Zgodovina razvoja računalništva. Domača računalniška tehnologija. Prvi računalnik

Takoj, ko je oseba odkrila koncept "količine", je takoj začel izbirati orodja, ki optimizirajo in olajšajo račun. Danes super računalniki, ki temeljijo na načelih matematičnih izračunov, obdelujejo, shranjujejo in prenašajo informacije - najpomembnejši vir in motor človeškega napredka. Ni težko ugotoviti, kako je potekal razvoj računalniške tehnologije, saj smo na kratko pregledali glavne faze tega procesa.

Glavne faze razvoja računalništva

Najbolj priljubljena klasifikacija predlaga, da se poudarijo glavne faze razvoja računalniške tehnologije na kronološki osnovi:

• Ročna stopnja. Začelo se je ob zori človeške dobe in trajalo je vse do sredine XVII. Stoletja. V tem obdobju so osnove računa. Kasneje, z oblikovanjem pozicijskih številskih sistemov, so se pojavile naprave (rezultati, abakus, kasneje - diapozitivno pravilo), kar je omogočilo izračune z izpusti.
• Mehanska stopnja. Začel se je sredi 17. stoletja in je trajal skoraj do konca 19. stoletja. Stopnja razvoja znanosti v tem obdobju je omogočila ustvarjanje mehanskih naprav, ki izvajajo osnovne aritmetične operacije in samodejno zapomnijo starejše bitove.
• Elektromehanski oder je najkrajši od vseh, ki združuje zgodovino razvoja računalniške tehnologije. Trajalo je le okoli 60 let. To je razlika med izumom leta 1887 prvega tabulatorja do leta 1946, ko se je pojavil prvi računalnik (ENIAC). Novi stroji, katerih delovanje je temeljilo na električnem pogonu in električnem releju, so omogočili izvedbo izračunov z veliko večjo hitrostjo in natančnostjo, vendar je moral postopek štetja še vedno nadzorovati oseba.
• Elektronska faza se je začela v drugi polovici prejšnjega stoletja in se nadaljuje še danes. To je zgodba o šestih generacijah elektronskih računalnikov - od prvih velikih enot, ki so temeljile na elektronskih ceveh, do supermodernih sodobnih superračunalnikov z velikim številom vzporednih procesorjev, ki lahko istočasno izvajajo več ukazov.

Faze razvoja računalniške tehnologije so razdeljene po kronološkem načelu precej samovoljno. V času, ko so bili uporabljeni določeni tipi računalnikov, so bili aktivno ustvarjeni predpogoji za nastanek naslednjih računalnikov.

Prve naprave za račun

Najzgodnejše orodje za štetje, ki pozna zgodovino razvoja računalniške tehnologije, je deset prstov na rokah osebe. Rezultate računa smo najprej zabeležili s prsti, zarezami na lesu in kamnom, posebnimi palicami, vozli.

S prihodom pisanja so se pojavili in razvili različni načini pisanja številk, izumljeni so bili pozicijski številski sistemi (decimalni v Indiji, šestnajstiški v Babilonu).

Od okoli 4. stoletja pred našim štetjem so stari Grki začeli brati skozi abakus. Sprva je bila to glinena ploščata ploščica z trakovi na njem z ostrim predmetom. Račun je bil izveden tako, da so bili na teh trakovih v določenem vrstnem redu drobni kamni ali drugi manjši predmeti.

Na Kitajskem so se v 4. stoletju pojavile sedem-akcentne prevare - suanpan (suanpan). Na pravokotni leseni okvir raztegne žice ali vrvi - od devetih ali več. Druga žica (vrv), raztegnjena pravokotno na ostale, je razdeljena na dva neenaka dela. V večjem predelu, imenovanem "zemlja", je bilo na žicah nanizanih pet kosti, v manjšem - "nebo" - dve sta bili. Vsaka od zamud je ustrezala decimalnemu mestu.

Tradicionalni računi soroban postali priljubljeni na Japonskem od XVI stoletja, ki je prišel iz Kitajske. Hkrati so se v Rusiji pojavili računi.

V 17. stoletju je Anglež Edmond Gunter na osnovi logaritmov, ki jih je odkril škotski matematik John Napier, izumil diapozitiv. Ta naprava se nenehno izboljšuje in živi do danes. Omogoča vam, da množite in delite številke, dvignete na moč, definirate logaritme in trigonometrične funkcije.

Pravilo drsenja je postalo naprava, ki zaključuje razvoj računalniške opreme na ročni (domači mehanski) stopnji.

Prve mehanske naprave za štetje

Leta 1623 je nemški znanstvenik Wilhelm Schickard ustvaril prvi mehanični "kalkulator", ki ga je imenoval štetna ura. Mehanizem te naprave je spominjal na običajno uro, sestavljeno iz zobnikov in zvezdic. Vendar pa je o tem izumu postalo znano šele sredi prejšnjega stoletja.

Kakovosten preskok na področju računalniške tehnologije je bil izum Pascalineovega zbiralnega stroja leta 1642. Njegov ustvarjalec, francoski matematik Blaise Pascal, je začel delati na tej napravi, ko ni bil star niti 20 let. "Pascalina" je bila mehanska naprava v obliki škatle z velikim številom med seboj povezanih zobnikov. Številke, ki jih je bilo treba dodati, so bile vstavljene v stroj z vrtenjem posebnih koles.

Leta 1673 je Saxon matematik in filozof Gottfried von Leibniz izumil stroj, ki je opravil štiri osnovne matematične operacije in je lahko izločil stroj. kvadratni koren. Načelo njegovega dela je temeljilo na binarni številski sistem izumili znanstveniki.

Leta 1818 je Francoz Charles (Karl) Xavier Thomas de Colmar, ki temelji na idejah Leibniza, izumil stroj, ki se lahko množi in deli. In dve leti kasneje se je Anglež Charles Babbage lotil oblikovanja stroja, ki bi lahko opravljal izračune z natančnostjo do 20 decimalnih mest. Ta projekt je ostal nedokončan, leta 1830 pa je njegov avtor razvil drugo - analitično napravo za izvajanje natančnih znanstvenih in tehničnih izračunov. Stroj naj bi bil nadzorovan s programsko opremo, za vnos in izhod informacij pa bi bilo treba uporabiti perforirane kartice z različno razporeditvijo lukenj. Projekt Babbage je predvideval razvoj elektronske računalniške opreme in nalog, ki jih je mogoče rešiti s pomočjo.

Omeniti velja, da slava prvega svetovnega programerja pripada ženski - Lady Ade Lovelace (rojeni Byron). Ona je ustvarila prve programe za računalnik Babbage. Njeno ime je bilo kasneje poimenovano eden od računalniških jezikov.

Razvoj prvih analognih računalnikov

Leta 1887 je zgodovina razvoja računalniške tehnologije vstopila v novo stopnjo. Ameriški inženir Hermann Hollerith (Hollerith) je zgradil prvi elektromehanski računalniški stroj - tabulator. V njenem mehanizmu je bil rele, pa tudi števci in posebna razvrstitvena škatla. Naprava je prebrala in razvrstila statistične zapise, izdelane na udarnih karticah. V prihodnosti je podjetje, ki ga je ustanovil Goldlert, postalo hrbtenica svetovno znanega računalniškega velikana IBM.

Leta 1930 je ameriški Vannovar Bush ustvaril diferencialni analizator. Napajala jo je električna energija, elektronske cevi pa so bile uporabljene za shranjevanje podatkov. Ta stroj je lahko hitro našel rešitve za kompleksne matematične probleme.

Šest let pozneje je britanski znanstvenik Alan Turing razvil koncept stroja, ki je postal teoretična osnova današnjih računalnikov. Imela je vse glavne lastnosti sodobne računalniške tehnologije: lahko korak za korakom opravlja operacije, ki so bile programirane v notranjem pomnilniku.

Leto kasneje je George Stibits, znanstvenik iz ZDA, izumil prvo elektromehansko napravo v državi, ki je sposobna izvajati binarno dodajanje. Njegova dejanja so temeljila na Boolovi algebri - matematični logiki, ki jo je sredi XIX. Stoletja ustvaril George Boole: z uporabo logičnih operatorjev AND, OR in NOT. Kasneje bo binarni seštevalnik postal sestavni del digitalnega računalnika.

Leta 1938 je Claude Shannon, zaposleni na Univerzi v Massachusettsu, predstavil načela logične naprave računalnika, ki uporablja električne krogotoke za reševanje problemov Boolove algebre.

Začetek računalniške dobe

Vlade držav, ki so sodelovale v drugi svetovni vojni, so se zavedale strateške vloge računalnikov pri vodenju sovražnosti. To je bila spodbuda za razvoj in vzporedno pojavljanje v teh državah prve generacije računalnikov.

Pionir na področju računalniškega inženiringa je bil Konrad Zuse - nemški inženir. Leta 1941 je ustvaril prvi avtomatski računalniški stroj, ki ga je program nadzoroval. Stroj, imenovan Z3, je bil zgrajen na telefonskih relejih, programi za to so bili kodirani na perforiranem traku. Ta naprava je lahko delovala v binarnem sistemu, kot tudi delovala s števili s plavajočo vejico.

Naslednji resnično Zuse strojni model, Z4, je bil uradno priznan kot prvi resnično delovni programirljivi računalnik. V zgodovino je vstopil tudi kot ustvarjalec prvega programskega jezika na visoki ravni, imenovanega Plankalcule.

Leta 1942 so ameriški raziskovalci John Atanasov (Atanasoff) in Clifford Berry ustvarili računalniško napravo, ki je delala na vakuumskih ceveh. Stroj je uporabil tudi dvojiško kodo, lahko izvaja vrsto logičnih operacij.

Leta 1943 je bil v angleškem državnem laboratoriju, v tajnosti, zgrajen prvi računalnik, imenovan Colossus. Namesto elektromehanskih relejev je za shranjevanje in shranjevanje uporabil 2 tisoč elektronskih elektronk obdelave podatkov. Namenjen je bil za vdiranje in dešifriranje kode tajnih sporočil, ki jih je poslal nemški šifrirni stroj Enigma, ki ga je široko uporabljal Wehrmacht. Obstoj te naprave za dolgo časa hranijo v strogem zaupanju. Po koncu vojne je bil ukaz za uničenje podpisal Winston Churchill osebno.

Razvoj arhitekture

Leta 1945 je ameriški matematik madžarsko-nemškega izvora, John (Janos Lajos), von Neumann, ustvaril prototip arhitekture sodobnih računalnikov. Predlagal je, da program napiše v obliki kode neposredno v pomnilnik naprave, kar pomeni skupno shranjevanje programov in podatkov v pomnilniku računalnika.

Zgradba von Neumanna je postavila temelje za prvi univerzalni elektronski računalnik ENIAC, ki je bil takrat ustvarjen v Združenih državah. Ta velikan je tehtal okoli 30 ton in se je nahajal na 170 kvadratnih metrih prostora. V delovanje stroja je bilo vključenih 18 tisoč svetilk. Ta računalnik lahko izvede 300 operacij množenja ali 5 tisoč dodatkov v eni sekundi.

Prvi univerzalni programabilni računalnik v Evropi je nastal leta 1950 v Sovjetski zvezi (Ukrajina). Skupina kijevskih znanstvenikov, ki jo vodi Sergej Aleksejevič Lebedev, je zasnovala majhen elektronski računski stroj (MESM). Njegova hitrost je bila 50 operacij na sekundo, vsebovala je približno 6 tisoč vakuumskih cevi.

Leta 1952 je bil BESM, velik elektronski računski stroj, ki je bil razvit tudi pod vodstvom Lebedeva, dopolnjen z domačo računalniško opremo. Ta računalnik, ki je opravil do 10 tisoč operacij na sekundo, je bil takrat najhitrejši v Evropi. Podatki so bili vneseni v pomnilnik stroja s pomočjo luknjanega traku, podatki so bili poslani s tiskanjem fotografij.

V istem obdobju je bila v ZSSR izdelana vrsta velikih računalnikov pod splošnim imenom Strela (ki jo je razvil Yury Yakovlevich Bazilevsky). Od leta 1954 se je v Penzi začela množična proizvodnja univerzalnega računalnika "Ural" pod vodstvom Baširja Ramejeva. Najnovejši modeli so bili medsebojno združljivi s strojno in programsko opremo, na voljo je bila široka izbira perifernih naprav, ki so omogočale sestavljanje strojev različnih konfiguracij.

Tranzistorji. Sprostitev prvih serijskih računalnikov

Vendar pa svetilke zelo hitro ni, zelo težko delati s strojem. Tranzistor, izumljen leta 1947, je lahko rešil ta problem. Z uporabo električnih lastnosti polprevodnikov je opravljal enake naloge kot elektronske elektronke, vendar je imel veliko manjši volumen in porabil ne toliko energije. Skupaj s prihodom feritnih jeder za organizacijo računalniškega pomnilnika je uporaba tranzistorjev omogočila bistveno zmanjšanje velikosti strojev, da bi bili bolj zanesljivi in ​​hitrejši.

Leta 1954 je ameriško podjetje "Texas Instruments" začelo serijsko izdelovati tranzistorje, dve leti kasneje v Massachusettsu pa se je pojavil prvi tranzistorski računalnik druge generacije - TX-O.

V sredini prejšnjega stoletja je velik del državnih organizacij in velikih podjetij uporabljal računalnike za znanstvene, finančne, inženirske izračune in delo z velikimi podatkovnimi polji. Postopoma so računalniki pridobili značilnosti, ki so nam znane danes. V tem obdobju so se pojavili risalniki, tiskalniki, pomnilniški mediji na magnetnih diskih in traku.

Aktivna uporaba računalniške tehnologije je privedla do širjenja področij uporabe in zahtevala oblikovanje novih tehnologij programske opreme. Prikazano programski jeziki visoke ravni vam omogočajo prenos programov z enega stroja na drugega in poenostavitev postopka pisanja kode ("Fortran", "Cobol" in drugi). Pojavili so se posebni programi za prevajalce, ki kodo iz teh jezikov pretvorijo v ukaze, ki jih naprava zazna neposredno.

Pojav integriranih vezij

V letih 1958-1960 so po zaslugi inženirjev iz Združenih držav Amerike, Roberta Noyca in Jacka Kilbyja, svet vedeli o obstoju integriranih vezij. Na osnovi silicijevega ali germanijevega vgrajenega miniaturnega tranzistorja in drugih komponent, včasih do stotine in tisoče. Čipi, ki so merili nekaj več kot centimeter, so delali veliko hitreje kot tranzistorji in porabili veliko manj energije. Z videzom zgodovina razvoja računalniške tehnologije povezuje pojav tretje generacije računalnikov.

Leta 1964 je IBM izdal prvi računalnik v družini SYSTEM 360, ki je temeljil na integriranih vezjih. Od takrat lahko sledite množični proizvodnji računalnikov. Izdelanih je bilo več kot 20 tisoč izvodov tega računalnika.

Leta 1972 je bil v ZSSR razvit računalnik EU (ena serija). Gre za standardizirane komplekse za delo računalniških centrov, ki imajo skupen sistem ukazov. Osnovo je prevzel ameriški sistem IBM 360.

Naslednje leto je DEC izdal mini računalnik PDP-8, ki je postal prvi komercialni projekt na tem področju. Razmeroma nizki stroški mini računalnikov so omogočili malim organizacijam, da bi jih uporabljali.

V istem obdobju se je programska oprema nenehno izboljševala. Razviti operacijski sistemi, namenjeni vzdrževanju največjega števila zunanjih naprav, so se pojavili novi programi. Leta 1964 je bil razvit BASIC - jezik, zasnovan posebej za usposabljanje začetnikov programerjev. Pet let kasneje se je pojavil Pascal, ki se je izkazal kot zelo primeren za reševanje različnih uporabljenih problemov.

Osebni računalniki

Po letu 1970 se je začela sprostitev četrtega računalniško generacijo. Razvoj računalniške tehnologije je v tem času zaznamoval uvedba velikih integriranih vezij v proizvodnjo računalnikov. Takšni stroji so zdaj lahko izvedli v eni sekundi tisoče milijonov računalniških operacij, zmogljivost njihovega RAM-a pa se je povečala na 500 milijonov binarnih bitov. Znatno zmanjšanje stroškov mikroračunalnikov je privedlo do dejstva, da se je zmožnost nakupa postopoma pojavila v navadni osebi.

Eden prvih proizvajalcev osebnih računalnikov je bil Apple. Steve Jobs in Steve Wozniak, ki sta ga ustvarila, sta leta 1976 oblikovala prvi PC model, kar mu je dalo ime Apple I. Stalo je samo 500 $. Leto kasneje je bil predstavljen naslednji model tega podjetja - Apple II.

Računalnik tega časa je prvič postal podoben gospodinjskemu aparatu: poleg kompaktne velikosti je imel eleganten dizajn in uporabniku prijazen vmesnik. Širjenje osebnih računalnikov v poznih sedemdesetih letih je povzročilo opazen padec povpraševanja po velikih računalnikih. To dejstvo je resno zadevalo njihovega proizvajalca IBM, leta 1979 pa je predstavil svoj prvi računalnik.

Dve leti kasneje se je pojavil prvi mikroračunalnik te družbe z odprto arhitekturo, ki temelji na 16-bitnem mikroprocesorju 8088, ki ga je izdelal Intel. Računalnik je bil opremljen z enobarvnim zaslonom, dvema diskovnima pogoni za pet-palčne diskete, 64-kilobajtni RAM. Microsoft je v imenu podjetja ustvarjalca posebej razvil operacijski sistem za ta stroj. Na trgu so se pojavili številni kloni IBM PC, ki so spodbudili rast industrijske proizvodnje osebnih računalnikov.

Leta 1984 je Apple razvil in izdal nov računalnik Macintosh. Operacijski sistem je bil izjemno uporabniku prijazen: predstavljal je ukaze v obliki grafičnih podob in jim dovolil, da jih je vnesel s pomočjo manipulatorja - miške. Zaradi tega je bil računalnik še bolj dostopen, saj od uporabnika ni bilo potrebno posebno znanje.

Računalniki pete generacije računalniške tehnologije iz nekaterih virov segajo v obdobje 1992–2013. Na kratko, njihov osnovni koncept je oblikovan takole: to so računalniki, izdelani na osnovi superkompleksnih mikroprocesorjev, ki imajo vzporedno vektorsko strukturo, kar omogoča hkratno izvrševanje več deset zaporednih ukazov, vgrajenih v program. Stroji z več sto procesorji, ki delujejo vzporedno, omogočajo natančnejšo in hitrejšo obdelavo podatkov ter učinkovito delovanje omrežij.

Razvoj sodobne računalniške tehnologije nam omogoča govoriti o računalnikih šeste generacije. To so elektronski in optoelektronski računalniki, ki delujejo na deset tisoče mikroprocesorjev, za katere je značilna masivna vzporednost in simulacija arhitekture neuralnih bioloških sistemov, kar jim omogoča uspešno prepoznavanje kompleksnih slik.

Ob doslednem pregledu vseh faz razvoja računalniške tehnologije je treba opozoriti na zanimivo dejstvo: izumi, ki so se dobro izkazali v vsaki od njih, so preživeli do danes in se še naprej uspešno uporabljajo.

Računalniški razredi

Obstajajo različne možnosti za razvrščanje računalnikov.

Tako so nameni računalniki razdeljeni:

• za univerzalne - tiste, ki so sposobne reševati najrazličnejše matematične, ekonomske, inženirske, znanstvene in druge naloge;
• problemsko usmerjene - reševanje problemov ožje smeri, ki so praviloma povezane z upravljanjem določenih procesov (evidentiranje podatkov, akumulacija in obdelava majhnih količin informacij, izvajanje izračunov po preprostih algoritmih). Imajo bolj omejene vire programske in strojne opreme kot prva skupina računalnikov;
• Specializirani računalniki praviloma rešujejo strogo določene naloge. Imajo visoko specializirano strukturo in s sorazmerno nizko kompleksnostjo naprave in krmiljenja so na svojem področju precej zanesljivi in ​​produktivni. To so na primer krmilniki ali adapterji, ki krmilijo številne naprave, kot tudi programljive mikroprocesorje.

Sodobna elektronska računalniška tehnologija je glede na velikost in zmogljivost razdeljena na:

• na super velikih (superračunalniki);
• veliki računalniki;
• majhni računalniki;
• ultra majhni (mikroračunalniki).

Tako smo videli, da so se naprave, ki jih je človek najprej izumil za obračunavanje virov in vrednosti, nato pa za hitro in natančno izvajanje kompleksnih izračunov in računskih operacij, nenehno razvijale in izboljševale.