Покоління комп'ютерів

        Відповідно до загальноприйнятої методикою оцінки розвитку обчислювальної техніки першим поколінням вважалися лампові комп'ютери, другим - транзисторні, третім - комп'ютери на інтегральних схемах, а четвертим - з використанням мікропроцесорів. У той час як попередні покоління вдосконалювалися за рахунок збільшення кількості елементів на одиницю площі (мініатюризації), комп'ютери п'ятого покоління повинні були стати наступним кроком, і для досягнення Надпродуктивність, - здійснювати взаємодію необмеженого набору мікропроцесорів.

Перше покоління комп'ютерів з архітектурою фон Неймана

        Першою працює машиною з архітектурою фон Неймана стала Манчестерская мала експериментальна машина, створена в Манчестерському університеті в 1948 році; в 1949 році за ним послідував комп'ютер Манчестерський Марк I (рис.1) , який вже був повною системою, з трубками Вільямса і магнітним барабаном як пам'ять, а також з індексними регістрами. Іншим претендентом на звання «перший цифровий комп'ютер з програмою, що зберігається» став EDSAC (рис.2), розроблений і сконструйований в Кембриджському університеті. Який заробив менше ніж через рік після «Baby», він уже міг використовуватися для вирішення реальних завдань. Насправді, EDSAC був створений на основі архітектури комп'ютера EDVAC, спадкоємця ENIAC. На відміну від ENIAC, який використав паралельну обробку, EDVAC був єдиним обробляючим блоком. Таке рішення було простіше і надійніше, тому такий варіант ставав першим реалізованим після кожної чергової хвилі мініатюризації. Багато хто вважає, що Манчестерський Марк I / EDSAC / EDVAC стали «Евамі», від яких ведуть свою архітектуру майже всі сучасні комп'ютери.

рис. 1

рис. 2

        Першим універсальним програмованим комп'ютером в континентальній Європі був Z4 Конрада Цузе, завершений у вересні 1950 року. У листопаді того ж року командою вчених під керівництвом Сергія Олексійовича Лебедєва з Київського інституту електротехніки, УРСР, була створена так звана «мала електронна рахункова машина» (МЕРМ). Вона містила близько 6000 електровакуумних ламп і споживала 15 кВт. Машина могла виконувати близько 3000 операцій в секунду. Іншою машиною того часу була австралійська CSIRAC, яка виконала свою першу тестову програму в 1949 році.

Z4 Конрада Цузе

        У жовтні 1947 року директора компанії Lyons & Company, британської компанії, яка володіла мережею магазинів і ресторанів, вирішили взяти активну участь у розвитку комерційної розробки комп'ютерів. Комп'ютер LEO I почав працювати в 1951 році і вперше в світі став регулярно використовуватися для рутинної офісної роботи.

        Машина Манчестерського університету стала прототипом для Ferranti Mark I. Перша така машина була доставлена ​​в університет в лютому 1951 року народження, і дев'ять інших були продані між 1951 і 1957 роками.

        У червні 1951 року UNIVAC 1 був встановлений в Бюро перепису населення США. Машина була розроблена в компанії Remington Rand, яка, в кінцевому підсумку, продала 46 таких машин за ціною більш ніж в $ 1 млн за кожну. UNIVAC був першим масово вироблявся комп'ютером; всі його попередники виготовлялися в одиничному екземплярі. Комп'ютер складався з 5200 електровакуумних ламп і споживав 125 кВт енергії. Використовувалися ртутні лінії затримки, що зберігають 1000 слів пам'яті, кожне по 11 десяткових цифр плюс знак (72-бітові слова). На відміну від машин IBM, що оснащувалися пристроєм введення з перфокарт, UNIVAC використовував введення з металізованої магнітної стрічки стилю 1930-х, завдяки чому забезпечувалася сумісність з деякими існуючими комерційними системами зберігання даних. Іншими комп'ютерами того часу використовувався високошвидкісної введення з перфострічки і введення-виведення з використанням більш сучасних магнітних стрічок.

        Першою радянською серійної ЕОМ стала Стріла, що вироблялася з 1953 року на Московському заводі лічильно-аналітичних машин. «Стріла» відноситься до класу великих універсальних ЕОМ (Мейнфрейм) з триадресну системою команд. ЕОМ мала швидкодія 2000-3000 операцій в секунду. В якості зовнішньої пам'яті використовувалися два накопичувача на магнітній стрічці ємністю 200 000 слів, обсяг оперативної пам'яті - 2048 осередків по 43 розряду. Комп'ютер складався з 6200 ламп, 60 000 напівпровідникових діодів і споживав 150 кВт енергії.

«Стріла»

        У 1954 році IBM випускає машину IBM 650, що стала досить популярною - всього було випущено понад 2000 машин. Вона важить близько 900 кг, і ще 1350 кг важить блок живлення; обидва модуля мають розмір приблизно 1,5 × 0,9 × 1,8 метрів. Ціна машини становить $ 0,5 млн (близько $ 4 млн в перерахунку на 2011 рік) або може бути взята в лізинг за $ 3 500 на місяць ($ 30 000 на 2011 рік). Пам'ять на магнітному барабані зберігати 2000 10-знакових слів, пізніше пам'ять була збільшена до 4000 слів. У міру виконання програми інструкції зчитувалися прямо з барабана. У кожній інструкції було поставлено адреса наступної виконуваної інструкції. Використовувався компілятор Symbolic Optimal Assembly Program (SOAP), який розміщував інструкції по оптимальним адресами, так, щоб наступна інструкція читалася одразу й не було потрібно чекати, поки барабан повернеться до потрібного ряду.

        У 1955 році Моріс Вілкс винаходить мікропрограмування, принцип, який пізніше широко використовується в мікропроцесорах самих різних комп'ютерів. Мікропрограмування дозволяє визначати або розширювати базовий набір команд за допомогою вбудованих програм (які носять назви мікропрограма або firmware).

        У 1956 році IBM вперше продає пристрій для зберігання інформації на магнітних дисках - RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Воно використовує 50 металевих дисків діаметром 24 дюйми, по 100 доріжок з кожного боку. Пристрій зберігало до 5 МБ даних і коштувало по 10 000 $ за МБ. (У 2006 році подібні пристрої зберігання даних - жорсткі диски - коштують близько 0,001 $ за Мб.)

RAMAC

1950-ті - початок 1960-х: друге покоління

        Наступним великим кроком в історії комп'ютерної техніки став винахід транзистора в 1947 році. Вони стали заміною крихким і енергоємним лампам. Про комп'ютери на транзисторах зазвичай говорять як про «друге покоління», яке переважало в 1950-х і початку 1960-х. Завдяки транзисторів і друкованим платам було досягнуто значне зменшення розмірів і обсягів споживаної енергії, а також підвищення надійності. Наприклад, IBM 1620 на транзисторах, що стала заміною IBM 650 на лампах, була розміром з письмовий стіл. Однак комп'ютери другого покоління як і раніше були досить дороги і тому використовувалися тільки університетами, урядами, великими корпораціями.

        Комп'ютери другого покоління зазвичай складалися з великої кількості друкованих плат, кожна з яких містила від одного до чотирьох логічних вентилів або тригерів. Зокрема, IBM Standard Modular System визначала стандарт на такі плати і роз'єми підключення для них. Перші напівпровідникові комп'ютери будувалися на германієвих транзисторах, потім їм на зміну прийшли більш дешеві кремнієві. Логіка будувалася на біполярних транзисторах і пройшла еволюцію від РТЛ, ТТЛ до ЕСЛ-логіки. Їм на зміну прийшли польові транзистори, на основі яких будувалися найпростіші мікросхеми вже для комп'ютерів третього покоління.

        Концепція ЕОМ 1950-х років передбачала наявність дорогого обчислювального центру з власним персоналом. Зміст таких ЕОМ могли собі дозволити лише великі корпорації і державні структури (а також ряд великих університетів). В цілому в 1958 році існувало тільки 1700 ЕОМ всіх різновидів в користуванні 1200 організацій. Однак протягом кількох наступних років були випущені тисячі, а потім десятки тисяч комп'ютерів, і вони вперше стали широко доступні для середнього бізнесу і науковців.

        Слід зазначити, що без ривка в сфері обчислювальної техніки, зробленого в 1940-і рр. і чітко сформульованого технічного завдання до розробників такого роду, обчислювальна техніка не тільки не розвинулася б до сучасних комп'ютерів, але цілком ймовірно залишилася б на рівні довоєнного періоду (що показали досліди Цузе, який створив геніальні і революційні для свого часу зразки обчислювальної техніки, абсолютно незатребуваною ні державними структурами, ні громадськими інститутами). Фактично, появою перших комп'ютерів, а потім суперкомп'ютерів і стрімкого ривка у розвитку обчислювальної техніки, початку серійного виробництва комп'ютерів, формуванням комп'ютерної індустрії з усіма супутніми галузями (індустрії програмних продуктів, комп'ютерних ігор і т. Д.) Людство зобов'язане дослідів по автоматизації балістичних обчислень Другий світової війни у ​​Великобританії і в меншій мірі в США.

        У 1959 році на основі транзисторів IBM випустила мейнфрейм IBM 7090 і машину середнього класу IBM 1401. Остання використовувала перфокарточная введення і стала найпопулярнішим комп'ютером загального призначення того часу: в період 1960-1964 рр. було випущено більше 100 тис. екземплярів цієї машини. У ній використовувалася пам'ять на 4000 символів (пізніше збільшена до 16 000 символів). Багато аспектів цього проекту були засновані на бажанні замінити перфокарточная машини, які широко використовувалися починаючи з 1920-х до самого початку 1970-х рр.

IBM 7090

        У 1960 році IBM випустила транзисторную IBM 1620, спочатку тільки перфоленточную, але незабаром оновлену до перфокарт. Модель стала популярна в якості наукового комп'ютера, було випущено близько 2000 примірників. У машині використовувалася пам'ять на магнітних сердечниках об'ємом до 60 000 десяткових цифр.

        У тому ж 1960 році DEC випустила свою першу модель - PDP-1, призначену для використання технічним персоналом в лабораторіях і для досліджень. Цей відносно потужний на ті часи комп'ютер (100 тис. Операцій в секунду) мав досить компактні розміри (займав простір розміром з побутової холодильник).

PDP-1

        У 1961 році Burroughs Corporation випустила B5000, перший двопроцесорний комп'ютер з віртуальною пам'яттю на основі підкачки сегментів. Іншими унікальними особливостями були стековая архітектура, адресація на основі дескрипторів, і відсутність програмування безпосередньо на мові асемблера.

        У 1962 році спільно Манчестерським університетом Вікторії і компаніями Ferranti і Plessey був створений комп'ютер Atlas з віртуальної пам'яттю на основі підкачки сторінок і конвеєрним виконанням інструкцій.

        Комп'ютер другого покоління IBM 1401, що випускався на початку 1960-х, зайняв близько третини світового ринку комп'ютерів, було продано більше 10 000 таких машин.

        Застосування напівпровідників дозволило поліпшити не тільки центральний процесор, але і периферійні пристрої. Друге покоління пристроїв зберігання даних дозволяло зберігати вже десятки мільйонів символів і цифр. З'явився поділ на жорстко закріплені (fixed) пристрої зберігання, пов'язані з процесором високошвидкісним каналом передачі даних, і змінні (removable) пристрої.Заміна касети дисків в змінному пристрої вимагала лише кілька секунд. Хоча ємність змінних носіїв була зазвичай нижче, але їх заменяемость давала можливість збереження практично необмеженого обсягу даних. Магнітна стрічка зазвичай застосовувалося для архівації даних, оскільки надавала більший обсяг при меншій вартості.

        У багатьох машинах другого покоління функції спілкування з периферійними пристроями делегувалися спеціалізованим співпроцесор. Наприклад, в той час як периферійний процесор виконує читання або пробивання перфокарт, основний процесор виконує обчислення або розгалуження за програмою. Одна шина даних переносить дані між пам'яттю і процесором в ході циклу вибірки і виконання інструкцій, і зазвичай інші шини даних обслуговують периферійні пристрої. На PDP-1 цикл звернення до пам'яті займав 5 мікросекунд; більшість інструкцій вимагали 10 мікросекунд: 5 на вибірку інструкції і ще 5 на вибірку операнда.

        «Сетунь» була першою ЕОМ на основі троичной логіки, розроблена в 1958 році в Радянському Союзі. Першими радянськими серійними напівпровідниковими ЕОМ стали «Весна» і «Сніг», що випускаються з 1964 по 1972 рік. Пікова продуктивність ЕОМ «Сніг» склала 300 000 операцій в секунду. Машини виготовлялися на базі транзисторів з тактовою частотою 5 МГц. Всього було випущено 39 ЕОМ.

        Кращою вітчизняною ЕОМ 2-го покоління вважається БЕСМ-6, створена в 1966 році.

БЕСМ-6

1960-і: третє покоління

        Бурхливе зростання використання комп'ютерів почався з «третього покоління» обчислювальних машин. Початок цьому поклало винахід інтегральної схеми, яка стала можливою завдяки ланцюжку відкриттів, зроблених американськими інженерами в 1958-1959 роках. Вони вирішили три фундаментальні проблеми, що перешкоджали створенню інтегральної схеми. За зроблені відкриття один з них отримав Нобелівську премію.

        У 1964 році був представлений мейнфрейм IBM / 360. Ці ЕОМ і її спадкоємці на довгі роки стали фактичним промисловим стандартом для потужних ЕОМ загального призначення. В СРСР аналогом IBM / 360 були машини серії ЄС ЕОМ.

        Паралельно з комп'ютерами третього покоління продовжували випускатися комп'ютери другого покоління. Так, комп'ютери «UNIVAC 494» випускалися до середини 1970-х років.

1970-ті: четверте покоління

        У 1969 році співробітник компанії Intel Тед Хофф пропонує створити центральний процесор на одному кристалі. Тобто, замість безлічі інтегральних мікросхем створити одну головну інтегральну мікросхему, яка повинна буде виконувати всі арифметичні, логічні операції та операції управління, записані в машинному коді. Такий пристрій отримало назву мікропроцесор.

        У 1971 році компанія Intel випускає на ринок перший мікропроцесор «Intel 4004». Поява мікропроцесорів дозволило створити мікрокомп'ютери - невеликі недорогі комп'ютери, які могли собі дозволити купити маленькі компанії або окремі люди. У 1980-х роках мікрокомп'ютери стали повсюдним явищем.

       Масовий домашній комп'ютер, що підключається до телевізора

       Apple II - перший в світі масовий персональний комп'ютер виробництва компанії Apple

        IBM PC - масовий персональний комп'ютер виробництва компанії IBM

Перший масовий домашній комп'ютер був розроблений Стівом Возняком - одним із засновників компанії Apple Computer. Пізніше Стів Возняк розробив перший масовий персональний комп'ютер.

       Комп'ютери на основі мікрокомп'ютерної архітектури з можливостями, що були додані від їх великих побратимів, зараз домінують в більшості сегментів ринку.