с делениями
от 0 до 9, связанные друг с другом. Были отдельные колесики для единиц,
десятков, сотен.
Машина не могла выполнять никаких других арифметических действий,
кроме сложения. Вычитать, умножать или делить на ней можно было лишь
путем многократного сложения (вычитания).
Изобретенный Паскалем принцип связанных колес стал основой для
вычислительных устройств следующих трех столетий.
Компьютерная техника
В настоящее время широкое распространение компьютеров привело к тому,
что всё большее число людей стало знакомиться с основами современной
вычислительной техники, а история развития счета прошлого поколения
известна при этом в значительно меньшей степени. « Кто хочет ограничиться
настоящим без знания прошлого, тот никогда его не поймёт» Г. В. Лейбниц
Портативные персональные компьютеры
Портативные персональные компьютеры
(переносные компьютеры) — компьютеры, имеющие
небольшие габаритные размеры и вес, совмещающие
в себе как внутренние элементы системного блока,
так и устройства ввода-вывода.
Первым портативным персональным
компьютером называют Osborne-1
(1981). Его процессор ZiLOG Z80A, 64
Кбайт оперативной памяти, клавиатура,
модем, два дисковода 5,25-дюйма
помещались в складном чемоданчике.
Все это весило свыше 10 кг.
Принцип адресности
Основная память состоит из пронумерованных ячеек, причём процессору в
произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и
данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и
хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера
соответствующих ячеек — адреса.
Принцип программного управления
Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны
быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности
управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую
операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной.
Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти
вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности,
то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью
специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение
об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на
основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо
безусловно.
Первые электромеханические цифровые компьютеры
Репродукция компьютера Zuse Z1 в Музее техники, Берлин
В 1936 году молодой немецкий инженер-энтузиаст Конрад Цузе начал работу над своим первым вычислителем серии Z, имеющим память и (пока ограниченную) возможность программирования. Созданная в основном на механической основе, но уже на базе двоичной логики, модель Z1, завершённая в 1938 году, так и не заработала достаточно надёжно из-за недостаточной точности выполнения составных частей. Ввод команд и данных осуществлялся при помощи клавиатуры, а вывод — с помощью маленькой панели на лампочках. Память вычислителя организовывалась при помощи конденсатора.
В 1939 году Цузе создал второй вычислитель — Z2, но её планы и фотографии были уничтожены при бомбардировке во время Второй мировой войны, поэтому о ней почти ничего не известно. Z2 работала на реле.
Следующая машина Цузе — Z3 — была завершена в 1941 году. Она была построена на телефонных реле и работала вполне удовлетворительно. Тем самым Z3 стала первым работающим компьютером, управляемым программой. Во многих отношениях Z3 была подобна современным машинам, в ней впервые был представлен ряд новшеств, таких как арифметика с плавающей запятой. Замена сложной в реализации десятичной системы на двоичную сделала машины Цузе более простыми, а значит, и более надёжными: считается, что это одна из причин того, что Цузе преуспел там, где Бэббидж потерпел неудачу.
Программы для Z3 хранились на перфорированной плёнке. Условные переходы отсутствовали, но в 1990-х было теоретически доказано, что Z3 является универсальным компьютером (если игнорировать ограничения на размер физической памяти). В двух патентах 1936 года Конрад Цузе упоминал, что машинные команды могут храниться в той же памяти, что и данные — предугадав тем самым то, что позже стало известно как архитектура фон Неймана и было впервые реализовано только в 1949 году в британском EDSAC.
Чуть ранее для частично законченного компьютера Z4 Цузе разработал первый в мире высокоуровневый язык программирования, названный им Планкалкюль (нем. Plankalkül исчисление планов).
Война прервала работу над машиной. В сентябре 1950 года Z4 был, наконец, закончен и поставлен в ETH Zürich. В то время он был единственным работающим компьютером в континентальной Европе и первым компьютером в мире, который был продан. В этом Z4 на пять месяцев опередил Марк I и на десять — UNIVAC. Компьютер эксплуатировался в ETH Zürich до 1955 года, после чего был передан во Французский аэродинамический научно-исследовательский институт недалеко от Базеля, где работал до 1960 года.
Цузе и его компанией были построены и другие компьютеры, название каждого из которых начиналось с заглавной буквы Z. Наиболее известны машины Z11, продававшийся предприятиям оптической промышленности и университетам, и Z22 — первый компьютер с памятью на магнитных носителях.
Британский Colossus был использован для взлома немецких шифров в ходе Второй мировой войны
Во время Второй мировой войны Великобритания достигла определённых успехов во взломе зашифрованных немецких переговоров. Код немецкой шифровальной машины «Энигма» был подвергнут анализу с помощью электромеханических машин, которые носили название «бомбы». Такая «бомба» была разработана Аланом Тьюрингом и Гордоном Уэлшманом. Большинство вариантов приводило к противоречию, несколько оставшихся уже можно было протестировать вручную. Это были электро-механические дешифраторы, работающие методом простого перебора.
Немцы также разработали серию телеграфных шифровальных систем, несколько отличавшихся от «Энигмы». Машина Lorenz SZ 40/42 использовалась для армейской связи высокого уровня. Первые перехваты передач с таких машин были зафиксированы в 1941 году. Для взлома этого кода в обстановке секретности была создана машина «Колосс» (англ. ). Спецификацию разработали профессор Макс Ньюман (англ. ) и его коллеги; сборка Colossus Mk I выполнялась в исследовательской лаборатории Почтового департамента Лондона и заняла 11 месяцев, работу выполнили Томми Флауэрс (англ. ) и др.
«Колосс» стал первым полностью электронным вычислительным устройством, хотя на нём и нельзя было реализовать любую вычислимую функцию. В «Колоссе» использовалось большое количество электровакуумных ламп, ввод информации выполнялся с перфоленты. Машину можно было настроить на выполнение различных операций булевой логики, но она не являлась тьюринг-полной. Помимо Colossus Mk I, было собрано ещё девять моделей Mk II. Информация о существовании этой машины держалась в секрете до 1970-х гг. Уинстон Черчилль лично подписал приказ о разрушении машины на части, не превышающие размером человеческой руки. Из-за своей секретности Colossus не был упомянут во многих трудах по истории компьютеров.
В 1937 году Клод Шеннон показал, что существует взаимнооднозначное соответствие между концепциями булевой логики и некоторыми электронными схемами, которые получили название «логические вентили», которые в настоящее время повсеместно используются в цифровых компьютерах. Работая в МТИ, в своей основной работе он продемонстрировал, что электронные связи и переключатели могут представлять выражение булевой алгебры. Так своей работой A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits он создал основу для практического проектирования цифровых схем.
В ноябре 1937 года Джорж Стибиц завершил в Bell Labs создание компьютера «Model K» на основе релейных переключателей. В конце 1938 года Bell Labs санкционировала исследования по новой программе, возглавлявшиеся Стибицем. В результате этого 8 января 1940 года был завершён Complex Number Calculator, умевший выполнять вычисления над комплексными числами. 11 сентября 1940 года в Дартмутском колледже на демонстрации в ходе конференции Американского математического общества Стибиц отправлял компьютеру команды удалённо, по телефонной линии с телетайпом. Это был первый случай, когда вычислительное устройство использовалось удалённо. Среди участников конференции и свидетелей демонстрации были Джон фон Нейман, Джон Мокли и Норберт Винер, написавший об увиденном в своих мемуарах.
В 1939 году Джон Атанасов и Клиффорд Берри из Университета штата Айова разработали Atanasoff-Berry Computer (ABC). Это был первый в мире электронный цифровой компьютер. Конструкция насчитывала более 300 электровакуумных ламп, в качестве памяти использовался вращающийся барабан. Несмотря на то, что машина ABC не была программируемой, она была первой, использовавшей электронные лампы в сумматоре. Соизобретатель ENIAC Джон Мокли изучал ABC в июне 1941 года, и между историками существуют споры о степени его влияния на разработку машин, последовавших за ENIAC. A BC был почти забыт до тех пор, пока в центре внимания не оказался иск «Honeywell против Sperry Rand», постановление по которому аннулировало патент на ENIAC (и некоторые другие патенты) из-за того, что, помимо других причин, работа Атанасова была выполнена раньше.
В 1939 году в Endicott laboratories в IBM началась работа над Harvard Mark I. Официально известный как Automatic Sequence Controlled Calculator, Mark I был электромеханическим компьютером общего назначения, созданным с финансированием IBM и при помощи со стороны персонала IBM под руководством гарвардского математика Говарда Айкена. Проект компьютера был создан под влиянием Аналитической машины Ч. Бэббиджа с использованием десятичной арифметики, колёс для хранения данных и поворотных переключателей в дополнение к электромагнитным реле. Машина программировалась с помощью перфоленты и имела несколько вычислительных блоков, работавших параллельно. Более поздние версии имели несколько считывателей с перфоленты, и машина могла переключаться между считывателями в зависимости от состояния. Тем не менее, машина была не совсем Тьюринг-полной. Mark I был перенесён в Гарвардский университет и начал работу в мае 1944 года.
Основная статья: ЭНИАК
ЭНИАК выполнял баллистические расчёты и потреблял мощность в 160 кВт
Американский ENIAC, который часто называют первым электронным компьютером общего назначения, публично доказал применимость электроники для масштабных вычислений. Это стало ключевым моментом в разработке вычислительных машин, прежде всего из-за огромного прироста в скорости вычислений, но также и по причине появившихся возможностей для миниатюризации. Созданная под руководством Джона Мокли и Дж. Преспера Экерта, эта машина была в 1000 раз быстрее, чем все другие машины того времени. Разработка «ЭНИАК» продлилась с 1943 до 1945 года. В то время, когда был предложен данный проект, многие исследователи были убеждены, что среди тысяч хрупких электровакуумных ламп многие будут сгорать настолько часто, что «ЭНИАК» будет слишком много времени простаивать в ремонте, и, тем самым, будет практически бесполезен. Тем не менее, на реальной машине удавалось выполнять несколько тысяч операций в секунду в течение нескольких часов, до очередного сбоя из-за сгоревшей лампы.
«ЭНИАК», безусловно, удовлетворяет требованию полноты по Тьюрингу. Но «программа» для этой машины определялась состоянием соединительных кабелей и переключателей — огромное отличие от машин с хранимой программой, появившихся у Конрада Цузе в 1940 году. Тем не менее, в то время вычисления, выполнявшиеся без помощи человека, рассматривались как достаточно большое достижение, и целью программы было тогда решение только одной единственной задачи. ( Улучшения, которые были завершены в 1948 году, дали возможность исполнения программы, записанной в специальной памяти, что сделало программирование более систематичным, менее «одноразовым» достижением).
Переработав идеи Экерта и Мокли, а также оценив ограничения «ЭНИАК», Джон фон Нейман написал широко цитируемый отчёт, описывающий проект компьютера (EDVAC), в котором и программа, и данные хранятся в единой универсальной памяти. Принципы построения этой машины стали известны под названием «архитектура фон Неймана» и послужили основой для разработки первых по-настоящему гибких универсальных цифровых компьютеров.
Суммирующая машина Паскаля
Зал счётных машин «Computing Division» Казначейства США. 1920-е
- Поваров Г. Н. Истоки российской кибернетики. — М.: МИФИ, 2005
- Ревич Ю. В. Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники — СПб.: БХВ-Петербург, 2014
- Georg Trogemann, Alexander Nitussov, Wolfgan Ernst (Eds.) Computing in Russia. — VIEWEG, 2001
Эпоха интернета и всемирной паутины
Tux, талисман Linux (1996)
Моноблочный ПК iMac корпорации Apple (1998)
Портативный ноутбук фирмы IBM (2004)
Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ)
IBM-360