A mechanikus számítógépek fejlődésének története. Informatika. Számológéptől számítógépig

10. sz. előadás A SZÁMÍTÁSTECHNIKA FEJLŐDÉS TÖRTÉNETE

1.1. A SZÁMÍTÓGÉPEK FEJLESZTÉSÉNEK KEZDETI SZAKASZA

Az adatfeldolgozás, ezen belül a számítások automatizálásának igénye már régen felmerült. Úgy tartják, hogy történetileg az első és ennek megfelelően a legegyszerűbb számlálóeszköz az abakusz volt, amely a kézi számlálókészülékekre utal.

Az első próbálkozásunk, amely a több számjegyű egész számok összeadására képes gép létrehozásának problémájának megoldására jutott, egy Leonardo da Vinci által 1500 körül kifejlesztett 13 bites összeadó eszköz vázlata volt.

1642-ben Blaise Pascal feltalált egy eszközt, amely mechanikusan hajtotta végre a számok összeadását. Gottfried Wilhelm Leibniz, megismerve Pascal munkáit és tanulmányozva aritmetikai gépét, jelentős fejlesztéseket végzett rajta, és 1673-ban olyan aritmométert tervezett, amely lehetővé teszi. mechanikusan végezzen négy aritmetikai műveletet. A 19. század óta az adagológépek nagyon elterjedtek és elterjedtek. Még nagyon összetett számításokat is végeztek, például a tüzérségi tüzelés ballisztikus asztalainak számításait. Volt egy speciális szakma - egy pult.

Annak ellenére, hogy a nyilvánvaló előrelépés az abakuszhoz és hasonló eszközökhöz képest a kézi számításhoz, ezek a mechanikus számítástechnikai eszközök állandó emberi részvételt igényelt a számítási folyamat során. Egy személy, aki számításokat végez egy ilyen eszközön, maga ellenőrzi annak működését, és meghatározza a végrehajtott műveletek sorrendjét.

A számítástechnika feltalálóinak álma egy olyan számlálógép megalkotása volt, amely emberi beavatkozás nélkül, előre összeállított program szerint végez számításokat.

A 19. század első felében Charles Babbage angol matematikus egy univerzális számítástechnikai eszközt próbált létrehozni - Elemző gép, amelynek emberi beavatkozás nélkül kellett volna aritmetikai műveleteket végrehajtania. Az Analytical Engine olyan alapelveket foglalt magában, amelyek a számítástechnikában alapvetővé váltak, és biztosította a modern számítógépekben található összes alapvető összetevőt. Babbage analitikai motorjának a következő részekből kellett állnia:

1. A „gyári” egy olyan eszköz, amelyben minden adatfeldolgozási műveletet végrehajtanak (ALU).

2. Az „iroda” egy olyan eszköz, amely egy adatfeldolgozó program végrehajtásának megszervezését és a folyamat (CU) során az összes gépelem összehangolt működését biztosítja.

3. A „raktár” egy olyan eszköz, amelyet kezdeti adatok, köztes értékek és adatfeldolgozási eredmények (memória vagy egyszerűen memória) tárolására terveztek.

4. Olyan eszközök, amelyek alkalmasak az adatok számítógép számára elérhető formába történő átalakítására (kódolás). Beviteli eszközök.

5. Olyan eszközök, amelyek képesek az adatfeldolgozás eredményeit az ember számára érthető formára konvertálni. Kimeneti eszközök.

A gép végleges változatában három lyukkártyás beviteli eszköze volt, amelyekről a feldolgozandó programot és adatokat olvasták ki.

Babbage nem tudta befejezni a munkát - az akkori gépészeti technológia alapján túl nehéznek bizonyult. Az alapötleteket azonban ő dolgozta ki, és 1943-ban az amerikai Howard Aiken a 20. századi technológiára alapozva elektromechanikus relék– építhetett a cég egyik vállalkozásánál IBM egy ilyen "Mark-1" nevű autó. A számok ábrázolására mechanikus elemeket (számláló kerekeket), a vezérléshez elektromechanikus elemeket használtak.

1.2. AZ ELEKTRONIKAI SZÁMÍTÁSTECHNIKA MODERN TÖRTÉNETÉNEK KEZDETE

A számítástechnikában igazi forradalom következett be az elektronikus eszközök használatával kapcsolatban. A munkájuk a 30-as évek végén kezdődött egyszerre az USA-ban, Németországban, Nagy-Britanniában és a Szovjetunióban. Ekkorra már széles körben alkalmazták a rádiótechnikai eszközökben a vákuumcsöveket, amelyek a digitális információ feldolgozására és tárolására szolgáló eszközök műszaki alapjává váltak.

Az egyik legnagyobb amerikai matematikus, John von Neumann óriási hozzájárulást adott az elektronikus számítástechnika létrehozásának elméletéhez és gyakorlatához a fejlesztés kezdeti szakaszában. „Von Neumann elvei” örökre bekerültek a tudomány történetébe. Ezeknek az elveknek a kombinációja hozta létre a klasszikus (von Neumann) számítógép-architektúrát. Az egyik legfontosabb alapelv - a tárolt program elve - megköveteli, hogy a programot ugyanúgy tárolják a gép memóriájában, ahogyan az eredeti információkat tárolják benne. Az első tárolt programmal rendelkező számítógép ( EDSAC ) Nagy-Britanniában épült 1949-ben.

Nálunk a 70-es évekig a számítógépek létrehozása szinte teljesen függetlenül és a külvilágtól függetlenül történt (ez a „világ” maga pedig szinte teljes mértékben az Egyesült Államoktól függött). Az a tény, hogy az elektronikus számítástechnikát a kezdeti pillanattól kezdve szigorúan titkos stratégiai terméknek tekintették, és a Szovjetuniónak önállóan kellett kifejlesztenie és gyártania. Fokozatosan enyhült a titoktartási rendszer, de hazánk még a 80-as évek végén is csak elavult számítógépmodelleket vásárolhatott külföldön (és a legmodernebb és legerősebb számítógépeket továbbra is a vezető gyártók - az USA és Japán - fejlesztik és gyártják titokban mód).

Az első hazai számítógépet, a MESM-et („kis elektronikus számítógép”) 1951-ben hozták létre Szergej Alekszandrovics Lebegyev, a legnagyobb szovjet számítógép-tervező vezetésével. A rekord köztük és a maga idejében a világ egyik legjobbja a BESM-6 („nagy elektronikus számológép, 6. modell”) volt, amelyet a 60-as évek közepén készítettek, és sokáig a védelmi, űrkutatási alapgép volt. kutatás, tudományos és műszaki kutatás a Szovjetunióban. A BESM sorozat gépei mellett más sorozatú számítógépeket is gyártottak - „Minsk”, „Ural”, M-20, „Mir” és mások.

A sorozatgyártás megkezdésével a számítógépeket generációkra kezdték osztani; a megfelelő besorolást az alábbiakban vázoljuk.

1.3. SZÁMÍTÓGÉPEK

A számítástechnika történetében a számítógépek nemzedékenkénti sajátos periodizálása tapasztalható. Kezdetben fizikai és technológiai elven alapult: a gépet a benne felhasznált fizikai elemektől vagy a gyártási technológiától függően egyik vagy másik generációhoz rendelik. A generációk időbeli határai elmosódnak, mivel egy időben teljesen különböző szintű autókat gyártottak. Amikor a generációkra vonatkozó dátumokat adjuk meg, az nagy valószínűséggel az ipari termelés időszakát jelenti; a tervezést jóval korábban végezték el, és nagyon egzotikus eszközöket ma is találhatunk működés közben.

Jelenleg nem a fizikai és technológiai elv az egyetlen, amely meghatározza, hogy egy adott számítógép egy generációhoz tartozik-e. Figyelembe kell venni a szoftverszintet, a sebességet és egyéb tényezőket is, amelyek közül a legfontosabbakat a mellékelt táblázat foglalja össze. 4.1.

Meg kell érteni, hogy a számítógépek generációk szerinti felosztása nagyon relatív. Az első számítógépek, amelyeket az 50-es évek eleje előtt gyártottak, „darabos” termékek voltak, amelyeken az alapelveket kidolgozták; nincs különösebb okuk egyik generációnak sem tulajdonítani őket. Nincs egyetértés az ötödik generáció jellemzőinek meghatározásában. A 80-as évek közepén úgy tartották, hogy ennek a (jövő) nemzedéknek a fő jellemzője az a mesterséges intelligencia elveinek teljes körű megvalósítása. Ez a feladat sokkal nehezebbnek bizonyult, mint amilyennek akkoriban látszott, és számos szakértő lejjebb engedi ennek a szakasznak a követelményeit (és még azt is állítja, hogy már megtörtént). Ennek a jelenségnek vannak analógjai a tudománytörténetben: például az első atomerőművek sikeres elindítása után az 50-es évek közepén a tudósok bejelentették, hogy a sokszorosan erősebb, olcsóbb energiájú, környezetbarát termonukleáris állomások elindítása hamarosan megtörténik; alábecsülték azonban az ezen az úton járó gigantikus nehézségeket, hiszen a mai napig nincsenek termonukleáris erőművek.

Ugyanakkor a negyedik generációs autók között rendkívül nagy a különbség, ezért a táblázatban. 4.1, a megfelelő oszlop két részre oszlik: A és B. A felső sorban feltüntetett dátumok a számítógép gyártásának első éveinek felelnek meg. A táblázatban szereplő fogalmak közül sok a tankönyv következő részeiben lesz tárgyalva; Itt egy rövid megjegyzésre szorítkozunk.

Minél fiatalabb a generáció, annál egyértelműbbek az osztályozási jellemzők. Az első, második és harmadik generációs számítógépek ma legjobb esetben is múzeumi darabok.

Mely számítógépek az első generációsok?

NAK NEK első generációáltalában az 50-es évek fordulóján készült autókra utalnak. Használt sémáikat vákuumcsövek. Ezek a számítógépek voltak hatalmas, kényelmetlen és túl drága autók, amelyet csak nagyvállalatok és kormányok vásárolhattak meg. A lámpák hatalmas mennyiségű áramot fogyasztottak és sok hőt termeltek.

Az utasításkészlet kicsi volt, az aritmetikai-logikai eszköz és a vezérlő berendezés áramköre meglehetősen egyszerű, és gyakorlatilag nem volt szoftver. A RAM kapacitásának és teljesítményének mutatói alacsonyak voltak. A bevitelhez és a kimenethez lyukszalagokat, lyukkártyákat, mágnesszalagokat és nyomtatóeszközöket használtak.

A teljesítmény körülbelül 10-20 ezer művelet másodpercenként.

De ez csak a technikai oldal. Egy másik dolog is nagyon fontos: a számítógépek használatának módjai, a programozási stílus és a szoftver jellemzői.

Ezekhez a gépekhez programokat írtak egy adott gép nyelvén. A programot összeállító matematikus leült a gép vezérlőpultjához, belépett, hibakeresést végezve a programokat kiszámolta. A hibakeresési folyamat tartott a legtovább.

Ezek a gépek a korlátozott képességek ellenére lehetővé tették az időjárás-előrejelzéshez, az atomenergetikai problémák megoldásához stb. szükséges komplex számítások elvégzését.

Az első generációs gépekkel szerzett tapasztalatok azt mutatták, hogy a programok fejlesztésére fordított idő és a számítási idő között óriási az eltérés.

Első generációs háztartási gépek: MESM (kisméretű elektronikus számológép), BESM, Strela, Ural, M-20.

Mely számítógépek tartoznak a második generációhoz?

Második generáció számítástechnikai berendezések - 1955-65 körül tervezett gépek. Jellemzőjük a használatuk mint vákuumcsövek, így diszkrét tranzisztoros logikai elemek. RAM-juk mágneses magokra épült. Ekkor kezdett bővülni a használt bemeneti/kimeneti berendezések köre, és nagy teljesítményűek lettek mágnesszalagokkal való munkavégzéshez szükséges eszközök, mágneses dobok és az első mágneses korongok.

Teljesítmény- akár több százezer művelet másodpercenként, memória kapacitás- akár több tízezer szó.

Az úgynevezett magas szintű nyelvek, amelynek eszközei lehetővé teszik a számítási műveletek teljes szükséges sorozatának leírását világos, könnyen érthető formában.

Az algoritmikus nyelven írt program értelmezhetetlen a számítógép számára, amely csak a saját parancsainak nyelvét érti. Ezért speciális programok ún műsorszolgáltatók, lefordítani egy programot magas szintű nyelvről gépi nyelvre.

A különféle matematikai feladatok megoldására könyvtári programok széles skálája jelent meg. Megjelent monitor rendszerek, a műsorok sugárzási módjának és végrehajtásának vezérlése. A monitorrendszerek később modern operációs rendszerekké nőttek.

És így, Az operációs rendszer a számítógépes vezérlőeszköz szoftveres kiterjesztése.

Néhány második generációs géphez már készültek korlátozott képességű operációs rendszerek.

A második generációs autókat jellemezték szoftver inkompatibilitás, ami megnehezítette a nagy információs rendszerek szervezését. Ezért a 60-as évek közepén megtörtént az átmenet a szoftverkompatibilis, mikroelektronikai technológiai bázisra épülő számítógépek létrehozására.

Mik a harmadik generációs számítógépek jellemzői?

A harmadik generációs gépeket körülbelül a 60-as évek után hozták létre. Mivel a számítástechnika megalkotásának folyamata folyamatos volt, és sok, különböző országokból érkező, különböző problémákkal foglalkozó embert vont be, nehéz és hiábavaló annak meghatározása, hogy egy „nemzedék” mikor kezdődött és mikor ért véget. A második és harmadik generációs gépek megkülönböztetésének talán legfontosabb kritériuma az architektúra fogalmán alapuló kritérium.

A harmadik generációs gépek egyetlen architektúrájú gépcsaládok, pl. szoftver kompatibilis. Elemi alapként integrált áramköröket használnak, amelyeket mikroáramköröknek is neveznek.

A harmadik generációs gépek fejlett operációs rendszerekkel rendelkeznek. Több programozási lehetőségekkel rendelkeznek, pl. több program egyidejű végrehajtása. A memória, eszközök és erőforrások kezelésének számos feladatát az operációs rendszer vagy maga a gép kezdte átvenni.

Példák a harmadik generációs gépekre az IBM-360, IBM-370 családok, az ES EVM (Unified Computer System), az SM EVM (Family of Small Computers) stb.

A családon belüli gépek teljesítménye másodpercenként több tízezertől több millió műveletig terjed. A RAM kapacitása eléri a több százezer szót.

Mi jellemző a negyedik generációs autókra?

Negyedik generáció a számítástechnika jelenlegi generációja, amelyet 1970 után fejlesztettek ki.

Koncepcionálisan a legfontosabb kritérium, amely alapján ezek a számítógépek megkülönböztethetők a harmadik generációs gépektől, hogy a negyedik generációs gépeket úgy tervezték, hogy hatékonyan használják a modern, magas szintű nyelveket és leegyszerűsítsék a programozási folyamatot a végfelhasználó számára.

Hardver tekintetében széleskörű használat jellemzi őket integrált áramkörök elemi alapként, valamint a nagy sebességű, véletlen hozzáférésű, több tíz megabájt kapacitású tárolóeszközök jelenléte.

Szerkezeti szempontból ennek a generációnak a gépei képviselik többprocesszoros és többgépes rendszerek, megosztott memórián és a külső eszközök közös területén dolgozik. A teljesítmény akár több tízmillió művelet másodpercenként, a RAM kapacitása körülbelül 1-64 MB.

Jellemzőjük:

• személyi számítógépek használata;
• távközlési adatfeldolgozás;
• számítógépes hálózatok;
• adatbázis-kezelő rendszerek széles körű használata;
• adatfeldolgozó rendszerek és eszközök intelligens viselkedésének elemei.

Milyenek legyenek az ötödik generációs számítógépek?

A számítógépek következő generációinak fejlesztése azon alapul erősen integrált nagyméretű integrált áramkörök, az optoelektronikai elvek alkalmazása ( lézerek,holográfia).

A fejlesztés is úton van "intellektualizálás" számítógépek, megszüntetve az akadályt ember és számítógép között. A számítógépek képesek lesznek felfogni a kézzel írt vagy nyomtatott szövegből, űrlapokból, emberi hangból származó információkat, hang alapján felismerni a felhasználót, és lefordítani egyik nyelvről a másikra.

Az ötödik generációs számítógépekben minőségi átmenet lesz a feldolgozásról adat feldolgozásra tudás.

A jövő generációs számítógépeinek architektúrája két fő blokkot fog tartalmazni. Az egyik az hagyományos számítógép. De most megfosztják a felhasználóval való kommunikációtól. Ezt a kapcsolatot egy terminusnak nevezett blokk hozza létre "okos felület". Feladata a természetes nyelven írt, a probléma feltételét tartalmazó szöveg megértése és működő számítógépes programmá való lefordítása.

A számítástechnika decentralizálásának problémáját is számítógépes hálózatok segítségével oldják meg, mind az egymástól jelentős távolságra elhelyezkedő nagy hálózatokkal, mind pedig az egyetlen félvezető chipen elhelyezett miniatűr számítógépekkel.

Számítógépes generációk

Az ókori embernek saját számlálóműszere volt - tíz ujj a kezén. A férfi behajlította az ujjait – összeadta, kiegyenesítette – kivonta. A férfi pedig sejtette: a számoláshoz bármit használhat, ami csak a kezébe kerül - kavicsot, botot, csontot. Aztán elkezdtek csomókat kötni a kötélre, és bemetszéseket csinálni a pálcákon és deszkákon (1.1. ábra).

Rizs. 1.1. Csomók (A)és bevágások a tablettákon ( b)

Abakusz időszak. Az abakusz (gr. abax - tábla) egy porréteggel borított tábla volt, amelyre éles bottal vonalakat húztak, és a kapott oszlopokba helyeztek el néhány tárgyat a helyzeti elv szerint. Az V-IV században. időszámításunk előtt e. Létrehozták a legrégebbi ismert fiókokat - a „Szalamin táblát” (az Égei-tengerben lévő Szalamisz szigetéről nevezték el), amelyet a görögök és Nyugat-Európa „abakusznak” neveztek. Az ókori Rómában az abakusz az 5-6. n. e. és calculinak vagy abakulinak nevezték. Az abakusz bronzból, kőből, elefántcsontból és színes üvegből készült. Máig fennmaradt egy bronz római abakusz, amelyen függőlegesen vágott barázdákban kavicsok mozogtak (1.2. ábra).

Rizs. 1.2.

A XV-XVI. században. Európában elterjedt volt a számolás vonalakon vagy számlálótáblákon, amelyekre jelzőket helyeztek el.

A 16. században Megjelent az orosz abakusz decimális számrendszerrel. 1828-ban F. M. Svobodskoy vezérőrnagy állított ki egy eredeti eszközt, amely sok, közös keretben összekapcsolt fiókból állt (1.3. ábra). Minden műveletet összeadás és kivonás műveleteire redukáltunk.

Rizs. 1.3.

A mechanikus eszközök időszaka. Ez az időszak a 17. század elejétől a 19. század végéig tartott.

1623-ban Wilhelm Schickard leírta egy olyan számológép tervezését, amelyben az összeadás és a kivonás műveleteit gépesítették. 1642-ben Blaise Pascal francia szerelő megtervezte az első mechanikus számológépet, a „Pascalinát” (1.4. ábra).

Goftrid Leibniz német tudós 1673-ban megalkotta az első mechanikus számítástechnikai gépet,

Rizs. 1.4.

Mutasson négy számtani műveletet (összeadás, kivonás, szorzás és osztás). 1770-ben Litvániában E. Jacobson készített egy összegző gépet, amely hányadosokat határoz meg, és képes volt ötjegyű számokkal dolgozni.

1801-1804-ben. J. M. Jacquard francia feltaláló volt az első, aki lyukkártyákat használt az automatikus szövőszék vezérlésére.

1823-ban Charles Babbage angol tudós kidolgozott egy projektet a „Különbségmotor” számára, amely a modern, programvezérelt automata gépet vetítette előre (1.5. ábra).

1890-ben egy szentpétervári lakos, Vilgodt Odner feltalált egy adagológépet, és elindította a gyártást. 1914-re csak Oroszországban több mint 22 ezer Odner-adagoló gép működött. A 20. század első negyedében. ezek az összeadógépek voltak az egyetlen matematikai gépek, amelyeket széles körben alkalmaztak az emberi tevékenység különböző területein (1.6. ábra).

Rizs. 1.5. Babbage gépe Fig. 1.6. Gép hozzáadása

Számítógépes időszak. Ez az időszak 1946-ban kezdődött és ma is tart. Jellemzője az elektronika területén elért fejlődés és a számítógépgyártás új elveinek kombinációja.

1946-ban J. Mauchly és J. Eckert vezetésével megalkották az első számítógépet az USA-ban - az ENIAC-ot (1.7. ábra). A következő jellemzőkkel rendelkezett: hossza 30 m, magassága 6 m, tömege 35 tonna, 18 ezer vákuumcső, 1500 relé, 100 ezer ellenállás és kondenzátor, 3500 op/s. Ugyanakkor ezek a tudósok elkezdtek dolgozni egy új gépen - "EDVAC" (EDVAC - Electronic

Rizs. 1.7.

Discret Variable Automatic Computer - diszkrét változókkal rendelkező elektronikus automata számítógép, melynek programját a számítógép memóriájában kellett tárolni. A radarban használt higanycsöveket kellett volna használni belső memóriaként.

1949-ben Nagy-Britanniában megépült a memóriában tárolt programmal rendelkező EDSAC számítógép.

Az első számítógépek megjelenése még mindig vitatott. Így a németek az első számítógépet a Konrad Zuse által 1941-ben megalkotott tüzérségi legénység gépének tartják, bár az elektromos relével működött, és így nem elektronikus, hanem elektromechanikus volt. Az amerikaiak számára ez az ENIAC (1946, J. Mauchly és J. Eckert). A bolgárok a számítógép feltalálójának John (Ivan) Atanasovot tartják, aki 1941-ben az USA-ban egy gépet tervezett algebrai egyenletrendszerek megoldására.

A britek titkos archívumokban turkálva kijelentették, hogy az első elektronikus számítógépet 1943-ban hozták létre Angliában, és a német főparancsnokság tárgyalásainak visszafejtésére szolgált. Ezt a berendezést annyira titkosnak tartották, hogy a háború után Churchill parancsára megsemmisítették, és a terveket elégették, nehogy a titok rossz kezekbe kerüljön.

A németek titkos mindennapi levelezést folytattak Enigma titkosítógépekkel (latinul enigma - rejtvény). A második világháború kezdetén a britek már tudták, hogyan működik az Enigma, és keresték az üzenetek megfejtésének módját, de a németeknél volt egy másik titkosítási rendszer, amelyet csak a legfontosabb üzenetekre terveztek. Ez egy Schlusselzusatz-40 gép volt, amelyet Lorenz gyártott kis példányszámban (a név fordítása „rejtjel-melléklet”). Külsőleg egy közönséges teletípus és egy mechanikus pénztárgép hibridje volt. A teletype a billentyűzeten beírt szöveget elektromos impulzusok sorozatává és a köztük lévő szünetekké fordította le (minden betű öt impulzusból és „üres szóközökből” álló halmaznak felel meg). A „pénztárgép” két öt fokozatból álló fokozatot forgatott, amelyek véletlenszerűen két további öt impulzusból és kihagyásból álló sorozatot adottak minden betűhöz. A kerekek fogazata különböző volt, és ez a szám változtatható volt: a fogakat mozgathatóvá tették, oldalra mozgathatóak vagy a helyükre húzhatóak voltak. Volt még két „motoros” kerék, amelyek mindegyike a saját sebességfokozatát forgatta.

A titkosított üzenet továbbításának kezdetén a rádiós tájékoztatta a címzettet a kerekek kezdeti helyzetéről és a fogak számáról mindegyiken. Ez a beállítási adat minden átvitel előtt megváltozott. Azzal, hogy ugyanazokat a kerekeket ugyanabba a pozícióba helyezte a gépén, a fogadó rádiós gondoskodott arról, hogy a plusz betűket automatikusan levonják a szövegből, és a távíró kinyomtassa az eredeti üzenetet.

Max Newman matematikus 1943-ban Angliában kifejlesztette a Colossus elektronikus gépet. Az autó kerekeit 12 elektroncső-csoport - tiratron - modellezték. Automatikusan áthaladva az egyes tiratronok és azok kombinációi állapotainak különböző lehetőségein (a tiratron két állapotban lehet - átengedi vagy nem engedi át az elektromos áramot, azaz impulzust vagy szünetet ad), a „Colossus” kitalálta a kezdeti értéket. a német gép fogaskerekeinek beállítása. A „Colossus” első változata 1500 tiratront, az 1944 júniusában üzemelő másodikat 2500. Egy óra alatt 48 km lyukszalagot „nyelt le” a gép, amelyre a kezelők sorokat töltöttek, ill. nullák a német üzenetekből; másodpercenként 5000 levelet dolgoztak fel. Ennek a számítógépnek töltő- és kisütési kondenzátorokon alapuló memóriája volt. Lehetővé tette Hitler, Kesselring, Rommel stb. szigorúan titkos levelezésének elolvasását.

Jegyzet. Egy modern számítógép kétszer olyan lassabban oldja meg a Schlusselzusatz-40 kerekeinek kezdeti helyzetét, mint a Colossusé, így egy 1943-ban 15 perc alatt megoldott probléma a Repyit PC-nek 18 órát vesz igénybe! A tény az, hogy a modern számítógépeket univerzálisra tervezték, sokféle feladat elvégzésére tervezték, és nem mindig versenyezhetnek az ősi számítógépekkel, amelyek csak egy műveletet tudtak elvégezni, de nagyon gyorsan.

Az első hazai elektronikus számítógépet, a MESM-et 1950-ben fejlesztették ki. Több mint 6000 vákuumcsövet tartalmazott. A számítógépek ebbe a generációjába tartoznak: „BESM-1”, „M-1”, „M-2”, „M-3”, „Strela”, „Minsk-1”, „Ural-1”, „Ural-2” ", "Ural-3", "M-20", "Setun", "BESM-2", "Hrazdan" (1.1. táblázat). Sebességük nem haladta meg a 2-3 ezer op/s-ot, a RAM kapacitása 2 K vagy 2048 gépszó (1 K = 1024) volt, 48 bináris karakter hosszúsággal.

1.1. táblázat. A hazai számítógépek jellemzői

A világ információs rendszereiben található teljes adatmennyiség mintegy felét nagyszámítógépeken tárolják. Erre a célra az 1BM cég még az 1960-as években. elkezdte gyártani az 1ВМ/360, 1ВМ/370 (1.8. ábra) számítógépeket, amelyek elterjedtek a világon.

Az első számítógépek megjelenésével 1950-ben felmerült az ötlet, hogy a számítástechnikát használják a technológiai folyamatok irányítására. A számítógépes vezérlés lehetővé teszi, hogy a folyamatparamétereket az optimálishoz közeli üzemmódban tartsa. Ennek eredményeként csökken az anyag- és energiafelhasználás, javul a termelékenység és a minőség, és biztosított a berendezések gyors szerkezetátalakítása más típusú termékek előállítására.

Rizs. 1.8.

A vezérlő számítógépek külföldi ipari felhasználásának úttörője a Digital Equipment Corp. volt. (DEC), amely 1963-ban kiadott egy speciális „PDP-5” számítógépet az atomreaktorok vezérlésére. A kiindulási adatok analóg-digitális átalakítás eredményeként kapott mérések voltak, melyek pontossága 10-11 bináris számjegy volt. 1965-ben a DEC kiadta az első hűtőszekrény méretű, 20 ezer dollárba kerülő miniatűr PDP-8 számítógépet, amelynek elembázisát használták. integrált áramkörök.

Az integrált áramkörök megjelenése előtt a tranzisztorokat egyedileg gyártották, és az áramkörök összeszerelésekor kézzel kellett csatlakoztatni és forrasztani. 1958-ban Jack Kilby amerikai tudós kitalálta, hogyan lehet több tranzisztort létrehozni egy félvezető lapkán. 1959-ben Robert Noyce (az Intel leendő alapítója) feltalált egy fejlettebb módszert, amely lehetővé tette a tranzisztorok és a köztük lévő összes szükséges kapcsolat létrehozását egy lemezen. Az így létrejött elektronikus áramkörök integrált áramkörök néven váltak ismertté, ill hasábburgonya. Ezt követően az integrált áramkör egységnyi területére elhelyezhető tranzisztorok száma évente körülbelül megkétszereződött. 1968-ban Burroughs kiadta az első integrált áramkörű számítógépet, 1970-ben pedig az Intel megkezdte a memória integrált áramkörök értékesítését.

1970-ben újabb lépést tettek a személyi számítógép felé vezető úton - Marchian Edward Hoff az Inteltől olyan integrált áramkört tervezett, amely funkcióiban hasonló a nagyszámítógép központi processzorához. Így jelent meg az első mikroprocesszor Az Intel-4004, amely 1970 végén került forgalomba. Természetesen az Intel-4004 képességei sokkal szerényebbek voltak, mint egy mainframe számítógép központi processzoráé - sokkal lassabban működött, és csak 4 bitet tudott feldolgozni. információ egyidejűleg (főáramú processzorok 16 vagy 32 bitet dolgoznak fel egyszerre). 1973-ban az Intel kiadta a 8 bites Intel-8008 mikroprocesszort, 1974-ben pedig annak továbbfejlesztett változatát az Intel-8080-at, amely az 1970-es évek végéig működött. a mikroszámítógép-ipar szabványa volt (1.2. táblázat).

1.2. táblázat. A számítógépek generációi és főbb jellemzőik

A számítógépek generációit az elembázis (lámpák, félvezetők, különböző integráltsági fokú mikroáramkörök (1.9. ábra)), az architektúra és a számítási képességek (1.3. táblázat) határozzák meg.

1.3. táblázat. A számítógép-generációk jellemzői

a B C

Rizs. 1.9. Számítógépes elem alap: A - elektromos lámpa; b - tranzisztor;

V- integrált áramkör

Az első mikroszámítógép az Altair-8800 volt, amelyet 1975-ben hozott létre egy kis cég Albuquerque-ben (Új-Mexikó), Intel-8080 mikroprocesszorra alapozva. 1975 végén Paul Allen és Bill Gates (a Microsoft jövőbeli alapítói) létrehoztak egy Basic nyelvi tolmácsot az Altair számítógéphez, amely lehetővé tette a felhasználók számára, hogy egészen egyszerűen programokat írjanak.

Ezt követően megjelentek a TRS-80 RS, RET RS és Apple számítógépek (1.10. ábra).

Rizs. 1.10.

A hazai ipar DEC-kompatibilis (DVK-1, ..., DVK-4 interaktív számítástechnikai rendszerek az Elektronika MS-101, Elektronika 85, Elektronika 32 számítógépeken alapuló) és IBM PC-kompatibilis (EC 1840 - EC 1842, EC 1845) , EC 1849, EC 1861, Iskra 4861), amelyek jellemzőikben jelentősen elmaradtak a fentiektől.

Az utóbbi időben széles körben ismertté váltak az amerikai cégek által gyártott személyi számítógépek: Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard, Dell, DEC; Egyesült Királyságbeli cégek: Spectrum, Amstard; a francia Micra cég; az olasz Olivetty cég; Japán cégek: Toshiba, Panasonic, Partner.

Jelenleg az IBM (International Business Machines Corporation) személyi számítógépei a legnépszerűbbek.

1983-ban jelent meg a beépített merevlemezes IBM PC XT számítógép, 1985-ben pedig a 16 bites Intel 80286 processzorra épülő IBM PC AT számítógép (1.11. ábra).

1989-ben az Intel 80486 processzort a 486SX, 486DX, 486DX2 és 486DX4 módosításokkal fejlesztették ki. A 486DX processzorok órajel-frekvenciája típustól függően 33, 66 és 100 MHz.

Az IBM új PC-modellcsaládja a PS/2 (Personal System 2) nevet viseli. A PS/2 család első modelljei Intel 80286 processzort használtak, és valójában az AT PC-t másolták, de más architektúrán alapultak.

1993-ban megjelentek a 60 és 66 MHz-es órajelű Pentium processzorok.

1994-ben az Intel elkezdte gyártani a Pentium processzorokat 75, 90 és 100 MHz-es órajelekkel. 1996-ban a Pentium processzorok órajele 150, 166 és 200 MHz-re nőtt (1.12. ábra).

Rendszer

Egér típusú manipulátor

Rizs. 1.12. Multimédiás számítógép konfiguráció

1997-ben az Intel kiadott egy új Pentium MMX processzort 166 és 200 MHz-es órajelekkel. Az MMX rövidítés azt jelentette, hogy ezt a processzort grafikus és videó információk kezelésére optimalizálták. 1998-ban az Intel bejelentette a 266 MHz-es órajelű Celeron processzor kiadását.

1998 óta az Intel bejelentette a Pentium® II Heop™ processzor egy 450 MHz-es órajelű verzióját (1.4. táblázat).

1.4. táblázat. IBM számítógépek

A processzorgyártók – elsősorban az Intel és az AMD – hosszú ideig növelték órajelüket a processzor teljesítményének javítása érdekében. A 3,8 GHz feletti órajel-frekvenciáknál azonban a chipek túlmelegednek, és el lehet felejteni az előnyöket. Új ötletekre és technológiákra volt szükség, amelyek közül az egyik az alkotás ötlete volt többmagos chipek. Egy ilyen chipben két vagy több processzor működik párhuzamosan, amelyek nagyobb teljesítményt biztosítanak alacsonyabb órajel frekvencián. A jelenleg futó program mindkét mag között felosztja az adatfeldolgozási feladatokat. Ez akkor a leghatékonyabb, ha az operációs rendszert és az alkalmazási programokat párhuzamos működésre tervezték, például grafikus feldolgozásra.

A többmagos architektúra a processzorarchitektúra olyan változata, amely két vagy több „végrehajtási” vagy számítási Pentium® magot helyez el egyetlen processzoron. A processzorfoglalatba többmagos processzor kerül, de az operációs rendszer minden egyes végrehajtási magját külön logikai processzorként kezeli az összes megfelelő végrehajtási erőforrással (1.13. ábra).

A belső processzorarchitektúra ezen megvalósítása az „oszd meg és uralkodj” stratégián alapul. Más szóval, szakasz

Rizs. 1.13.

Ha a hagyományos mikroprocesszorokban végzett számítási munkát egyetlen Pentium maggal elosztjuk több Pentium végrehajtási mag között, egy többmagos processzor több munkát tud elvégezni egy adott időintervallumban. Ehhez a szoftvernek támogatnia kell a terheléselosztást több végrehajtási mag között. Ezt a funkciót ún párhuzamosság szál szinten, illetve a szálas feldolgozás megszervezése, és az ezt támogató alkalmazásokat és operációs rendszereket (például Microsoft Windows XP) többszálúnak nevezzük.

A többmagos a szabványos alkalmazások egyidejű működését is befolyásolja. Például egy processzormag felelős lehet a háttérben futó programért, míg egy vírusirtó a második mag erőforrásait veszi igénybe. A gyakorlatban a kétmagos processzorok nem végeznek kétszer olyan gyorsan számításokat, mint az egymagos processzorok: bár a teljesítménynövekedés jelentős, az alkalmazás típusától függ.

Az első kétmagos processzorok 2005-ben jelentek meg a piacon. Idővel egyre több utóda jelent meg. Ezért a „régi” kétmagos processzorok ma komolyan leáraztak. Megtalálhatóak a számítógépekben 600 dollártól és a laptopokban 900 dollártól A modern kétmagos chipekkel rendelkező számítógépek körülbelül 100 dollárral drágábbak, mint a „régebbi” chipekkel felszerelt modellek. A többmagos processzorok egyik fő fejlesztője az Intel Corporation.

A kétmagos chipek megjelenése előtt a gyártók olyan egymagos processzorokat kínáltak, amelyek több program párhuzamos futtatására is alkalmasak voltak. Néhány Pentium 4 sorozatú processzor tartalmazott egy Hyper-Threading funkciót, amely az aktuális folyamat logikai és fizikai azonosítóit tartalmazó bájtértéket adott vissza. A Dual-Core architektúra elődjének tekinthető, amely két optimalizált mobil végrehajtási magból áll. A Dual-Core azt jelenti, hogy amíg az egyik mag egy alkalmazás futtatásával van elfoglalva, vagy például a vírusaktivitás ellenőrzésével, addig a másik mag más feladatok elvégzésére lesz elérhető, például a felhasználó internetezhet vagy dolgozhat egy táblázatot. Bár a processzornak egy fizikai magja volt, a chipet úgy tervezték, hogy két programot tudjon egyszerre végrehajtani (1.14. ábra).

Kezelőpanel

Parancssori interfész (0. és 1. kernel)

Útválasztás (0. és 1. mag)

Kezelés, adminisztráció és karbantartás (0. és 1. mag)

Irányítópult hardver

Irányítópult-felügyelet (0. és 1. mag)

Rizs. 1.14. A többfeldolgozás használatának sémája

a vezérlőpulton

Az operációs rendszer egy ilyen chipet két külön processzorként ismer fel. A hagyományos processzorok órajelenként 32 bitet dolgoznak fel. A legújabb chipek kétszer annyi adatot tudnak feldolgozni egy órajel alatt, azaz 64 bitet. Ez az előny különösen nagy mennyiségű adat feldolgozásakor (például fényképek feldolgozásakor) szembetűnő. De a használatához az operációs rendszernek és az alkalmazásoknak támogatniuk kell a 64 bites feldolgozási módot.

A Windows XP és a Windows Vista speciálisan kialakított 64 bites verziói alatt 32 és 64 bites programok indulnak, igény szerint.

A digitális számítástechnika (CT) rohamos fejlődése és a felépítésének és tervezésének alapelveivel foglalkozó tudomány kialakulása a 20. század 40-es éveiben kezdődött, amikor az elektronika és a mikroelektronika vált a CT technikai alapjává, és a számítógépek terén elért eredmények. a számítógépes architektúra (korábbi nevén számítógépek) fejlődésének alapja lett.a mesterséges intelligencia.

Addig, csaknem 500 éven keresztül, a VT a számokkal végzett aritmetikai műveletek legegyszerűbb eszközévé vált. Szinte minden 5 évszázad alatt feltalált eszköz alapja egy fogaskerék volt, amelyet a decimális számrendszer 10 számjegyének rögzítésére terveztek. Az ilyen kerekeken alapuló tizenhárom bites decimális összeadó eszközről készült világ első vázlata Leonardo da Vincié.

Az első ténylegesen megvalósított mechanikus digitális számítástechnikai eszköz a nagy francia tudós Blaise Pascal „Pascalinája” volt, amely egy 6 (vagy 8) számjegyű, fogaskerekeken lévő eszköz volt, amelyet decimális számok összeadására és kivonására terveztek (1642).

30 évvel Pascalina után 1673-ban megjelent Gottfried Wilhelm Leibniz „számtani műszere” – egy tizenkét számjegyű tizedesjegy számtani műveletek elvégzésére, beleértve a szorzást és az osztást is.

A 18. század végén Franciaországban két olyan esemény történt, amelyek alapvető fontosságúak voltak a digitális számítástechnika további fejlődése szempontjából. Ilyen események a következők:

 Joseph Jacquard találmánya egy szövőgép programozott vezérlésére lyukkártyákkal;

 Gaspard de Prony egy olyan számítástechnikai technológiát fejlesztett ki, amely a numerikus számításokat három szakaszra osztotta: numerikus módszer kidolgozása, program összeállítása aritmetikai műveletek sorozatához, a tényleges számítások elvégzése számtani műveletekkel az összeállítás szerint. program.

Ezeket az újításokat később az angol Charles Babbage alkalmazta, aki minőségileg új lépést tett a VT eszközök fejlesztésében - áttérés a manuálisról a számítások automatikus végrehajtására egy összeállított program szerint. Kidolgozott egy projektet az Analytical Engine-hez - egy mechanikus univerzális digitális számítógéphez programvezérléssel (1830-1846). A gép öt eszközből állt: aritmetikai (AU); tárolás (memória); menedzsment (UU); bemenet (UVV); kimenet (UW).

Ezek az eszközök alkották az első számítógépeket, amelyek 100 évvel később jelentek meg. A vezérlőegység fogaskerekekre épült, és javasolták a memória megvalósítását (több ezer 50 bites szám számára). Az adatok és programok bevitelére lyukkártyákat használtak. A számítások becsült sebessége: összeadás és kivonás 1 másodperc alatt, szorzás és osztás 1 perc alatt. Az aritmetikai műveletek mellett volt egy feltételes ugrási parancs is.

Megjegyzendő, hogy bár a gép egyes alkatrészeit létrehozták, az egész gépet nem lehetett létrehozni terjedelmessége miatt. Csak több mint 50 000 fogaskerékre lenne szükség.A feltaláló azt tervezte, hogy gőzgépet használ az analitikai motor meghajtására.

1870-ben (egy évvel Babbage halála előtt) Jevons angol matematikus megtervezte a világ első „logikai gépét”, amely lehetővé tette a legegyszerűbb logikai következtetések gépesítését.

A logikai gépek megalkotói a forradalom előtti Oroszországban Pavel Dmitrievich Hruscsov (1849-1909) és Alekszandr Nyikolajevics Shchukarev (1884-1936) voltak, akik Ukrajnában oktatási intézményekben dolgoztak.

Babbage zseniális ötletét Howard Aiken amerikai tudós valósította meg, aki 1944-ben megalkotta az első relé-mechanikus számítógépet az Egyesült Államokban. Fő blokkjait - az aritmetika és a memória - fogaskerekeken hajtották végre. Ha Babbage messze megelőzte korát, akkor Aiken ugyanazokat a fogaskerekeket használva technikailag elavult megoldásokat alkalmazott Babbage ötletének megvalósítása során.

Meg kell jegyezni, hogy tíz évvel korábban, 1934-ben a német Konrad Zuse diák, aki diplomamunkáján dolgozott, elhatározta, hogy programvezérléssel ellátott digitális számítógépet készít. Ez a gép volt az első a világon, amely a kettes számrendszert használta. 1937-ben a Z1 gép elvégezte az első számításokat. Bináris 22 bites lebegőpontos volt, 64 számból álló memóriával, és tisztán mechanikus (karos) alapon működött.

Ugyanebben az 1937-ben, amikor a világ első mechanikus bináris gépe, a Z1 megkezdte működését, John Atanasov (a bolgár származású, az Egyesült Államokban élt) elkezdett egy speciális számítógépet fejleszteni, amely a világon először használ vákuumcsövet (300 csövet).

1942-43-ban Angliában létrehozták a Colossus számítógépet (Alan Turing részvételével). Ez a 2000 vákuumcsőből álló gép a német Wehrmacht radiogramjainak megfejtésére szolgált. Mivel Zuse és Turing művei titkosak voltak, akkoriban kevesen tudtak róluk, és nem váltottak ki visszhangot a világon.

Csak 1946-ban jelentek meg információk az Egyesült Államokban D. Mauchly és P. Eckert által elektronikus technológiával létrehozott ENIAC számítógépről (elektronikus digitális integrátor és számítógép). A gép 18 ezer vákuumcsövet használt, másodpercenként mintegy 3 ezer műveletet hajtott végre. A gép azonban decimális maradt, a memóriája pedig csak 20 szóból állt. A programokat a RAM-on kívül tárolták.

Szinte egyszerre, 1949-52. tudósok Angliából, a Szovjetunióból és az USA-ból (Maurice Wilkes, EDSAC számítógép, 1949; Sergei Lebedev, MESM számítógép, 1951; Isaac Brook, M1 számítógép, 1952; John Mauchly és Presper Eckert, John von Neumann számítógép "ADVAK", 1952) ), létrehozott egy számítógépet egy tárolt programmal.

Általában vannak öt generáció SZÁMÍTÓGÉP.

Első generáció (1945-1954 ) az elektronikus csőtechnika megjelenése jellemzi. Ez a számítástechnika megjelenésének korszaka. Az első generációs gépek többsége kísérleti eszköz volt, és bizonyos elméleti elvek tesztelésére készültek. Ezeknek a számítógépeknek a súlya és mérete olyan volt, hogy gyakran külön épületeket igényeltek.

A számítástechnika megalapítóinak joggal tekinthetők Claude Shannon, az információelmélet megalkotója, Alan Turing matematikus, aki a program- és algoritmuselméletet kidolgozta, valamint John von Neumann, a máig alapjául szolgáló számítástechnikai eszközök tervezésének szerzője. a legtöbb számítógép. Ugyanebben az években jelent meg a számítástechnikához kapcsolódó másik új tudomány - a kibernetika - a menedzsment tudománya, mint az egyik fő információs folyamat. A kibernetika megalapítója Norbert Wiener amerikai matematikus.

A második generációban (1955-1964) Vákuumcsövek helyett tranzisztorokat, memóriaeszközként pedig mágneses magokat és mágneses dobokat – a modern merevlemezek távoli ősei – használták. Mindez lehetővé tette a számítógépek méretének és költségének éles csökkentését, amelyeket aztán először kezdtek eladásra építeni.

De ennek a korszaknak a fő vívmányai a programok területéhez tartoznak. A második generációban jelent meg először az úgynevezett operációs rendszer. Ezzel egy időben kifejlesztették az első magas szintű nyelveket - Fortran, Algol, Cobol. Ez a két fontos fejlesztés sokkal könnyebbé és gyorsabbá tette a számítógépes programok írását.

Ezzel párhuzamosan bővült a számítógépes alkalmazások köre. Ma már nem csak a tudósok számíthattak a számítástechnikához való hozzáférésre, hiszen számítógépeket használtak a tervezésben és az irányításban, sőt néhány nagy cég elkezdte számítógépesíteni a könyvelését, húsz évvel előre jelezve ezt a folyamatot.

BAN BEN harmadik generáció (1965-1974) Először kezdték el használni az integrált áramköröket - teljes eszközöket és több tíz és száz tranzisztorból álló szerelvényeket, amelyek egyetlen félvezető kristályon (mikroáramkörök) készültek. Ezzel egy időben megjelent a félvezető memória, amelyet a személyi számítógépekben máig használnak működési memóriaként.

Ezekben az években a számítógépgyártás ipari méreteket öltött. Az IBM elsőként adott el egy sor egymással teljesen kompatibilis számítógépet a legkisebbtől, egy kis szekrény méretűtől (akkor még soha nem készítettek kisebbet), a legerősebb és legdrágább modellekig. Ezekben az években a legelterjedtebb az IBM System/360 családja volt, amely alapján a Szovjetunióban fejlesztették ki az ES számítógép-sorozatot. A 60-as évek elején jelentek meg az első miniszámítógépek – kicsi, alacsony fogyasztású számítógépek, amelyek megfizethetőek kis cégek vagy laboratóriumok számára. A miniszámítógépek jelentették az első lépést a személyi számítógépek felé, amelyek prototípusai csak a 70-es évek közepén jelentek meg.

Eközben folyamatosan nőtt az egy mikroáramkörbe illeszkedő elemek és a köztük lévő kapcsolatok száma, a 70-es években már több ezer tranzisztort tartalmaztak az integrált áramkörök.

1971-ben az Intel kiadta az első mikroprocesszort, amelyet a most megjelent asztali számológépekhez szántak. Ennek a találmánynak az volt a rendeltetése, hogy valódi forradalmat idézzen elő a következő évtizedben. A mikroprocesszor a modern személyi számítógép fő alkotóeleme.

A huszadik század 60-as és 70-es éveinek fordulóján (1969) megszületett az első globális számítógépes hálózat, az ARPA, a modern Internet prototípusa. Ugyanebben 1969-ben egyszerre jelent meg a Unix operációs rendszer és a C programozási nyelv, amely óriási hatással volt a szoftvervilágra, és máig őrzi vezető pozícióját.

Negyedik generáció (1975-1985) egyre kevesebb alapvető újítás jellemzi a számítástechnikában. A haladás főként a már kitalált és kitalált fejlesztések útján halad, elsősorban a teljesítmény növelése, valamint az elembázis és maguk a számítógépek miniatürizálása révén.

A negyedik generáció legfontosabb újítása a személyi számítógépek megjelenése a 80-as évek elején. A személyi számítógépeknek köszönhetően a számítástechnika valóban elterjedt és mindenki számára elérhetővé válik. Annak ellenére, hogy a személyi és miniszámítógépek számítási teljesítményben még mindig elmaradnak a nagy gépektől, az innovációk oroszlánrésze, mint például a grafikus felhasználói felületek, az új perifériák és a globális hálózatok e sajátos technológia megjelenéséhez és fejlődéséhez kötődik.

A nagy számítógépek és szuperszámítógépek természetesen tovább fejlődnek. De most már nem úgy uralják a számítógépes arénát, mint egykor.

A négy generáció számítástechnikájának néhány jellemzőjét a táblázat tartalmazza. 1.1.

1.1. táblázat

A számítástechnika generációi

Ötödik generáció (1986-tól napjainkig) nagyrészt a Számítógépek Tudományos Kutatásaiért Japán Bizottság 1981-ben publikált munkájának eredményei határozzák meg. A projekt szerint az ötödik generációs számítógépeknek és számítástechnikai rendszereknek a nagy teljesítményen és megbízhatóságon túlmenően, alacsonyabb költséggel a legújabb technológiát alkalmazva az alábbi minőségileg új funkcionális követelményeknek kell megfelelniük:

 a számítógépek egyszerű használatának biztosítása hangbeviteli/kimeneti rendszerek, valamint természetes nyelveket használó interaktív információfeldolgozás megvalósításával;

 a tanulás, az asszociatív konstrukciók és a logikai következtetések lehetőségének biztosítása;

 a szoftverkészítés folyamatának egyszerűsítése a programok szintézisének automatizálásával az eredeti követelmények előírásai szerint természetes nyelveken;

 a számítástechnika alapvető jellemzőinek és teljesítményminőségének javítása különféle társadalmi problémák megoldása érdekében, a számítógépek költség-haszon arányának, sebességének, könnyűségének és kompaktságának javítása;

 sokféle számítástechnikai berendezést, az alkalmazásokhoz való kiváló alkalmazkodóképességet és a működési megbízhatóságot biztosítják.

Jelenleg intenzív munka folyik a masszív párhuzamossággal és neurális szerkezettel rendelkező optoelektronikai számítógépek létrehozásán, amelyek nagyszámú (több tízezer) egyszerű mikroprocesszor elosztott hálózatát képezik, amelyek a neurális biológiai rendszerek architektúráját modellezik.

Számítástechnikai eszközök és eszközök az ókortól napjainkig

A számítástechnika fejlődésének fő állomásai: Kézi - a 17. századig, Mechanikai - a 17. század közepétől, Elektromechanikus - a 19. század 90-es évétől, Elektronikus - a 20. század 40-es évétől.

A manuális időszak az emberi civilizáció hajnalán kezdődött.

Bármilyen tevékenység során az ember mindig sokféle eszközt, eszközt és eszközt talált ki és alkotott meg képességeinek bővítése és a munka megkönnyítése érdekében.

A kereskedelem fejlődésével megjelent a számla igénye. Sok évszázaddal ezelőtt a különféle számítások elvégzéséhez az emberek először saját ujjaikat kezdték használni, majd kavicsokat, botokat, csomókat stb. De idővel az előtte álló feladatok bonyolultabbá váltak, és szükségessé vált olyan utakat találni, eszközöket találni, amelyek segíthetnek neki megoldani ezeket a problémákat.

Az egyik első eszköz (Kr. e. V. század), amely megkönnyítette a számításokat, egy speciális tábla volt, amelyet később abakusznak neveztek (a görög „számlálótábla”). A számításokat úgy végezték, hogy csontokat vagy kavicsokat mozgattak a bronzból, kőből, elefántcsontból stb. készült deszkák mélyedéseiben. Görögországban az abakusz már a Kr.e. V. században létezett. e. Az egyik horony mértékegységnek, a másik tízesnek stb. felelt meg. Ha a számlálás során valamelyik horonyban 10-nél több kavics gyűlt össze, azokat eltávolítottuk, és egy kavicsot hozzáadtunk a következő számjegyhez. A rómaiak továbbfejlesztették az abakuszt, a barázdákról és kavicsokról a vésett hornyokkal és márványgolyókkal ellátott márványtáblákká váltak. Segítségével lehetőség nyílt az összeadás és kivonás legegyszerűbb matematikai műveleteinek elvégzésére.

Az abacus kínai változata - suanpan - a Kr.u. 6. században jelent meg; A Soroban egy japán abakusz, a kínai suanpanból származik, amelyet a 15-16. században hoztak Japánba. XVI század - Tizedes számrendszerű orosz abakusz készül. Az évszázadok során jelentős változásokon mentek keresztül, de a 20. század 80-as éveiig továbbra is használatban vannak.

A 17. század elején J. Napier skót matematikus bevezette a logaritmusokat, amelyek forradalmi hatást gyakoroltak a számolásra. Az általa kitalált csúszószabályt tizenöt éve sikeresen használták, több mint 360 éven át szolgálta a mérnököket. Kétségtelenül ez az automatizálási korszak kézi számítástechnikai eszközeinek megkoronázása.

A mechanika fejlődése a 17. században előfeltétele lett a mechanikus számítási módszert alkalmazó számítástechnikai eszközök és műszerek létrehozásának. A mechanikus eszközök között vannak összeadó gépek (összeadhatnak és kivonhatnak), szorzóeszköz (szoroznak és osztanak), idővel egy - összeadó géppé egyesültek (mind a 4 aritmetikai műveletet elvégezhetik).

A zseniális olasz Leonardo da Vinci (1452-1519) naplóiban már korunkban is számos rajzot fedeztek fel, amelyekről kiderült, hogy a fogaskerekeken lévő összegző számítógép vázlata, amely képes 13 bites decimális számok összeadására. . Azokban a távoli években valószínűleg a zseniális tudós volt az egyetlen ember a Földön, aki megértette, hogy olyan eszközöket kell létrehozni, amelyek megkönnyítik a számítások elvégzését. Erre azonban olyan csekély volt az igény (vagy inkább egyáltalán nem létezett!), hogy csak több mint száz évvel Leonardo da Vinci halála után egy másik európait találtak - Wilhelm Schickard német tudóst (1592-1636). ), aki természetesen nem olvasta a nagy olasz naplóit – aki megoldást javasolt erre a problémára. Az ok, amiért Schiccard kifejlesztett egy hatjegyű tizedes számok összegzésére és szorzására alkalmas számológépet, a lengyel csillagász J. Keplerrel való ismeretsége volt. Miután megismerkedett a nagy csillagász főként számításokkal kapcsolatos munkásságával, Schickardot megihlette az ötlet, hogy segítse nehéz munkájában. Egy neki címzett, 1623-ban küldött levelében rajzot ad a gépről és elmondja, hogyan működik.

Az ilyen mechanizmusok egyik első példája Wilhelm Schickard német matematikus „számláló órája”. 1623-ban megalkotott egy gépet, amely az első automata számológép lett. Schickard gépe képes volt összeadni és kivonni a hatjegyű számokat, és ha megtelt, megkongatta a csengőt. Sajnos a történelem nem őrzött meg információkat az autó további sorsáról.

Leonardo da Vinci és Wilhelm Schiccard találmányai csak korunkban váltak ismertté. Ismeretlenek voltak kortársaik előtt.

Az első számítógépek közül a leghíresebb Blaise Pascal összegző gépe volt, aki 1642-ben megépítette a Pascalina modellt - összeadó gép nyolcjegyű számokhoz. B. Pascal 19 évesen kezdte meg alkotni a Pascalinát, figyelve apja munkáját, aki adószedő volt, és gyakran kellett hosszas és fárasztó számításokat végeznie. És egyetlen célja az volt, hogy segítse munkáját.

1673-ban Leibniz német matematikus megalkotta az első aritmométert, amellyel mind a négy aritmetikai műveletet elvégezhette. „...A gépem lehetővé teszi, hogy hatalmas számokon azonnal szorzást és osztást hajtsunk végre anélkül, hogy szekvenciális összeadást és kivonást kellene alkalmazni” – írta V. Leibniz egyik barátjának. Leibniz gépét a legtöbb európai országban ismerték.

A számítási elv sikeresnek bizonyult, ezt követően a modellt különböző országokban többször is finomították különböző tudósok.

1881-től pedig megszervezték az adagológépek sorozatgyártását, amelyeket a XX. század hatvanas éveiig gyakorlati számításokhoz használtak.

A leghíresebb sorozatgyártású modell az orosz gyártmányú Felix adagológép volt, amely 1900-ban kapta a nevét. a párizsi nemzetközi kiállításon aranyérmet kapott.

A gépészeti periódusba beletartoznak a Babidge elemzőgépeinek elméleti fejlesztései is, amelyek finanszírozás hiányában nem valósultak meg. Az elméleti fejlemények 1920-1971-ig nyúlnak vissza. Az Analytical Engine volt az első olyan gép, amely programvezérlés elvét alkalmazta, és bármilyen algoritmus kiszámítására szolgált, a bemenetet-kimenetet lyukkártyákkal tervezték, gőzgépen kellett volna működnie. Az elemző motor a következő négy fő részből állt: a kezdeti, a közbenső és a kapott adatok tárolására szolgáló egység (raktár - memória); adatfeldolgozó egység (malom - aritmetikai eszköz); számítási sorrend vezérlőegység (vezérlőkészülék); blokk a kezdeti adatok bevitelére és az eredmények nyomtatására (beviteli/kimeneti eszközök), amely később valamennyi modern számítógép szerkezetének prototípusaként szolgált. Lady Ada Lovelace (George Byron angol költő lánya) egyidejűleg dolgozott az angol tudóssal. Kidolgozta az első programokat a géphez, sok ötletet lefektetett, és számos olyan fogalmat és kifejezést vezetett be, amelyek a mai napig fennmaradtak. Lovelace grófnőt tartják az első számítógép-programozónak, és az ADA programozási nyelvet is róla nevezték el. Bár a projektet nem hajtották végre, a tudósok széles körben ismerték és nagyra értékelték. Charles Babidge egy évszázaddal megelőzte korát.

Folytatjuk…

Az ókortól kezdve az embereknek mindig számolniuk kellett. Eleinte saját ujjaikkal vagy kavicsaikkal számoltak. Az emberi agy számára azonban még az egyszerű, nagy számokkal rendelkező aritmetikai műveletek is nehezek. Ezért már az ókorban feltalálták a legegyszerűbb számlálóeszközt - az abakuszt, amelyet több mint 15 évszázaddal ezelőtt találtak fel a mediterrán országokban. A modern számlák e prototípusa egy rúdra felfűzött dominó volt, és a kereskedők használták.

Az abakuszrudak számtani értelemben tizedesjegyeket jelentenek. Az első rúdon lévő minden dominó értéke 1, a második rúdon - 10, a harmadik rúdon - 100 stb. A 17. századig gyakorlatilag az abakusz maradt az egyetlen számlálóeszköz.

Oroszországban a 16. században jelent meg az úgynevezett orosz abakusz. A decimális számrendszeren alapulnak, és lehetővé teszik az aritmetikai műveletek gyors végrehajtását (6. ábra)

Rizs. 6. Abacus

1614-ben John Napier matematikus feltalálta a logaritmusokat.

A logaritmus egy olyan kitevő, amelyre egy számot fel kell emelni (a logaritmus alapja), hogy egy másik számot kapjunk. Napier felfedezése az volt, hogy bármely szám kifejezhető így, és bármely két szám logaritmusának összege megegyezik e számok szorzatának logaritmusával. Ez lehetővé tette a szorzás műveletének egyszerűbb összeadásra való redukálását. Napier logaritmustáblázatokat készített. Két szám szorzásához meg kell nézni a logaritmusukat ebben a táblázatban, össze kell adni őket, és meg kell találni az ennek az összegnek megfelelő számot a fordított táblázatban - antilogaritmusok. E táblázatok alapján 1654-ben R. Bissacar, 1657-ben egymástól függetlenül S. Partridge dolgozott ki egy téglalap alakú csúszószabályt: a mérnök fő számítási eszköze a 20. század közepéig (7. kép).

Rizs. 7. Csúsztatási szabály

1642-ben Blaise Pascal feltalált egy decimális számrendszert használó mechanikus összeadógépet. Minden tizedesjegyet egy 0-tól 9-ig tartó számokat jelölő tíz fogú kerék jellemezte. Összesen 8 kerék volt, vagyis Pascal gépe 8 bites volt.

A digitális számítástechnikában azonban nem a decimális számrendszer nyert, hanem a kettes számrendszer. Ennek fő oka, hogy a természetben sok két stabil állapotú jelenség létezik, például „be/ki”, „feszültség van / nincs feszültség”, „hamis állítás / igaz állítás”, de nincs olyan jelenség, tíz stabil állapot. Miért olyan elterjedt a decimális rendszer? Igen, egyszerűen azért, mert az embernek tíz ujja van két kezén, és kényelmesen használható egyszerű fejben történő számoláshoz. De az elektronikus számítástechnikában sokkal egyszerűbb olyan kettes számrendszert használni, amely csak két stabil elemállapottal és egyszerű összeadási és szorzótáblákkal rendelkezik. A modern digitális számítástechnikai gépekben - számítógépekben - a bináris rendszert nemcsak számok rögzítésére használják, amelyeken számítási műveleteket kell végrehajtani, hanem maguknak a számításokhoz szükséges parancsoknak, sőt egész műveleti programoknak a rögzítésére is. Ebben az esetben a számítógépben minden számítás és művelet a bináris számok legegyszerűbb aritmetikai műveleteire redukálódik.

Az egyik első, aki érdeklődést mutatott a kettős rendszer iránt, a nagy német matematikus, Gottfried Leibniz volt. 1666-ban, húszévesen „A kombinatorika művészetéről” című munkájában olyan általános módszert dolgozott ki, amely lehetővé teszi, hogy minden gondolatot pontos formális kijelentésekre redukáljunk. Ezzel megnyílt a lehetőség, hogy a logikát (Leibniz a gondolkodás törvényeinek nevezte) a szavak birodalmából a matematika birodalmába helyezzük át, ahol az objektumok és az állítások közötti kapcsolatok pontosan és határozottan meg vannak határozva. Így Leibniz volt a formális logika megalapítója. A kettes számrendszert kutatta. Ugyanakkor Leibniz bizonyos misztikus jelentéssel ruházta fel: az 1-es számot Istennel, a 0-t pedig az ürességgel társította. Ebből a két figurából szerinte minden megtörtént. És e két szám segítségével bármilyen matematikai fogalmat kifejezhet. Leibniz volt az első, aki felvetette, hogy a bináris rendszer univerzális logikai nyelvvé válhat.

Leibniz egy „egyetemes tudomány” felépítéséről álmodott. A legegyszerűbb fogalmakat kívánta kiemelni, amelyek segítségével bizonyos szabályok szerint bármilyen bonyolultságú koncepció megfogalmazható. Egy olyan univerzális nyelv létrehozásáról álmodott, amelyen bármilyen gondolatot le lehet írni matematikai képletek formájában. Olyan gépre gondoltam, amely axiómákból tételeket tudna levezetni, logikai állításokat aritmetikaivá alakítani. 1673-ban megalkotott egy új típusú összeadógépet – egy mechanikus számológépet, amely nemcsak összead és kivon számokat, hanem szoroz, oszt, hatványokra emel, valamint kivonja a négyzet- és köbgyököket. A kettős számrendszert használta.

Az univerzális logikai nyelvet 1847-ben George Boole angol matematikus alkotta meg. Kidolgozta a kijelentésszámítást, amelyet később Boole-algebrának neveztek el tiszteletére. A matematika szigorú nyelvére lefordított formális logikát képviseli. A Boole-algebra képletei megjelenésükben hasonlítanak az iskolából ismert algebra képletekhez. Ez a hasonlóság azonban nemcsak külső, hanem belső is. A Boole-algebra teljesen egyenrangú algebra, amelyre a létrehozása során elfogadott törvények és szabályok vonatkoznak. Ez egy jelölési rendszer, amely bármilyen objektumra - számokra, betűkre és mondatokra - alkalmazható. Ezzel a rendszerrel kódolhat minden olyan állítást, amelyet igaznak vagy hamisnak kell bizonyítani, majd úgy manipulálhatja őket, mint a matematikai közönséges számokat.

George Boole (1815–1864) - angol matematikus és logikus, a matematikai logika egyik megalapítója. Kidolgozta a logika algebráját (a „Logika matematikai elemzése” (1847) és „A gondolkodás törvényeinek tanulmányozása” (1854) című munkákban.

Charles Peirce amerikai matematikusnak óriási szerepe volt a Boole-algebra elterjedésében és fejlődésében.

Charles Pierce (1839–1914) amerikai filozófus, logikus, matematikus és természettudós, aki a matematikai logikával kapcsolatos munkáiról ismert.

A logika algebrájában a figyelembe vétel tárgya az úgynevezett állítások, i.e. minden igaznak vagy hamisnak mondható állítás: „Omszk egy város Oroszországban”, „15 páros szám”. Az első állítás igaz, a második hamis.

Az AND, OR, IF...THEN kötőszók használatával kapott összetett állítások is igazak vagy hamisak lehetnek. Igazságuk csak az őket alkotó egyszerű állítások igazságától vagy hamisságától függ, például: "Ha nem esik kint, akkor elmehetsz sétálni." A Boole-algebra fő feladata ennek a függőségnek a vizsgálata. A logikai műveleteket olyan logikai műveleteknek tekintjük, amelyek lehetővé teszik összetett állítások összeállítását egyszerűekből: tagadás (NOT), konjunkció (AND), diszjunkció (OR) és mások.

1804-ben J. Jacquard feltalált egy szövőgépet nagy mintázatú szövetek előállítására. Ezt a mintát egy egész pakli lyukkártya - kartonból készült téglalap alakú kártyák - felhasználásával programozták. Rajtuk a mintázattal kapcsolatos információkat egy bizonyos sorrendben elhelyezett lyukak (perforációk) lyukasztásával rögzítették. Amikor a gép működött, ezeket a lyukkártyákat speciális tűkkel érezték. Ezen a mechanikus módon olvasták le belőlük az információkat, hogy programozott szövetmintát szőjenek. A Jacquard gépe a huszadik században megalkotott számítógéppel vezérelt gépek prototípusa volt.

1820-ban Thomas de Colmar kifejlesztette az első kereskedelmi összeadógépet, amely képes szorozni és osztani. A 19. század óta elterjedt a gépek összeadása összetett számítások végzésekor.

1830-ban Charles Babbage egy univerzális analitikai motort próbált létrehozni, amelynek emberi beavatkozás nélkül kellett volna számításokat végeznie. Ehhez olyan programokat vezettek be, amelyeket előre rögzítettek vastag papírból készült lyukkártyákra, rajtuk meghatározott sorrendben készített lyukak segítségével (a „perforáció” szó jelentése „lyukasztás papíron vagy kartonon”). A Babbage's Analytical Engine programozási elveit Ada Lovelace, Byron költő lánya dolgozta ki 1843-ban.

Rizs. 8. Charles Babbage

Rizs. 9. Ada Lovelace

Az elemző motornak képesnek kell lennie arra, hogy emlékezzen az adatokra és a számítások közbenső eredményeire, azaz legyen memóriája. Ennek a gépnek három fő részből kellett volna állnia: a fogaskerekek segítségével beírt számok tárolására szolgáló eszközből (memória), a számokkal való művelethez (aritmetikai egység), valamint a lyukkártyás számok kezelésére szolgáló eszközből (programvezérlő eszköz). Az elemző motor létrehozásával kapcsolatos munka nem fejeződött be, de a benne foglalt ötletek segítettek az első számítógépek megépítésében a 20. században (angol fordításban ez a szó „számítógépet” jelent).

1880-ban V.T. Az oroszországi Odner fogaskerekes mechanikus adagológépet hozott létre, és 1890-ben elindította tömeggyártását. Ezt követően a 20. század 50-es éveiig „Felix” néven gyártották (11. ábra).

Rizs. 10. V.T. Odner

Rizs. 11. "Felix" mechanikus adagológép

1888-ban Herman Hollerith (12. ábra) megalkotta az első elektromechanikus számológépet - egy tabulátort, amelyben a lyukkártyákra nyomtatott információkat (13. ábra) elektromos árammal fejtették meg. Ezzel a géppel többször is csökkenthető volt az amerikai népszámlálás számlálási ideje. Hollerith találmányát 1890-ben használták először a 11. amerikai népszámlálás során. Azt a munkát, amelyet korábban 500 alkalmazottnak 7 évig tartott, Hollerith és 43 asszisztens 43 tabulátoron egy hónap alatt végezte el.

1896-ban Hollerith céget alapított Tabulating Machine Co. néven. 1911-ben ezt a céget összevonták két másik, a statisztikai adatfeldolgozás automatizálására szakosodott céggel, és 1924-ben kapta a modern IBM (International Business Machines) nevet. Elektronikus vállalattá vált, amely a világ egyik legnagyobb gyártója minden típusú adatfeldolgozásban. számítógépek és szoftverek, a globális információs hálózatok szolgáltatója. Az IBM alapítója Thomas Watson Sr. volt, aki 1914-ben vezette a céget, lényegében létrehozta az IBM Corporationt, és több mint 40 évig vezette. Az 1950-es évek közepe óta az IBM vezető pozíciót foglal el a globális számítógépes piacon. 1981-ben a cég megalkotta első személyi számítógépét, amely iparági szabvány lett. Az 1980-as évek közepére az IBM irányította a világ elektronikus számítógép-gyártásának mintegy 60%-át.

Rizs. 12. Thomas Watson Sr.

Rizs. 13. Herman Hollerith

A 19. század végén feltalálták a lyukszalagot - papírt vagy celluloid fóliát, amelyre az információkat lyukasztóval hordták fel lyukkészlet formájában.

Széles lyukasztott papírszalagot használtak a monotípiában, a T. Lanston által 1892-ben feltalált szedőgépben. A monotípus két független eszközből állt: egy billentyűzetből és egy öntőkészülékből. A billentyűzet lyukszalagra gépelő program összeállítását szolgálta, az öntőgép pedig speciális tipográfiai ötvözetből - gartból - a billentyűzeten korábban összeállított program szerint készítette el a gépelést.

Rizs. 14. Lyukkártya

Rizs. 15. Lyukszalagok

A szedő leült a billentyűzethez, megnézte a kottaállványon előtte álló szöveget, és megnyomta a megfelelő billentyűket. Amikor az egyik betűbillentyűt megütötték, a lyukasztó mechanizmus tűi sűrített levegővel lyukasztottak kódkombinációt a papírszalagon. Ez a kombináció egy adott betűnek, jelnek vagy köztük lévő szóköznek felelt meg. A billentyű minden egyes leütése után a papírszalag egy lépést mozdult el - 3 mm-t. A lyukasztott papíron minden vízszintes lyuksor egy betűnek, jelnek vagy szóköznek felel meg közöttük. A kész (lyukasztott) lyukasztott papírszalag orsóját öntőgépbe helyezték át, amelyben szintén sűrített levegő felhasználásával a lyukasztott papírszalagról leolvasták a rá kódolt információkat és automatikusan előállították a betűkészletet. Így a monotípus az egyik első számítógéppel vezérelt gép a technika történetében. A forró szedés gépek közé sorolták, és idővel átadta helyét először a fotószedésnek, majd az elektronikus szedésnek.

Valamivel korábban, mint a monotípia, 1881-ben feltalálták a zongorát (vagy fonola) - egy hangszert, amely automatikusan zongorázik. Sűrített levegővel is működött. A zongorában egy közönséges zongora vagy zongora minden egyes billentyűje megfelel a ráütő kalapácsnak. Az összes kalapács együtt alkotja az ellenbillentyűzetet, amely a zongorabillentyűzethez van rögzítve. Egy görgőre tekercselt széles papírlyukasztószalagot helyeznek a zongorába. A lyukszalagon a lyukakat előre készítik, miközben a zongorista játszik - ezek egyfajta „nóták”. Amikor egy zongora működik, a lyukasztott papírszalag egyik hengerről a másikra tekerődik. A rajta rögzített információkat pneumatikus mechanizmus segítségével olvassuk ki. Aktiválja azokat a kalapácsokat, amelyek a lyukszalagon lévő lyukaknak felelnek meg, amitől megütik a billentyűket, és visszaadják a zongorista előadását. Így a zongora is programvezérelt gép volt. A megőrzött lyukasztott zongoraszalagoknak köszönhetően lehetőség nyílt modern módszerekkel restaurálni és újra felvenni a múlt olyan figyelemre méltó zongoristáinak előadásait, mint a zeneszerző A.N. Szkrjabin. A zongorát híres zeneszerzők és zongoristák, Rubinstein, Paderewski, Busoni használták.

Később lyukszalagról és lyukkártyáról olvasták le az információkat elektromos érintkezők - fémkefék - segítségével, amelyek lyukkal érintkezve lezárták az elektromos áramkört. Aztán a keféket fotocellákra cserélték, és az információolvasás optikai, érintésmentes lett. Az első digitális számítógépekben így rögzítették és olvasták az információkat.

A logikai műveletek szorosan összefüggenek a mindennapi élettel.

Egy VAGY elemet két bemenethez, két ÉS elemet két bemenethez és egy NOT elemet használva felállíthat egy bináris félösszeadó logikai áramkörét, amely képes végrehajtani két egyjegyű bináris szám bináris összeadási műveletét (azaz a a bináris aritmetika szabályai):

0 +0 =0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=0. Ennek során lefoglalja a hordozó bitet.

Egy ilyen áramkör azonban nem tartalmaz harmadik bemenetet, amelyre a bináris számok összegének előző bitjéből származó átviteli jelet lehetne alkalmazni. Ezért a félösszeadót csak a logikai áramkör legkisebb jelentőségű bitjében használják többbites bináris számok összegzésére, ahol nem lehet átviteli jel az előző bináris bitből. Egy teljes bináris összeadó két többbites bináris számot ad össze, figyelembe véve az előző bináris bitek összeadásából származó átviteli jeleket.

A bináris összeadók kaszkádba kapcsolásával logikai összeadó áramkört kaphatunk tetszőleges számú számjegyű bináris számokhoz.

Néhány módosítással ezek a logikai áramkörök bináris számok kivonására, szorzására és osztására is szolgálnak. Segítségükkel megépültek a modern számítógépek számtani eszközei.

1937-ben George Stibitz (16. ábra) egy bináris összeadót hozott létre közönséges elektromechanikus relékből - egy olyan eszközt, amely képes végrehajtani a bináris kódban lévő számok összeadásának műveletét. És ma is a bináris összeadó minden számítógép egyik fő alkotóeleme, számtani eszközének alapja.

Rizs. 16. Stibitz György

1937–1942-ben John Atanasoff (17. ábra) megalkotta az első vákuumcsöveken működő számítógép modelljét. A kettős számrendszert használta. Az adatok bevitelére és a számítási eredmények kiadására lyukkártyákat használtunk. A munka ezen a gépen 1942-ben majdnem befejeződött, de a háború miatt a további finanszírozás leállt.

Rizs. 17. John Atanasoff

1937-ben Konrad Zuse (12. ábra) megalkotta első, elektromechanikus reléken alapuló Z1 számítógépét. A kiindulási adatok billentyűzet segítségével kerültek bele, a számítások eredménye pedig egy sok izzót tartalmazó panelen jelent meg. 1938-ban K. Zuse megalkotta a továbbfejlesztett Z2 modellt. A programokat lyukszalaggal vitték be. Használt 35 mm-es fotófilmen lyukasztással készült. 1941-ben K. Zuse a kettes számrendszer alapján működőképes Z3, majd később Z4 számítógépet épített. Ezeket számításokhoz használták repülőgépek és rakéták létrehozása során. 1942-ben Konrad Zuse és Helmut Schreier megszületett az ötlet, hogy a Z3-at elektromechanikus relékről vákuumcsövekké alakítsák át. Egy ilyen gépnek 1000-szer gyorsabban kellett volna működnie, de nem lehetett létrehozni - a háború akadályozta.

Rizs. 18. Konrád Zuse

1943–1944-ben az egyik IBM vállalatnál (IBM) a Harvard Egyetem tudósaival együttműködve Howard Aiken vezetésével megalkották a Mark-1 számítógépet. Súlya körülbelül 35 tonna volt. A "Mark-1" elektromechanikus relék használatán alapult, és lyukszalagra kódolt számokkal működött.

Létrehozásakor Charles Babbage által az Analytical Engine-ben megfogalmazott gondolatokat használták fel. Stiebitzzel és Zusával ellentétben Aiken nem ismerte fel a kettes számrendszer előnyeit, és a tizedes rendszert használta a gépében. A gép legfeljebb 23 számjegy hosszúságú számokat tudott kezelni. Két ilyen szám megszorzásához 4 másodpercet kellett töltenie. 1947-ben megalkották a Mark-2 gépet, amely már a kettes számrendszert használta. Ebben a gépben az összeadás és a kivonás átlagosan 0,125 másodpercet vett igénybe, a szorzás pedig 0,25 másodpercet.

A logikai algebra elvont tudománya közel áll a gyakorlati élethez. Lehetővé teszi számos vezérlési probléma megoldását.

Az elektromágneses relék bemeneti és kimeneti jelei a Boole-algebra állításaihoz hasonlóan szintén csak két értéket vesznek fel. Feszültségmentesített tekercs esetén a bemeneti jel 0, ha áram folyik a tekercsen keresztül, a bemeneti jel értéke 1. Nyitott reléérintkező esetén a kimeneti jel 0, zárt érintkező esetén pedig az 1.

Pontosan ezt a hasonlóságot a Boole-algebra állításai és az elektromágneses relék viselkedése között vette észre a híres fizikus, Paul Ehrenfest. Már 1910-ben javasolta a Boole-algebra használatát a telefonrendszerek relé áramkörök működésének leírására. Egy másik változat szerint a Boole-algebra elektromos kapcsolóáramkörök leírására való felhasználásának ötlete Peirce-é. 1936-ban a modern információelmélet megalapítója, Claude Shannon a kettes számrendszert, a matematikai logikát és az elektromos áramköröket kombinálta doktori disszertációjában.

Kényelmes az elektromágneses relék közötti kapcsolatok kijelölése az áramkörökben a NEM, ÉS, VAGY, REPEAT (IGEN) stb. logikai műveletekkel. Például a reléérintkezők soros csatlakoztatása ÉS műveletet valósít meg, ezen érintkezők párhuzamos csatlakoztatása pedig logikai VAGY műveletet valósít meg. Az ÉS, VAGY, NEM műveleteket hasonló módon hajtják végre az elektronikus áramkörökben, ahol az elektromos áramköröket lezáró és nyitó relék szerepét érintésmentes félvezető elemek - tranzisztorok - látják el, amelyeket D. Bardeen, W. Brattain és W amerikai tudósok készítettek 1947–1948-ban. Shockley.

Az elektromechanikus relék túl lassúak voltak. Ezért az amerikaiak már 1943-ban elkezdtek vákuumcsöveken alapuló számítógépet fejleszteni. 1946-ban Presper Eckert és John Mauchly (13. ábra) megépítette az első elektronikus digitális számítógépet, az ENIAC-ot. Súlya 30 tonna volt, 170 négyzetmétert foglalt el. m területen. Több ezer elektromechanikus relé helyett az ENIAC 18 000 vákuumcsövet tartalmazott. A gép a bináris rendszerben számolt, és másodpercenként 5000 összeadási vagy 300 szorzási műveletet hajtott végre. Ebben a gépben nem csak egy aritmetikai eszköz, hanem egy tárolóeszköz is vákuumcsövekre épült. A numerikus adatokat lyukkártyákkal, míg a programokat dugókkal és szedőmezőkkel vittük be a gépbe, vagyis minden új programhoz több ezer névjegyet kellett csatlakoztatni. Ezért akár több napig is eltartott a felkészülés egy új probléma megoldására, bár maga a probléma néhány perc alatt megoldódott. Ez volt az egyik fő hátránya egy ilyen gépnek.

Rizs. 19. Presper Eckert és John Mauchly

Három kiváló tudós - Claude Shannon, Alan Turing és John von Neumann - munkája lett a modern számítógépek szerkezetének megalkotásának alapja.

Shannon Claude (született 1916) amerikai mérnök és matematikus, a matematikai információelmélet megalapítója.

1948-ban kiadta a „Matematical Theory of Communication” című munkáját az információtovábbítás és -feldolgozás elméletével, amely minden típusú üzenetet tartalmazott, beleértve az élő szervezetek idegrostjai mentén továbbított üzeneteket is. Shannon bevezette az információ mennyiségének fogalmát, mint a rendszer állapotának bizonytalanságának mértékét, amelyet az információ fogadásakor eltávolítottak. Ezt a bizonytalansági mértéket entrópiának nevezte, a statisztikai mechanika hasonló fogalmával analógiaként. Amikor a megfigyelő információt kap, az entrópia, vagyis a rendszer állapotával kapcsolatos tudatlanságának mértéke csökken.

Alan Turing (1912-1954) – angol matematikus. Fő művei a matematikai logikával és a számítási matematikával foglalkoznak. 1936-1937-ben megírta az „On Computable Numbers” című alapművet, amelyben bemutatta az absztrakt eszköz fogalmát, amelyet később „Turing-gépnek” neveztek. Ebben az eszközben előrevetítette a modern számítógép alapvető tulajdonságait. Turing „univerzális gépnek” nevezte eszközét, mivel annak meg kellett volna oldania minden elfogadható (elméletileg megoldható) matematikai vagy logikai problémát. Az adatokat cellákra - cellákra osztott papírszalagról kell bevinni. Minden ilyen cellának vagy tartalmaznia kellett egy szimbólumot, vagy nem. A Turing-gép képes feldolgozni a szalagról bevitt szimbólumokat és megváltoztatni azokat, azaz törölni és újakat írni a belső memóriájában tárolt utasítások szerint.

Neumann John von (1903-1957) - amerikai matematikus és fizikus, az atom- és hidrogénfegyverek fejlesztésének résztvevője. Budapesten született, 1930 óta az USA-ban él. Az 1945-ben megjelent, a digitális elektronikus számítógépekkel foglalkozó első munkájaként megjelent jelentésében azonosította és leírta a modern számítógép „architektúráját”.

A következő gépben - az EDVAC-ban - nagyobb kapacitású belső memóriája nem csak az eredeti adatokat, hanem a számítási programot is képes volt tárolni. Ezt az ötletet – hogy programokat tároljunk a gépek memóriájában – John von Neumann matematikus vetette fel Mauchlyval és Eckerttel együtt. Ő volt az első, aki leírta az univerzális számítógép felépítését (a modern számítógép ún. „von Neumann architektúráját”). Az univerzális és hatékony működés érdekében von Neumann szerint a számítógépnek tartalmaznia kell egy központi aritmetikai-logikai egységet, egy központi eszközt, amely minden műveletet vezérel, egy tárolóeszközt (memóriát) és egy információbeviteli/-kimeneti eszközt, valamint a programokat kell tárolni. a számítógép memóriája.

Von Neumann úgy gondolta, hogy a számítógépnek kettes számrendszer alapján kell működnie, elektronikusnak kell lennie, és minden műveletet szekvenciálisan, egymás után kell végrehajtania. Ezek az elvek minden modern számítógép alapját képezik.

A vákuumcsöveket használó gép sokkal gyorsabban működött, mint az elektromechanikus reléket használó gép, de maguk a vákuumcsövek megbízhatatlanok voltak. Gyakran kudarcot vallottak. Ezek cseréjére 1947-ben John Bardeen, Walter Brattain és William Shockley az általuk feltalált kapcsoló félvezető elemek – a tranzisztorok – használatát javasolta.

John Bardeen (1908-1991) – amerikai fizikus. Az első tranzisztor egyik megalkotója (1956-os fizikai Nobel-díj W. Brattainnal és W. Shockley-vel a tranzisztorhatás felfedezéséért). A szupravezetés mikroszkopikus elméletének egyik szerzője (1957-ben a második Nobel-díjat L. Cooperrel és D. Schriffennel közösen).

Walter Brattain (1902–1987) - amerikai fizikus, az első tranzisztor egyik megalkotója, 1956-ban fizikai Nobel-díjas.

William Shockley (1910–1989) - amerikai fizikus, az első tranzisztor egyik megalkotója, 1956-ban fizikai Nobel-díjas.

A modern számítógépekben az integrált áramköri chip mikroszkopikus tranzisztorait „kapuk” rendszerébe csoportosítják, amelyek logikai műveleteket hajtanak végre bináris számokon. Segítségükkel készültek például a fentebb leírt bináris összeadók, amelyek lehetővé teszik többjegyű bináris számok összeadását, számok kivonását, szorzását, osztását és összehasonlítását. A logikai kapuk bizonyos szabályok szerint működve szabályozzák az adatok mozgását és az utasítások végrehajtását a számítógépben.

Az első számítógéptípusok fejlesztése 1951-ben vezetett a kereskedelmi használatra szánt UNIVAC számítógép megalkotásához. Ez lett az első kereskedelmi forgalomba hozott számítógép.

Az 1952-ben megjelent soros csöves IBM 701 számítógép akár 2200 szorzási műveletet is végrehajtott másodpercenként.

IBM 701 számítógép

A rendszer létrehozásának kezdeményezése Thomas Watson Jr. 1937-ben utazó eladóként kezdett dolgozni a cégnél. Csak a háború alatt hagyta abba az IBM-nél, amikor az Egyesült Államok légierejének pilótája volt. 1946-ban visszatért a céghez, annak alelnöke lett, és 1956 és 1971 között az IBM élén állt. Miközben az IBM igazgatótanácsának tagja maradt, Thomas Watson 1979 és 1981 között az Egyesült Államok Szovjetunióbeli nagykövete volt.

Thomas Watson (Jr.)

1964-ben az IBM bejelentette az IBM 360 család hat modelljének megalkotását (System 360), amelyek a harmadik generáció első számítógépei lettek. A modellek egyetlen parancsrendszerrel rendelkeztek, és a RAM mennyiségében és a teljesítményben különböztek egymástól. A családmodellek megalkotása során számos új elvet alkalmaztak, amelyek a gépeket univerzálissá tették, és lehetővé tették, hogy egyenlő hatékonysággal használják őket mind a tudomány és a technológia különböző területein felmerülő problémák megoldására, mind az adatfeldolgozásra. menedzsment és üzlet. Az IBM System/360 (S/360) a mainframe osztályú univerzális számítógépek családja. Az IBM/360 további fejlesztései a 370, 390, z9 és zSeries rendszerek voltak. A Szovjetunióban az IBM/360-at ES COMPUTER néven klónozták. Ezek a szoftverek kompatibilisek voltak az amerikai prototípusaikkal. Ez lehetővé tette a nyugati szoftverek használatát a hazai „programozási ipar” fejletlenségei között.

IBM/360 számítógép

T. Watson (Jr.) és V. Lerson az IBM/360 számítógépnél

A Szovjetunióban az első vákuumcsöveket használó kis elektronikus számítástechnikai gépet (MESM) 1949–1951-ben építették. akadémikus S.A. vezetésével. Lebedeva. Függetlenül attól, hogy a külföldi tudósok S.A. Lebegyev kidolgozta a számítógép felépítésének alapelveit a memóriában tárolt programmal. A MESM volt az első ilyen gép. És 1952–1954-ben. vezetése alatt fejlesztették ki a nagysebességű elektronikus számológépet (BESM), amely másodpercenként 8000 műveletet hajt végre.

Lebegyev Szergej Alekszejevics

Az elektronikus számítógépek létrehozását a legnagyobb szovjet tudósok és mérnökök vezették, I.S. Brook, W.M. Glushkov, Yu.A. Bazilevszkij, B.I. Rameev, L.I. Gutenmacher, N.P. Brusencov.

A szovjet számítógépek első generációja csöves számítógépeket tartalmazott - „BESM-2”, „Strela”, „M-2”, „M-3”, „Minsk”, „Ural-1”, „Ural-2”, „M”. - 20"

A szovjet számítógépek második generációja magában foglalja a „Nairi” és „Mir” félvezető kis számítógépeket, a tudományos számításokhoz és információfeldolgozáshoz szükséges közepes méretű számítógépeket, 5-30 ezer művelet másodpercenkénti sebességgel „Minsk-2”, „Minsk-22” , „Minsk-32”, „Ural-14”, „Razdan-2”, „Razdan-3”, „BESM-4”, „M-220” és „Dnepr”, „VNIIEM-3” vezérlő számítógépek, valamint az ultra-nagy sebességű BESM-6, amely másodpercenként 1 millió műveletet teljesít.

A szovjet mikroelektronika megalapítói az USA-ból a Szovjetunióba emigrált tudósok voltak: F.G. Staros (Alfred Sarant) és I.V. Berg (Joel Barr). Ők lettek a Moszkva melletti Zelenogradban működő mikroelektronikai központ kezdeményezői, szervezői és vezetői.

F.G. Staros

A Szovjetunióban az 1960-as évek második felében jelentek meg az integrált áramkörökön alapuló harmadik generációs számítógépek. Kidolgozták az Egységes Számítógépes Rendszert (ES COMPUTER) és a Kisszámítógépes Rendszert (SM COMPUTER) és megszervezték tömeggyártásukat. Mint fentebb említettük, ez a rendszer az amerikai IBM/360 rendszer klónja volt.

Jevgenyij Alekszejevics Lebegyev lelkes ellenfele volt az amerikai IBM/360 rendszer másolásának, amelyet a szovjet változatban ES Computernek hívtak, és amely az 1970-es években kezdődött. Az EU Számítógépek szerepe a hazai számítógépek fejlesztésében nem egyértelmű.

A kezdeti szakaszban az ES számítógépek megjelenése a számítógépes rendszerek egységesítéséhez vezetett, lehetővé tette a kezdeti programozási szabványok létrehozását és a programok végrehajtásával kapcsolatos nagyszabású projektek szervezését.

Ennek az volt az ára, hogy saját eredeti fejlesztéseiket széles körben megnyirbálták, és teljesen függővé váltak az IBM akkoriban messze nem a legjobb elképzeléseitől és koncepcióitól. A könnyen használható szovjet gépekről az IBM/360 sokkal bonyolultabb hardverére és szoftverére való hirtelen átállás azt jelentette, hogy sok programozónak le kellett küzdenie az IBM fejlesztőinek hiányosságaiból és hibáiból adódó nehézségeket. Az ES számítógépek kezdeti modelljei teljesítményjellemzőiben gyakran gyengébbek voltak, mint az akkori hazai számítógépek.

Egy későbbi szakaszban, különösen a 80-as években, az EU-számítógépek széles körű bevezetése komoly akadályt jelentett a szoftverek, adatbázisok és párbeszédrendszerek fejlesztésében. A költséges és előre megtervezett beszerzések után a vállalkozások elavult számítógépes rendszerek üzemeltetésére kényszerültek. Ezzel párhuzamosan kisgépeken és személyi számítógépeken is fejlődtek a rendszerek, amelyek egyre népszerűbbek lettek.

Egy későbbi szakaszban, a peresztrojka kezdetével, 1988–89 között hazánkat elárasztották a külföldi személyi számítógépek. Semmilyen intézkedés nem állíthatja meg az uniós számítógépsorozat válságát. A hazai ipar nem tudott analógokat vagy helyettesítőket létrehozni az ES számítógépekhez az új elembázis alapján. A Szovjetunió gazdasága ekkorra nem tette lehetővé, hogy gigantikus pénzügyi forrásokat költsenek mikroelektronikai berendezések létrehozására. Ennek eredményeként teljes átállás történt az importált számítógépekre. Végre megnyirbálták a hazai számítógépek fejlesztésére szolgáló programokat. Problémák merültek fel a technológiák modern számítógépekre való átültetésével, a technológiák korszerűsítésével, több százezer szakember foglalkoztatásával, átképzésével.

Előrejelzés S.A. Lebedeva igazolt. Mind az USA-ban, mind az egész világon követték az általa javasolt utat: egyrészt szuperszámítógépeket hoznak létre, másrészt kevésbé erős számítógépek egész sorát, amelyek különféle alkalmazásokra irányulnak - személyes, speciális stb.

A szovjet számítógépek negyedik generációját nagyméretű (LSI) és ultranagyméretű (VLSI) integrált áramkörök alapján valósították meg.

A nagy, negyedik generációs számítógépes rendszerek példája az Elbrus-2 többprocesszoros komplexum, amely akár 100 millió műveletet is elérhet másodpercenként.

Az 1950-es években létrehozták a tranzisztor alapú számítógépek második generációját. Ennek eredményeként a gépek sebessége 10-szeresére nőtt, a mérete és tömege pedig jelentősen csökkent. Elkezdték használni a mágneses ferritmagon lévő tárolóeszközöket, amelyek még a számítógépek kikapcsolt állapotában is korlátlan ideig képesek tárolni az információkat. Joy Forrester tervezte 1951–1953 között. Nagy mennyiségű információt tároltak külső adathordozókon, például mágnesszalagon vagy mágneses dobon.

A számítástechnika történetének első merevlemezét (winchester) 1956-ban fejlesztette ki az IBM mérnökeinek egy csoportja, Reynold B. Johnson vezetésével. Az eszközt 305 RAMAC-nak hívták - ez egy véletlen hozzáférésű elszámolási és ellenőrzési módszer. A meghajtó 50 alumíniumlemezből állt, amelyek átmérője 24 hüvelyk (kb. 60 cm) és egyenként 2,5 cm vastag. Az alumíniumlemez felületére mágneses réteget vittünk fel, amelyre felvételt végeztünk. Ez a teljes lemezszerkezet egy közös tengelyen állandó 1200 ford./perc fordulatszámmal forgott működési módban, maga a meghajtó pedig 3x3,5 méteres területet foglalt el, teljes kapacitása 5 MB volt. A RAMAC 305 tervezésénél az egyik legfontosabb alapelv az volt, hogy a fejek ne érintkezzenek a lemezek felületével, hanem kis fix távolságra lebegjenek. Erre a célra speciális légfúvókákat használtak, amelyek a fejtartókban lévő kis lyukakon keresztül a tárcsához irányították az áramlást, és ezáltal rést hoztak létre a fej és a forgólemez felülete között.

A Winchester (merevlemez) lehetővé tette a számítógép-felhasználók számára, hogy nagyon nagy mennyiségű információt tároljanak, és egyidejűleg gyorsan lekérjék a szükséges adatokat. A merevlemez 1958-as létrehozása után a mágnesszalagos adathordozókat elhagyták.

1959-ben D. Kilby, D. Herney, K. Lehovec és R. Noyce (14. ábra) feltalálták az integrált áramköröket (chipeket), amelyekben az összes elektronikus alkatrészt a vezetőkkel együtt egy szilíciumlapkába helyezték. A chipek számítógépekben történő alkalmazása lehetővé tette az áramáramlási útvonalak lerövidítését a kapcsolás során. A számítások sebessége tízszeresére nőtt. A gépek méretei is jelentősen csökkentek. A chip megjelenése lehetővé tette a számítógépek harmadik generációjának létrehozását. 1964-ben pedig az IBM integrált áramkörökre épülő IBM-360 számítógépeket kezdett gyártani.

Rizs. 14. D. Kilby, D. Hurney, K. Lechovec és R. Noyce

1965-ben Douglas Engelbart (15. ábra) megalkotta az első „egeret” – egy számítógépes kézi manipulátort. Először az Apple Macintosh személyi számítógépben használták, amelyet később, 1976-ban adtak ki.

Rizs. 19. Douglas Engelbart

1971-ben az IBM elkezdte gyártani a Yoshiro Nakamatsu által feltalált számítógépes hajlékonylemezt, amely egy cserélhető hajlékony mágneslemez („floppy disk”) az információk állandó tárolására. Kezdetben a floppy lemez átmérője 8 hüvelyk, kapacitása 80 KB, majd - 5 hüvelyk. A modern, 1,44 MB-os hajlékonylemez, amelyet először a Sony adott ki 1982-ben, kemény műanyag házban kapott helyet, átmérője pedig 3,5 hüvelyk.

1969-ben az Egyesült Államokban megkezdődött a védelmi számítógépes hálózat létrehozása - a modern világméretű internet elődje.

Az 1970-es években mátrixnyomtatókat fejlesztettek ki a számítógépek által kiadott információk nyomtatására.

1971-ben az Intel alkalmazottja, Edward Hoff (20. ábra) megalkotta az első mikroprocesszort, a 4004-et úgy, hogy több integrált áramkört egyetlen szilícium chipre helyezett. Bár eredetileg számológépekben való használatra szánták, lényegében egy komplett mikroszámítógép volt. Ez a forradalmi találmány gyökeresen megváltoztatta azt az elképzelést, hogy a számítógépek terjedelmes, súlyos szörnyek. A mikroprocesszor lehetővé tette a negyedik generációs számítógépek létrehozását, amelyek elférnek a felhasználó asztalán.

Rizs. 20. Edward Hoff

Az 1970-es évek közepén kísérletek kezdődtek egy személyi számítógép (PC) létrehozására, amely egy magánfelhasználó számára készült számítógép.

1974-ben Edward Roberts (21. ábra) megalkotta az első személyi számítógépet, az Altairt, amely az Intel 8080 mikroprocesszoron alapul (22. ábra). Szoftver nélkül azonban hatástalan volt: elvégre egy magánfelhasználónak nincs otthon „kéznél” saját programozója.

Rizs. 21. Edward Roberts

Rizs. 22. Az első személyi számítógép Altair

1975-ben a Harvard Egyetem két hallgatója, Bill Gates és Paul Allen értesült az Altair PC létrehozásáról (23. ábra). Ők voltak az elsők, akik megértették, hogy sürgősen szükség van személyi számítógépekre való szoftverírásra, és egy hónapon belül megalkották azt az Altair PC-hez a BASIC nyelv alapján. Ugyanebben az évben megalapították a Microsoftot, amely gyorsan a személyi számítógépes szoftverek vezetőjévé vált, és a világ leggazdagabb vállalatává vált.

Rizs. 23. Bill Gates és Paul Allen

Rizs. 24. Bill Gates

1973-ban az IBM kifejlesztett egy merev mágneslemezt (merevlemezt) számítógéphez. Ez a találmány lehetővé tette nagy kapacitású hosszú távú memória létrehozását, amely a számítógép kikapcsolásakor is megmarad.

Az első Altair-8800 mikroszámítógépek csak olyan alkatrészek gyűjteményét alkották, amelyeket még össze kellett szerelni. Ráadásul rendkívül kényelmetlen volt a használatuk: nem volt bennük sem monitor, sem billentyűzet, sem egér. Az elülső panelen található kapcsolókkal bevitték az információkat, az eredményeket pedig LED-es kijelzők segítségével. Később elkezdték megjeleníteni az eredményeket egy távíró segítségével - egy billentyűzetes távírógéppel.

1976-ban a 26 éves mérnök, Steve Wozniak a Hewlett-Packardtól megalkotott egy alapvetően új mikroszámítógépet. Ő volt az első, aki az írógép billentyűzetéhez hasonló billentyűzetet használt az adatok bevitelére, és egy közönséges tévét az információk megjelenítésére. A szimbólumok 24, egyenként 40 karakteres sorban jelentek meg a képernyőn. A számítógép 8 KB memóriával rendelkezett, ennek felét a beépített BASIC nyelv foglalta el, a fele pedig a felhasználó beléphetett a programjaiba. Ez a számítógép jelentősen felülmúlta az Altair-8800-at, amely mindössze 256 bájt memóriával rendelkezett. S. Wozniak csatlakozót (az úgynevezett „slotot”) biztosított új számítógépéhez további eszközök csatlakoztatásához. Steve Wozniak barátja, Steve Jobs volt az első, aki megértette és értékelte ennek a számítógépnek a lehetőségeit (25. ábra). Javasolta egy cég megszervezését sorozatgyártására. 1976. április 1-jén megalapították az Apple céget, amelyet 1977 januárjában hivatalosan is bejegyeztek. Apple-I-nek hívták az új számítógépet (26. ábra). 10 hónapon belül sikerült összeszerelni és eladni mintegy 200 Apple-I példányt.

Rizs. 25. Steve Wozniak és Steve Jobs

Rizs. 26. Apple-I személyi számítógép

Ekkor Wozniak már a javításán dolgozott. Az új verzió neve Apple-II (23. ábra). A számítógép műanyag tokban készült, grafikus módot, hangot, színt, bővített memóriát, egy helyett 8 bővítőcsatlakozót (slot) kapott. A programok mentésére kazettás magnót használt. Az első Apple II modell alapja az Apple I-hez hasonlóan a MOS Technology 6502-es mikroprocesszora volt, 1 megahertzes órajellel. A BASIC állandó memóriába került. A 4 KB RAM kapacitása 48 KB-ra bővült. Az információkat egy színes vagy fekete-fehér TV-n jelenítették meg, amely az Egyesült Államok NTSC szabványos rendszerében működött. Szöveges módban 24 sor jelent meg, egyenként 40 karakter, grafikus módban pedig 280 x 192 pixel (hat szín) volt a felbontás. Az Apple II fő előnye az volt, hogy a RAM-ot 48 KB-ra bővítette, és 8 csatlakozót használhat további eszközök csatlakoztatásához. A színes grafika használatának köszönhetően sokféle játékhoz használható (27. ábra).

Rizs. 27. Apple II személyi számítógép

Lehetőségeinek köszönhetően az Apple II népszerűvé vált a különböző szakmák körében. Felhasználóitól nem kellett sem elektronikai, sem programozási nyelvek ismerete.

Az Apple II lett az első valóban személyi számítógép tudósok, mérnökök, jogászok, üzletemberek, háziasszonyok és iskolások számára.

1978 júliusában az Apple II kiegészült a Disk II meghajtóval, ami jelentősen kibővítette a képességeit. Ehhez készült az Apple-DOS lemez operációs rendszer. 1978 végén pedig a számítógépet ismét továbbfejlesztették, és Apple II Plus néven adták ki. Most már az üzleti szférában is használható információ tárolására, üzletvitelre és a döntéshozatal segítésére. Megkezdődött az olyan alkalmazási programok létrehozása, mint a szövegszerkesztők, szervezők és táblázatkezelők.

1979-ben Dan Bricklin és Bob Frankston létrehozta a VisiCalc-et, a világ első táblázatát. Ez az eszköz volt a legalkalmasabb számviteli számításokhoz. Az első verzióját az Apple II-hez írták, amelyet gyakran csak a VisiCalchez vásároltak.

Így néhány év alatt a mikroszámítógép – nagyrészt az Apple-nek és alapítóinak, Steven Jobsnak és Steve Wozniaknak köszönhetően – személyi számítógépgé változott különféle szakmák számára.

1981-ben jelent meg az IBM PC személyi számítógép, amely hamarosan a számítástechnikai ipar szabványává vált, és szinte az összes konkurens személyi számítógép modellt kiszorította a piacról. Az egyetlen kivétel az Apple volt. 1984-ben létrehozták az Apple Macintosh-t, az első olyan számítógépet, amely grafikus felülettel rendelkezik, amelyet egérrel vezérelnek. Előnyeinek köszönhetően az Apple-nek sikerült a személyi számítógépek piacán maradnia. Meghódította a piacot az oktatásban és a kiadásban, ahol a Macintosh-ok kiemelkedő grafikus képességeit használják az elrendezésre és a képfeldolgozásra.

Ma az Apple a személyi számítógépek globális piacának 8-10%-át birtokolja, a fennmaradó 90%-ot pedig IBM-kompatibilis személyi számítógépek teszik ki. A legtöbb Macintosh számítógép az Egyesült Államokban élő felhasználók tulajdonában van.

1979-ben megjelent az optikai kompakt lemez (CD), amelyet a Philips fejlesztett ki, és kizárólag zenei felvételek meghallgatására szolgál.

1979-ben az Intel kifejlesztette a 8088-as mikroprocesszort személyi számítógépekhez.

Széles körben elterjedtek az IBM PC-modell személyi számítógépei, amelyeket 1981-ben hozott létre az IBM mérnökei William C. Lowe vezette csoportja. Az IBM PC Intel 8088 processzorral, 4,77 MHz órajellel, 16 Kb memóriával, 256 Kb-ig bővíthető, és DOS 1.0 operációs rendszerrel rendelkezett. (24. ábra). A DOS 1.0 operációs rendszert a Microsoft készítette. Mindössze egy hónap alatt az IBM-nek 241 683 IBM PC-t sikerült eladnia. A Microsoft vezetőivel kötött megállapodás alapján az IBM bizonyos összeget fizetett a program készítőinek az operációs rendszer IBM PC-re telepített minden példányáért. Az IBM PC népszerűségének köszönhetően a Microsoft vezetői, Bill Gates és Paul Allen hamarosan milliárdosokká váltak, a Microsoft pedig vezető pozícióba került a szoftverpiacon.

Rizs. 28. IBM PC személyi számítógép modell

Az IBM PC a nyílt architektúra elvét alkalmazta, ami lehetővé tette a meglévő PC-tervek fejlesztését és kiegészítését. Ez az elv a számítógép összeszerelésekor kész blokkok és eszközök felhasználását jelenti a tervezésben, valamint a számítógépes eszközök csatlakoztatásának módszereinek szabványosítását.

A nyílt architektúra elve hozzájárult az IBM PC-kompatibilis klón mikroszámítógépek széles körű elterjedéséhez. A világon számos cég kezdte el ezeket kész blokkokból és eszközökből összeállítani. A felhasználók pedig önállóan fejleszthették mikroszámítógépeiket, és több száz gyártó további eszközeivel látták el őket.

Az 1990-es évek végén az IBM PC-kompatibilis számítógépek a személyi számítógépek piacának 90%-át tették ki.

Az IBM PC hamarosan a számítástechnikai ipar szabványává vált, és szinte az összes konkurens személyi számítógép-modellt kiszorította a piacról. Az egyetlen kivétel az Apple volt. 1984-ben létrehozták az Apple Macintosh-t, az első olyan számítógépet, amely grafikus felülettel rendelkezik, amelyet egérrel vezérelnek. Előnyeinek köszönhetően az Apple-nek sikerült a személyi számítógépek piacán maradnia. Meghódította a piacot az oktatás, a kiadók területén, ahol kiemelkedő grafikai képességeiket tördelésre és képfeldolgozásra használják.

Ma az Apple a személyi számítógépek globális piacának 8-10%-át birtokolja, a fennmaradó 90%-ot pedig IBM-kompatibilis személyi számítógépek teszik ki. A legtöbb Macintosh számítógép egyesült államokbeli felhasználók tulajdonában van.

A 20. század utolsó évtizedeiben a számítógépek nagymértékben megnövelték sebességüket és a feldolgozott és tárolt információ mennyiségét.

1965-ben Gordon Moore, az Intel Corporation egyik alapítója, amely a számítógépes integrált áramkörök - „chipek” területén vezető szerepet tölt be, azt javasolta, hogy a tranzisztorok száma évente megduplázódjon. A következő 10 évben ez a jóslat beigazolódott, majd azt javasolta, hogy ez a szám most 2 évente megduplázódik. Valójában a mikroprocesszorokban lévő tranzisztorok száma 18 havonta megduplázódik. Az informatikusok ezt az irányzatot most Moore-törvénynek nevezik.

Rizs. 29. Gordon Moore

Hasonló minta figyelhető meg a RAM-eszközök és az információtároló eszközök fejlesztése és gyártása során. Egyébként nincs kétségem afelől, hogy mire ez a könyv megjelenik, sok digitális adat kapacitását és sebességét tekintve elavulttá válik.

Nem maradt el az olyan szoftverek fejlesztése, amelyek nélkül általában lehetetlen a személyi számítógép használata, és mindenekelőtt a felhasználó és a számítógép közötti interakciót biztosító operációs rendszerek fejlesztése.

1981-ben a Microsoft kifejlesztette az MS-DOS operációs rendszert személyi számítógépeihez.

1983-ban létrehozták az IBM továbbfejlesztett személyi számítógépét, az IBM PC/XT-t.

Az 1980-as években fekete-fehér és színes tintasugaras és lézernyomtatókat hoztak létre a számítógépek által kiadott információk nyomtatására. Nyomtatási minőségben és sebességben jelentősen felülmúlják a mátrixnyomtatókat.

1983–1993-ban létrejött az Internet és e-mail globális számítógépes hálózat, amelyet felhasználók milliói használtak szerte a világon.

1992-ben a Microsoft kiadta a Windows 3.1 operációs rendszert az IBM PC-kompatibilis számítógépekhez. A „Windows” szó angol fordításban „ablakot” jelent. Az ablakos operációs rendszer lehetővé teszi, hogy egyszerre több dokumentummal dolgozzon. Ez egy úgynevezett „grafikus interfész”. Ez egy PC-vel való interakciós rendszer, amelyben a felhasználó úgynevezett „ikonokkal” foglalkozik: képekkel, amelyeket számítógépes egérrel vezérelhet. Ezt a grafikus felületet és ablakrendszert először a Xerox kutatóközpontjában hozták létre 1975-ben, és Apple PC-ken alkalmazták.

1995-ben a Microsoft kiadta a Windows-95 operációs rendszert az IBM PC-kompatibilis számítógépek számára, fejlettebb, mint a Windows-3.1, 1998-ban - annak módosítását a Windows-98-at, 2000-ben pedig a Windows-2000-et, 2006-ban pedig a Windows XP-t. Számos alkalmazást fejlesztettek ki hozzájuk: Word szövegszerkesztő, Excel táblázatok, Internet és e-mail használatára szolgáló program - Internet Explorer, Paint grafikus szerkesztő, szabványos alkalmazási programok (számológép, óra, tárcsázó), Microsoft Schedule napló , univerzális lejátszó, fonográf és lézerlejátszó.

Az elmúlt években lehetővé vált a szöveg és a grafika hanggal és mozgóképekkel való kombinálása a személyi számítógépen. Ezt a technológiát „multimédiának” nevezik. Az ilyen multimédiás számítógépekben az optikai CD-ROM-okat (Compact Disk Read Only Memory – azaz csak olvasható memória a CD-n) használják adathordozóként. Külsőleg nem különböznek a lejátszókban és zenei központokban használt audio CD-ktől.

Egy CD-ROM kapacitása eléri a 650 MB-ot, kapacitását tekintve a hajlékonylemezek és a merevlemez között köztes helyet foglal el. A CD-k olvasására CD-meghajtót használnak. A CD-n lévő információ ipari környezetben csak egyszer íródik, PC-n pedig csak olvasható. A játékok, enciklopédiák, művészeti albumok, térképek, atlaszok, szótárak és segédkönyvek széles választéka jelenik meg CD-ROM-on. Mindegyikük kényelmes keresőmotorokkal van felszerelve, amelyek lehetővé teszik a szükséges anyagok gyors megtalálását. Két CD-ROM memóriakapacitása elegendő a Nagy Szovjet Enciklopédia méreténél nagyobb enciklopédia befogadására.

Az 1990-es évek végén egyszer írható CD-R és újraírható CD-RW optikai kompakt lemezeket és meghajtókat hoztak létre, amelyek lehetővé tették a felhasználó számára, hogy tetszőleges hang- és videófelvételt készítsen.

1990–2000-ben az asztali személyi számítógépek mellett megjelentek a „laptop” PC-k is hordozható bőrönd és még kisebb zsebes „tenyér“ (kézi) formájában – ahogy a nevük is sugallja, elférnek a zsebben és a tenyérben. a kezedből. A laptopok folyadékkristályos kijelzővel vannak felszerelve, amely a csuklós fedélben, a tenyérgépeknél pedig a ház előlapján található.

1998–2000 között létrehoztak egy miniatűr félvezető „flash memóriát” (mozgó alkatrészek nélkül). Így a Memory Stick memória mérete és súlya egy darab rágógumi, a Panasonic SD memóriája pedig egy postai bélyeg méretű és súlyú. Mindeközben a korlátlanul tárolható memóriájuk mérete 64–128 MB, sőt 2–8 GB vagy több.

A hordozható személyi számítógépek mellett szuperszámítógépeket hoznak létre a tudomány és a technológia összetett problémáinak megoldására - időjárás- és földrengés-előrejelzések, rakéta- és repülőgép-számítások, nukleáris reakciók, az emberi genetikai kód megfejtése. Több vagy több tucat mikroprocesszort használnak, amelyek párhuzamos számításokat végeznek. Az első szuperszámítógépet Seymour Cray fejlesztette ki 1976-ban.

2002-ben Japánban megépült a NEC Earth Simulator szuperszámítógép, amely másodpercenként 35,6 billió műveletet hajtott végre. Ma ez a világ leggyorsabb szuperszámítógépe.

Rizs. 30. Seymour Cray

Rizs. 31. Szuperszámítógép Cray-1

Rizs. 32. Szuperszámítógép Cray-2

2005-ben az IBM kifejlesztette a Blue Gene szuperszámítógépet, amely másodpercenként több mint 30 billió műveletet teljesített. 12 000 processzort tartalmaz, és ezerszer nagyobb teljesítményű, mint a híres Deep Blue, amellyel Garri Kaszparov világbajnok sakkozott 1997-ben. Az IBM és a Lausanne-i Svájci Politechnikai Intézet kutatói először próbálták meg modellezni az emberi agyat.

2006-ban a személyi számítógépek 25 évesek lettek. Lássuk, hogyan változtak az évek során. Közülük az első, Intel mikroprocesszorral felszerelt, mindössze 4,77 MHz órajelen működött, és 16 KB RAM-mal rendelkezett. A 2001-ben készült, Pentium 4 mikroprocesszorral felszerelt modern PC-k órajel-frekvenciája 3-4 GHz, RAM 512 MB - 1 GB és hosszú távú memória (merevlemez) több tíz és száz GB kapacitással, sőt 1 terabájt. Ilyen gigantikus fejlődést a digitális számítástechnikán kívül a technológia egyetlen ágában sem figyeltek meg. Ha ugyanilyen előrelépés történt volna a repülőgépek sebességének növelésében, akkor már régen fénysebességgel repültek volna.

Számítógépek millióit használják a gazdaság, az ipar, a tudomány, a technológia, a pedagógia és az orvostudomány szinte minden ágazatában.

Ennek a fejlődésnek a fő oka a digitális elektronikai eszközök szokatlanul magas mikrominiatürizálásának aránya és a programozási fejlesztések, amelyek egyszerűvé és kényelmessé tették a hétköznapi felhasználók személyi számítógépekkel való „kommunikációját”.