Historie vývoje výpočetní techniky. Domácí výpočetní technika. První počítač

Jakmile člověk objevil pojem "množství", okamžitě začal volit nástroje, které optimalizují a usnadňují účtování. Dnes, super-poháněl počítače, založený na principech matematických výpočtů, zpracovávat, ukládat a přenášet informace - nejdůležitější zdroj a motor lidského pokroku. Není těžké získat představu o tom, jak se vývoj výpočetní techniky uskutečnil, protože stručně zhodnotil hlavní etapy tohoto procesu.

Hlavní etapy vývoje výpočetní techniky

Nejoblíbenější klasifikace navrhuje zvýraznit hlavní etapy vývoje výpočetní techniky na chronologickém základě:

• Manuální fáze. Začalo to na úsvitu lidského věku a trvalo do poloviny XVII století. Během tohoto období jsou základy účtu. Později se při tvorbě systémů s pozičními čísly objevily přístroje (skóre, abakus, později - pravidlo sklonu), což umožňuje výpočty vypouštěním.
• Mechanická etapa. Začalo se v polovině 17. století a trvalo téměř až do konce 19. století. Úroveň vývoje vědy v tomto období umožnila vytvářet mechanická zařízení, která provádějí základní aritmetické operace a automaticky zapamatují vyšší číslice.
• Elektromechanická fáze je nejkratší ze všech, která spojuje historii vývoje počítačové techniky. Trvalo to jen asi 60 let. Toto je mezera mezi vynálezem prvního tabulátoru v roce 1887 až do roku 1946, kdy se objevil první počítač (ENIAC). Nové stroje, jejichž působení bylo založeno na elektrickém pohonu a elektrickém relé, umožnilo provádět výpočty s mnohem vyšší rychlostí a přesností, ale proces počítání stále musel být řízen osobou.
• Elektronická fáze začala v druhé polovině minulého století a pokračuje i dnes. Toto je příběh šesti generací elektronických počítačů - od prvních obřích jednotek, které byly založeny na elektronických trubkách, až po super výkonné moderní superpočítače s obrovským počtem paralelních procesorů, které mohou současně provádět mnoho příkazů.

Stupně vývoje počítačové techniky jsou rozděleny podle chronologického principu spíše libovolně. V době, kdy byly používány určité typy počítačů, byly aktivně vytvořeny předpoklady pro vznik následujících typů počítačů.

První zařízení pro účet

Prvním počítacím nástrojem, který zná historii vývoje výpočetní techniky, je deset prstů na rukou člověka. Výsledky účtu byly zpočátku zaznamenány pomocí prstů, zářezy na dřevo a kámen, speciálních palic, uzlů.

S příchodem psaní se objevily a rozvíjely různé způsoby psaní čísel, byly vynalezeny systémy číselných čísel (desetinné v Indii, hexadecimální v Babylonu).

Od asi 4. století před naším letopočtem začínali starí Řekové skórovat přes počítadlo. Zpočátku to byla hliněná plochá deska s proužky na ní s ostrým předmětem. Účet byl proveden tak, že na tyto pásy byly v určitém pořadí umístěny malé kameny nebo jiné malé předměty.

V Číně ve 4. století nl se objevily sedm akcentů - suanpan (suanpan). Na pravoúhlém dřevěném rámu jsou protáhlé dráty nebo lana - od devíti nebo více. Další drát (lano), napnutá kolmo ke zbytku, rozdělil suanpan na dvě nerovné části. Ve větším oddělení, označovaném jako "země", bylo na drátech navlečeno pět kostí, na menší - "obloze" - byly dvě. Každé z prodlení odpovídalo desítkovému místu.

Tradiční účty soroban se staly populárními v Japonsku od 16. století, když se tam dostali z Číny. Zároveň se v Rusku objevily účty.

V 17. století na základě logaritmů objevených skotským matematikem Johnem Napierem vynalezl anglický Edmond Gunter pravítko. Toto zařízení se neustále vylepšuje a žije dodnes. Umožňuje vynásobit a rozdělovat čísla, zvýšit na výkon, definovat logaritmy a trigonometrické funkce.

Pravidlo pro posun se stalo zařízením, které dokončuje vývoj počítačového vybavení v manuální (domácí mechanické) fázi.

První mechanická počítací zařízení

V roce 1623 byla první mechanická kalkulačka vytvořena německým vědcem Wilhelmem Schickardem, který nazval počítáním hodin. Mechanismus tohoto zařízení připomínal běžné hodiny, které se skládaly z ozubených kol a hvězd. O tomto vynálezu však bylo známo teprve v polovině minulého století.

Kvalitním skokem v oblasti výpočetní techniky byl vynález soustružného stroje Pascaline v roce 1642. Jeho tvůrce, francouzský matematik Blaise Pascal, začal pracovat na tomto zařízení, když mu nebyl ani 20 let. "Pascalina" bylo mechanické zařízení ve formě krabice s velkým počtem propojených ozubených kol. Čísla, která byla vyžadována k přidání, byla vložena do stroje otočením speciálních kol.

V roce 1673 vynalezl saský matematik a filozof Gottfried von Leibniz stroj, který provedl čtyři základní matematické operace a byl schopen extrahovat druhá odmocnina. Zásada jeho práce byla založena na systém binárních čísel speciálně vymyšlené vědci.

V roce 1818 vynalezl francouzský Charles (Karl) Xavier Thomas de Colmar na základě myšlenek Leibnizu přidání stroje, které se může množit a rozdělit. O dva roky později se angličan Charles Babbage rozhodl navrhnout stroj, který by mohl provádět výpočty s přesností až na deset desetinných míst. Tento projekt zůstal nedokončený, ale v roce 1830 vytvořil jeho další - analytický stroj pro provádění přesných vědeckých a technických výpočtů. Stroj měl být řízen softwarem a pro vstup a výstup informací měly být použity perforované karty s různým uspořádáním otvorů. Projekt Babbage předpokládal vývoj elektronického výpočetního vybavení a úkolů, které lze s jeho pomocí řešit.

Je pozoruhodné, že sláva prvního programátora světa patří k ženě - Lady Ade Lovelace (nee Byron). Byla to ta, která vytvořila první programy pro počítač Babbage. Její jméno bylo později pojmenováno jedním z počítačových jazyků.

Vývoj prvních počítačových analogů

V roce 1887 vstoupila do nové fáze historie vývoje výpočetní techniky. Americký inženýr Hermann Hollerith (Hollerith) se podařilo postavit první elektromechanický výpočetní stroj - tabulátor. Ve svém mechanismu se nacházelo relé, stejně jako čítače a speciální třídící krabička. Zařízení četlo a tříděno statistické záznamy na děrovacích kartách. V budoucnu se společnost, založená společností Goldlert, stala páteří světově proslulého počítačového gigantu IBM.

V roce 1930 vytvořil americký Vannovar Bush diferenciální analyzátor. Byl poháněn elektřinou a elektronové trubky byly používány k ukládání dat. Tento stroj dokázal rychle najít řešení složitých matematických problémů.

O šest let později vyvinul britský vědec Alan Turing koncept stroje, který se stal teoretickým základem dnešních počítačů. Měla všechny hlavní vlastnosti moderních počítačových technologií: mohla postupně provádět operace, které byly naprogramovány ve vnitřní paměti.

O rok později George Stibits, vědec ze Spojených států, vynalezl první elektromechanické zařízení v zemi, které je schopno provádět binární doplnění. Jeho činy byly založeny na booleovské algebru - matematické logice, vytvořené v polovině XIX století Georgem Boolem: pomocí logických operátorů AND, OR, a NOT. Později se binární sčítač stane nedílnou součástí digitálního počítače.

V roce 1938 Claude Shannon, zaměstnanec na univerzitě v Massachusetts, načrtl principy logického zařízení počítače, který používá elektrické obvody k řešení problémů booleovské algebry.

Začátek počítačové éry

Vlády zemí účastnících se druhé světové války si uvědomovaly strategickou roli počítačů při vedení nepřátelských akcí. To byl impuls pro rozvoj a paralelní vznik v těchto zemích první generace počítačů.

Průkopníkem v oblasti počítačového inženýrství byl Konrad Zuse - německý inženýr. V roce 1941 vytvořil první automatický počítač, řízeným programem. Stroj, nazvaný Z3, byl postaven na telefonních relé, programy byly kódovány na perforovanou pásku. Toto zařízení bylo schopno pracovat v binárním systému, stejně jako pracovat s čísly s pohyblivou čárkou.

Následující skutečně model Zuse, Z4, byl oficiálně uznán jako první skutečně pracující programovatelný počítač. On také šel do dějin jako tvůrce prvního programovacího jazyka na vysoké úrovni, nazvaného Plankalcule.

V roce 1942 vytvořili americkí vědci John Atanasov (Atanasoff) a Clifford Berry výpočetní zařízení, které pracovalo na vakuových trubkách. Stroj také použil binární kód, mohl provést řadu logických operací.

V roce 1943, v anglické vládní laboratoři, v tajnosti, byl vybudován první počítač nazvaný Colossus. Namísto elektromechanických relé použilo 2 000 elektronických trubek pro skladování a zpracování informací. Byla určena pro hacking a dešifrování kódu tajných zpráv přenášených německým šifrovacím strojem Enigma, který byl široce používán Wehrmachtem. Existence tohoto zařízení byla dlouhodobě udržována v nejvyšší důvěře. Po skončení války byl příkaz k jeho zničení podepsán osobně Winston Churchill.

Vývoj architektury

V roce 1945 vytvořil americký matematik maďarsko-německého původu John (Janos Lajos) von Neumann prototyp architektury moderních počítačů. Navrhl program zapsat ve formě kódu přímo do paměti stroje, což znamená společné ukládání programů a dat do paměti počítače.

Architektura von Neumann položila základy pro první univerzální elektronický počítač ENIAC, který byl v té době vytvořen ve Spojených státech. Tento obor vážil asi 30 tun a byl umístěn na 170 čtverečních metrů prostoru. Do provozu stroje bylo zapojeno 18 tisíc lamp. Tento počítač mohl provést 300 násobných operací nebo 5 tisíc dodatků za sekundu.

První univerzální programovatelný počítač v Evropě byl vytvořen v roce 1950 v Sovětském svazu (Ukrajina). Skupina vědců z Kyjeva, vedená Sergejem Aleksejevičem Lebedevem, navrhla malý elektronický počítací stroj (MESM). Jeho rychlost byla 50 operací za sekundu, obsahovala asi 6 tisíc vakuových trubek.

V roce 1952 se BESM, velký elektronický počítací stroj, který se také rozvíjel pod vedením Lebeděva, doplnil domácí výpočetní technikou. Tento počítač, který vykonal až 10 tisíc operací za sekundu, byl v té době nejrychlejší v Evropě. Informace byly vloženy do paměti stroje pomocí děrovaného pásku, data byla vytištěna pomocí fotografického tisku.

Ve stejném období byla v SSSR vyrobena řada velkých počítačů pod obecným názvem Strela (vyvinutá Yury Yakovlevich Bazilevsky). Od roku 1954 začala hromadná výroba univerzálního počítače "Ural" pod vedením Bashira Ramejeva v Penze. Nejnovější modely byly vzájemně kompatibilní s hardwarem a softwarem, existuje široký výběr periferních zařízení umožňujících sestavení strojů různých konfigurací.

Tranzistory. Uvolnění prvních sériových počítačů

Lampy však velmi rychle selhaly, stroje se velmi těžko pracují. Tranzistor, vynalezený v roce 1947, dokázal tento problém vyřešit. S využitím elektrických vlastností polovodičů vykonával stejné úkoly jako elektronové trubice, ale obsadil mnohem menší objem a nespotřeboval tolik energie. Spolu s příchodem feritových jader pro organizaci paměti počítače umožnilo použití tranzistorů výrazně snížit velikost strojů, aby byly spolehlivější a rychlejší.

V roce 1954 začala americká společnost "Texas Instruments" vyrábět tranzistory v sérii a o dva roky později v Massachusetts se objevil první tranzistorový počítač druhé generace - TX-O.

V polovině minulého století významná část státních organizací a velkých firem používala počítače pro vědecké, finanční, inženýrské výpočty, práce s velkými datovými řadami. Postupně počítače získaly dnes známé funkce. Během tohoto období se objevily plottery, tiskárny, paměťová média na magnetických discích a pásky.

Aktivní využití výpočetní techniky vedlo k rozšíření aplikačních oblastí a vyžadovalo vytvoření nových softwarových technologií. Objevil se programovací jazyky na vysoké úrovni umožňují přenos programů z jednoho počítače do druhého a zjednodušení procesu psaní kódu ("Fortran", "Cobol" a další). Objevily se speciální překladatelské programy, které převedou kód z těchto jazyků na příkazy, které jsou přímo vnímány strojem.

Vzhled integrovaných obvodů

V letech 1958-1960, díky inženýrům ze Spojených států, Robertovi Noycemu a Jackovi Kilbymu, se svět dozvěděl o existenci integrovaných obvodů. Na bázi křemíkových nebo germaniových krystalů montovaných miniaturních tranzistorů a dalších komponentů, někdy až do stovek a tisíců. Čipy o velikosti přesahující centimetr pracovaly mnohem rychleji než tranzistory a spotřebovaly mnohem méně energie. S jejich vzhledem historie vývoje výpočetní techniky spojuje vznik třetí generace počítačů.

V roce 1964 vydala společnost IBM první počítač z rodiny SYSTEM 360, který byl založen na integrovaných obvodech. Od této doby můžete sledovat hromadnou výrobu počítačů. Bylo vyrobeno více než 20 tisíc kopií tohoto počítače.

V roce 1972, v SSSR, byl vyvinut počítač EU (jediná série). Jednalo se o standardizované komplexy pro práci počítačových center, které měly společný systém příkazů. Základem byl americký systém IBM 360.

Následující rok vydal DEC PDP-8 mini-počítač, který se stal prvním komerčním projektem v této oblasti. Poměrně nízké náklady na minipočítače umožnily malým organizacím jejich využívání.

Ve stejném období se software neustále zlepšoval. Vyvinuté operační systémy určené k udržení maximálního počtu externích zařízení se objevily nové programy. V roce 1964 byl vyvinut BASIC - jazyk určený speciálně pro výuku začínajících programátorů. O pět let později se objevil Pascal, který se ukázal jako velmi vhodný pro řešení různých aplikovaných problémů.

Osobní počítače

Po roce 1970 začalo vydání čtvrtého generování počítačů. Vývoj výpočetní techniky v této době se vyznačuje zavedením velkých integrovaných obvodů do výroby počítačů. Takové stroje mohly nyní za minutu provádět tisíce milionů výpočetních operací a kapacita jejich paměti RAM se zvýšila na 500 milionů binárních bitů. Významné snížení nákladů na mikropočítače vedlo k tomu, že schopnost kupovat je postupně se objevila u obyčejné osoby.

Jeden z prvních výrobců osobních počítačů byl Apple. Steve Jobs a Steve Wozniak, který jej vytvořili, vytvořili první model PC v roce 1976, což mu dalo jméno Apple I. To stálo jen 500 dolarů. O rok později byl představen následující model této společnosti - Apple II.

Počítač této doby se poprvé stal podobným domácímu spotřebiči: kromě kompaktního rozměru měl elegantní design a uživatelsky přívětivé rozhraní. Šíření osobních počítačů v pozdních sedmdesátých letech vedlo k výraznému poklesu poptávky po velkých počítačích. Tato skutečnost se vážně týkala jejich výrobce IBM a v roce 1979 zahájila první počítač.

O dva roky později se objevil první mikropočítač této firmy s otevřenou architekturou založený na 16bitovém mikroprocesoru 8088 společnosti Intel. Počítač byl doplněn jednobarevným displejem, dvěma disky pro pětipalcové diskety a pamětí RAM s kapacitou 64 kilobajtů. Společnost Microsoft speciálně vyvinula operační systém pro tento stroj. Na trhu se objevilo množství klonů IBM PC, které posunuly růst průmyslové výroby osobních počítačů.

V roce 1984 Apple vyvinul a vydal nový počítač Macintosh. Jeho operační systém byl mimořádně uživatelsky přívětivý: představoval příkazy ve formě grafických obrazů a umožnil je zadat pomocí manipulátoru - myši. Díky tomu byl počítač ještě dostupnější, protože od uživatele již nebyly požadovány žádné speciální dovednosti.

Počítače z 5. generace výpočetní techniky pocházejí z období 1992-2013. Stručně řečeno, jejich základní koncept je formulován takto: jedná se o počítače vytvořené na základě superkomplexních mikroprocesorů, které mají strukturu s paralelním vektorem, což umožňuje současně provádět desítky po sobě jdoucích příkazů vložených do programu. Stroje s několika stovkami procesorů, které běží paralelně, umožňují rychleji a rychleji zpracovávat data a vytvářet efektivně fungující sítě.

Rozvoj moderních výpočetních technologií nám umožňuje mluvit o počítačích šesté generace. Jedná se o elektronické a optoelektronické počítače pracující na desítkách tisíc mikroprocesorů, charakterizované masivním paralelismem a simulací architektury neurálních biologických systémů, což jim umožňuje úspěšně rozpoznat složité obrazy.

Po důkladném přezkoumání všech fází vývoje výpočetní techniky je třeba poznamenat zajímavý fakt: vynálezy, které se osvědčily v každém z nich, přežily až dodnes a jsou nadále úspěšné.

Výpočtové třídy

Existují různé možnosti pro klasifikaci počítačů.

Takže účelně jsou počítače rozděleny:

• pro univerzální - ty, které jsou schopné řešit nejrůznější matematické, ekonomické, inženýrské, vědecké a jiné úkoly;
• problémově orientovaný - řešení problémů užšího směru, spojených zpravidla s řízením určitých procesů (registrace dat, hromadění a zpracování malého množství informací, provádění výpočtů v souladu s jednoduchými algoritmy). Mají více omezených softwarových a hardwarových prostředků než první skupina počítačů;
• Specializované počítače zpravidla řeší striktně definované úkoly. Mají vysoce specializovanou strukturu a s poměrně nízkou složitostí zařízení a ovládání jsou poměrně spolehlivé a produktivní ve svém oboru. Jedná se například o regulátory nebo adaptéry, které ovládají řadu zařízení, stejně jako programovatelné mikroprocesory.

Z hlediska velikosti a výkonnosti se moderní elektronická výpočetní technika rozděluje na:

• na super velkých (superpočítačích);
• velké počítače;
• malé počítače;
• ultra malé (mikropočítače).

Viděli jsme tedy, že zařízení, která byla nejprve vynalezena člověkem za účtování zdrojů a hodnot a pak - pro rychlé a přesné provádění komplexních výpočtů a výpočetních operací byla neustále rozvíjena a zlepšována.