Автор Анна Евкова
Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

История и периоды развития средств вычислительной техники

Содержание:

Введение

Электронные вычислительные машины (ЭВМ), пройдя продолжительный путь эволюционного развития, используются практически во всех отраслях деятельности нынешнего общества. Многообразие функциональных особенностей и технических характеристик современных электронных вычислительных машин дает возможность решать при их помощи широкий круг задач — от бытового использования до управления оружием и войсками.

На текущий момент, в эпоху развития высоких технологий и наукоемких производств, политическая и экономическая успешность страны невозможна без создания сбалансированного парка электронных вычислительных машин.

Разнообразие видов электронных вычислительных машин направлено на развитие, поддержание и распространение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). Электронные вычислительные машины внедрены в контуры автоматизированного управления ведомствами и министерствами, образованием, предприятиями. Высоконадежные электронные вычислительные машины задействованы в управлении объектами повышенной опасности: космическими аппаратами, атомными станциями и т. п.

Целью работы является изучение истории развития средств вычислительной техники.

Для решения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

- изучить периоды развития вычислительной техники;

- рассмотреть основные характерные различных периодов развития вычислительной техники;

- рассмотреть поколения ЭВМ;

- выявить основные особенности поколений ЭВМ.

Объектом работы является история развития средств вычислительной техники.

Предметом работы являются особенности развития вычислительной техники.

При подготовке работы были использованы такие информационные источники как специализированная профессиональная литература, материалы из СМИ, данные Интернет-ресурсов. Применены такие методы и приемы исследования как анализ, синтез, сравнение.

1. Периоды развития вычислительной техники

В истории развития вычислительной техники выделяется четыре периода: домеханический, механический, электромеханический и электронный.

Домеханический период называют периодом абака. Принято считать, что он начался в древнейшие времена и продолжался до начала XVII в. [9, с. 45].

Абак (от греч. abах — доска) — доска, разделенная на полосы, где арифметические расчеты велись посредством передвижения из одной колонки в другую камешков, костей (как в русских счетах) (рис. 1).

Рисунок 1 - Абак

Механический период вычислительной техники — это время с начала XVII до конца XIX в., когда было создано много разнообразных машин: счетные машины (рис. 2), арифмометры (рис. 3), логарифмическая линейка (рис. 4).

Рисунок 2 – Механическая счетная машина

Рисунок 3 - Арифмометр

Рисунок 4 - Логарифмическая линейка

Наконец, в первой половине XIX в. англичанин Чарльз Беббидж (1792-1871 гг.) разработал конструкцию машины, достойной называться первым компьютером. Но он ее так и не построил [1, с. 117].

Полностью разностная машина Ч. Беббиджа была достроена только в наше время, в 1991 г., двумя инженерами — P. Қриком и Б. Холловеем — к 200-летию со дня рождения ее автора. Сегодня это действующий экспонат Лондонского научного музея (рис. 5). Машина состоит из 4000 деталей — без печатающего механизма, который не был достроен; весит около 3 тонн; имеет размеры 2,1х3,4х0,5 м выполнена из бронзы, стали и железа. При помощи поворота рукоятки она может вычислять разности 7 порядка.

Рисунок 5 – Разностная машина

Разностные вычислительные машины конца XVIII — начала XIX в. не имели и не могли иметь программ, управляющих их работой. В них с помощью хитроумных механизмов реализовывался алгоритм вычислений для составления различных таблиц, широко использовавшихся в астрономии, землемерном, страховом и банковском деле, мореплавании, строительстве, кораблестроении и других сферах деятельности человека [6, с. 129].

Электромеханический период характеризуется появлением счетно-аналитических машин. Первая такая машина была построена Г. Холлеритом (рис. 6). В 1890 г. в США она была применена при обработке материалов переписи населения. В этой машине впервые управление работой осуществлялось с помощью перфокарт.

Рисунок 6 - Табулятор Холлерита

Достижения электроники повлекли за собой переход к электронной вычислительной технике. Электронный период развития вычислительной техники продолжается и в настоящее время, однако сегодня ЭВМ выглядят совсем иначе, чем в его начале, — достаточно сравнить хотя бы элементную базу машин разных поколений [6, с. 131].

Понадобилось более ста лет, прежде чем принцип Ч. Беббиджа был реализован. За время своего существования ЭВМ сделали грандиозный скачок как в своем совершенствовании, так и в расширении области применения.

2. Поколения ЭВМ

2.1. Первое поколение ЭВМ

Появлению ЭВМ предшествовали электрорелейные компьютеры, которые создавались в первой половине 40-х гг. XX в. Наиболее известными из них были машины Г. Эйкена в США и К. Цузе в Германии.

В инженерной практике по-прежнему были необходимы и проводились изнурительные математические расчеты. Ученые-математики, как в свое время Г. Лейбниц, П. Чебышев и др., мечтали о машине, которая взяла бы на себя эту работу.

Молодой гарвардский математик Г. Эйкен (1900–1973), устав от бесконечных вычислений в процессе работы над докторской диссертацией, не захотел довольствоваться имеющимися калькуляторами и сортировальными машинами и решил создать универсальный программируемый компьютер.

Компьютер «Марк-1». С разрешения командования военно-морского флота США, при финансовой и технической поддержке фирмы IBM Г. Эйкен принялся за разработку машины, в основу которой ложились непроверенные идеи XIX в. и технологии XX в. Описания аналитической машины, оставленного Бэббиджем, оказалось достаточно. В качестве переключательных устройств в машине Эйкена использовались простые электромеханические реле; инструкции (программа обработки данных) были записаны на перфоленте. Эйкен не осознавал достоинств двоичной системы счисления, и данные вводились в машину в виде десятичных чисел, закодированных на перфокартах компании IBM.

Первоначальные испытания машины состоялись в начале 1943 года. «Марк-1», длиной почти 17 метров и высотой больше 2,5 метров, содержал примерно 750 тысяч деталей, соединенных проводами совокупной протяжённостью примерно 800 км.

Вскоре машину временно передали в распоряжение военно-морского флота, ее использовали для выполнения сложных баллистических вычислений, которыми руководил Эйкен. «Марк-1» мог перерабатывать числа длиной до 23 разрядов. На вычитание и сложение требовалось 0,3 с, на умножение – 3 с. Данное быстродействие являлось беспрецедентным, хотя лишь немного было больше показателей, запланированных Бэббиджем. За день техника выполняла расчеты, на которые ранее уходило полгода.

«Марк-1» использовали в Гарвардском университете 16 лет. Однако он так и не имел успеха, на который рассчитывали. Другие изобретатели при разработке компьютеров руководствовались более перспективными методами. По существу, «Марк-1» устарел еще до того, как был построен.

Первым серийным компьютером, положившим начало компьютерному буму, считается UNIVAC («Юнивак») – Universal Automatic Computer, разработанный в 1951 г. Дж. Эккертом и Дж. Моучли. Несколько модификаций этой машины применялись в различных сферах деятельности. Однако приоритет в создании первой ЭВМ в 1973 г. решением американского суда был отдан американскому профессору болгарского происхождения Джону Атанасову (1903–1995), машина которого была построена на электромеханических и электронных компонентах [17, с. 33].

Атанасов создал свою машину на основе двоичной, а не десятичной системы счисления. Он предполагал, что пользователи столкнутся со значительными трудностями при переводе чисел из десятичной системы в двоичную и наоборот. Однако простота двоичной системы, выражающаяся в использовании двух символов для представления чисел в электрических схемах компьютера, по мнению Атанасова, имела преимущество по сравнению с десятичной. С осени 1939 г. ученый начал работу и в 1949 г. построил экспериментальную модель электронного компьютера, который представлял собой специализированное устройство ABC («Эй-би-си») [18, с. 53].

В Германии лидерство в разработках компьютеров в тот период принадлежало Конраду Цузе (1910–1995).

В 1936 г. Цузе уволился из технической фирмы и занялся созданием компьютера. Через два года он завершил работу над машиной, которая занимала около 4 м2 и представляла собой хитросплетение реле и проводов. Цузе придумал очень дешевое и остроумное устройство ввода: он стал кодировать инструкции для машины, пробивая отверстия в использованной 35-миллиметровой фотопленке. Машина, которая работала с перфорированной лентой, называлась Z2.

В 1941 г., вскоре после создания пробных моделей Z1 и Z2, Цузе построил действующий компьютер – программно-управляемое устройство, которое основано на двоичной системе счисления. Машина Z3 была значительно дешевле в производстве и намного меньше машины Эйкена.

Машина преобразовывала десятичные коды в двоичные; восемь команд содержали четыре арифметических действия и извлечение квадратного корня; операции выполнялись с плавающей запятой. Время сложения было 0,3 с, умножения – 4 с. Емкость памяти на релейных схемах состояла из 6422-разрядных чисел, при этом семь разрядов отводилось для порядка и один – для знака числа.

Как машина Z3, так и ее «преемник» Z4 использовались для вычислений при конструировании ракет и самолетов. Цузе построил также несколько специальных компьютеров; два из них помогали при оценке аэродинамических характеристик рулей и крыльев управляемого по радио, беспилотного, самолета, поступившего в небольших количествах на вооружение немецкой армии в конце войны. Изобретение Цузе положило начало использованию компьютеров в качестве управляющих вычислительных машин.

В 1942 г. австрийский инженер-электрик Хельмут Шрейер (1912–1984), который сотрудничал с Цузе, предложил создать компьютер принципиально нового типа. Было задумано перевести машину Z3 с электромеханических реле на вакуумные электронные лампы.

Рекламируя свое изобретение, ученые отмечали возможность использовать его для расшифровки закодированных сообщений, передаваемых британским командованием по рациям. Англичане также стали разрабатывать машину для поиска способов расшифровки секретов немецких кодов (проект «Ультра»).

Идея «Ультра» зародилась после успешной операции польской разведки в 1939 г., когда поляки создали точную копию германского шифровального аппарата «Загадка» и переправили его в Англию вместе с описанием принципов работы.

В надежде раскрыть секрет «Загадки» британская разведка собрала группу блестящих ученых и поселила их в Блетчли-Парке, обширном имении викторианской эпохи недалеко от Лондона, изолировав от окружающего мира. Среди них были представители разных специальностей – от профессоров литературы до инженеров. В эту группу входил и математик Алан Тьюринг (1912–1954).

Неиссякаемый источник смелых и оригинальных идей, теоретик из Кембриджского университета, Тьюринг, наверное, был наиболее эксцентричным и, несомненно, самым одаренным членом группы. О его чудачествах ходили легенды. Говорили, что в Кембридже он никогда не ставил часы по сигналам точного времени и ни у кого не спрашивал, который час, а, учитывая положение определенной звезды, вычислял время в уме. В Блетчли-Парке он ездил на работу на велосипеде, часто в противогазе, чтобы избежать аллергии в период цветения трав. ОднаждыТьюринг, обеспокоенный падением курса английского фунта, расплавил некоторое количество серебряных монет и закопал слиток на территории парка, но моментально забыл, где именно [19, с. 49].

Гениальность Тьюринга не вызывала сомнений. В 1936 г., в 24 года, он создал труд, сыгравший важнейшую роль в развитии информатики и вычислительной математики. Работа касалась проблемы математической логики – описания задач, которые не удавалось решить даже теоретически.

Пытаясь найти такое описание, он использовал в качестве вспомогательного средства мощное, хотя и существующее только в его воображении, вычислительное устройство, предвосхитившее главные свойства современных компьютеров.

Он назвал свое механическое абстрактное устройство «универсальная машина», т. к. оно должно было справляться с любой допустимой, то есть теоретически разрешимой, задачей – логической или математической. Данные вводились в машину на бумажной ленте, поделенной на клетки-ячейки. Каждая ячейка или содержала символ, или была пустой. Машина могла не только обрабатывать символы на ленте, но и менять их, стирая старые и записывая новые в соответствии с инструкциями, хранящимися в ее внутренней памяти.

Некоторые идеи Тьюринга были воплощены в реальных машинах, построенных в Блетчли-Парке. Сначала удалось построить несколько дешифраторов, в которых использовались электромеханические переключатели такого же типа, как у К. Цузе в Берлине, Д. Стибица в Bell Telephone Laboratories (Bell Labs) и Г. Эйкена в Гарвардском университете. Работа этих машин строилась, по существу, методом «проб и ошибок», путем подбора всевозможных комбинаций из символов германского кода, пока не возникал какой-то осмысленный фрагмент. Но в конце 1943 г. ученые Блетчли-Парка смогли построить намного более мощные машины. Вместо электромеханических реле в них имелось примерно 2 тыс. электронных вакуумных ламп. Примечательно, что именно данную технологию предлагал Цузе для создания новой машины, признанной в Германии нецелесообразной. Даже число ламп совпадало. Англичане назвали данную машину «Колосс».

Тысячи перехваченных за день неприятельских сообщений вносили в память «Колосса» так, как это предлагал А. Тьюринг: в виде символов, закодированных на перфоленте. Ленту вводили в фотоэлектрическое считывающее устройство, которое сканировало ее со скоростью 5 тыс. символов в секунду, после чего в поисках соответствия машина сопоставляла зашифрованное сообщение с уже известными кодами «Загадки». Каждая машина имела 5 считывающих устройств, в результате за секунду обрабатывалось около 25 тыс. символов [17, с. 35].

Таким образом, в первых компьютерах, построенных К. Цузе и Г. Эйкеном, в качестве переключающих устройств использовались электромеханические реле. Вскоре реле были вытеснены электронными вакуумными лампами, которые «говорили» на двоичном языке уже значительно быстрее.

Принимая во внимание, что электромеханические реле работали недостаточно быстро, уже в 1943 году американцы начали разработку альтернативного варианта вычислительной машины на основе электронных ламп. В 1946 г. Джон Моучли (1907–1980) и Джон Эккерт (1919–1995) создали электронную вычислительную машину ENIAC («Эниак») – Electronic Numerical Integrator and Computer, которая весила 30 т и для размещения которой требовалось 170 м2. Машина считала в двоичной системе и производила 5 тысяч операций сложения или 300 операций умножения в секунду.

С начала Второй мировой войны работники Лаборатории баллистических исследований Министерства обороны США, расположенной в районе Абердинского полигона (штат Мэриленд), работали над созданием баллистических таблиц, необходимых артиллеристам в сражениях. Значение данных таблиц невозможно переоценить. При их помощи артиллеристы могли сделать поправки при наводке орудия с учетом расстояния до цели, ее высоты над уровнем моря, а также метеорологических условий – температуры воздуха и ветра. Однако чтобы построить таблицы, требовались очень утомительные и длинные расчеты: для вычисления только одной траектории приходилось выполнять как минимум 750 операций умножения, а каждая таблица включала не меньше 2 тыс. траекторий. Дифференциальный анализатор позволял немного ускорить вычисления, но данное устройство давало только приблизительные результаты, для уточнения которых привлекались десятки человек, работавших с обычными настольными калькуляторами.

Дж. Моучли – физик, который увлекался метеорологией, – давно мечтал о появлении устройства, которое бы давало возможность применять статические методы для прогнозирования погоды. Перед войной он сделал несколько простых цифровых счетных устройств на электронных лампах.

В августе 1942 г. Дж. Моучли совместно с Дж. Эккертом высказал предложение о создании быстродействующего компьютера на электронных лампах. В то время армии очень необходимы были новые баллистические таблицы.

Артиллеристы сообщали из Северной Африки, что из-за крайне мягкого грунта орудия далеко откатываются при отдаче, а снаряды не достигают цели. Г. Голдстейн, до войны преподававший математику в Мичиганском университете, оценил назначение предлагаемого проекта компьютера и от имени военного командования поспособствовал тому, чтобы проект приняли к разработке.

9 апреля 1943 г., когда Эккерту исполнилось 24 года, армия заключила с училищем контракт на 400 тысяч долл., предусматривающий разработку быстродействующего компьютера ENIAC. Группа специалистов, работавшая над этим проектом, возросла до 50 человек. Дж. Моучли был главным консультантом проекта, Дж. Эккерт – главным конструктором.

Конструкция машины выглядела невероятно сложной: предполагалось, что она будет содержать 17468 ламп. Такое количество объяснялось тем, что ENIAC должен был работать с десятичными числами. Моучли предпочел десятичную систему счисления, т. к. хотел, чтобы «машина была понятна людям». Но настолько большое число ламп, которые, перегреваясь, выходили из строя, приводило к постоянным поломкам.

При 17 тысячах ламп, одновременно работавщих с частотой 100 тысяч имп./с, ежесекундно возникало 1,7 млрд ситуаций, в которых хотя бы одна из ламп могла не работать. Эккерт разрешил данную проблему, заимствовав приём, широко использовавшийся при эксплуатации больших электроорганов в концертных залах: на лампы стали подавать меньшее напряжение, и число аварий снизилось до 1-2 в неделю [17, с. 37].

В конце 1945 г. ENIAC был, наконец, собран и готов к проведению первого официального испытания. Он успешно выдержал проверку, обработав около миллиона перфокарт фирмы IBM. Спустя 2 месяца машину продемонстрировали представителям прессы. По размерам (примерно 6 метров высотой и 26 метров длиной) данный компьютер больше чем в 2 раза превосходил «Марк-1» Г. Эйкена. Но двойное увеличение в размерах сопровождалось тысячекратным ростом быстродействия. Это значило, что программы приходилось буквально «впаивать» в сложные электронные схемы машины.

Если требовалось перейти от вычислений баллистических таблиц к расчету параметров аэродинамической трубы, то приходилось бегать по комнате, отсоединяя и подсоединяя сотни контактов, как на ручном телефонном коммутаторе [19, с. 53].

Тем не менее, вакуумные лампы имеют серьезные недостатки: они занимают много места, потребляют огромное количество электроэнергии, выделяют много тепла и быстро выгорают. Пожалуй, нигде эти недостатки вакуумных ламп не проявлялись так заметно, как в машине ENIAC: 17 468 ламп выделяли столько тепла, что, несмотря на множество вентиляторов, установленных в машинном зале, температура в нем порой поднималась до 50 градусов С. Очевидно, если бы не появился переключатель нового типа, компьютеры так и остались бы огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые никто, кроме правительства и крупных корпораций, не смог бы приобрести.

Более гибкой стала машина EDVAC («Эдвак») – Electronic Discrete Automatic Variable Computer – электронный дискретный переменный компьютер, автором которого считается Джон фон Нейман (1903–1957).

EDVAC – компьютер, кодирующий данные в двоичной системе. Вместительная внутренняя память машины содержала не только данные, но и программу. Инструкции теперь не «впаивались» в схемы аппаратуры, а записывались электронным способом в специальных устройствах, о которых Эккерт узнал, работая над созданием радара: это заполненные ртутью трубки, называемые линиями задержки. Кристаллы, помещенные в трубку, генерировали импульсы, которые, распространяясь по трубке, сохраняли информацию, как ущелье «хранит» эхо. Существенно и то, что EDVAC кодировал данные уже не в десятичной системе, а в двоичной, что позволило значительно уменьшить число электронных ламп.

В конце 1944 года, когда Моучли и Эккерт работали над машиной EDVAC, способной хранить программы в памяти, на помощь им был направлен консультант Дж. фон Нейман, который в 41 год уже прославился как отличный математик. Ему было суждено было сыграть огромную роль в развитии вычислительных машин в послевоенные годы.

Фон Нейман осознавал, что компьютер – нечто большее, чем простой калькулятор, что, по крайней мере, потенциально, он представляет собой универсальный инструмент для научных исследований. В июне 1945 г., менее чем через год после того, как фон Нейман присоединился к группе Моучли и Эккерта, он подготовил отчет, где обобщил работу над машиной EDVAC. Этот отчет, озаглавленный «Предварительный доклад о машине EDVAC», представлял собой прекрасное описание не только машины, но и ее логических свойств. Фон Нейман, отвлекшись от электрических схем и радиоламп, смог обрисовать формальную, логическую организацию компьютера.

Благодаря этому «Предварительный доклад...» Дж. фон Неймана стал первой работой по цифровым электронным компьютерам, с которой познакомился широкий круг научной общественности [17, с. 39].

Архитектура компьютера. В своем историческом докладе фон Нейман детально описал и выделил основные компоненты того, что называют архитектурой фон Неймана. Чтобы компьютер был и универсальным, и эффективным инструментом, он должен включать следующие структуры:

1) центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ);

2) центральное устройство управления, «дирижирующее» операциями;

3) память или запоминающее устройство;

4) устройство ввода-вывода информации.

Он отметил, что эта система должна работать с двоичными числами, быть электронным, а не механическим устройством и выполнять операции последовательно, одну за другой.

Принципы фон Неймана

1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах, преимущество которой перед десятичной заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, поскольку логические и арифметические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.

2. Программное управление ЭВМ. Работа машин контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно, друг за другом. Создание машины с хранимой в памяти программой положило начало современному программированию.

3. Использование памяти компьютера не только для хранения данных, но и для хранения программ. При этом и команды программы, и данные кодируются в двоичной системе счисления, т. е. их способ записи одинаков. Это дает возможность в определенных ситуациях выполнять над командами те же действия, что и над данными.

4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании, поскольку в любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу.

5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Несмотря на то, что команды выполняются последовательно, в них можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.

Самое основное следствие данных принципов – теперь программа уже не была постоянной частью машины (как, к примеру, у калькулятора). Появилась возможность легко ее изменить. Аппаратура осталась прежней и достаточно простой [17, с. 41].

Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому), требовался не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годами, работают они на миллионах компьютеров после установки за несколько минут на жесткий диск. Принципы, сформулированные фон Нейманом, стали общепринятыми и были положены в основу больших ЭВМ первых поколений, а также более поздних мини- и микроЭВМ.

EDSAC – компьютер с программами, хранимыми в памяти. Английский исследователь Морис Уилкс (1913–2010) в Кембриджском университете в 1949 г. завершил сооружение первого в мире компьютера с хранимыми в памяти программами. Компьютер получил название EDSAC («Эдсак») – Electronic

Delay Storage Automatic Calculator – электронный автоматический калькулятор с памятью на линиях задержки.

Это первое успешное воплощение принципа хранения программы в памяти стало завершающим этапом в серии изобретений, начатых в военное время. Теперь открылся путь для широкого (уже послевоенного) распространения быстродействующих компьютеров, способных мгновенно извлекать программы из памяти и не только расшифровывать коды или выполнять баллистические вычисления, но и обрабатывать разнообразную информацию. Это было началом компьютерной эры [17, с. 45].

Во время бомбежек Берлина в конце Второй мировой войны К. Цузе потерял все свои машины, за исключением Z4. Чтобы не попасть в плен в последние дни войны, он присоединился к группе ученых, разработавших ракеты в гитлеровской Германии, которые пытались скрыться в отрогах Баварии и Альп. В одном из грузовиков находилась машина Z4. Американцы, захватившие эту группу в плен, сразу предложили работу одному из ее членов, конструктору ракет В. фон Брауну (создал ракеты «Фау-2»).

На Цузе, успевшего спрятать свою машину в подвале крестьянского дома, американцы не обратили внимания. В 1949 г. Цузе начал работать над коммерческими потоками машины Z4. Его дела пошли в гору, однако только спустя два десятилетия машины Цузе заняли подобающее место в истории развития компьютеров.

В 1947 г. в свет вышла книга американского математика Н. Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», положившая начало развитию теории автоматов и кибернетики – науки об управлении и передаче информации. Кроме того, была издана книга К. Шеннона «Математическая теория передачи информации».

А. Тьюринг в послевоенные годы участвовал в создании мощного компьютера, ряд свойств которого он взял от своей гипотетической универсальной машины. Опытный образец компьютера АСЕ (Automatic Computing Engine – автоматическое вычислительное устройство) вступил в эксплуатацию в мае 1950 г.

Дж. фон Нейман, работавший в принстонском Институте перспективных исследований вместе с Г. Голдстейном, принимал участие в разра-ботке нескольких компьютеров новейшей конструкции. Среди них была, в частности, машина, которая использовалась для решения задач, связанных с созданием водородной бомбы. Фон Нейман остроумно окрестил ее MANIAC («Маньяк») – Mathematical Analyzer, Numertor, Integrator and Computer – математический анализатор, счетчик, интегратор и компьютер.

В скором времени компьютеры и фирма IBM стали в сознании людей почти синонимами, и большинство американцев были убеждены, что IBM и изобрела эти машины.

2.2. Второе поколение ЭВМ

К концу 40-х гг. ХХ в., когда вступили в действие первые большие электронные компьютеры, специалисты начали искать замену хрупким и громоздким лампам, служившим усилителями. В центре внимания оказались кристаллические минералы под названием «полупроводники».

Только в США проблемой в области полупроводников занимались более десятка лабораторий.

В 1948 г., через 2,5 года после публичной демонстрации первого в мире большого цифрового компьютера ENIAC, в газете «Нью-Йорк таймс» была напечатана короткая заметка. В ней сообщалось про изобретение нового устройства – электронного прибора, транзистора, который мог найти применение в радиотехнике вместо обычных электронных вакуумных ламп. Хотя позже транзистор был признан одним из главнейших изобретений века, в то время мало кто смог по достоинству его оценить.

Благодаря транзистору – германиевому кристаллу размером с булавочную головку, заключенному в металлический цилиндр длиной примерно сантиметр, – электроника ступила на путь миниатюризации, которая позволяла конструкторам размещать всю логическую систему ENIAC на плате размером с игральную карту.

Транзисторы – «нервные клетки» современного компьютера. Данную роль они заслужили своим быстродействием и надежностью при усилении и переключении электрических токов. Блокируя и пропуская ток (включение –выключение) или поддерживая невысокое напряжение чуть больше заданного порога (низкое – высокое), они позволяют логическим схемам компьютера работать в двух состояниях, то есть в двоичной системе, на которой основана обработка информации во всех современных компьютерах.

В чистом виде полупроводники действуют скорее как изоляторы: либо очень плохо проводят ток, либо не проводят вообще. Но стоит добавить в кристаллическую решетку небольшое количество атомов определенных элементов, как их поведение коренным образом меняется [19, с. 55].

В конце 30-х гг. ХХ в. было установлено, что полупроводники, подобно радиолампам, могут работать как выпрямители.

Ученые научно-исследовательской лаборатории Bell Labs, входящей в компанию American Telephone and Telegraph (АТТ), а также других научных центров принимали участие в разработках военного времени. Они были уверены, что полупроводникам принадлежит будущее. Компания АТТ остро нуждалась в новых приборах, способных заменить радиолампы и электромеханические реле, которые использовались как усилители и переключатели в системе телефонной связи, охватывающей всю страну.

Ключевыми фигурами среди физиков, перед которыми стояла задача изучать свойства полупроводников, были У. Браттейн, экспериментатор, имевший за плечами 16 лет работы, и Джон Бардин (1908–1991), молодой талантливый теоретик, недавно пришедший в эту компанию.

Руководителем и признанным лидером группы был 35-летний Уильям Брэдфорд Шокли (1910–1989). Сын горного инженера, родом из Лондона. В работе он был предельно результативен и серьезен. После практически трёхлетних исследований, потребовавших около миллиона долларов, Bell Labs получила полупроводниковый усилитель.

В 1951 г. Шокли продемонстрировал миру первый надежный транзистор, представлявший собой трехслойный германиевый «сэндвич» толщиной около 1 сантиметра, заключенный в металлический корпус. В этой модели транзистора, которая получила впоследствии наиболее широкое распространение – так называемая модель прп, – тонкий слой полупроводника p-типа был зажат между двумя слоями полупроводника n-типа. Один из слоев n-типа служил эмиттером, другой – коллектором; средний слой р-типа представлял собой базу.

Выполняя те же функции, что и электронная лампа, транзистор имел намного меньшие размеры и не имел недостатков, присущих лампам: у него не было хрупкого стеклянного корпуса и тонкой нити накаливания, он потреблял намного меньше электроэнергии и не перегревался.

Машины на электронных лампах работали значительно быстрее, но электронные лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 г. Бардин, Браттейн и Шокли предложили использовать изобретенные ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы – транзисторы [17, с. 47].

Через девять лет ученые получили Нобелевскую премию по физике за открытие транзисторного эффекта. В 1972 г. Дж. Бардин единственный из ученых был удостоен второй Нобелевской премии по физике – за исследования, которые он проводил в Иллинойсcком университете (в области сверхпроводимости металлов при сверхнизких температурах).

Хотя транзистор был выдающимся научным изобретением, он не сразу завоевал достойное место. Из-за трудностей в производстве стоимость прибора оставалась высокой: лучшие образцы транзисторов стоили до 8 долларов за штуку, а цена лампы не превышала 75 центов. Кроме того, еще предстояла значительная исследовательская работа, чтобы досконально изучить все свойства этого прибора.

В середине 50-х гг. XX в. стоимость транзисторов резко снизилась. В 1954 г. Г. Тил, физик, пришедший работать в компанию Texas Instruments, новичок в электронной промышленности, изготовил транзистор из кремниевого кристалла вместо германиевого. Кремний, основной компонент обычного песка, – самый распространенный на Земле (после кислорода) химический элемент, тогда как германий – довольно редкий; обычно его получают лишь в качестве побочного продукта при очистке цинка и добыче угля. И хотя для транзистора требуется мизерное количество германия (менее 0,05 мг), он дороже золота.

Как и электронные лампы, транзисторы, изготовленные при помощи существовавших тогда методов, при сборке схем приходилось соединять вручную и припаивать. Работа была очень тяжелой, а схемы занимали значительно больше места, чем хотели сторонники миниатюризации. Кроме того, все компоненты схемы образовывали хаотическое нагромождение, подверженное загрязнению и механическим повреждениям, что было существенным недостатком передовой кремниевой технологии.

Еще в 1952 г. Г. У. Даммер, английский специалист в области радиолокации, выдвинул смелое предположение, позволявшее создавать миниатюрные и при этом дешевые схемы. На симпозиуме, проходившем в Вашингтоне, он предложил размещать всю схему целиком – резисторы, транзисторы и другие компоненты – в сплошном блоке полупроводникового материала, но не реализовал свою идею. Позже один американский инженер, не знакомый с работой Даммера, воплотил ее в жизнь.

С активным внедрением транзисторов в 1950-х гг. связано рождение второго поколения компьютеров. Один транзистор мог заменить 40 электронных ламп. В результате быстродействие машин выросло в десять раз при значительном снижении размеров и веса. В компьютерах стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, которые могли хранить значительный объем информации.

Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело в 1951 г. к созданию компьютера UNIVAC, над которым работали Дж. П. Эккерт и Дж. Моучли, участники проекта ЕNIAC. Он стал первым серийно выпускавшимся компьютером, а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США и в 1952 г. убедительно продемонстрировал свою мощь, обработав предварительные данные о голосовании и «предсказав» победу Д. Эйзенхауэра на выборах.

2.3. Третье поколение ЭВМ

Уроженец Канзаса Джек Килби (1923–2005), не добрав на вступительных экзаменах по математике трех баллов, не смог поступить в Массачусетский технологический институт. В мае 1958 г., проработав 10 лет в фирме, выпускавшей радио- и телевизионные детали, где ему удалось получить место после окончания Иллинойсского университета, Килби с радостью ухватился за возможность перейти в фирму Texas Instruments.

Эта быстро растущая компания, ставшая в 1954 г. одним из первых коммерческих производителей кремниевых транзисторов, выполняла в то время военный заказ по миниатюризации электронных схем [17, с. 48].

Разработанный тогда метод микромодулей заключался в следующем: электронные элементы печатались на тончайших керамических пластинках, которые затем спаивали в виде стопки, получая нужную схему. Килби понял, что не только резисторы и конденсаторы можно делать из того же полупроводникового материала, что и транзисторы, но и все компоненты на одной и той же полупроводниковой пластине. Через несколько месяцев он убедил в правильности своей идеи скептически настроенного шефа, изготовив первый грубый опытный образец.

Первая интегральная схема (ИС) представляла собой тонкую германиевую пластинку длиной 1 см. Это устройство не отличалось особым изяществом. Пять компонентов схемы были изолированы друг от друга благодаря своей форме в виде букв U, L и т. п. Крошечные проволочки, соединяющие компоненты схемы друг с другом и с источником питания, просто припаивались. Вся конструкция скреплялась воском. Тем не менее схема работала. Фирма сообщила о рождении нового устройства в январе 1959 г. Для того чтобы продемонстрировать возможности новой технологии, компания построила для ВВС США компьютер.

Инженеры назвали устройства шедеврами миниатюризации – интегральными микросхемами (ИМС), но чаще их называют чипами (от англ. chip – щепка). Размером с ноготь, а часто и меньше, этот тоненький кусочек матового, похожего на металл вещества, называемого кремнием, способен обрабатывать и хранить информацию, решая практически любые задачи – от управления персональными компьютерами, видеоиграми и прочими домашними приспособлениями до управления роботами на сборочных конвейерах.

Каждая современная микросхема представляет собой многослойное сплетение сотен схем, настолько крошечных, что их невозможно различить невооруженным глазом. В этих схемах есть и пассивные компоненты: резисторы, создающие сопротивление электрическому току, и конденсаторы, способные накапливать заряд. Однако самыми важными компонентами электронных схем являются транзисторы – приборы, способные как усиливать напряжение, так и включать и выключать его, «разговаривая» на двоичном языке, который используется при электронной обработке информации.

Многочисленные и разнообразные компоненты ИМС формируются непосредственно в кристалле кремния (как мы уже говорили, это один из самых распространенных в природе элементов, содержание которого в земной коре составляет около 28 %). При обычных условиях кремний не проводит ток. Но при внесении примесей – незначительного количества таких элементов, как бор или фосфор, – свойства его кристаллической структуры меняются – и в кристалле могут распространяться электрические импульсы со скоростью, равной половине скорости света. До изобретения интегральной схемы (1959) каждый компонент электронной схемы изготавливался отдельно, а затем они соединялись пайкой. Появление ИС изменило всю технологию. Электронная аппаратура стала дешевле, универсальней, малогабаритней, надежней и более быстродействующей, поскольку электрическим импульсам приходилось преодолевать меньшие расстояния. Наиболее сложные современные ИМС содержат до нескольких сотен тысяч компонентов.

Микросхемы изготавливают из единого кристалла, слой за слоем, используя метод фотолитографии и травления, настолько точный, что допуск не превышает 0,2 мкм. Благодаря этому сложному и тончайшему процессу была создана совершенно новая отрасль промышленности – микроэлектроника. К настоящему времени электронная промышленность, основанная на ИС, в целом превратилась в самую развитую отрасль производства в мире.

В 1959–1964 гг. был разработан язык COBOL, ставший основным языком программирования в 1960–70-х гг. Чуть позже появились языки ALGOL и Basic.

В изобретенных ИМС (чипах) все электронные компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки. Применение чипов в компьютерах позволило сократить пути прохождения тока при переключениях, и скорость вычислений повысилась в десятки раз.

Существенно уменьшились габариты машин. Появление чипа знаменовало рождение третьего поколения компьютеров.

К началу 1960-х гг. компьютеры широко применялись для обработки большого количества статистических данных, производства научных расчетов, решения оборонных задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена, сложность и дорогостоящее обслуживание больших вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 г. американской фирме Digital Equipment Corporation выпустить миникомпьютер PDP-8 стоимостью 20 тыс. долл., что сделало его доступным для средних и мелких коммерческих компаний [17, с. 49].

Таким образом, после 1964 г. появилось третье поколение компьютеров, проектирующихся на основе интегральных схем малой (МИС – 10–100 компонентов на кристалл) и средней (СИС – 100–1000 компонентов на кристалл) степени интеграции. Была реализована идея проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено программное обеспечение, появились миникомпьютеры.

Представители IBM – гиганта компьютерной индустрии – 7 апреля 1964 г. провели 77 пресс-конференций в 15 странах мира. По словам главы фирмы Т. Уотсона-младшего, они сделали самое важное объявление за всю историю компании: сообщили о создании семейства машин, которое было названо «Система-360». Серия дебютировала шестью моделями, различавшимися по мощности и стоимости. По оценкам специалистов, на исследования, разработку и внедрение в производство одновременно шести машин компания затратила около 5 млрд долл., что вдвое превышало расходы США во время Второй мировой войны на Манхэттенский проект, целью которого было создание атомной бомбы.

Споры особенно разгорелись при обсуждении двух принципиально новых подходов к разработке будущих компьютеров IBM. Согласно первому из них любая новая машина должна быть универсальной, т. е. справляться с широким спектром задач – от решения логических и вычислительных задач научного характера до обработки данных в сфере управления и бизнеса (название серии указывало именно на способность машин работать во всех направлениях). Однако до начала 1960-х гг. компьютеры конструировались в расчете либо на научное, либо на управленческое применение. К этому времени компьютеры, предназначенные для научных исследований, все чаще стали применяться в сфере бизнеса, и наоборот. Данная тенденция не осталась незамеченной в IBM.

Второй подход предполагал, что новые компьютеры должны быть совместимы друг с другом. В те годы в фирме IBM насчитывалось около 20 конструкторских бюро, разрабатывавших машины, мало приспособленные для обмена данными или программами между собой. Несовместимость машин различных моделей была характерна для компьютерной индустрии: каждая модель имела собственный центральный процессор и систему ввода-вывода, т. е. аппаратуру и правила связи между компьютером и такими устройствами, как клавиатура или принтер.

Технология «Системы-360» действительно стала поворотной точкой, так как совместимость ее моделей позволяла более гибко применять их ресурсы. До появления «Системы-360» пользователи были ограничены готовыми конфигурациями аппаратуры и программного обеспечения, которые поставлял изготовитель. Теперь владельцы вычислительной техники могли сами подбирать комплект аппаратуры и программного обеспечения, наиболее подходящий для конкретных условий.

Когда машины, управляемые компьютерами, связаны в единую систему, коэффициент их использования (т. е. та часть рабочего времени, в течение которой станки действуют) достигает 50–90 %, тогда как коэффициент загруженности отдельных машин, даже с компьютерным управлением, составляет лишь 10–30 %.

2.4. Четвертое и последующие поколения ЭВМ

В 1970 г. сотрудник компании Intel Марсиан «Тед» Хофф (1937 г. р.) создал первый микропроцессор, разместив несколько интегральных микро- схем на одном кремниевом кристалле. Это революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах как о громоздких, тяжеловесных монстрах. С микропроцессором появились микрокалькуляторы – компьютеры четвертого поколения, способные разместиться на письменном столе пользователя [17, с. 52].

В 1967 г. завершена разработка первого объектно ориентированного языка программирования Simula.

Микропроцессоры, перечисленные в табл. 1, отражают важнейшие этапы развития этой отрасли. Первый из микропроцессоров Intel-4004, выпущенный в 1971 г., обрабатывал за одну операцию 4 бита данных. Такой компьютер мог выполнять 60 тыс. оп./с и стоил всего 300 долл. С этого времени быстродействие, сложность и вычислительная мощность микропроцессоров возрастали по экспоненциальному закону. В 1981 г. Фирма Hewlett-Packard («Хьюлетт-Паккард») выпустила первый 32-битный суперчип, на разработку которого потребовалось более 1,5 лет.

Таблица 1 - Технические характеристики некоторых микропроцессоров

Микропроцессор

Intel-4004

Intel-8080

«МОП-

Технолоджи

6502»

«Моторола-

68000»

«Хьюлетт-

Паккард

суперчип»

Год выпуска

1971

1974

1975

1979

1981

Число

Элементов

2250

4500

4300

70 000

450 000

Быстродействие

Складывает два

4-битных

числа за 11 мкс

Складывает два

8-битных числа за 2,5 мкс

Складывает два 8-битных

числа

за 1 мкс

Умножает два 16-битных

числа за 3,2 мкс

Умножает два 32-битных

числа за 1,8 мкс

Значение

Первый

микропроцессор

Первый

универсальный

микропроцессор;

стал стандартом микрокомпьютерной технологии

Быстродействующий и дешевый;

широко применялся в домашних

компьютерах

Один из самых мощных и универсальных 16-битных микропроцессоров;

производит

умножение

как одну операцию, а не путем повторных сложений

Первый

32-битный

микропроцессор сложной

конструкции

К этому же времени относится поколение компьютеров, характеризующихся использованием больших (БИС) (1000–100 000 компонентов на кристалл) и сверхбольших (СБИС) (100 000–10 000 000 компонентов на кристалл) интегральных схем. Компьютеры данного поколения в 1975 г. выпустила фирма Amdahl Corporation. Шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6 в качестве элементарной базы имели БИС. В них стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью в не- сколько мегабайт. Особенность таких компьютеров в том, что в случае выключения машины данные, содержащиеся в оперативной памяти, сохранялись путем автоматического переноса на диск.

При включении запуск системы осуществлялся при помощи хранимой в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения в магнито-оптическом ПЗУ ПВ.

В 1966 г. М. Флинн предложил классифицировать вычислительные системы по соотношению потоков команд и данных. Этот подход используется до наших дней.

Основоположником архитектуры ЭВМ CISC (Complete Instruction Set Computer – компьютер с полным набором команд) считают компанию IBM с ее базовой архитектурой IBM-360, ядро которой используется с 1964 г.

К классическим CISC-архитектурам можно отнести архитектуру VAX. Микропроцессоры компании Intel (архитектурный ряд х86 и Pentium) достаточно близки к данной архитектуре.

Для CISC-процессоров характерно:

- сравнительно небольшое число регистров общего назначения;

- большое число машинных команд, некоторые из них функционально аналогичны операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за несколько тактов;

- большое число методов адресации;

- большое число поддерживаемых форматов команд различной разрядности;

- преобладание двухадресного формата команд.

Архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer – компьютер с сокращенным набором команд) появилась благодаря тому, что еще в середине 1970-х гг. некоторые разработчики компьютерных архитектур заметили, что даже у компьютеров сложной архитектуры бол ьшая часть времени уходит на выполнение простых команд. Это наблюдение легло в основу работ по созданию IBM 801 – первой RISC-машины, разработка которой была завершена в 1979 г. Понятие RISC введено Д. Паттерсоном, преподавателем университета Беркли, в 1980 г.

Основными чертами концепции RISC-архитектуры являются:

- одинаковая длина команд;

- единый формат команд или, по крайней мере, использование не более двух-трех форматов;

- операндами всех арифметических и логических команд могут быть только регистры;

- наличие команд только простых действий;

- выполнение любой команды не дольше, чем за один такт;

- большой регистровый файл;

- только простая адресация.

В системах программирования для RISC-архитектуры практически всегда присутствуют оптимизирующие компиляторы.

Архитектура VLIW (Very Long Instruction Word – с длинным команд-ным словом) – статическая суперскалярная архитектура. Несколько простых команд упаковывается компилятором в длинное слово. Слово соответствует набору функциональных устройств. Распараллеливание кода выполняется на этапе компиляции, и в машинном коде уже присутствует явный параллелизм. Пример реализации VLIW-архитектуры – суперкомпьютер «Эльбрус-3».

Развитием данной архитектуры являются вычисления с явным параллелизмом команд EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing – с явным параллелизмом команд). Концепция EPIC разработана совместно компаниями Intel и Hewlett-Packard. Она обладает достоинствами VLIW, но лишена ее недостатков (например, использует специальные механизмы для исключения неэффективности кодов традиционных VLIW-архитектур, требовавших применения излишних команд для заполнения пустых машинных тактов). Данная архитектура имеет следующие особенности:

- масштабируемость архитектуры до большого числа функциональных устройств;

- явный параллелизм в машинном коде;

- предикатное выполнение команд, исключающее переходы. Команды из разных частей условного ветвления снабжаются предикатными полями и запускаются параллельно [8, с. 57].

В середине 1970-х гг. предпринимались попытки создать персональный компьютер – вычислительную машину, предназначенную для частного пользователя. Во второй половине 1970-х гг. появились наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы Apple. В августе 1981 г. фирма IBM создала компьютер IBM РС, после чего персональные компьютеры получили широкое распространение.

Применение принципа открытой архитектуры, стандартизация основных компьютерных устройств и способов их соединения привели к массовому производству клонов IBM РС, распространению микрокомпьютеров во всем мире.

В 1974 г. появился первый персональный компьютер SСELBI (SCientifiс, ELectronic and BIological), который был построен на базе Intel-8008, имел 1 Кб памяти и стоил 565 долл. Желающие могли увеличить память до 16 Кб за 2760 долл.

В 1975 г. IBM первой начала промышленное производство лазерных принтеров (через год разработала первый струйный принтер). Эти аппараты стоили в то время очень дорого. Например, Хеrох 9700 (120 страниц в минуту) в 1977 г. можно было приобрести за 350 тыс. долл.

В 1984 г. фирма Hewlett-Packard выпустила свой первый лазерный принтер LaserJet.

Отцом «искусственного интеллекта» (ИИ) называют Джона Маккарти (1927–2011), который ввел данный термин и создал первый язык искусственного интеллекта LISP. Одни восхищались этим языком за его чистоту, другие усиленно использовали его для различных вычислений. Данный язык называют языком функций, символьным языком, рекурсивным языком или языком программирования функционального типа, в основу которого положен метод Х-исчисления (разработан в 30-е гг. XX в. А. Черчем). LISP отличается от других языков тем, что выполнение программы не состоит из последовательности шагов, как в других языках. Он относится к языкам интерпретирующего типа. Маккарти исследовал идею увеличения общности. Суть ее – воспользоваться логикой для такого описания фактов, которое бы не зависело от того, как эти факты будут использоваться впоследствии. Теоретические исследования Дж. Маккарти привели к созданию «исчисления ситуаций», целью которых было нахождение способа описания результатов действий вне зависимости от проблемной области. Непрерывные события и события, происходившие одновременно, данной теорией не охватывались.

Другое теоретическое достижение Дж. Маккарти – метод ограничений для немонотонных рассуждений. В 1971 г. за заслуги в области искусственного интеллекта ученый был награжден премией Алана Тьюринга.

Работы в области ИИ можно классифицировать по типам решаемых задач: распознавание образов, доказательство теорем, принятие решений (в том числе в игровых ситуациях), понимание и синтез речи и текстов на естественных языках. Для решения этих задач на компьютерах необходима разработка соответствующих методов и средств представления и обработки знаний. В этом аспекте ИИ различают дедуктивные системы, математическую лингвистику и языки ИИ, нечеткие множества, экспертные системы, нейрокибернетику. Применяемые методы опираются на одну из двух парадигм.

Одна из них основана на стремлении использовать аналогии с явлениями живой природы. Во-первых, это изучение функционирования человеческого мозга и поиск путей его имитации в ИИ. Так, нейрокибернетика (или нейроинформатика) ориентирована на аппаратное моделирование структур, подобных структурам мозга. Во-вторых, изучение природы наследственности и использование эволюционных принципов в технических системах. К ИИ близко примыкает бионика, применение ее принципов в робототехнических системах.

Вторая парадигма не связана со структурой мозга и природой живых организмов, а основана на идее «черного ящика», т. е. устройства, выполняющего сложные функции, которые характерны для мыслящих существ, однако никак не связанного с устройством мозга. Это направление ИИ ориентировано на поиск алгоритмов решения интеллектуальных задач на существующих моделях компьютеров.

В 1958 г. Ф. Розенблатт разработал однослойную нейронную сеть, названную перцептроном, и построил первый нейрокомпьютер «Марк-1». Это была попытка создать систему, моделирующую человеческий глаз и его взаимодействие с мозгом. Перцептрон умел различать буквы алфавита, но был чувствителен к их написанию.

М. Минский показал, что с помощью однослойного перцептрона можно решать лишь ограниченный круг практических задач [11, с. 129]. Существенных успехов в 1970–80 гг. добиться не удалось, что вызвало снижение интереса к перцептронам и в значительной мере свертывание деятельности по реализации идей ИИ.

Важным стимулом возобновления работ в середине 1980-х гг. было создание в Японии проекта компьютера пятого поколения. Появились транспьютеры – параллельные компьютеры с большим количеством процессоров, а затем – нейрокомпьютеры, моделирующие структуру мозга человека.

С 1982 г. началась разработка пятого поколения компьютеров, в которых главной особенностью является их «интеллектуальность». Внимание создателей акцентировалось не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на анализ и синтез информации, необходимой человеку для решения проблем и получения новых знаний.

Разработка компьютеров шестого поколения основана на нейронных сетях. История интеллектуальных систем тесно соприкасается с историей ИИ.

В 40-х гг. XX в. после создания ЭВМ, в частности благодаря работам Н. Винера, идеи появления интеллектуальных систем стали реальностью.

Для практического применения нейросетей необходима разработка алгоритмов их обучения. Первые алгоритмы обучения многослойных нейронных сетей в СССР были предложены А. И. Галушкиным в 1973 г.

Первыми нейрокомпьютерами были перцептроны Ф. Розенблатта «Марк-1» (1958) и «Тобермори» (1964). К числу первых нейрокомпьютеров относится также «Адалин», разработанный Б. Уидроу [11, с. 131], и некоторые другие. Во второй половине 1980-х гг. появились нейрокомпьютеры на микропроцессорах, примерами которых могут служить ANZA и DELTA.

В 1990-е гг. были созданы нейрокомпьютеры на сигнальных процессорах.

Работы по проблемам ИИ проводились и в России. Одной из сфер приложений ИИ, позволяющей сравнивать возможности естественного и искусственного интеллектов, является игра в шахматы. В 1974 г. состоялся турнир шахматных программ, который выиграла советская программа «Каисса».

В 1990-е гг. были разработаны отечественные нейрокомпьютерные серии «Геркулес» и компьютеры на нейрочипах транспьютерного типа, в разработке которых принимали участие А. И. Галушкин, Ю. П. Иванов и др. [11, с. 133].

Заключение

В данной работе были рассмотрены основные периоды истории вычислительной техники; более подробно представлена история электронного периода. Изложены характерные черты ЭВМ всех поколений, отмечена роль выдающихся ученых в развитии компьютерной техники.

На протяжении всего шестидесяти пяти лет компьютеры превратились в мощный, гибкий, удобный и доступный инструмент. Компьютеры стали символом прогресса. По мере того как человеку понадобится обрабатывать все большее количество информации, будут совершенствоваться и средства ее обработки – компьютеры; будут появляться новые языки программирования.

В качестве элементной базы машин первого поколения (50-е годы) использовались электронные лампы. Машины были громоздкими, потребляли много электроэнергии.

ЭВМ второго поколения (60-е гг.) строились на полупроводниковых приборах (транзисторах). Это повысило надежность ЭВМ, уменьшило их габариты и энергопотребление, снизило стоимость.

В АЛУ было встроено некоторое количество сверхбыстрых регистров, что также способствовало повышению скорости работы. Кроме того, появились команды, в которых в качестве адреса фигурировал регистр, а не ячейка ОЗУ.

Была расширена номенклатура ВЗУ на магнитных носителях. Появились магнитные ленты (МЛ), магнитные барабаны (МБ), магнитные диски (МД), магнитные карты.

Расширилась и номенклатура устройств ввода-вывода. Стали использоваться перфокарты, перфоленты, АЦПУ (алфавитно-цифровая печать) на широкую бумажную ленту.

Способ обработки информации – последовательный, но так как появились прерывания, то стало возможным реализовать последовательно-параллельный алгоритм управления вычислительным процессом (совмещение ввода/вывода с другими операциями).

ЭВМ 3-го поколения (70-е гг.) выполнены на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе).

Для четвёртого поколения ЭВМ характерно появление интегральных схем, относящихся к классу больших, а также так называемых сверхбольших. В архитектуре ПК появляется основная микросхема - процессор. ЭВМ по своей конфигурации стали больше подходить обычным гражданам. Пользование ЭВМ стало возможным при незначительной квалификационной подготовке, в то время как работа с ЭВМ прошлых поколений требовала определенных навыков. Модули ОЗУ стали выпускаться не на основе ферритовых элементов, а на базе CMOS-микросхем. К четвёртому поколению ЭВМ также относят и первый компьютер Apple, который был собран 1976 г. С. Джобсом и С. Возняком. Многие эксперты в области IT считают, что Apple является первым в мире персональным компьютером.

Особенностью ЭВМ пятого поколения является то, что главный упор при создании компьютеров делается на их «интеллектуальность», внимание акцентируется не столько на элементной основе, сколько на переход от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний.

   

Список использованной литературы

  1. Акулов О. А. Информатика / О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – М.: Омега-Л, 2015. - 552 с.
  2. Бурцев В. К истории создания советской вычислительной техники / В. К. Бурцев // Открытые системы. СУБД. - 2017. - № 1. – С. 23-25
  3. Гутер Р. С. От абака до компьютера / Р. С. Гутер, Ю. Л. Полунов. – М.: Знание, 2015. – 145 с.
  4. Езерова Г. Начало цифровой эпохи / Г. Езерова, Э. Луховицкая // Открытые системы. СУБД. - 2017. - № 7. – С. 33-35
  5. Зубов Ю. И. История создания цифровых электронных вычислительных машин // История науки и техники. – 2018. - № 1. - С. 2-11
  6. Иванов А. А. История развития информатики / А. А. Иванов. – М.: Образ, 2015. – 345 с.
  7. История информатики в России. Ученые и их школы: сб. ст. / Рос. акад. наук; отв. ред. А. С. Алексеев. – М.: Наука, 2016. – 347 с.
  8. Ицкович Э. Л. История развития отечественных вычислительных средств автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2018. - № 6. - С. 57-60
  9. Казакова И. А. История вычислительной техники: Учебное пособие. – Пенза: Издательство ПГУ, 2015. – 232 с.
  10. Кочегаров И. И. Эволюция вычислительных систем: учеб. пособие / И. И. Кочегаров, А. В. Полтавский, Н. К. Юрков. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2015. – 124 с.
  11. Ланина Э. П. История развития вычислительной техники / Э. П. Ланина. – Иркутск: ИрГТУ, 2015. – 378 с.
  12. Леонтьев В. П. Большая энциклопедия компьютера и Интернета / В. П. Леонтьев. – М.: ОЛМА Медиа Групп, 2016. – 291 с.
  13. Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах / Б. Н. Малиновский. – Киев, 2015. – 278 с.
  14. Норенков И. П. Краткая история вычислительной техники и информационных технологий. - М.: Новые технологии, 2017. - 32 с.
  15. Петров Ю. П. История и философия науки. Математика, вычислительная техника, информатика / Ю. П. Петров. – СПб.: БХВ-Петербург, 2015. – 295 с.
  16. Поликарпов В. С. История науки и техники / В. С. Поликарпов. – М.: Феникс, 2015. – 375 с.
  17. Попов Ф.А. Вычислительные машины: общие принципы построения и архитектуры: Учебное пособие. – Бийск: Алт. гос. техн. ун-т, БТИ, 2017. – 106с.
  18. Прохоров С. На заре отечественного компьютерного века / С. Прохоров // Открытые системы. СУБД. - 2017. - № 5. – С. 53-55
  19. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник для ВУЗов / А.П. Пятибратов, А.А. Кириченко, Л.П. Гудыно. – М.: Финансы и статистика, 2017. – 400 с.
  20. Савельев Е. К. Информационная эпоха / Е. К. Савельев. – СПб.: Питер, 2015. – 275 с.
  21. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2015. – 291 с.