Первые средства счисления появились еще в древности. Это были примитивные механические устройства вроде абака и счетных палочек. Однако они позволяли выполнять простейшие арифметические операции сложения и вычитания.
- В XVII веке немецкий математик Вильгельм Шикард изобрел механический калькулятор, способный складывать и вычитать. В 1623 году другой математик, Вильгельм Лейбниц, придумал механизм, который умел умножать и делить. Это был первый по-настоящему функциональный калькулятор.
- В XIX веке британский математик Чарльз Бэббидж разработал проект аналитической машины, которая должна была выполнять сложные вычисления с помощью перфокарт. Однако из-за технических трудностей её не удалось реализовать при жизни автора. Тем не менее, эта идея стала важной вехой в истории вычислительной техники.
- Настоящий прорыв произошёл в середине XX века с появлением электронных вычислительных машин. В 1946 году в США был создан первый электронный компьютер ENIAC. А в 1949 году Джон фон Нейман изобрёл принцип хранения программ в памяти компьютера. Это позволило резко увеличить возможности ЭВМ.
В дальнейшем компьютеры становились всё более компактными и производительными. В 1960-70-х годах появились мэйнфреймы IBM. Затем в 1980-х на смену им пришли персональные компьютеры. С 1990-х годов компьютеры широко распространились и вошли в повседневную жизнь.
История развития вычислительных машин
В современном мире электронно-вычислительная техника вошла прочно в нашу жизнь. Уже невозможно представить, что бухгалтер считает все на счетах, а сметчик просчитывает смету вручную. Все забыли, что такое логарифмическая линейка. К этому вычислительные машины шли долгие годы.
Английский математик Чарльз Бэббидж разработал устройство, которое не только выполняло арифметические действия, но и сразу же печатало результаты. В 1832 году была построена десятикратно уменьшенная модель устройства, состоящая из двух тысяч латунных деталей, которая весила три тонны, но была способна выполнять арифметические операции с точностью до шестого знака после запятой и производить вычисления производные второго порядка. Эта вычислительная машина стала прообразом настоящих компьютеров, называлась она дифференциальной машиной.
Потребность в хранении, преобразовании и передачи информации у человека появилась значительно раньше, чем был создан телеграфный аппарат, первая телефонная станция и электронная вычислительная машина (ЭВМ). Фактически весь опыт, все знания, накопленные человечеством, так или иначе, способствовали появлению вычислительной техники.
История создания ЭВМ — общее название электронных машин для выполнения вычислений — начинается далеко в прошлом. Она связана с развитием практически всех сторон жизни и деятельности человека и техники. Сколько существует человеческая цивилизация, столько времени используется определенная автоматизация системы операций вычисления.
5 этапов развития вычислительных машин
История развития вычислительных машин техники насчитывает около пяти десятилетий. Каждый следующий этап развития техники отличался новыми элементами (электронные лампы, транзисторы, интегральные схемы), технология изготовления которых была принципиально иной. В настоящее время существует общепринятая классификация этапов устройства ЭВМ:
- Первый - (1946 — начало 50-х годы). Элементная база устройства — электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием системы, низкой надежностью, программированием операций в кодах.
- Второй - (конец 50-х — начало 60-х гг.). Элементная база машины — полупроводниковые элементы. Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего этапа практически все технические характеристики устройства. Для программирования системы используются алгоритмические языки.
- Третий - (конец 60-х — конец 70-х). Элементная база машин — интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение надежности систем и техники в целом, увеличение производительности. Появился доступ с удаленных терминалов.
- Четвёртый - (с середины 70-х — конец 80-х). Элементная база устройства — микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики машин. Массовый выпуск персональных устройств. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.
- Пятый - (с середины 80-х гг.). Началась разработка интеллектуальной техники, которая пока не увенчалась успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.
Вместе со сменой поколений ЭВМ менялся и характер их использования. Если первые создавались и использовались в основном для решения вычислительных задач, то в дальнейшем сфера их применения расширилась. Сюда можно отнести обработку информации, автоматизацию управления производственно-технологическими и научными процессами и многое другое.
Первые разработчики в истории компьютеров
Конрад Цузе первым в мире определил, что обработка данных начинается с бита (бит он называл «статусом да / нет», а формулы двоичной алгебры — условными суждениями), первым ввел термин «машинное слово» (idm), первым объединил в вычислители арифметические и логические операции, отметив, что «элементарная операция техники — проверка двух двоичных чисел на равенство. Результатом будет тоже двоичное число с двумя значениями (равно, не равно)».
Первая вычислительная машина на лампах, созданная англичанами в 1943 г., для раскодирования немецких военных шифров состояла из 1800 электронных ламп — устройств для хранения информации — и была одним из первых программируемых электронных цифровых компьютеров того века.
Транзисторы пришли на смену электронным лампам в начале 60-х годов. Транзисторы (которые действуют как электрические переключатели), потребляя меньше электроэнергии и выделяя меньше тепла, занимают и меньше места.
Когда появились отечественные машины, их можно было охарактеризовать так: по архитектурным, схемным и функциональных решений они соответствовали своему часу, но их возможности были ограничены из-за несовершенства производственной и элементной базы в СССР.
Производство компьютеров на ИС (микросхемами их стали называть позже) было гораздо дешевле, чем на транзисторах. Благодаря этому многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения различных задач. В эти годы производство компьютеров приобрело промышленные масштабы.
В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах.
В 4 поколении рождение персональных компьютеров (ПК, PC) с полным основанием связывают с процессорами Intel. Корпорация была основана в середине июня 1968 г. С тех пор Intel превратилась в крупнейшего в мире производителя микропроцессоров с числом сотрудников более 64 тысяч. Целью Intel было создание полупроводниковой памяти и, чтобы выжить, фирма стала брать и сторонние заказы на разработку полупроводниковых устройств.
Распространение ПК к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-эвм.
Отличительные признаки V -го поколения:
- новые технологии производства;
- отказ от традиционных языков программирования таких, как Кобол и Фортран в пользу языков с повышенными возможностями манипулирования, символами и элементами логического программирования (Пролог и Лисп);
- акцент на новые архитектуры (например, на архитектуру потока данных);
- новые способы ввода-вывода, удобные для пользователя (например, распознавание речи и образов, синтеза речи, обработка сообщений на естественном языке);
- искусственный интеллект (то есть автоматизация процессов решения задач, получения выводов, манипулирования знаниями).
Направления развития компьютеров "Нейрокомпьютеры" можно отнести к шестому поколению ЭВМ. Несмотря на то, что реальное применение нейросетей началось относительно недавно, нейрокомпьютингу как научному направлению пошел седьмой десяток лет, а первый нейрокомпьютер был построен в 1958 году. Разработчиком машины был Фрэнк Ройзенблит, который подарил своему детищу имя Mark I.
Теория нейронных сетей впервые была обозначена в работе МакКаллока и Питтса в 1943 г.: любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети. Интерес к нейрокомпьютингу снова вспыхнул в начале 80-х годов и был подогрет новыми работами с многослойным перцептроном и параллельными вычислениями. Нейрокомпьютеры — это ПК, состоящие из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов, которые называют нейронами. Нейроны образуют так называемые нейросети. Высокое быстродействие нейрокомпьютеров достигается именно за счет огромного количества нейронов.
Нейрокомпьютеры построены по биологическим принципу: нервная система человека состоит из отдельных клеток — нейронов, количество которых в мозгу достигает 1012, при том, что время срабатывания нейрона — 3 мс. Каждый нейрон выполняет достаточно простые функции, но так как он связан в среднем с 1 — 10 тыс. других нейронов, такой коллектив успешно обеспечивает работу человеческого мозга.
Интересные факты
Абак — один из самых древних и простых средств счисления, который появился еще в Древнем Китае. Абак представляет собой доску с набором шариков или бусин, которые перемещаются по вертикальным или горизонтальным проволокам. Каждая проволока соответствует определенному разряду в системе счисления. Абак позволяет выполнять сложение, вычитание, умножение и деление чисел, а также извлекать квадратные и кубические корни.
• Счетные палочки — это другой вид примитивных средств счисления, который использовался в разных культурах. Счетные палочки представляют собой набор одинаковых палочек разной длины или толщины, которые располагаются в определенном порядке на поверхности. Счетные палочки позволяют представлять числа в разных системах счисления, в том числе в двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной.
• Механический калькулятор Шикарда — это первое известное устройство, способное складывать и вычитать числа автоматически. Он был создан в 1623 году немецким математиком и астрономом Вильгельмом Шикардом. Калькулятор Шикарда представлял собой деревянный ящик с шестью циферблатами на лицевой стороне. Каждый циферблат имел 10 отверстий для ввода чисел с помощью специальных палочек. Калькулятор Шикарда мог складывать и вычитать числа до шести разрядов.
• Механический калькулятор Лейбница — это усовершенствованная версия калькулятора Паскаля, который был создан в 1642 году французским математиком и философом Блезом Паскалем. Калькулятор Лейбница был создан в 1673 году немецким математиком и философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем. Калькулятор Лейбница мог не только складывать и вычитать, но и умножать и делить числа до восьми разрядов. Для этого он использовал специальный механизм, называемый степенным рядом, который состоял из ряда зубчатых колес, связанных между собой.
• Аналитическая машина Бэббиджа — это первый проект механического компьютера общего назначения, который мог выполнять любые вычисления по заданной программе. Он был разработан в 1837 году британским математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем. Аналитическая машина Бэббиджа должна была состоять из двух основных частей: арифметического блока, который выполнял операции над числами, и управляющего блока, который считывал команды с перфокарт. Аналитическая машина Бэббиджа также должна была иметь память для хранения промежуточных результатов и печатающее устройство для вывода ответов.
• Электронный компьютер ENIAC — это первый полностью электронный компьютер, который мог выполнять большое количество операций в секунду. Он был создан в 1946 году группой американских ученых и инженеров под руководством Джона Мокли и Джона Эккерта в университете Пенсильвании. ENIAC состоял из 18 000 электронных ламп, 70 000 резисторов, 10 000 конденсаторов и других элементов. ENIAC мог выполнять около 5000 операций в секунду, что было невероятно высокой скоростью для того времени. Однако, ENIAC имел ряд недостатков, таких как сложность программирования, неустойчивость работы и высокая стоимость.
• Принцип фон Неймана — это основной принцип работы современных компьютеров, который заключается в том, что программа и данные хранятся в одной и той же памяти компьютера. Это позволяет изменять программу в процессе выполнения и использовать разные программы для разных задач. Принцип фон Неймана был предложен в 1949 году венгеро-американским математиком и физиком Джоном фон Нейманом.
Подведем итоги
История развития компьютеров еще не закончена, помимо совершенствования старых, идет и разработка совершенно новых технологий. Пример тому квантовые компьютеры — устройства, работающие на основе квантовой механики. Полномасштабный квантовый компьютер — гипотетическое устройство, возможность построения которого связана с серьезным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов. Эти труды лежат на передовом крае современной физики. Экспериментальные квантовые компьютеры уже существуют. Элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.
Информатика - увлекательный предмет не только из-за своей специфики, а из-за богатой истории. Если не вникать в прошлое, не настанет настоящее. Намного проще следить за новообразованиями, владея историей создания. Проверить свои знания по истории вычислительной техники можно, пройдя наше тестирование.
