Самый первый в мире компьютер: история разработки, дата создания. Кто первый в мире придумал и создал компьютер? Как выглядел первый компьютер, почему первые компьютеры занимали огромное пространство? Кто первый в мире изобрел компьютер? Когда, каком году
Данный сайт возник 6 августа 1991 года. Его создателем считается Тим Бернерс-Ли, который разместил на нем описание новой технологии World Wide Web . Данная технология базируется на протоколе передачи данных НТТР, а также на языке гипертекстовой разметки HTML и системе адресации URI. К тому же, на сайте основные методы установки и работы браузеров и серверов. Позднее Тим Бернерс-Ли решил разместить на сайте список ссылок на другие ресурсы, что позволило преобразовать сайт в первый в мире интернет-каталог.
Все необходимое для обеспечения деятельности первого сайта было подготовлено Бернерсом-Ли намного ранее - еще в конце 1990 года был создан первый гипертекстовый браузер WorldWideWeb с функциями веб-редактора. Также был созданы первые веб-страницы и первый сервер на основе NeXTcube .
Основатель веба предполагал, что гипертекст может стать основой для сетей обмена данных. И, естественно, он смог воплотить данную идею в жизнь. Еще в 1980 году Тим Бернерс-Ли стал основателем гипертекстового программного обеспечения Enquire, которое пользуется случайными ассоциациями при хранении данных. Потом, на заседании Европейского центра ядерных исследований в Женеве (CERN), им было предложено проводить публикацию гипертекстовых документов, которые связаны между собой гиперссылками. Бернерсом-Ли была продемонстрирована возможность гипертекстового доступа к документам и внутренним поисковым системам. К тому же, был показан доступ к некоторым новостным ресурсам сети Интернет. Это способствовало тому, что в мае 1991 года в CERN утвердили новый стандарт WWW.
Тим Бернерс-Ли является основоположником базовых технологий веба - HTTP, HTML, URI/URL , хотя их теоретические были предложены намного раньше. В 40-х годах ХХ века Ванневар Буш предложил расширить человеческую память при помощи новых технических устройств. Также им было предложено индексировать накопленную человеком информацию, чтобы появилась возможность ее быстрого поиска. Даг Энгельбарт и Теодор Нельсон предложили использовать гипертекстовую технологию, то есть ветвящийся текст, при помощи которого читатель может использовать разнообразные варианты чтения. Незаконченная гипертекстовая система Нельсона Xanadu стала использоваться для поиска и хранения текстовых данных, куда были введены окна и взаимосвязи. Нельсон сам хотел получить возможность связывания перекрестными ссылками всех текстов, которые создает человек.
В данный момент Тим Бернерс-Ли был назначен главой Консорциума Всемирной паутины (World Wide Web Consortium ), который был им же создан. Главной целью данного Консорциума является разработка и внедрение новых стандартов сети Интернет.
Первое поколение ЭВМ
Первое поколение ЭВМ создавалось на электронных лампах в период с 1944 по 1954 гг.
Электронная лампа – это прибор, работа которого осуществляется за счет изменения потока электронов, двигающихся в вакууме от катода к аноду.
Движение электронов происходит за счет термоэлектронной эмиссии – испускания электронов с поверхности нагретых металлов. Дело в том, что металлы обладают большой концентрацией свободных электронов, обладающих различной энергией, а, следовательно, и скоростями движения. По мере нагревания металла энергия электронов возрастает, и некоторые из них преодолевают потенциальный барьер на границе металла.
Принцип работы электронной лампы следующий. Если на вход лампы подается логическая единица (например, напряжение 2 Вольта), то на выходе с лампы мы получим либо логический ноль (напряжение менее 1В), или логическую единицу (2В). Логическую единицу получим, если управляющее напряжение отсутствует, так как ток беспрепятственно пройдет от катода к аноду. Если же на сетку подать отрицательное напряжение, то электроны, идущие от катода к аноду, будут отталкиваться от сетки, и, в результате, ток протекать не будет, и на выходе с лампы будет логический ноль. Используя этот принцип, строились все логические элементы ламповых ЭВМ.
В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током, а анодом – небольшой металлический цилиндр. При подаче напряжения на катода под действием термоэлектронной эмиссии с катода начнут исходить электроны, которые в свою очередь будут приниматься анодом.
Применение электронных ламп резко повысило вычислительные возможности ЭВМ, что способствовало быстрому переходу от первых автоматических релейных вычислительных машин к ламповым ЭВМ первого поколения.
Однако, не обошлось без проблем. Использование электронных ламп омрачала их низкая надежность, высокое энергопотребление и большие габариты. Первые ЭВМ были поистине гигантских размеров и занимали несколько комнат в научно-исследовательских институтах. Обслуживание таких ЭВМ было крайне сложным и трудоемким, постоянно выходили из строя лампы, происходили сбои при вводе данных, и возникало множество других проблем. Не менее сложными и дорогостоящими приходилось делать и системы питания (нужно было прокладывать специальные силовые шины для обеспечения питания ЭВМ и делать сложную разводку, чтобы подвести кабели ко всем элементам), и системы охлаждения (лампы сильно грелись, от чего еще чаще выходили из строя).
Несмотря на это, конструкция ЭВМ быстро развивалась, скорость вычисления достигала нескольких тысяч операций в секунду, емкость ОЗУ – порядка 2048 машинных слов. В ЭВМ первого поколения программа уже хранилась в памяти, и использовалась параллельная обработка разрядов машинных слов.
Создаваемые ЭВМ, в основном, были универсальными и использовались для решения научно-технических задач. Со временем производство ЭВМ становится серийным, и они начинают использоваться в коммерческих целях.
В этот же период происходит становление архитектуры Фон-неймановского типа, и многие постулаты, нашедшие свое применение в ЭВМ первого поколения, остаются популярными и по сей день.
Основные критерии разработки ЭВМ, сформулированные Фон-Нейманом в 1946 году, перечислены ниже:
1. ЭВМ должны работать в двоичной системе счисления;
2. все действия, выполняемые ЭВМ, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательного набора команд. Каждая команда должна содержать код операции, адреса операндов и набор служебных признаков;
3. команды должны храниться в памяти ЭВМ в двоичном коде, так как это позволяет:
а) сохранять промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа в том же запоминающем устройстве, где размещается программа;
б) двоичная запись команд позволяет производить операции над величинами, которыми они закодированы;
в) появляется возможность передачи управления на различные участки программы, в зависимости от результатов вычислений;
4. память должна иметь иерархичную организацию, так как скорость работы запоминающих устройств значительно отстает от быстродействия логических схем;
5. арифметические операции должны выполняться на основе схем, выполняющих только операции сложения, а создание специальных устройств – нецелесообразно;
6. для увеличения быстродействия необходимо использовать параллельную организацию вычислительного процесса, т.е. операции над словами будут производиться одновременно во всех разрядах слова.
Стоит отметить, что ЭВМ первого поколения создавались не с нуля. В то время уже были наработки в области построения электронных схем, например, в радиолокации и других смежных областях науки и техники. Однако, наиболее серьезные вопросы были связаны с разработкой запоминающих устройств. Ранее они практически не были востребованы, поэтому какого-либо серьезного опыта в их разработки накоплено не было. Следовательно, каждый прорыв в разработке запоминающих устройств приводил к серьезному шагу вперед в конструировании ЭВМ, так как разработка быстродействующей и емкой памяти – это неотъемлемое условие разработки мощной и быстродействующей ЭВМ.
Первые ЭВМ использовали в качестве запоминающего устройства – статические триггеры на ламповых триодах. Однако, получить запоминающее устройство на электронных лампах приемлемой емкости требовало неимоверных затрат. Для запоминания одного двоичного разряда требовалось два триода, при этом для сохранения информации они должны были непрерывно потреблять энергию. Это, в свою очередь, приводило к серьезным выделениям тепла и катастрофическому снижению надежности. В результате, запоминающее устройство было крайне громоздким, дорогим и ненадежным.
В 1944 году начал разрабатываться новый тип запоминающих устройств, основанный на использовании ультразвуковых ртутных линий задержки. Идея была заимствована из устройства уменьшения помех от неподвижных предметов и земли, разработанного для радаров во время Второй Мировой Войны.
Чтобы убрать неподвижные объекты с экрана радара отражённый сигнал разделяли на два, один из которых посылался непосредственно на экран радара, а второй задерживался. При одновременном выводе на экран нормального и запаздывающего сигналов любое появлявшееся из-за задержки и обратной полярности совпадение стиралось, оставляя только подвижные объекты.
Задержка сигнала осуществлялась с помощью линий задержки - наполненных ртутью трубок с пьезокристаллическим преобразователем на концах. Сигналы от радарного усилителя посылались на пьезокристалл в одном конце трубки, и тот, получая импульс, генерировал небольшое колебание ртути. Колебание быстро передавалось на другой конец трубки, где другой пьезокристалл его инвертировал и передавал на экран.
Ртуть использовалась, потому что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов. Это минимизировало энергетические потери, происходящие при передаче сигнала от кристалла к ртути и обратно.
Для использования в качестве памяти, ртутные линии задержки были несколько доработаны. На принимающем конце трубки был установлен повторитель, который посылал входной сигнал обратно на вход линии задержки, таким образом, импульс, посланный в систему хранения данных, продолжал циркулировать в линии задержки, а, следовательно, сохранялся бит информации до тех пор, пока было электропитание.
Каждая линия задержки сохраняла не один импульс (бит данных), а целый набор импульсов, количество которых определялось скоростью прохождения импульса через ртутную линию задержки (1450 м/с), длительностью импульсов, интервалом между ними и длинной трубки.
Впервые такое устройство хранения данных было использовано в английской ЭВМ – ЭДСАК, вышедшей в свет в 1949 году.
Память на ртутных линиях задержки была огромным шагом вперед, по сравнению с памятью на ламповых триодах, и привела к скачку в развитии вычислительной техники. Однако, она обладала рядом серьезных недостатков:
1. линии задержки требовали строгой синхронизации с устройством считывания данных. Импульсы должны были поступать на приёмник именно в тот момент, когда компьютер был готов считать их;
2. для минимизации энергетических потерь, происходящих при передаче сигнала в линии задержки, ртуть надо содержать при температуре в 40°C, так как при этой температуре ртути удается достигнуть максимального согласования акустических сопротивлений ртути и пьезокристаллов. Это тяжелая и некомфортная работа;
3. изменение температуры ртути также приводило к уменьшению скорости прохождения звука. Приходилось поддерживать температуру в строго заданных рамках, либо регулировать тактовую частоту компьютера, подстраиваясь под скорость распространения звука в ртути при текущей температуре;
4. сигнал мог отражаться от стенок и концов трубки. Приходилось применять серьезные методы для устранения отражений и тщательно настраивать положение пьезокристаллов;
5. скорость работы памяти на ртутных линиях задержки была невелика и ограничивалась скоростью звука в ртути. В результате, она была слишком медленной и значительно отставала от вычислительных возможностей ЭВМ, что сдерживало их развитие. В результате, скорость ЭВМ с памятью на ультразвуковых ртутных линиях задержки составляла несколько тысяч операций в секунду;
6. ртуть – чрезвычайно токсичный и дорогой материал, применение которого связано с необходимостью соблюдения жестких норм безопасности.
Поэтому требовалась новая, более быстрая память для продолжения развития ЭВМ. Вскоре, после создания первой ЭВМ на ультразвуковых ртутных линиях задержки, начались работы по исследованию нового типа памяти, использующего электронно-лучевые трубки, представляющие собой модификацию осциллографических трубок.
Впервые, способ хранения данных с помощью электронно-лучевых трубок был разработан в 1946 году Фредериком Уильямсом. Изобретение Уильямсона могло сохранять всего один бит и работало следующим образом.
С помощью электронно-лучевой трубки пучок электронов фокусировался на участке пластины, покрытой специальным веществом. В результате, этот участок под действием вторичной эмиссии испускал электроны и приобретал положительный заряд, который сохранялся доли секунды, даже после отключения луча. Если через короткие интервалы времени повторять бомбардировку электронами, то заряд участка можно сохранять столько, сколько потребуется.
Если же луч, не отключая, чуть передвинуть на соседний участок, то электроны, испущенные соседним участком, будут поглощены первым участком, и он примет нейтральный заряд.
Таким образом, в ячейку, состоящую из двух смежных участков, можно быстро записывать 1 бит информации. Ячейка без заряда – 1, ячейка с положительным зарядом – 0.
Для считывания сохраненного бита информации, с противоположной стороны пластины прикреплялись электроды, измеряющие величину изменения заряда ячейки, а сама ячейка подвергалась повторному воздействию лучом электронов. В результате, независимо от первоначального состояния, она получала положительный заряд. Если ячейка уже имела положительный заряд, то изменение ее заряда было меньше, чем, если бы она имела нейтральный заряд. Анализируя величину изменения заряда, определяли значение сохраненного в этой ячейке бита.
Однако, процесс считывания данных уничтожал информацию, сохраненную в ячейке, поэтому после операции чтения приходилось повторно записывать данные. В этом процесс работы с памятью на электронно-лучевых трубках был очень похож на работу с современной динамической памятью.
Первый компьютер с такой памятью появился летом 1948 года и позволял сохранять до тридцати двух тридцати двух разрядных двоичных слов.
Со временем память на электронно-лучевых трубках была заменена памятью с магнитными сердечниками. Этот тип памяти был разработан Дж. Форрестером и У. Папяном, и введен в эксплуатацию в 1953 году.
Память на магнитных сердечниках хранила данные в виде направления намагниченности небольших ферритовых колец. Каждое кольцо сохраняло 1 бит информации, а вся память представляла собой прямоугольную матрицу.
В простейшем случае устройство памяти было следующим.
Вдоль строк матрицы через кольца пропускались провода возбуждения (на рисунке они выделены зеленым цветом). Аналогичные провода пропускались через кольца вдоль столбцов матрицы (синий цвет).
Ток, проходящий через эти провода, устанавливал направление намагниченности колец. Причем, сила тока была такова, что один провод не мог изменить направление намагниченности, а, следовательно, направление намагниченности изменялось только в кольце, находящемся на пересечении красного и синего провода. Это было необходимо, так как на каждый провод возбуждения было нанизано несколько десятков ферритовых колец, а изменять состояние нужно было только в одном кольце.
Если в выбранном кольце изменять состояние намагниченности не требовалось, то подавали ток в провод запрета (красный цвет) в направлении, противоположном току в проводах возбуждения. В результате, сумма токов была недостаточной для изменения намагниченности кольца.
Таким образом, в каждом колечке могли храниться 1 или 0, в зависимости от направления намагниченности.
Для считывания данных с выбранного ферритового кольца, на него по проводам возбуждения подавались такие импульсы тока, что их сумма приводила к намагниченности кольца в определенном направлении, независимо от первоначального намагничивания.
При изменении намагниченности кольца в проводе считывания возникал индукционный ток. Измеряя его, можно было определить, насколько изменилось направление намагниченности в кольце, а, следовательно, узнать хранимое им значение.
Как видите, процесс считывания уничтожал данные (также, как и в современной динамической памяти), поэтому после считывания было необходимо заново записать данные.
Вскоре, этот тип памяти стал доминирующим, вытеснив электронно-лучевые трубки и ультразвуковые ртутные линии задержки. Это дало еще один скачок в производительности ЭВМ.
Дальнейшее развитие и совершенствование ЭВМ позволило им прочно занять свою нишу в области науки и техники.
К числу передовых ЭВМ первого поколения можно отнести:
ENIAC - первый широкомасштабный электронный цифровой компьютер, созданный в 1946 году по заказу армии США в лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. В эксплуатацию введен 14 февраля 1946 года;
EDVAC - одна из первых электронных вычислительных машин, разработанная в лаборатории баллистических исследований армии США, представленная публике в 1949 году;
EDSAC - электронная вычислительная машина, созданная в 1949 году в Кембриджском Университете (Великобритания) группой во главе с Морисом Уилксом;
UNIVAC - универсальный автоматический компьютер, созданный в 1951 году Д. Моучли и Дж. Преспер Эккерт;
IAS - ЭВМ Института Перспективных Исследований, разработанная под руководством Дж. Неймана в 1952 году;
Whirlwind – ЭВМ, созданная в Массачусетском Технологическом Университете в марте 1951 года;
МЭСМ - Малая Электронная Счетная Машина – первая отечественная ЭВМ, созданная в 1950 году С.А. Лебедевым;
БЭСМ - Большая Электронная Счетная Машина, разработанная Институтом Точной Механики и Вычислительной Техники Академии наук СССР.
Все эти и многие другие вычислительные машины первого поколения подготовили надежную стартовую площадку для победного марша ЭВМ по всему миру.
Стоит отметить, что не было резкого перехода от ЭВМ первого поколения на электронных лампах к ЭВМ второго поколения на транзисторах. Электронные лампы постепенно заменялись, вытесняясь твердотельными транзисторами. В первую очередь, были вытеснены электронные лампы из устройств хранения данных, а затем постепенно они вытеснялись из арифметико-логических устройств.
Слева, схематично изображен переход от чисто ламповых ЭВМ к ЭВМ второго поколения.
За время существования ламповых ЭВМ их структура, изображенная на рисунке ниже, не претерпела серьезных изменений. Переход ко второму поколению ЭВМ также не внес существенных изменений в их структурное построение. В основном, изменилась только элементная база. Серьезные изменения структуры построения ЭВМ начались ближе к третьему поколению ЭВМ, когда начали появляться первые интегральные схемы.
С помощью устройства ввода данных (УВв), в ЭВМ вводились программы и исходные данные к ним. Введенная информация целиком или полностью запоминалась в оперативном запоминающим устройстве (ОЗУ). Затем, при необходимости, она заносилась во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), откуда по мере надобности могла подгружаться в ОЗУ.
После ввода данных или считывания их из ВЗУ, программная информация, команда за командой, считывалась из ОЗУ и передавалась в устройство управления (УУ).
Устройство управления дешифрировало команду, определяло адреса операндов и номер следующей команды, которую нужно было считать из ОЗУ. Затем, путем принудительной координации всех элементов ЭВМ, УУ организовывало исполнение команды и запрашивало следующую. Цепи сигналов управления показаны на рисунке штриховыми линиями.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняло арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является вычислительное ядро, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др.
Промежуточные результаты, полученные после выполнения отдельных команд, сохранялись в ОЗУ. Результаты, полученные после выполнения всей программы вычисления, передавались на устройство вывода (УВыв). В качестве УВыв использовались: экран дисплея, принтер, графопостроитель и т.д.
Как видно из приведенной выше структурной схемы, ЭВМ первого поколения имели сильную централизацию. Устройство управления отвечало не только за выполнение команд, но и контролировало работу устройств ввода и вывода данных, пересылку данных между запоминающими устройствами и другие функции ЭВМ. Также были жестко стандартизированы форматы команд, данных и циклов выполнения операций.
Все это позволяло несколько упростить аппаратуру ЭВМ, ужасно сложную, громоздкую и без изысков организации вычислительного процесса, но значительно сдерживало рост их производительности.
Первая ЭВМ на электронных лампах была создана в США и называлась ЭНИАК. Она оказала существенное влияние на направление развития вычислительной техники. Вскоре, за примером США последовали и многие другие промышленно-развитые страны (Великобритания, Швейцария, СССР и др.), уделявшие развитию вычислительной техники в послевоенный период много внимания.
Однако, наибольшее значение в развитии вычислительной техники оказали исследования, проводимые в США, СССР и Великобритании. В других же странах, например во Франции, ФРГ, Японии, ЭВМ, относящиеся к первому поколению, не получили серьезного развития. В частности, для ФРГ, Испании и Японии даже трудно отделить рамки перехода от ЭВМ первого поколения к ЭВМ второго поколения, так как, наряду с первыми ламповыми ЭВМ, в конце пятидесятых годов начинали создаваться и первые ЭВМ на полупроводниковой основе.
Список используемой литературы
1. История развития вычислительной техники. Ланина Э.П. ИрГТУ, Иркутск – 2001 г.
2. Развитие вычислительной техники. Апокин И.А. М., "Наука", 1974 г.
3. Курс физики. Трофимова Т.И. Москва "Высшая школа", 2001 г.
Мало кто знает, что математические основы информатики и вычислительной техники появились еще в Российской империи. Кто придумал первый русский ЭВМ, что такое БЭСМ, кому выгодна машина вместо пролетариата и почему в стране нет ни одного значимого производителя компьютеров - T&P публикуют главу из книги Лорена Грэхэма «Сможет ли Россия конкурировать?» , выпущенной в издательстве «Манн, Иванов и Фербер».
Русские были пионерами и в области разработки вычислительных устройств, электронных вычислительных машин (ЭВМ), математических основ информатики. В последние годы существования Российской империи русские инженеры и ученые сделали важные шаги на пути развития вычислительных устройств. В советский период целая групп математиков, среди них Владимир Котельников, Андрей Колмогоров, Израиль Гельфанд и другие, внесли существенный вклад в развитие теории информации. Советские ученые и инженеры создали первую цифровую электронную вычислительную машину в континентальной Европе. Когда американские и советские инженеры начали сотрудничать в области освоения космоса, в некоторых случаях советские инженеры «считали» задачи гораздо быстрее своих американских коллег. Однако в последующие годы интерес к ЭВМ все больше переходил в коммерческую плоскость, и Советский Союз не выдержал конкуренции. Советские ученые, работавшие в области вычислительных технологий, были вынуждены оставить свои разработки и принять стандарты IBM. Сегодня на международном рынке не представлено ни одного значительного компьютерного производителя из России.
«Немногие на Западе знают, что двумя годами ранее русский логик Виктор Шестаков выдвинул похожую теорию релейно-контактных схем, основанную на булевой алгебре, но опубликовал он свою работу только в 1941 году»
Русские довольно рано начали проявлять научную активность в области разработки вычислительных машин, теории информации и компьютеров. Еще до революции 1917 года русские инженеры и ученые существенно продвинулись в этой области. Русский морской инженер и математик Алексей Крылов (1863–1945) интересовался применением математических методов в судостроении. В 1904 году он создал автоматическое устройство для решения дифференциальных уравнений. Другой молодой инженер, Михаил Бонч-Бруевич (1888–1940), также работавший в Санкт-Петербурге, занимался вакуумными лампами и их применением в радиотехнике. Около 1916 года он изобрел одно из первых двухпозиционных реле (так называемое катодное реле) на основе электрической цепи с двумя катодными трубками.
Одним из пионеров теории информации на Западе был Клод Шеннон. В 1937 году в Массачусетском технологическом институте он защитил магистерскую диссертацию, в которой продемонстрировал, что комплексы реле в совокупности с двоичной системой счисления могут применяться для решения проблем булевой алгебры. Результаты научных работ Шеннона составляют основу теории цифровых сетей для ЭВМ. Но немногие на Западе знают, что двумя годами ранее, в 1935-м, русский логик Виктор Шестаков выдвинул похожую теорию релейно-контактных схем, основанную на булевой алгебре, но опубликовал он свою работу только в 1941 году, через четыре года после Шеннона. Ни Шеннон, ни Шестаков ничего не знали о работах друг друга.
Первая электронная вычислительная машина в континентальной Европе была создана в обстановке секретности в 1948–1951 годах в местечке под названием Феофания возле Киева. До революции здесь был монастырь, окруженный дубравами и цветущими лугами, изобиловавшими ягодами, грибами, здесь водились дикие звери и птицы. В ранние годы советской власти в монастырских зданиях разместилась психиатрическая лечебница. Превращение религиозных учреждений в исследовательские или медицинские заведения было довольно частой практикой в советском государстве. Во время Второй мировой войны все пациенты лечебницы были убиты или пропали без вести, а здания разрушены. Весной и осенью дорогу к этому местечку развозило так, что по ней было невозможно проехать. Да и в хорошую погоду приходилось трястись по кочкам. В 1948 году полуразрушенные здания были переданы инженеру-электротехнику Сергею Лебедеву для создания электронной вычислительной машины. В Феофании Лебедев, 20 инженеров и 10 помощников разработали Малую электронно-счетную машину (МЭСМ) - одну из самых быстрых ЭВМ в мире, обладавшую многими интересными характеристиками. Ее архитектура была полностью оригинальна и не походила на архитектуру американских ЭВМ, которые единственные в мире превосходили ее на тот момент.
«Обычно он уносил свои бумаги и свечу в ванную комнату, где часами писал единицы и нули»
Алиса Григорьевна Лебедева о жизни своего супруга, основоположника вычислительной техники в СССР Сергея Лебедева, в Москве в 1941 году во время бомбежек немецкой авиации.
Сергей Лебедев родился в 1902 году в Нижнем Новгороде (позднее переименованном в Горький, не так давно ему было возвращено прежнее историческое имя). Его отец был школьным учителем, его часто переводили с места на место, так что детство и юность Сергея прошли в разных городах, в основном на Урале. Затем отца перевели в Москву, и там Сергей поступил в Московское высшее техническое училище имени Баумана, известное сегодня как Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана. Там Лебедев заинтересовался техникой высоких напряжений - областью, требовавшей хорошей математической подготовки. По окончании учебы он работал преподавателем в Бауманском университете, занимался исследовательской работой в Лаборатории электрических сетей. Лебедев был заядлым альпинистом и позднее назвал один из своих компьютеров в честь высочайшей вершины Европы Эльбруса, которую он успешно покорил.
В конце 1930-х годов Лебедев заинтересовался двоичной системой счисления. Осенью 1941 года, когда Москва погружалась в полную темноту, спасаясь от налетов фашистской авиации, его супруга-музыкант вспоминала, что «обычно он уносил свои бумаги и свечу в ванную комнату, где часами рисовал единицы и нули». Позднее во время войны его перевели в Свердловск (ныне Екатеринбург), где он работал на военную промышленность. Лебедеву требовалась вычислительная машина, способная решать дифференциальные и интегральные уравнения, и в 1945 году он создал первую в России электронную аналоговую вычислительную машину. При этом у него уже была идея создания цифровой ЭВМ на основе двоичной системы счисления. Что интересно, насколько нам известно, в то время он не был знаком с научными разработками в этой области ни своего соотечественника Шестакова, ни американца Клода Шеннона.
Освоение первых персональных ЭВМ на кафедре «Электрические системы и сети» СПбГПУ
В 1946 году Лебедева перевели из Москвы в Киев, где он начал работу над ЭВМ. В 1949 году Михаил Лаврентьев, ведущий математик, член Академии наук УССР, который был знаком с работами Лебедева, написал Сталину письмо с просьбой поддержать работы в области вычислительной техники, подчеркнув при этом их важность для обороны страны. Сталин поручил Лаврентьеву создать лабораторию моделирования и вычислительной техники. Возглавить эту лабораторию Лаврентьев пригласил Лебедева. У Лебедева появились финансирование и статус. В то же время приказ Сталина демонстрировал роль политической власти - а фактически значимость одного человека - в продвижении технологий в Советском Союзе.
Лебедев разработал МЭСМ всего через три или четыре года после создания первого в мире электронного компьютера ENIAC в США и одновременно с британским EDSAC. К началу 1950-х годов МЭСМ использовалась для решения задач в области ядерной физики, комических полетов, ракетостроения, а также передачи электроэнергии.
В 1952 году вслед за созданием МЭСМ Лебедев разработал еще одну вычислительную машину - БЭСМ (сокращение от Большая (или Быстродействующая) электронно-счетная машина). Это была самая быстродействующая ЭВМ в Европе, по крайней мере в течение некоторого периода, способная составить конкуренцию лучшим мировым разработкам в этой области. Это был триумф. БЭСМ-1 была выпущена в единственном экземпляре, но уже следующие модели, особенно БЭСМ-6, производились сотнями и использовались для разных целей. Производство БЭСМ-6 было прекращено в 1987 году. В 1975-м в ходе совместного космического проекта «Союз - Аполлон» советские специалисты обработали параметры орбиты «Союза» на БЭСМ-6 быстрее американцев.
Но после столь многообещающего старта в области вычислительной техники Россия сегодня отстает от лидеров отрасли. Понять причину этого провала можно, только проанализировав историю развития отрасли, принимая во внимание социальные и экономические факторы, повлиявшие на ее трансформацию. В ведущих западных странах область вычислительной техники после Второй мировой войны формировалась под действием трех главных движущих сил: научного сообщества, государства (в части военного применения) и деловых кругов. Роль научного сообщества и правительства была особенно важна на начальном этапе, роль бизнеса проявилась позднее. Область вычислительной техники в Советском Союзе была успешна до тех пор, пока разработка этих устройств преимущественно зависела от достижений научной мысли и государственной поддержки. Поддержка вычислительных технологий со стороны государства была безграничной, если они использовались для нужд противовоздушной обороны или исследований в области ядерного оружия. Однако затем главной движущей силой на Западе стал бизнес. Символически этой переходной точкой является решение компании General Electric в 1955 году закупить вычислительные машины IBM 702 для автоматизации работ с платежными ведомостями и другими документами на своем заводе в Скенектади и решение Bank of America в 1959 году автоматизировать процессы (с использованием компьютера ERMA, созданного в Стэнфордском научно-исследовательском институте).
«Концепция кибернетики противоречит теории диалектического материализма Маркса, и охарактеризовал компьютерную науку как особенно вредоносную попытку западных капиталистов извлечь больше прибыли, заменив рабочих»
Эти решения ознаменовали начало масштабной компьютеризации банковской и деловой сферы. В 1960–1970-х годах электронные вычислительные машины стали коммерческими продуктом, это повлекло за собой снижение их стоимости, усовершенствования в части простоты использования, которых требовал рынок. Советский Союз со своей плановой экономикой, централизованным неконкурентным рынком не мог идти в ногу с происходящими технологическими усовершенствованиями. В результате в 1970-х годах СССР отступил от изначально впечатляющей попытки развиваться собственным независимым курсом в области вычислительной техники и принял стандарты компании IBM. С этого момента в области компьютерных технологий русские оказались и продолжают оставаться на позициях догоняющих и никогда больше не выбивались в лидеры. Сергей Лебедев умер в 1974 году. Другой ведущий ученый, разработчик первых советских ЭВМ Башир Рамеев, глубоко сожалел о решении перенять архитектуру IBM вплоть до своей смерти в 1994 году. Советскую отрасль вычислительной техники подвел не недостаток знаний в этой области, ее подкосила неодолимая сила рынка.
Еще одним фактором, хотя в данном конкретном случае и не определяющим, была идеология. В 1950-х годах советские идеологи относились к кибернетике очень скептически, называли ее «наукой мракобесов». В 1952 году один из философов-марксистов заклеймил эту область знаний как «псевдонауку», подвергнув сомнению утверждение, что компьютеры могут помочь объяснить человеческую мысль или социальную деятельность. Еще в одной статье, опубликованной через год и озаглавленной «Кому служит кибернетика?», анонимный автор, выступивший под псевдонимом «Материалист», заявил, что концепция кибернетики противоречит теории диалектического материализма Маркса, и охарактеризовал компьютерную науку как особенно вредоносную попытку западных капиталистов извлечь больше прибыли, заменив рабочих, которым надо платить жалованье, машинами.
Хотя подобные идеологические обвинения теоретически могли оказать негативное влияние на развитие вычислительной техники в СССР, разработка ЭВМ, учитывая заинтересованность в них военно-промышленного комплекса, продолжалась теми же темпами8. Как сказал мне в 1960 году один из советских ученых в этой области, «мы занимались кибернетикой, просто не называли ее кибернетикой». Более того, в конце 1950-х - начале 1960-х годов в Советском Союзе произошел поворот на 180 градусов в отношении кибернетики, ее начали превозносить как науку, служащую целям советского государства.
В 1961 году даже вышел сборник под названием «Кибернетику - на службу коммунизму». Во многих российских университетах открылись факультеты кибернетики. Более серьезная политическая угроза для развития вычислительной техники в СССР возникла с появлением персональных компьютеров. Советскому руководству нравились компьютеры, пока они были огромными блоками в центральных правительственных, военных и промышленных ведомствах, но с гораздо меньшим энтузиазмом оно отнеслось к тому, что компьютеры переместились в частные квартиры и обычные граждане получили возможность использовать их для бесконтрольного распространения информации. В попытке осуществить контроль над передачей информации государство уже давно запретило простым гражданам иметь в собственности принтеры и копировальные аппараты. Персональный компьютер с принтером был равнозначен маленькому печатному станку. Но что могли поделать с этим советские власти?
Самые острые дебаты среди членов советского руководства по поводу компьютеров происходили в середине и конце 1980-х годов. В 1986-м я обсуждал эту проблему с ведущим советским ученым в этой области Андреем Ершовым. Он был откровенен, согласившись, что стремление Коммунистической партии обладать контролем над информацией препятствует развитию компьютерной отрасли. Затем сказал следующее: «Наше руководство еще не определилось, на что похож компьютер: на печатный станок, печатную машинку или телефон, - и многое будет зависеть от этого решения. Если они решат, что компьютеры похожи на печатные станки, то захотят продолжить контролировать отрасль так же, как сейчас они контролируют все печатные станки. Гражданам запретят их покупать, они будут только в учреждениях. С другой стороны, если наше руководство решит, что компьютеры похожи на печатные машинки, их позволят иметь гражданам, власти не будут стремиться контролировать каждый аппарат, хотя могут попытаться взять под контроль распространение информации, которая производится с их помощью. И в конце концов, если руководство решит, что компьютеры похожи на телефоны, они появятся у большинства граждан, и те смогут делать с ними все, что захотят, но онлайновая передача данных будет время от времени проверяться.
«Сегодня в России нет ни одной компании - производителя вычислительной техники, которая являлась бы значительным игроком на международном рынке, несмотря на то что русские могут с полным правом утверждать, что были в числе пионеров в области»
Я убежден, что в итоге государству придется позволить, чтобы граждане владели персональными компьютерами и сами их контролировали. Более того, станет очевидно, что персональные компьютеры не похожи ни на какие предыдущие коммуникационные технологии: ни на печатные станки, ни на печатные машинки, ни на телефоны. Наоборот, они являются абсолютно новым видом технологий. Вскоре наступит время, когда любой человек в любой точке мира сможет практически беспрерывно общаться с любым другим человеком в любой точке мира. Это будет настоящей революцией - не только для Советского Союза, но и для вас тоже. Но здесь ее последствия будут самыми значительными».
Это высказывание наглядно подтверждает, какой сложной проблемой для советского государства были компьютеры. Однако этот вопрос быстро потерял свою актуальность. Через пять лет после этого нашего разговора с Ершовым Советский Союз распался, а вместе с этим прекратился и контроль над коммуникационными технологиями (однако это не коснулось контроля над средствами массовой информации, в частности над телевидением). В современной России компьютерная отрасль так и не наверстала отставание, которое она переживала в последние годы советского государства. Как мы видели, это отставание было вызвано в большей степени неспособностью конкурировать в условиях рынка, нежели политическим контролем, хотя последний и сыграл определенную роль. Сегодня в России нет ни одной компании - производителя вычислительной техники, которая являлась бы значительным игроком на международном рынке, несмотря на то что русские могут с полным правом утверждать, что были в числе пионеров в области развития вычислительных технологий.
В 1641-1642 гг. девятнадцатилетний Блез Паскаль (1623-1662), тогда еще мало кому известный французский учёный, создает действующую вычислительную машину. Машина могла складывать и вычитать десятичные числа.
В 1673 году другой великий европеец, немецкий ученый В. Г. Лейбниц (1646-1716), создает счётную машину для сложения и умножения двенадцатиразрядных десятичных чисел. К зубчатым колесам он добавил ступенчатый валик, позволяющий осуществлять умножение и деление.
Первое поколение ЭВМ
Появление электронно-вакуумной лампы позволило претворить в жизнь идею
создания вычислительной машины. Она появилась в 1946 году в США для решения
задач и получила название ЭНИАК (ENIAK - Electronic Numerical Integrator and
Calculator, в переводе "электронный численный интегратор и калькулятор").
От неё начался отсчет пути, по которому пошло развитие ЭВМ.
В ЭВМ ЭНИАК было 20 тысяч электронных ламп, из которых ежемесячно заменялось
2000. За одну секунду машина выполняла 300 операций умножения или же
5000 сложений многоразрядных чисел.
Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика
С. А. Лебедева, и называлась она МЭСМ (малая электронная счетная машина).
Затем в эксплуатацию вводятся БЭСМ-1 и БЭСМ-2
(большая электронная счетная машина).
Самой мощной ЭВМ 50-х годов в Европе стала советская ЭВМ М-20 с
быстродействием 20 тыс. оп/с, объем оперативной памяти-4000 машинных слов.
ЭВМ первого поколения успешно использовались для решения научно-технических
задач, в частности, в области космических иследований.
Электронная вычислительная машина БЭСМ-1
Второе поколение ЭВМ
В 60-е годы 20 века был изобретён транзистор, который пришёл на смену электронным лампам.
Это позволило изменить электронную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы
(транзисторы, диоды), а также резисторы и конденсаторы более совершенной
конструкции. Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал с большей
скоростью, был дешевле и надежнее.
Средний срок его службы в 1000 раз превосходил продолжительность работы
электронных ламп.
Изменилась и технология соединения элементной базы.
Появились первые печатные платы-пластины из изоляционного материала,
например гетинакса, на которые специальная технология фотомонтажа позволяла
наносить токопроводящий материал. Для закрепления элементной базы на них имелись специальные гнезда.
Такая формальная замена одного типа элементов на другой существенно повлияла на
все характеристики ЭВМ: габариты, надежность, производительность, условия
эксплуатации, стиль программирования и работы на машине и пр.
Изменился технологический процесс изготовления ЭВМ.
К второму поколению относятся ЭВМ Минск-22, Минск-32, БЭСМ-6, CDC6600.
Производительность: до 1 млн операций в секунду.
Электронная вычислительная машина БЭСМ-6
Третье поколение ЭВМ
В 70-е годы 20 века появились интегральные микросхемы.
Такие схемы могут содержать десятки, сотни и тысячи транзисторов и других
элементов, которые физически неразделимы.
Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах,
была IBM-360 фирмы IBM (International Busines Machine).
Она положила начало большой серии моделей, название которых начиналось
с IBM, а далее следовал номер.
Аналогичные ЭВМ стали выпускаться и в странах СЭВ (Совета экономической взаимопомощи)
Выпускались два семейства ЭВМ:
Электронная вычислительная машина IBM-360
Четвёртое поколение ЭВМ
Этот период характеризуется всевозможными новациями, приводящими к
существенным изменениям. Однако кардинальных, революционных перемен,
позволяющих говорить о смене поколений ЭВМ, пока не произошло.
Следует особо отметить одну из самых важных идей:
для обработки информации используется одновременно несколько
процессоров (мультипроцессорная обработка).
Новые технологии создания интегральных схем позволили разработать
в конце 70-х - начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения на больших
интегральных схемах (БИС), степень интеграции которых составляет десятки
и сотни тысяч элементов на одном кристалле. Наиболее крупным сдвигом в
электронно-вычислительной технике, связанным с применением БИС, стало
создание микропроцессоров. Первый микропроцессор был создан
фирмой Intel в 1971 году. На одном кристалле удалось сформировать минимальный по
составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов.
С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в
истории вычислительной техники - создание и применение персональных ЭВМ,
что даже повлияло на терминологию. Название ЭВМ сейчас заменилось на всем
привычное слово - компьютер.
В 1977 году фирма "Эпл компьютер" (Apple Computer) наладила выпуск персональных
компьютеров "Apple" (от англ. "яблоко").В этом типе компьютера за основу был
взят принцип создания "дружественной" обстановки работы человека на ЭВМ,
когда при создании программного обеспечения одним из основных требований
стало обеспечение удобной работы пользователя. ЭВМ повернулась лицом к
человеку. Дальнейшее ее совершенствование шло с учетом удобства работы
пользователя.
Персональный компьютер Apple
Если раньше при эксплуатации ЭВМ был реализован принцип централизованной
обработки информации, когда пользователи концентрировались вокруг одной ЭВМ,
то с появлением персональных компьютеров произошло обратное движение -
децентрализация, когда один пользователь может работать с несколькими
компьютерами. В 1984 году фирмой IBM был разработан персональный компьютер
на базе микропроцессора 80286 фирмы Intel с шиной архитектуры промышленного стандарта - ISA (Industry Standart Architecture). С этого времени началась жесткая конкуренция нескольких корпораций по производству персональных компьютеров. Гонка в поиске все более и более совершенных технических характеристик всех устройств компьютера продолжается и по сей день. Каждый год требуется коренная модификация существующей модели.
Общее свойство семейства IBM PC - совместимость программного обеспечения
снизу вверх и принцип открытой архитектуры, предусматривающий возможность
дополнения имеющихся аппаратных средств без смены старых или их модификацию
без замены всего компьютера.
Современные ЭВМ превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью,
огромными возможностями и доступностью для разных категорий пользователей.
Компьютеры четвертого поколения развиваются в двух направлениях.
Первое направление - создание многопроцессорных вычислительных систем.
Второе - создание дешевых персональных компьютеров, как настольных,
так и переносных, а на их основе - компьютерных сетей.
Когда появились первые компьютеры? Дать ответ на этот вопрос не так просто, поскольку нет одной единственно правильной классификации электронно-вычислительных машин, а также формулировок, что можно к ним относить, а что - нет.
Первое упоминание
Само слово "компьютер" было впервые документировано в 1613 году и означало человека, который выполняет расчеты. Но в XIX веке люди поняли, что машина никогда не устает работать, и она может выполнять работу гораздо быстрее и точнее.
Чтобы начать отсчет эры вычислительных машин, чаще всего берут 1822 год. Первый компьютер изобрел английский математик Чарльз Бэббидж. Он создал концепцию и приступил к изготовлению разностной машины, которая считается первым автоматическим устройством для вычислений. Она была способна подсчитывать несколько наборов чисел и делать распечатку результатов. Но, к сожалению, из-за проблем с финансированием Бэббидж так и не смог завершить ее полноценную версию.
Но математик не сдавался, и в 1837 году он представил первый механический компьютер, названный аналитической машиной. Это был самый первый компьютер общего назначения. В это же время началось его сотрудничество с Адой Лавлейс. Она переводила и дополняла его труды, а также сделала первые программы для его изобретения.
Аналитическая машина состояла из таких частей: арифметико-логического устройство, блок интегрированной памяти и устройство для контроля движения данных. Из-за денежных трудностей она также не был завершена при жизни ученого. Но схемы и разработки Бэббиджа помогли другим ученым, которые создавали первые компьютеры.
Спустя почти 100 лет
Как ни странно, за целый век вычислительные машины почти не продвинулись в своем развитии. В 1936-1938 годах немецкий ученый Конрад Цузе создал Z1 - это первый электромеханический программируемый двоичный компьютер. Тогда же, в 1936 году, Алан Тьюринг построил машину Тьюринга.
Она стала основой для дальнейших теорий о компьютерах. Машина эмулировала действия человека, следующего списку логических указаний, и печатала результат работы на бумажной ленте. Аппараты Цузе и Тьюринга — это первые компьютеры в современном понимании, без которых не появились бы компьютеры, к которым мы привыкли сегодня.
Все для фронта
Вторая мировая война повлияла и на развитие ЭВМ. В декабре 1943 году компания Tommy Flowers представила засекреченную машину под названием «Коллос», которая помогала британским агентам взламывать шифры немецких сообщений. Это был первый полностью электрический программируемый компьютер. О его существовании широкая общественность узнала лишь в 70-х годах. С тех пор ЭВМ привлекли внимание не только ученых, но и министерств обороны, которые активно поддерживали и финансировали их разработку.
Насчет того, какой цифровой компьютер считать первым, идут споры. В 1937-1942 годах профессор Айовского университета Джон Винсент Атанасов и Клифф Берри (аспирант) разрабатывали свой компьютер ABC. А в 1943-1946 Дж. Преспер Эккерт и Д. Мокли, ученые Пенсильванского университета, построили мощнейший ENIAC весом в 50 тонн. Таким образом, Атанасов и Берри создали свою машину раньше, но поскольку она так никогда и не была полностью функционирующей, то часто звание «самый первый компьютер» достается ENIAC.
Первые коммерческие образцы
С огромными габаритами и сложностью конструкции компьютеры были доступны только военным ведомствам и крупным университетам, которые собирали их самостоятельно. Но уже в 1942 г. К. Цузе начал работу над четвертой версией своего детища - Z4, и в июле 1950 года продал его шведскому математику Эдуарду Стиефелю.
А первые компьютеры, которые начали выпускаться массово, это модели с лаконичным названием 701, произведенные IBM 7 апреля 1953 года. Всего их было продано 19701 штук. Конечно же, это все еще были машины, предназначенные только для крупных учреждений. Для того чтобы стать действительно массовыми, им нужно было еще несколько важных совершенствований.
Так, в 1955 году 8 марта заработал «Вихрь» — компьютер, который был изначально задуман во времена Второй мировой войны в качестве тренажера для пилотов, но к моменту своего создания подоспевший к началу Холодной войны. Тогда он стал основой для разработки SAGE - подсистемы противовоздушной обороны, разработанной для автоматического наведения на цель самолетов-перехватчиков. Ключевыми особенностями «Вихря» стали наличие оперативной памяти объемом 512 байт и вывод графической информации на экран в режиме реального времени.
Технику в массы
Компьютер TX-O, представленный в 1956 году в Массачусетском технологическом институте, был первым, в котором использовались транзисторы. Это позволило сильно уменьшить стоимость и габариты техники.
Затем команда ученых, которые занимались разработкой TX-O, покинула институт, основала компанию Digital Equipment Corporation и в 1960 году представила компьютер PDP-1, начавший эру миникомпьютеров. Их размер был не больше одной комнаты или даже шкафа, и они были предназначены для более широкого круга клиентов.
Ну а первые компьютеры-десктопы стала выпускать компания Hewlett Packard в 1968 году.
