Компьютеры настолько прочно вошли в нашу жизнь, что современный человек уже практически не представляет себя без них. Поэтому удивительным кажется тот факт, что это устройство - достаточно молодое изобретение. После его создания прошло не так уж много времени. Даже наши родители в молодости еще не имели никакого представления о том, что такое компьютер. Не говоря уже о его ежедневном использовании.

Начало компьютерной эпохи

Хоть изобрели электронно-вычислительные машины и самый первый компьютер в мире не так давно, появление далекого их предшественника - счетов - датируется 3000 г. до нашей эры. А придумали их в Вавилоне.

Первым изобретателем цифровой вычислительной машины является Блез Паскаль. Его «Паскалина» увидела мир в 1642 году. Она была первым реально осуществленным и получившим большую известность механическим цифровым вычислительным устройством. С помощью его прототипа можно было проводить суммирование и вычисление пятизарядных десятичных чисел.

Паскаль сделал больше 10 штук таких вычислителей. К тому же последние его модели использовались для проведения операции с числами, имеющими восемь десятичных разрядов. Это открытие и стало своеобразным началом эры электроники.

С тех пор изобрели большое количество механических аппаратов, на которых можно было делать самые элементарные расчеты. Самый пик прогресса соответствует концу 19 - началу 20 века. В 1938 году инженер Кондрад Цузе создал более сложную первую механическую программируемую машину Z1. А в 1941 году на ее базе он же сделал вычислительную машину Z3, для которой были характерны все свойства современного компьютера.

Американские мифы

Жители США по-своему воспринимают окружающий их мир. Иногда складывается ощущение, что это не Колумб в 1492 году открыл Америку, а она открыла мир. Так же они относятся и к тому, кто первый изобрел компьютер.

Согласно американскому мнению, первый компьютер в мире - это вычислительная машина Mark I. И это в некоторой мере правда. Потому что Mark I - на самом деле первый программированный компьютер американского производства. Эта машина выполняла операции без дополнительного внешнего воздействия со стороны оператора. Механические компьютеры, для полноценного функционирования которых требовалось вмешательство оператора, существовали и до этого. Настоящими же считаются те машины, в которые заложены программы соответствующих операций. Благодаря их наличию такие компьютеры могут выполнять все действия самостоятельно.

Согласно историческим данным, проведение первых успешных испытаний Mark I осуществилось в начале 1943 года. А экспертное сообщество провело оценку и анализ работы машины только через год после этого.

А представление Кондрадом Цузе своего работающего программируемого компьютера Z3 состоялось 12 мая 1941 года. В то время в разгаре была Вторая мировая война, поэтому практически никто не обратил внимание на это историческое событие. Невзирая на это, реальные факты говорят о том, что представление первого компьютера состоялось в 1941 году в Германии.

Первый электронный компьютер

Но прототипом нынешних компьютеров является первый электронный компьютер. Его изобрели вскоре после Кондрада Цузе Дж. Атанасов и К. Берри. Американский физик и его аспирант в 1942 году провели разработку и начали собирать первый компьютер в мире электронного типа.

Они не завершили начатый процесс, но он стал основанием для создания первого электронного компьютера ЭНИАК. Эта первая электронно-вычислительная цифровая машина была придумана американским физиком и инженером Джоном Мокли. Он провел обобщение основных принципов строения ЭВМ, используя для этой цели опыт разработки машины. Первый подлинный электронный компьютер ENIAC увидел свет в 1946 году.

Неоднозначный ответ на вопрос

В связи с этим на вопрос о том, кем и где была создана самая первая электронно-вычислительная машина в мире, отвечают по-разному. Если считать, что первый компьютер в мире - это электронная машина ENIAC, то ее изобрели в США в 1946 году. Если же речь идет о компьютере вообще (то есть механическом), то это произошло в Германии в 1941 году.

Независимо от этого выбора, фото первого компьютера в мире свидетельствуют о том, что он и его аналоги были очень далеки от современных проборов. Им были свойственны огромные размеры, а их вес измерялся десятками тонн. Для размещения первых компьютеров требовались значительные площади, соизмеримые с площадями многокомнатных квартир. К примеру, масса ENIAC составляла 30 тонн. А в его комплектации было 18 тысяч электронных ламп. Да и проработал самый первый компьютер в мире электронного типа всего 9 лет и вышел из строя в 1955 году.

Первые персональные компьютеры

Первый персональный компьютер (ПК) появился значительно позже. Создать его можно было только после 1970 года. У многих людей появился исследовательский интерес, и они стали собирать подобные электронные машины в домашних условиях. Такое сравнительно позднее возникновение интереса к данным работам обусловлено отсутствием потребности в домашнем применении компьютера.

Первый в мире персональный компьютер "Альтаир 8800" появился в 1975 году. Это был на то время первый коммерчески успешный ПК. Его создатель - инженер из Америки Генри Эдвард Робертс. Принято считать, что "Альтаир 8800" - это «начальник» компьютерного бума среди населения.

Первые ПК были значительно слабее современных компьютеров. Только развитие новых технологий в электронике спровоцировало фантастический рывок в производстве современных ПК после 2000 года.

2 Первая ЭВМ.................................................................................................................4

3 Поколения ЭВМ..........................................................................................................6

3.1 Первое поколение ЭВМ........................................................................................6

3.2 Второе поколение ЭВМ........................................................................................7

3.3 Третье поколение ЭВМ............................................................................................8

3.3.1 Мини-ЭВМ......................................................................................................9

3.4 Четвертое поколение ЭВМ....................................................................................10

3.4.1 Супер-ЭВМ.....................................................................................................12

3.5 Пятое поколение ЭВМ...........................................................................................13

История изобретения компьютеров

1 Как все начиналось

В конце XIX века Герман Холлерит в Америке изобрел счетно-перфорационные машины. В них использовались перфокарты для хранения числовой информации.

Каждая такая машина могла выполнять только одну определенную программу, манипулируя с перфокартами и числами, пробитыми на них.

Счетно-перфорационные машины осуществляли перфорацию, сортировку, суммирование, вывод на печать числовых таблиц. На этих машинах удавалось решать многие типовые задачи статистической обработки, бухгалтерского учета и другие.

Г. Холлерит основал фирму по выпуску счетно-перфорационных машин, которая затем была преобразована в фирму IBM - ныне самого известного в мире производителя компьютеров.

Непосредственными предшественниками ЭВМ былирелейные вычислительные машины.

К 30-м годам XX века получила большое развитие релейная автоматика, которая позволялакодировать информацию в двоичном виде.

В процессе работы релейной машины происходят переключения тысяч реле из одного состояния в другое.

В первой половине XX века бурно развивалась радиотехника. Основным элементом радиоприемников и радиопередатчиков в то время были электронно-вакуумные лампы.

Электронные лампы стали технической основой для первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

2 Первая эвм

Первая ЭВМ - универсальная машина на электронных лампах построена в США в 1945 году.

Эта машина называлась ENIAC (расшифровывается так: электронный цифровой интегратор и вычислитель). Конструкторами ENIAC были Дж.Моучли и Дж.Эккерт.

Скорость счета этой машины превосходила скорость релейных машин того времени в тысячу раз.

Первый электронный компьютер ENIAC программировался с помощью штеккерно-коммутационного способа, то есть программа строилась путем соединения проводниками отдельных блоков машины на коммутационной доске.

Эта сложная и утомительная процедура подготовки машины к работе делала ее неудобной в эксплуатации.

Основные идеи, по которым долгие годы развивалась вычислительная техника, были разработаны крупнейшим американским математиком Джоном фон Нейманом

В 1946 году в журнале «Nature» вышла статья Дж. фон Неймана, Г. Голдстайна и А. Беркса «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства».

В этой статье были изложены принципы устройства и работы ЭВМ. Главный из них - принцип хранимой в памяти программы, согласно которому данные и программа помещаются в общую память машины.

Принципиальное описание устройства и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Идеи, изложенные в упомянутой выше статье, получили название «архитектура ЭВМ Дж. фон Неймана».

В 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой Неймана - английская машина EDSAC.

Годом позже появилась американская ЭВМ EDVAC. Названные машины существовали в единственных экземплярах. Серийное производство ЭВМ началось в развитых странах мира в 50-х годах.

В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ - малая электронная счетная машина. Конструктором МЭСМ был Сергей Алексеевич Лебедев.

Под руководством С.А. Лебедева в 50-х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина), БЭСМ-2, М-20.

В то время эти машины были одними из лучших в мире.

В 60-х годах С.А. Лебедев руководил разработкой полупроводниковых ЭВМ БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4, М-220, М-222.

Выдающимся достижением того периода была машина БЭСМ-6. Это первая отечественная и одна из первых в мире ЭВМ с быстродействием 1 миллион операций в секунду. Последующие идеи и разработки С.А. Лебедева способствовали созданию более совершенных машин следующих поколений.

Сегодняшние персональные компьютеры сильно отличаются от массивных, неуклюжих устройств, возникших во время Второй мировой войны, и разница не только в их размерах. «Отцы» и «деды» современных десктопов и лэптопов не умели многое из того, с чем играючи справляются современные машины. Однако самый первый компьютер в мире стал прорывом в области науки и техники . Устраивайтесь поудобнее перед монитором, и мы расскажем о том, как зарождалась эпоха ПК.

В 40-е годы прошлого столетия существовали сразу несколько устройств, которые могут претендовать на звание первого компьютера.

Z3

Конрад Цузе

Ранний компьютер, созданный немецким инженером Конрадом Цузе, который работал в полной изоляции от разработок других ученых. Он имел отдельный блок памяти и отдельную консоль для ввода данных. А в качестве их носителя выступала восьмидорожечная перфокарта, изготовленная Цузе из 35 мм кинопленки.

В машине было 2600 телефонных реле и ее можно было свободно программировать в двоичном коде с плавающей точкой. Аппарат Z3 использовался для аэродинамических расчетов, но был уничтожен при бомбежке Берлина в конце 1943 года. Цузе руководил реконструкцией своего детища в 1960-х годах, и сейчас эта программируемая машина демонстрируется в музее Мюнхена.

Устройство «Марк 1» задуманное профессором Говардом Эйкеном и выпущенное IBM в 1941 году, представляло собой первый в Америке программируемый компьютер. Машина стоила полмиллиона долларов, и применялась для разработки оборудования для ВМФ США, такого как торпеды и средства подводного обнаружения. Также «Марк 1» использовали при разработке имплозионных устройств для атомной бомбы.

Именно «Марк 1» можно назвать самым первым компьютером в мире. Его характеристики в отличие от немецкого Z3, позволяли выполнять вычисления в автоматическом режиме, не требуя вмешательства человека в процесс работы.

Atanasoff-Berry Computer (ABC)

В 1939 году профессор Джон Винсент Атанасов получил средства для создания машины, названной Atanasoff-Berry Computer (ABC). Она была спроектирована и собрана Атанасовым и аспирантом Клиффордом Берри в 1942 году. Однако устройство ABC не имело широкой известности до патентного спора, связанного с изобретением компьютера. Он был разрешен лишь в 1973 году, когда было доказано, что соавтор ENIAC Джон Мокли видел компьютер ABC вскоре после того, как тот стал функциональным.

Юридический результат судебных тяжб был знаковым: Атанасов был объявлен инициатором нескольких основных компьютерных идей, но компьютер как концепция был объявлен непатентоспособным и, следовательно, свободно открыт для всех разработчиков. Полномасштабная рабочая копия ABC была завершена в 1997 году, доказав, что машина ABC функционировала так, как утверждал Атанасов.

ENIAC

ENIAC

ENIAC разрабатывался двумя учеными из Пенсильванского университета — Джоном Эккертом и Джоном Мокли. Он мог решать «широкий спектр числовых задач» путем перепрограммирования. Хотя машина была предъявлена публике уже после войны, в 1946 году, она была важна для расчетов во время последующих конфликтов, таких как «Холодная война» и Корейская война. Она использовалась для вычислений при создании водородной бомбы, инженерных расчетов и создания таблиц стрельбы. А также делала прогнозы погоды в СССР, чтобы американцы знали, куда могут выпасть радиоактивные осадки в случае ядерной войны.

В отличие от «Марк 1» с его электромеханическими реле, в «ЭНИАКе» были вакуумные лампы. Считается, что ENIAC провел больше расчетов за свои десять лет эксплуатации, чем все человечество до этого времени.

EDSAC

EDSAC

Первый компьютер с хранимым в памяти программным обеспечением назывался EDSAC. Он был собран в 1949 году в Кембриджском университете. Проект по его созданию возглавлял профессор Кембриджа и директор Лаборатории вычислительных исследований Кембриджа Морис Уилкс.

Одним из основных достижений в программировании было использование Уилксом библиотеки коротких программ под названием «подпрограммы». Она хранилась на перфокартах и ​​использовалась для выполнения общих повторяющихся вычислений в рамках программы lager.

Как выглядел первый компьютер в мире

Американский «Марк 1» был огромен, занимая в длину свыше 17 метров, а в высоту — свыше 2.5 метра. Машина, в оболочке из стекла и нержавеющей стали, весила 4,5 тонны, а общая протяженность ее соединительных проводов чуть-чуть не дотягивала до 800 км. За синхронизацию основных вычислительных модулей отвечал пятнадцатиметровый вал, который приводил в движение электродвигатель мощностью 4 кВт.

Марк 1 в музее IBM

Еще тяжелее, чем «Марк 1», был «ЭНИАК». Он весил 27 тонн, и требовал 174 кВт электроэнергии. Когда его включали, городские огни тускнели. Машина не имела ни клавиатуры ни монитора, занимала площадь в 135 кв.м и была обвита километрами проводов. Чтобы получить представление о внешнем виде «ЭНИАКа» представьте себе длинный ряд металлических шкафов, которые сверху донизу заставлены лампочками. Поскольку качественного охлаждения у компьютера тогда еще не было, в помещении, где он находился, было очень жарко, и «ЭНИАК» давал сбои.

ENIAC

В СССР не желали отставать от Запада и вели свои разработки по созданию ЭВМ. Результатом усилий советских ученых стала (МЭСМ). Ее первый запуск состоялся в 1950 году. В МЭСМ использовались 6 тысяч ламп, она занимала площадь в 60 кв. м и требовала для работы мощности до 25 кВт.

МЭСМ

Устройство могло выполнять до 3 тысяч операций в секунду. МЭСМ применялась для сложных научных вычислений, затем ее использовали как учебное пособие, а в 1959 году машину разобрали.

В 1952 году у МЭСМ появилась старшая сестра — (БЭСМ). Количество электронных ламп в ней возросло до 5 тысяч, выросло и количество операций в секунду — от 8 до 10 тысяч.

БЭСМ

Первый в мире коммерческий компьютер

Представленный в США в 1951 году, можно назвать первым компьютером, предназначенным для коммерческого использования.

Он прославился после того, как использовал данные опроса 1% населения, имеющего право голоса, чтобы правильно предсказать, что генерал Дуайт Эйзенхауэр выиграет выборы 1952 года. Когда люди поняли возможности компьютерной обработки данных, многие предприятия начали приобретать эту машину для своих нужд.

Самый первый персональный компьютер в мире

Впервые термин «персональный компьютер» был применен к творению итальянского инженера Пьера Джорджио Перотто под названием Programma 101 . Выпустила его фирма Olivetti.

Programma 101

Стоило устройство 3200 долларов и разошлось тиражом около 44 000 экземпляров. Десять штук купило NASA, чтобы использовать для расчетов посадки Apollo 11 на Луну в 1969 году. Сеть ABC (American Broadcasting Company) использовала Programma 101 для прогнозирования президентских выборов 1968 года. Американские военные использовали его для планирования своих операций во время войны во Вьетнаме. Он также закупался для школ, больниц и правительственных учреждениях и отмечал начало эпохи быстрого развития и продаж ПК.

Первый домашний компьютер массового производства за рубежом

В 1975 году в одном из выпусков журнала « Популярная электроника» появилась статья о новом компьютерном наборе — Altair 8800. В течение нескольких недель после появления устройства клиенты наводнили его производителя, компанию MITS, заказами. Машина была оснащена 256-байтовой памятью (расширяемой до 64 Кб) и универсальной интерфейсной шиной, которая превратилась в стандарт «S-100», широко используемый в любительских и персональных компьютерах той эпохи.

«Альтаир 8800» можно было купить за 397 долларов. После покупки владельцу-радиолюбителю нужно было самостоятельно паять и проверять работоспособность собранных узлов. На этом трудности не заканчивались, предстояло еще освоить написание программ с помощью нулей и единиц. У Altair 8800 не было клавиатуры или монитора, жесткого диска и дисковода. Чтобы ввести нужную программу пользователь щелкал тумблерами на передней панели устройства. А проверка результатов осуществлялась путем наблюдения за лампочками, мигающими на передней панели.

А в 1976 году «на свет» появился первый компьютер Apple , разработанный и изготовленный вручную Стивом Возняком и рекламируемый его другом как первый продукт компании Apple Computer Company. Apple 1 считается первым ПК, поставляемым в готовом виде.

Apple 1

На самом деле у устройства не было ни монитора, ни клавиатуры (предусматривалась возможность их подключения). Зато была полностью укомплектованная монтажная плата, на которой находилось 30 микросхем. У «Альтаир 8800» и других поступивших на рынок устройств и этого не было, их надо было собирать из набора. Первоначально у Apple 1 была почти «адская» цена в 666, 66 долларов, однако год спустя она была снижена до 475 долларов. Позже была выпущена дополнительная плата, которая позволяла записывать данные на кассетный магнитофон. Она стоила 75 долларов.

Первый домашний компьютер массового производства в СССР

С 80-х годов XX века в Болгарии начали выпускать компьютер под названием «Правец». Это был клон второй версии Apple. Еще одним клоном, входящим в линейку «Правец», был «советский» IBM PC, базировавшийся на процессорах Intel 8088 и 8086. Более поздним клоном Oric Atmos была «домашняя» модель «Правец 8D» в небольшом корпусе и со встроенной клавиатурой. Она выпускалась с 1985 по 1992 годы. Компьютеры «Правец» стояли во многих школах Советского Союза.

Желающие собрать себе домашний компьютер могли воспользоваться инструкциями в журнале «Радио» 1982-83 гг. и воспроизвести модель под названием «Микро-80». Она базировалась на микропроцессоре КР580ВМ80, аналогичном Intel i8080.

В 1984 году в Советском Союзе появился компьютер «Агат», достаточно мощный по сравнению с западными моделями. Объем ОЗУ составлял 128 КБ, что вдвое превышало объем оперативной памяти у моделей Apple начала 80-х годов двадцатого века. Компьютер выпускался в нескольких модификациях, имел внешнюю клавиатуру с 74 клавишами и черно-белый либо цветной экран.

Производство «Агатов» шло до 1993 года.

Компьютеры современности

В наши дни современные компьютерные технологии меняются очень быстро. современности в миллиарды раз превосходят своих предков. Каждая компания хочет удивить и так пресыщенных пользователей, и до сих пор многие преуспевают в этом. Вот лишь некоторые из основных тем за последние годы:

• Ноутбук, оказавший важное влияние на развитие индустрии: Apple Macbook (2006 год).
• Смартфон, оказавший важное влияние на развитие индустрии: Apple iPhone (2007 год).
• Планшет, оказавший важное влияние на развитие индустрии: Apple iPad (2010 год).
• Первые «умные часы»: Pulsar Time Computer (1972 год). Их можно увидеть на руке Джеймса Бонда в боевике «Живи и дай умереть» 1973 года.

И, конечно же, различные игровые консоли: Playstation, Xbox, Nintendo и т. д.

Мы живем в интересное время (хотя это и звучит как китайское проклятие). И кто знает, что ждет в ближайшем будущем. Нейронные компьютеры? Квантовые компьютеры? Поживем-увидим.

Сегодня компьютерная техника настолько глубоко вошла в жизнь людей, что она воспринимается как что-то обязательное и существующее давно в человеческом обществе. Однако самый первый компьютер в мире на самом деле появился совсем недавно. Особенно, если сравнить этот временной отрезок с историей человеческой цивилизации в целом, которая насчитывает многие тысячелетия.

ENIAC

Первым компьютером считается ENIAC. Это аббревиатура полного наименования устройства - электронный цифровой вычислитель и интегратор. На английском языке - Electronic Numerical Integrator And Computer. Эта электронная машина была введена в эксплуатацию в США в 1946 году. В изготовление ENIAC в масштабах того времени было вложено довольно много средств. Общая сумма инвестиций составила полмиллиона долларов.

Сооружение машины происходило в 1943-1945 годы, во время бушевавшей в то время II мировой войны. Как и большинство высокотехнологичных, современных изобретений компьютер создавали для военных нужд, а именно, артиллерии и авиации. Его основной задачей был обсчет баллистических таблиц. В дальнейшем умная техника стала применяться в проекте создания водородной бомбы, а также в мирных целях - для анализа излучений из космоса.

Левиафан

Если сравнить ENIAC с современными персональными компьютерами, то его можно назвать настоящим левиафаном. Его габариты были исполинскими, сопоставимыми с размерами самого крупного животного на земле - кита. В частности:

• площадь 85 метров2;
• масса 28 тонн;
• длина 30 метров;
• энергопотребление до 200 кВт;
• количество электронных ламп - 19 тыс. штук.

Если сопоставить его энергопотребление с чем-то обычным, то оно равнялось с потребностями громадного супермаркета в зимнее время года. Компьютер состоял из 42 металлических шкафов, внутреннее содержимое которых охлаждалось множеством вентиляторов. Для диагностики аппаратуры было предусмотрено пять мобильных стоек на колесиках. И все это опутывалось множеством кабелей. Программирование и настройка самого первого компьютера в мире осуществлялись аналогично старинным шнуровым телефонным коммутаторам. Никаких клавиатур и мониторов. конечно, у него не было.

Как он работал

ENIAC собрали в штате Пенсильвания на территории университета Филадельфии. Его творцами были Джон Макли (разработал архитектуру компьютера) и Дж. Преспер Эккерт (воплотил в жизнь теоретические разработки Джона Макли).

Компьютер мог обрабатывать десятизначные числа. В его конструкции были электромеханические элементы: считыватель перфокарт и перфоратор. Они были нужны для вывода и ввода информации. Конечно, устройство часто выходило из строя из-за большого количества ламп, перегрева или повышенной влажности. Однако ENIAC проработал больше десятка лет и стал основательной базой для дальнейшего развития компьютерной техники.

Есть мнения, что благодаря этой умной машине воплотились в реальность мечты Готфрида Лейбница и задумки математика Дж. Фон Неймана о двоичном устройстве, решающем все вопросы ответами "да" или "нет". Конечно, до нее были и более ранние попытки в этой сфере, но именно сконструированный в США ENIAC с его функциональностью считают первым в мире компьютером.

Первое поколение ЭВМ

Первое поколение ЭВМ создавалось на электронных лампах в период с 1944 по 1954 гг.

Электронная лампа – это прибор, работа которого осуществляется за счет изменения потока электронов, двигающихся в вакууме от катода к аноду.

Движение электронов происходит за счет термоэлектронной эмиссии – испускания электронов с поверхности нагретых металлов. Дело в том, что металлы обладают большой концентрацией свободных электронов, обладающих различной энергией, а, следовательно, и скоростями движения. По мере нагревания металла энергия электронов возрастает, и некоторые из них преодолевают потенциальный барьер на границе металла.

Принцип работы электронной лампы следующий. Если на вход лампы подается логическая единица (например, напряжение 2 Вольта), то на выходе с лампы мы получим либо логический ноль (напряжение менее 1В), или логическую единицу (2В). Логическую единицу получим, если управляющее напряжение отсутствует, так как ток беспрепятственно пройдет от катода к аноду. Если же на сетку подать отрицательное напряжение, то электроны, идущие от катода к аноду, будут отталкиваться от сетки, и, в результате, ток протекать не будет, и на выходе с лампы будет логический ноль. Используя этот принцип, строились все логические элементы ламповых ЭВМ.

В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током, а анодом – небольшой металлический цилиндр. При подаче напряжения на катода под действием термоэлектронной эмиссии с катода начнут исходить электроны, которые в свою очередь будут приниматься анодом.

Применение электронных ламп резко повысило вычислительные возможности ЭВМ, что способствовало быстрому переходу от первых автоматических релейных вычислительных машин к ламповым ЭВМ первого поколения.

Однако, не обошлось без проблем. Использование электронных ламп омрачала их низкая надежность, высокое энергопотребление и большие габариты. Первые ЭВМ были поистине гигантских размеров и занимали несколько комнат в научно-исследовательских институтах. Обслуживание таких ЭВМ было крайне сложным и трудоемким, постоянно выходили из строя лампы, происходили сбои при вводе данных, и возникало множество других проблем. Не менее сложными и дорогостоящими приходилось делать и системы питания (нужно было прокладывать специальные силовые шины для обеспечения питания ЭВМ и делать сложную разводку, чтобы подвести кабели ко всем элементам), и системы охлаждения (лампы сильно грелись, от чего еще чаще выходили из строя).

Несмотря на это, конструкция ЭВМ быстро развивалась, скорость вычисления достигала нескольких тысяч операций в секунду, емкость ОЗУ – порядка 2048 машинных слов. В ЭВМ первого поколения программа уже хранилась в памяти, и использовалась параллельная обработка разрядов машинных слов.

Создаваемые ЭВМ, в основном, были универсальными и использовались для решения научно-технических задач. Со временем производство ЭВМ становится серийным, и они начинают использоваться в коммерческих целях.

В этот же период происходит становление архитектуры Фон-неймановского типа, и многие постулаты, нашедшие свое применение в ЭВМ первого поколения, остаются популярными и по сей день.

Основные критерии разработки ЭВМ, сформулированные Фон-Нейманом в 1946 году, перечислены ниже:

1. ЭВМ должны работать в двоичной системе счисления;

2. все действия, выполняемые ЭВМ, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательного набора команд. Каждая команда должна содержать код операции, адреса операндов и набор служебных признаков;

3. команды должны храниться в памяти ЭВМ в двоичном коде, так как это позволяет:

а) сохранять промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа в том же запоминающем устройстве, где размещается программа;

б) двоичная запись команд позволяет производить операции над величинами, которыми они закодированы;

в) появляется возможность передачи управления на различные участки программы, в зависимости от результатов вычислений;

4. память должна иметь иерархичную организацию, так как скорость работы запоминающих устройств значительно отстает от быстродействия логических схем;

5. арифметические операции должны выполняться на основе схем, выполняющих только операции сложения, а создание специальных устройств – нецелесообразно;

6. для увеличения быстродействия необходимо использовать параллельную организацию вычислительного процесса, т.е. операции над словами будут производиться одновременно во всех разрядах слова.

Стоит отметить, что ЭВМ первого поколения создавались не с нуля. В то время уже были наработки в области построения электронных схем, например, в радиолокации и других смежных областях науки и техники. Однако, наиболее серьезные вопросы были связаны с разработкой запоминающих устройств. Ранее они практически не были востребованы, поэтому какого-либо серьезного опыта в их разработки накоплено не было. Следовательно, каждый прорыв в разработке запоминающих устройств приводил к серьезному шагу вперед в конструировании ЭВМ, так как разработка быстродействующей и емкой памяти – это неотъемлемое условие разработки мощной и быстродействующей ЭВМ.

Первые ЭВМ использовали в качестве запоминающего устройства – статические триггеры на ламповых триодах. Однако, получить запоминающее устройство на электронных лампах приемлемой емкости требовало неимоверных затрат. Для запоминания одного двоичного разряда требовалось два триода, при этом для сохранения информации они должны были непрерывно потреблять энергию. Это, в свою очередь, приводило к серьезным выделениям тепла и катастрофическому снижению надежности. В результате, запоминающее устройство было крайне громоздким, дорогим и ненадежным.

В 1944 году начал разрабатываться новый тип запоминающих устройств, основанный на использовании ультразвуковых ртутных линий задержки. Идея была заимствована из устройства уменьшения помех от неподвижных предметов и земли, разработанного для радаров во время Второй Мировой Войны.

Чтобы убрать неподвижные объекты с экрана радара отражённый сигнал разделяли на два, один из которых посылался непосредственно на экран радара, а второй задерживался. При одновременном выводе на экран нормального и запаздывающего сигналов любое появлявшееся из-за задержки и обратной полярности совпадение стиралось, оставляя только подвижные объекты.

Задержка сигнала осуществлялась с помощью линий задержки - наполненных ртутью трубок с пьезокристаллическим преобразователем на концах. Сигналы от радарного усилителя посылались на пьезокристалл в одном конце трубки, и тот, получая импульс, генерировал небольшое колебание ртути. Колебание быстро передавалось на другой конец трубки, где другой пьезокристалл его инвертировал и передавал на экран.

Ртуть использовалась, потому что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов. Это минимизировало энергетические потери, происходящие при передаче сигнала от кристалла к ртути и обратно.

Для использования в качестве памяти, ртутные линии задержки были несколько доработаны. На принимающем конце трубки был установлен повторитель, который посылал входной сигнал обратно на вход линии задержки, таким образом, импульс, посланный в систему хранения данных, продолжал циркулировать в линии задержки, а, следовательно, сохранялся бит информации до тех пор, пока было электропитание.

Каждая линия задержки сохраняла не один импульс (бит данных), а целый набор импульсов, количество которых определялось скоростью прохождения импульса через ртутную линию задержки (1450 м/с), длительностью импульсов, интервалом между ними и длинной трубки.

Впервые такое устройство хранения данных было использовано в английской ЭВМ – ЭДСАК, вышедшей в свет в 1949 году.

Память на ртутных линиях задержки была огромным шагом вперед, по сравнению с памятью на ламповых триодах, и привела к скачку в развитии вычислительной техники. Однако, она обладала рядом серьезных недостатков:

1. линии задержки требовали строгой синхронизации с устройством считывания данных. Импульсы должны были поступать на приёмник именно в тот момент, когда компьютер был готов считать их;

2. для минимизации энергетических потерь, происходящих при передаче сигнала в линии задержки, ртуть надо содержать при температуре в 40°C, так как при этой температуре ртути удается достигнуть максимального согласования акустических сопротивлений ртути и пьезокристаллов. Это тяжелая и некомфортная работа;

3. изменение температуры ртути также приводило к уменьшению скорости прохождения звука. Приходилось поддерживать температуру в строго заданных рамках, либо регулировать тактовую частоту компьютера, подстраиваясь под скорость распространения звука в ртути при текущей температуре;

4. сигнал мог отражаться от стенок и концов трубки. Приходилось применять серьезные методы для устранения отражений и тщательно настраивать положение пьезокристаллов;

5. скорость работы памяти на ртутных линиях задержки была невелика и ограничивалась скоростью звука в ртути. В результате, она была слишком медленной и значительно отставала от вычислительных возможностей ЭВМ, что сдерживало их развитие. В результате, скорость ЭВМ с памятью на ультразвуковых ртутных линиях задержки составляла несколько тысяч операций в секунду;

6. ртуть – чрезвычайно токсичный и дорогой материал, применение которого связано с необходимостью соблюдения жестких норм безопасности.

Поэтому требовалась новая, более быстрая память для продолжения развития ЭВМ. Вскоре, после создания первой ЭВМ на ультразвуковых ртутных линиях задержки, начались работы по исследованию нового типа памяти, использующего электронно-лучевые трубки, представляющие собой модификацию осциллографических трубок.

Впервые, способ хранения данных с помощью электронно-лучевых трубок был разработан в 1946 году Фредериком Уильямсом. Изобретение Уильямсона могло сохранять всего один бит и работало следующим образом.

С помощью электронно-лучевой трубки пучок электронов фокусировался на участке пластины, покрытой специальным веществом. В результате, этот участок под действием вторичной эмиссии испускал электроны и приобретал положительный заряд, который сохранялся доли секунды, даже после отключения луча. Если через короткие интервалы времени повторять бомбардировку электронами, то заряд участка можно сохранять столько, сколько потребуется.

Если же луч, не отключая, чуть передвинуть на соседний участок, то электроны, испущенные соседним участком, будут поглощены первым участком, и он примет нейтральный заряд.

Таким образом, в ячейку, состоящую из двух смежных участков, можно быстро записывать 1 бит информации. Ячейка без заряда – 1, ячейка с положительным зарядом – 0.

Для считывания сохраненного бита информации, с противоположной стороны пластины прикреплялись электроды, измеряющие величину изменения заряда ячейки, а сама ячейка подвергалась повторному воздействию лучом электронов. В результате, независимо от первоначального состояния, она получала положительный заряд. Если ячейка уже имела положительный заряд, то изменение ее заряда было меньше, чем, если бы она имела нейтральный заряд. Анализируя величину изменения заряда, определяли значение сохраненного в этой ячейке бита.

Однако, процесс считывания данных уничтожал информацию, сохраненную в ячейке, поэтому после операции чтения приходилось повторно записывать данные. В этом процесс работы с памятью на электронно-лучевых трубках был очень похож на работу с современной динамической памятью.

Первый компьютер с такой памятью появился летом 1948 года и позволял сохранять до тридцати двух тридцати двух разрядных двоичных слов.

Со временем память на электронно-лучевых трубках была заменена памятью с магнитными сердечниками. Этот тип памяти был разработан Дж. Форрестером и У. Папяном, и введен в эксплуатацию в 1953 году.

Память на магнитных сердечниках хранила данные в виде направления намагниченности небольших ферритовых колец. Каждое кольцо сохраняло 1 бит информации, а вся память представляла собой прямоугольную матрицу.

В простейшем случае устройство памяти было следующим.

Вдоль строк матрицы через кольца пропускались провода возбуждения (на рисунке они выделены зеленым цветом). Аналогичные провода пропускались через кольца вдоль столбцов матрицы (синий цвет).

Ток, проходящий через эти провода, устанавливал направление намагниченности колец. Причем, сила тока была такова, что один провод не мог изменить направление намагниченности, а, следовательно, направление намагниченности изменялось только в кольце, находящемся на пересечении красного и синего провода. Это было необходимо, так как на каждый провод возбуждения было нанизано несколько десятков ферритовых колец, а изменять состояние нужно было только в одном кольце.

Если в выбранном кольце изменять состояние намагниченности не требовалось, то подавали ток в провод запрета (красный цвет) в направлении, противоположном току в проводах возбуждения. В результате, сумма токов была недостаточной для изменения намагниченности кольца.

Таким образом, в каждом колечке могли храниться 1 или 0, в зависимости от направления намагниченности.

Для считывания данных с выбранного ферритового кольца, на него по проводам возбуждения подавались такие импульсы тока, что их сумма приводила к намагниченности кольца в определенном направлении, независимо от первоначального намагничивания.

При изменении намагниченности кольца в проводе считывания возникал индукционный ток. Измеряя его, можно было определить, насколько изменилось направление намагниченности в кольце, а, следовательно, узнать хранимое им значение.

Как видите, процесс считывания уничтожал данные (также, как и в современной динамической памяти), поэтому после считывания было необходимо заново записать данные.

Вскоре, этот тип памяти стал доминирующим, вытеснив электронно-лучевые трубки и ультразвуковые ртутные линии задержки. Это дало еще один скачок в производительности ЭВМ.

Дальнейшее развитие и совершенствование ЭВМ позволило им прочно занять свою нишу в области науки и техники.

К числу передовых ЭВМ первого поколения можно отнести:

ENIAC - первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер, созданный в 1946 году по заказу армии США в лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. В эксплуатацию введен 14 февраля 1946 года;

EDVAC - одна из первых электронных вычислительных машин, разработанная в лаборатории баллистических исследований армии США, представленная публике в 1949 году;

EDSAC - электронная вычислительная машина, созданная в 1949 году в Кембриджском Университете (Великобритания) группой во главе с Морисом Уилксом;

UNIVAC - универсальный автоматический компьютер, созданный в 1951 году Д. Моучли и Дж. Преспер Эккерт;

IAS - ЭВМ Института Перспективных Исследований, разработанная под руководством Дж. Неймана в 1952 году;

Whirlwind – ЭВМ, созданная в Массачусетском Технологическом Университете в марте 1951 года;

МЭСМ - Малая Электронная Счетная Машина – первая отечественная ЭВМ, созданная в 1950 году С.А. Лебедевым;

БЭСМ - Большая Электронная Счетная Машина, разработанная Институтом Точной Механики и Вычислительной Техники Академии наук СССР.

Все эти и многие другие вычислительные машины первого поколения подготовили надежную стартовую площадку для победного марша ЭВМ по всему миру.

Стоит отметить, что не было резкого перехода от ЭВМ первого поколения на электронных лампах к ЭВМ второго поколения на транзисторах. Электронные лампы постепенно заменялись, вытесняясь твердотельными транзисторами. В первую очередь, были вытеснены электронные лампы из устройств хранения данных, а затем постепенно они вытеснялись из арифметико-логических устройств.

Слева, схематично изображен переход от чисто ламповых ЭВМ к ЭВМ второго поколения.

За время существования ламповых ЭВМ их структура, изображенная на рисунке ниже, не претерпела серьезных изменений. Переход ко второму поколению ЭВМ также не внес существенных изменений в их структурное построение. В основном, изменилась только элементная база. Серьезные изменения структуры построения ЭВМ начались ближе к третьему поколению ЭВМ, когда начали появляться первые интегральные схемы.

С помощью устройства ввода данных (УВв), в ЭВМ вводились программы и исходные данные к ним. Введенная информация целиком или полностью запоминалась в оперативном запоминающим устройстве (ОЗУ). Затем, при необходимости, она заносилась во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), откуда по мере надобности могла подгружаться в ОЗУ.

После ввода данных или считывания их из ВЗУ, программная информация, команда за командой, считывалась из ОЗУ и передавалась в устройство управления (УУ).

Устройство управления дешифрировало команду, определяло адреса операндов и номер следующей команды, которую нужно было считать из ОЗУ. Затем, путем принудительной координации всех элементов ЭВМ, УУ организовывало исполнение команды и запрашивало следующую. Цепи сигналов управления показаны на рисунке штриховыми линиями.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняло арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является вычислительное ядро, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др.

Промежуточные результаты, полученные после выполнения отдельных команд, сохранялись в ОЗУ. Результаты, полученные после выполнения всей программы вычисления, передавались на устройство вывода (УВыв). В качестве УВыв использовались: экран дисплея, принтер, графопостроитель и т.д.

Как видно из приведенной выше структурной схемы, ЭВМ первого поколения имели сильную централизацию. Устройство управления отвечало не только за выполнение команд, но и контролировало работу устройств ввода и вывода данных, пересылку данных между запоминающими устройствами и другие функции ЭВМ. Также были жестко стандартизированы форматы команд, данных и циклов выполнения операций.

Все это позволяло несколько упростить аппаратуру ЭВМ, ужасно сложную, громоздкую и без изысков организации вычислительного процесса, но значительно сдерживало рост их производительности.

Первая ЭВМ на электронных лампах была создана в США и называлась ЭНИАК. Она оказала существенное влияние на направление развития вычислительной техники. Вскоре, за примером США последовали и многие другие промышленно-развитые страны (Великобритания, Швейцария, СССР и др.), уделявшие развитию вычислительной техники в послевоенный период много внимания.

Однако, наибольшее значение в развитии вычислительной техники оказали исследования, проводимые в США, СССР и Великобритании. В других же странах, например во Франции, ФРГ, Японии, ЭВМ, относящиеся к первому поколению, не получили серьезного развития. В частности, для ФРГ, Испании и Японии даже трудно отделить рамки перехода от ЭВМ первого поколения к ЭВМ второго поколения, так как, наряду с первыми ламповыми ЭВМ, в конце пятидесятых годов начинали создаваться и первые ЭВМ на полупроводниковой основе.

Список используемой литературы

1. История развития вычислительной техники. Ланина Э.П. ИрГТУ, Иркутск – 2001 г.

2. Развитие вычислительной техники. Апокин И.А. М., "Наука", 1974 г.

3. Курс физики. Трофимова Т.И. Москва "Высшая школа", 2001 г.