Реферат: Как появились компьютеры

                                                                   На протяжении жизни всего лишь одногопоколения рядом      

                                                                             с человеком вырос странный новый вид: вычислительные и

                                                                             подобные им  машины, с которыми,как он обнаружил, ему

                                                                             придется делить мир.

                                                                                  Ни история, ни философия,ни здравый смысл не могут

                                                                             подсказать нам, как эти машины повлияют на нашу жизнь в

                                                                              будущем,ибо они работают совсем не так, как машины,

                                                                             созданные в эру промышленной революции.

                                                                                                Марвин Минский

          Рассматривая историю общественногоразвития, марксисты утверждают, что ’’ история есть ни что иное,как последовательная смена отдельных поколений ’’. Очевидно, это справедливо и для истории компьютеров.

          Вот некоторые определения термина ’’ поколениекомпьютеров ’’, взятые из 2-х источников. ’’ Поколения вычислительныхмашин — это сложившееся в последнее время разбиение вычислительных машин наклассы, определяемые элементной базой и производительностью ’’.(Паулин Г. Малый толковый словарь по вычислительной технике: пер. снем. М…: Энергия, 1975 ). ’’ Поколения компьютеров — нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных ив последнее время — программных  средств ’’.(Толковый словарь по вычислительным системам: Пер. с англ. М.:Машиностроение, 1990 ).

          Утверждение понятия принадлежностикомпьютеров к тому или иному поколению и появление самого термина  ’’ поколение ’’ относится к 1964 г., когдафирма IBM выпустила серию компьютеров IBM / 360 на гибридныхмикросхемах (монолитные интегральные схемы в то время ещё не выпускались вдостаточном количестве), назвав эту серию компьютерами третьего поколения.Соответственно предыдущие компьютеры — на транзисторах и электронных лампах — компьютерами второго и третьего поколений. В дальнейшем эта классификация,вошедшая в употребление, была расширена и появились компьютеры четвёртого ипятого поколений.

          Для понимания истории компьютернойтехники введённая классификация имела, по крайней мере, два аспекта: первый- вся деятельность, связанная с компьютерами, до создания компьютеров ENIAC рассматриваласькак предыстория; второй — развитие компьютерной техники определялосьнепосредственно в терминах технологии аппаратуры и схем.

          Второй аспект подтверждает и главныйконструктор фирмы DEC и один из изобретателей мини-компьютеров Г.Белл,говоря, что ’’ история компьютерной индустрии почти всегдадвигалась технологией’’.

          Переходя к оценке и рассмотрениюразличных поколений, необходимо прежде всего заметить, что поскольку процесссоздания компьютеров происходил и происходит непрерывно ( в нём участвуютмногие разработчики из многих стран, имеющие дело с решением различных проблем), затруднительно, а в некоторых случаях и бесполезно, пытается точноустановить, когда то или иное поколение начиналось или заканчивалось.

          В 1883 г. Томас Альва  Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы сугольной нитью ввёл в её вакуумный баллон платиновый электрод и положительноенапряжение, то в вакууме между электродом и нитью протекает ток.

          Не найдя никакого объяснения стольнеобычному явлению, Эдисон ограничивается тем, что подробно описал его, навсякий случай взял  патент и отправиллампу на Филадельфийскую выставку. О ней в декабре 1884 г. в журнале ’’Инженеринг’’  была заметка ’’ Явление в лампочке Эдисона’’.

          Американский изобретатель не распозналоткрытия исключительной важности (по сути это было его единственноефундаментальное открытие — термоэлектронная эмиссия).Он не понял, что его лампанакаливания с платиновым электродом по существу была первой в мире  электронной лампой.

          Первым, кому пришла в голову мысль опрактическом использовании ’’ эффекта Эдисона ’’ быланглийский физик  Дж. А. Флеминг (1849 — 1945 ). Работая с 1882 г. консультантом эдисоновской  компании в Лондоне,он узнал о ’’ явлении ’’ из первых уст  — от самого Эдисона. Свой диод — двухэлектродную  лампу Флейминг создал в1904 г.

          В октябре 1906 г. американский инженерЛи деФорест изобрёл электронную лампу — усилитель, или аудион, как он её тогданазвал, имевший третий электрод — сетку. Им был введён принцип, на основе  которого строились все дальнейшие электронныелампы, — управление током, протекающим между анодом и катодом, с помощью другихвспомогательных элементов.

          В 1910 г. немецкий инженеры  Либен, Рейнс и Штраус сконструировали триод,сетка в котором выполнялась в форме перфорированного листа алюминия ипомещалась в центре баллона, а чтобы увеличить эмиссионный ток, они предложилипокрыть нить накала слоем окиси бария или кальция.

          В 1911 г. американский физик Ч. Д.Кулидж  предложил  применить в качестве покрытия вольфрамовой нити накала окись тория — оксидныйкатод — и получил вольфрамовую проволоку, которая произвела переворот вламповой промышленности.   

          В 1915 г. американский физик ИрвингЛенгмюр сконструировал двухэлектронную лампу — кенотрон, применяемую в качестве выпрямительной лампы висточниках питания. В 1916 г. ламповая промышленность стала выпускать особыйтип конструкции ламп — генераторные лампы с водяным охлаждением.

          Идея лампы с двумя сотками — тетродабыла высказана в 1919 г. немецким физиком Вальтером  Шоттки и независимо от него в 1923 г. — американцем  Э. У. Халлом, а реализованаэта идея англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х г.г.

          В 1929 г. голландские учёные Г.Хольст  и Б. Теллеген создали электроннуюлампу с 3-мя сетками — пентод. В 1932 г. был создан гептод, в 1933 — гексод ипентагрид, в 1935  появились лампы вметаллических корпусах… Дальнейшее  развитиеэлектронных ламп шло по пути улучшения их функциональных характеристик, по путимногофункционального использования.

          Проекты и реализация машин ’’ Марк- 1 ’’, EDSAC и EDVAC в Англии и США, МЭСМ вСССР заложили основу для развёртывания работ по созданию ЭВМ вакуумноламповойтехнологии — серийных ЭВМ первого поколения.

          Разработка первой электронной серийноймашины UNIVAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 г.Эккертом и Маучли, основавшими в декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец машины ( UNIVAC-1 ) был построен для бюропереписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная,последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1создана на базеЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц исодержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство вёмкостью 1000 12 -разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутныхлиниях задержки.

          Вскоре после ввода в эксплуатациюмашины UNVIAC — 1 её разработчики выдвинули идею автоматическогопрограммирования. Она сводилась к тому, чтобы машина сама могла подготавливатьтакую последовательность команд, которая нужна для решения данной задачи.

          Пятидесятые годы — годы расцветакомпьютерной техники, годы значительных достижений и нововведений как вархитектурном, так и в научно — техническом отношении. Отличительныеособенности в архитектуре современной ЭВМ по сравнению с неймановскойархитектурой впервые появились в ЭВМ первого поколения.

          Сильным сдерживающим фактором в работеконструкторов ЭВМ начала 50 — х  г.г.было отсутствие быстродействующей памяти. По словам одного из пионероввычислительной техники — Д. Эккерта, ’’ архитектура машиныопределяется памятью ’’. Исследователисосредоточили свои усилия на запоминающих свойствах ферритовых колец,нанизанных на проволочные матрицы.

<img src="/cache/referats/11386/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

          В 1951 г. в 22 — м томе ’’ Journal of  Applid Phisics ’’ Дж. Форрестер опубликовалстатью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации. Вмашине ’’ Whirlwind — 1 ’’ впервые была применена память на магнит. Онапредставляла собой 2 куба с 32<img src="/cache/referats/11386/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><img src="/cache/referats/11386/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

          В разработку электронных компьютероввключилась фирма IBM. В 1952 г. она выпустила свой первый промышленныйэлектронный компьютер IBM 701, который представлял собойсинхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12000германиевых диодов. Усовершенствованный вариант машины IBM 704 отличалась высокойскоростью работы, в ней использовались индексные регистры и данныепредставлялись в форме с плавающей запятой.

          После ЭВМ IBM 704 была выпущена машина IBM 709,которая в архитектурном плане приближалась к машинам второго и третьегопоколений. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервыепоявились каналы ввода — вывода.

          В 1956 г. фирмой IBM былиразработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Изобретение ихпозволило создать новый тип памяти — дисковые ЗУ, значимость которых была вполной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники.Первые ЗУ на дисках появились в машинах  IBM 305 и RAMAC-

Последняяимела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием,которые вращались со скоростью 12000 об / мин. НА поверхности диска размещалось100 дорожек для записи данных, по 10000 знаков каждая.

          Вслед за первым серийным компьютером UNIVAC — 1 фирма Remington — Rand в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC — 1103, которая работала в 50 раз быстрее. Позже в компьютере  UNIVAC — 1103 впервые  были применены программные прерывания.

         Сотрудники фирмы Remington- Rand использовалиалгебраическую форму записи алгоритмов под названием ’’Short Cocle ’’ ( первыйинтерпретатор, созданный в 1949 г. Джоном Маучли ). Кроме того, необходимоотметить офицера ВМФ США и руководителя группы программистов, в то времякапитана ( в дальнейшем единственная женщина в ВМФ- адмирала ) Грейс Хоппер,которая разработала первую программу- компилятор А- О. (Кстати, термин " компилятор" впервые ввела Г. Хоппер в 1951 г. ). Этакомпилирующая программа производила трансляцию на машинный язык всей программы,записанной в удобной для обработки алгебраической форме.

          ФирмаIBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования,создав в 1953 г. для машины IBM 701 "Системубыстрого кодирования ". В нашей стране А. А.Ляпунов предложил один из первых языков программирования. В 1957 г. группа подруководством Д. Бэкуса завершила работу над ставшим в последствии популярнымпервым языком программирования высокого уровня, получившим название ФОРТРАН.Язык, реализованный впервые на ЭВМ IBM 704, способствовалрасширению сферы применения компьютеров.

          ВВеликобритании в июле 1951 г. на конференции в Манчестерском университете М.Уилкс представил доклад " Наилучший методконструирования автоматической машины", который стал пионерскойработой по основам микропрограммирования. Предложенный им метод проектированияустройств управления нашел широкое применение.

          Своюидею микропрограммирования М. Уилкс реализовал в 1957 г. при создании машины EDSAC-2.М. Уилкс совместно с Д. Уиллером и С. Гиллом в 1951 г. написали первый учебникпо программированию " Составление программ для электронных счетных машин" (русский перевод- 1953 г.).

          В1951 г. фирмой Ferranti начат серийный выпуск машины " Марк-1". Ачерез 5 лет фирма Ferranti выпустила ЭВМ ’’Pegasus ’’, вкоторой впервые  нащла  воплощение концепция регистров общегоназначения ( РОН ). С появлением РОН устранено различие между индекснымирегистрами и аккумуляторами, и в распоряжении программиста оказался не один, анесколько регистров — аккумуляторов.

          Внашей стране в 1948 г. проблемы развития вычислительной техники становятсяобщегосударственной задачей. Развернулись работы по созданию серийных ЭВМпервого поколения.

          В1950 г. в Институте точной механики и вычислительной техники ( ИТМ и ВТ )организован отдел цифровых ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. В 1951 г.здесь была спроектирована машина БЭСМ ( Большая Электронная Счётная Машина ), ав 1952 г. началась её опытная эксплуатация.

          Впроекте вначале предполагалось применить память на трубках Вильямса, но до 1955г. в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линиизадержки.  По тем временам  БЭСМ была весьма производительной машиной — 800 оп / с. Она имелатрёхадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялсяметод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульномупрограммированию, пакетам прикладных программ. Серийно машина стала выпускатьсяв 1956 г. под названием БЭСМ — 2.

          Вэтот же период в КБ, руководимом М. А. Лесечко, началось проектирование другойЭВМ, получившей название ’’ Стрела ’’.Осваивать серийное производство этой машины было поручено московскому заводуСАМ. Главным конструктором стал Ю. А. Базилевский, а  одним из его помощников — Б. И. Рамеев, вдальнейшем конструктор серии ’’ Урал ’’.Проблемы серийного производства предопределили некоторые особенности ’’ Стрелы’’: невысокое по сравнению сБЭСМ быстродействие, просторный монтаж и т. д. В машине в качестве внешнейпамяти применялись 45 — дорожечные магнитные ленты, а оперативная память — на трубках Вильямса. ’’Стрела ’’ имела большую разрядность и удобную систему команд.

          ПерваяЭВМ ’’ Стрела ’’ была установлена в отделении прикладнойматематики  Математического института АН( МИАН ), а в конце 1953 г. началось серийное её производство.

          Влаборатории электросхем энергетического института под руководством И. С.Брука  в 1951 г. построили макетнебольшой ЭВМ первого поколения  подназванием М-1.

          Вследующем году здесь была созлана вычислительная машина М — 2, которая положиланачало созданию экономичных машин среднего класса. Одним из ведущих  разработчиков данной машины был  М. А. Карцев, внёсший впоследствии большойвклад в развитие отечественной вычислительной техники. В машине М — 2использовались 1879 ламп, меньше, чем в  ’’ Стреле ’’, а средняяпроизводительность составляла 2000 оп / с. Были задействованы 3 типа памяти:электростатическая на 34 трубках Вильямса, на магнитном барабане и на магнитнойленте с использованием обычного для того времени магнитофона МАГ — 8.

          В1955 — 1956 г.г. коллектив лаборатории выпустил малую ЭВМ М — 3 сбыстродействием 30 оп / с  и оперативнойпамятью на магнитном барабане. Особенность М — 3 заключалась в том,  что для центрального устройства  управления был использован  асинхронный принцип работы. Необходимоотметить, что в 1956 г. коллектив И. С. Брука выделился из состава энергетического института и образовал Лабораториюуправляющих машин и систем, ставшую впоследствии Институтом электронных управляющихмашин ( ИНЭУМ ).

          Ещёодна разработка малой вычислительной машины под названием ’’ Урал ’’ былазакончена в 1954 г. коллективом сотрудников под руководством Рамеева… Этамашина стала родоначальником целого семейства  ’’ Уралов ’’, последняя серия которых  ( ’’ Урал -16 ’’ ),была выпущена в 1967 г. Простота машины, удачная конструкция, невысокаястоимость обусловили её широкое применение.

          В1955 г. был создан Вычислительный центр Академии наук, предназначенный дляведения научной работы в области машинной математики и для предоставления  открытого вычислительного обслуживания другиморганизациям Академии.

          Вовторой половине  50 — х г.г. в нашей странебыло выпущено ещё  8 типов машин повакуумно — ламповой технологии. Из них наиболее удачной была  ЭВМ М — 20, созданная под руководством С. А.Лебедева,  который в 1954 г. возглавилИТМ и ВТ.

          Машинаотличалась высокой производительностью ( 20 тыс. оп / с ), что былодостигнуто   использованием совершеннойэлементной базы и  соответствующей  функционально — структурной организации. Какотмечают А. И. Ершов и М. Р. Шура — Бура, ’’ эта солидная основавозлагала большую ответственность на разработчиков, поскольку машина, а болееточно её архитектуре, предстояло воплотиться в нескольких крупных сериях ( М — 20, БЭСМ — 3М, БЭСМ — 4, М — 220, М — 222 )  ’’. Серийный выпуск ЭВМ М — 20 был начат в 1959 г… В1958 г. под руководством  В. М. Глушкова( 1923 — 1982) в Институте кибернетики АН Украины была создана вычислительнаямашина ’’ Киев ’’, имевшая производительность 6 — 10 тыс. оп / с. ЭВМ’’ Киев ’’ впервые в нашей стране использовалась длядистанционного управления технологическими процессами.

          В тоже время в Минске  под руководством  Г. П. Лопато и  В. В. Пржиялковского начались работы посозданию первой машины известного в дальнейшем семейства ’’ Минск- 1 ’’. Она выпускалась минским заводом вычислительных машин в различныхмодификациях: ’’ Минск — 1 ’’, ’’ Минск — 11 ’’, ’’ Минск- 12 ’’, ’’ Минск — 14 ’’. Машина широкоиспользовалась в вычислительных центрах нашей страны. Средняяпроизводительность машины составляла 2 — 3 тыс. оп / с.

          Прирассмотрении техники компьютеров первого поколения, необходимо особоостановиться на одном из устройств ввода — вывода. С начала появления первыхкомпьютеров выявилось противоречие между высоким быстродействием центральныхустройств и низкой скоростью работы внешних устройств. Кроме того, выявилосьнесовершенство и неудобство этих устройств.

          Первымносителем данных в компьютерах, как известно, была перфокарта. Затем появилисьперфорационные бумажные ленты или просто перфоленты. Они пришли из телеграфнойтехники после того, как в начале XIX в. отец и сын из ЧикагоЧарлз и Говард Крамы изобрели телетайп. Перфоленты стали заменятьперфокарты  в табуляторах, а затем впервых компьютерах — в релейных машинах Д. Штибитца и Г. Айкена, в английскихмашинах  ’’ Колосс ’’ изБлетчи — Парка и др.

          Первыенововведения в системах ввода — вывода были отмечены в машине ’’  Whirlwind — 1 ’’ Идспользовались 2 устройства:электронно — лучевая