В пізнанні діяльності комп'ютера є кілька рівнів. Перший з них, необхідний кожному фахівцю, - рівень архітектури. Архітектура - це найбільш загальні принципи побудови ЕОМ, що реалізують програмне керування роботою і взаємодією основних функціональних вузлів. На цьому рівні не потрібне знання схемних рішень сучасної радіотехніки та мікроелектроніки. Останнє взагалі виходить за боковий вівтар інформатики, воно потрібне лише розробникам фізичних елементів комп'ютерів.
Рівень архітектури досить глибокий, він включає питання управління роботою ЕОМ (програмування) на мові машинних команд (асемблера). Такий спосіб управління набагато складніше, ніж написання програм на мовах високого рівня, і тим не менше без подання про нього неможливо зрозуміти реальну роботу комп'ютера.
Наступний рівень - логічні принципи і схеми реалізації основних операціональних вузлів комп'ютера (тригерів, суматорів і т. Д.). Розуміння цих принципів вельми бажано й істотно розширить кругозір фахівця в галузі інформатики (і її викладання).
Початковий етап розвитку обчислювальної техніки
Все почалося з ідеї навчити машину вважати або хоча б складати багаторозрядних цілі числа. Ще близько 1500 р великий діяч епохи Просвітництва Леонардо да Вінчі розробив ескіз 13-розрядного підсумовує пристрої, що стало першою дійшла до нас спробою вирішити зазначене завдання. Першу ж діючу підсумовує машину побудував в 1642 р Блез Паскаль - знаменитий французький фізик, математик, інженер. Його 8-розрядна машина збереглася до наших днів.
Від чудового курйозу, яким сприйняли сучасники машину Паскаля, до створення практично корисного і широко використовуваного агрегату - арифмометра (механічного обчислювального пристрою, здатного виконувати 4 арифметичні дії) - пройшло майже 250 років. Вже на початку XIX століття рівень розвитку низки наук і областей практичної діяльності (математики, механіки, астрономії, інженерних наук, навігації та ін.) Був настільки високий, що вони настійно чином вимагали виконання величезного обсягу обчислень, що виходять за межі можливостей людини, які не збройного відповідною технікою. Над її створенням і удосконаленням працювали як видатні вчені зі світовою популярністю, так і сотні людей, імена багатьох з яких до нас не дійшли, які присвятили своє життя конструювання механічних обчислювальних пристроїв.
Ще в 70-х роках XX століття на полицях магазинів стояли механічні арифмометри і їх "найближчі родичі", забезпечені електричним приводом - електромеханічні клавішні обчислювальні машини. Як це часто буває, вони досить довго дивним чином були сусідами з технікою досконалого рівня - автоматичними цифровими обчислювальними машинами (АЦВМ), які в просторіччі частіше називають ЕОМ (хоча, строго кажучи, ці поняття не зовсім збігаються). Історія АЦВМ сходить ще до першої половини XIX століття і пов'язана з ім'ям чудового англійського математика та інженера Чарльза Беббіджа. Їм в 1822 р була спроектована і майже 30 років будувалася і удосконалювалася машина, названа спочатку "різницевої", а потім, після численних удосконалень проекту, "аналітичної". В "аналітичну" машину були закладені принципи, що стали фундаментальними для обчислювальної техніки.
Автоматичне виконання операцій.
Для виконання розрахунків великого обсягу істотно не тільки те, як швидко виконується окрема арифметична операція, але і те, щоб між операціями не було "проміжків", що вимагають безпосереднього людського втручання. Наприклад, більшість сучасних калькуляторів не задовольняють цій вимозі, хоча кожне доступне їм дію виконують дуже швидко. Необхідно, щоб операції слідували одна за одною безупинно.
Робота по вводиться "на ходу" програмі.
Для автоматичного виконання операцій програма повинна вводиться в виконавче пристрій зі швидкістю, сумірною зі швидкістю виконання операцій. Беббідж запропонував використовувати для попереднього запису програм і введення їх в машину перфокарти, які на той час застосовувалися для управління ткацькими верстатами.
Необхідність спеціального пристрою - пам'яті - для зберігання даних (Беббідж назвав його "складом").
Ці революційні ідеї натрапили на неможливість їх реалізації на основі механічної техніки, адже до появи першого електромотора залишалося майже півстоліття, а першої електронної радіолампи - майже століття! Вони настільки випередили свій час, що були в значній мірі забуті і перевідкриття в наступному столітті.
Вперше автоматично діючі обчислювальні пристрої з'явилися в середині XX століття. Це стало можливим завдяки використанню поряд з механічними конструкціями електромеханічних реле. Роботи над релейними машинами почалися в 30-і роки і тривали з перемінним успіхом до тих пір, поки в 1944 році під керівництвом Говарда Айкена - американського математика і фізика - на фірмі IBM (International Business Machines) була запущена машина "Марк-1 ", вперше реалізувала ідеї Беббіджа (хоча розробники, мабуть, чи не були з ним знайомі). Для представлення чисел в ній були використані механічні елементи (лічильні колеса), для управління - електромеханічні. Одна з найпотужніших релейних машин РВМ-1 була на початку 50-х років побудована в СРСР під керівництвом Н.І.Бессонова; вона виконувала до 20 множень в секунду з досить довгими двійковими числами.
Однак, поява релейних машин безнадійно запізнилася і вони дуже швидко витіснені електронними, набагато більш продуктивними і надійними.
Розвиток елементної бази комп'ютерів
Як було зазначено вище, історія сучасних комп'ютерів нараховує п'ять поколінь. Умовно виділяють відповідно, і п'ять періодів розвитку комп'ютерної техніки. Цікаво подивитися, які ж ключові події відбувалися в ці періоди і які відкриття призводили до зміни комп'ютерних поколінь.
Початок 50-х - кінець 50-х.
Поява і розквіт комп'ютерів першого покоління (елементарна база: електронні лампи), програмування в кодах. Саме в цей період був винайдений транзистор.
Практичне застосування винайденого в 1947 році транзистора з кінця 50-х справила визначальний вплив на розвиток обчислювальної техніки. Це відкриття визначило сутність другого покоління комп'ютерів - комп'ютерів на базі напівпровідникових елементів. Дослідженням напівпровідників займалися багато вчених, однак найбільш відомі експерименти Вільяма Бедфорда Шоклі 1947 роки; саме ця дата фігурує в більшості джерел як дата винаходу транзистора. У 1956 році за праці в області напівпровідникової техніки Бедфорду Шоклі була присуджена Нобелівська премія. Однак використання лампових комп'ютерів тривало аж до початку 70-х років.
З початку 50-х лампові машини стали досить швидко вдосконалюватися. Цей напрямок активно розвивалося в СРСР. У 1950 році була запущена в експлуатацію ЕОМ МЕСМ (Мала електронна лічильна машина), яка виробляла вже понад 100 операцій в секунду. А ще через два роки з'явилася ЕОМ БЕСМ (10 000 операцій в секунду). Важлива подія відбулася в 1955 році: під керівництвом головного конструктора Г.Амдала в компанії IBM була розроблена перша комерційна ЕОМ з апаратної плаваючою арифметикою.
З кінця 50-х років починають впроваджуватися напівпровідникові технології. Наприклад, в 1958 році в СРСР була розроблена ЕОМ М-20 на лампових і напівпровідникових елементах.
Кінець 50-х - середина 60-х.
Триває випуск лампових машин. Починається впровадження напівпровідникових елементів, з'являються комп'ютери другого покоління: комп'ютери зменшилися в розмірах, з'явилися так звані міні-комп'ютери, почали застосовуватися алгоритмічні мови.
У 1960 році в СРСР була розроблена перша вітчизняна напівпровідникова керуюча машина "Дніпро". Напівпровідникові технології дозволили не тільки підвищити надійність, але і істотно зменшити габарити машин. На початку 60-х компанія DEC розробила свій перший міні-комп'ютер PDP-1, а через два роки почалися продажі комп'ютерів PDP-5. Паралельно нарощувався обчислювальна потужність комп'ютерів: і 1962 році IBM розробила для ядерної лабораторії в Лос-Аламосі модель 7030; і 1964 році Сеймур Крей створив ЕОМ CDC 6000, яка і протягом декількох років була найпродуктивнішим комп'ютером в світі. А роком пізніше в СРСР з'явився перший суперкомп'ютер БЕСМ 6, який мав продуктивність 1 млн. Операцій в секунду. (Приблизно в той же період IBM розробила свої системи IBM System 360.) У цей час у нас спостерігалося бурхливий розвиток техніки: було розпочато випуск знаменитих машин "Мінськ-32", "Наірі" і сімейства "Уралов".
Середина 60-х - середина 70-х.
Поява так званої малої ступеня інтеграції (small scale integration) - інтегральних мікросхем і, відповідно, виникнення комп'ютерів третього покоління. Подальше зменшення габаритів, доступ з віддалених терміналів. У цей період з'являється перший мікропроцесор.
Середина 70-х - середина 80-х.
З'являються комп'ютери четвертого покоління на базі мікропроцесорів. Набувають поширення персональні комп'ютери, має місце їх масове виробництво і споживання. Поряд зі створенням дешевих мікро-ЕОМ удосконалюються багатопроцесорні потужні обчислювальні системи.
У 1974 році на базі процесора Intel 8080 був спроектований комп'ютер "Altair 8800", який деякі експерти називають першим персональним комп'ютером в історії розвитку техніки. Через рік після виходу процесора Intel 8080 Motorola випустила свій 8-розрядний процесор 6800, який отримав широке поширення.
Наступне важлива подія, яка сприяла значному поширенню майбутніх "домашніх" комп'ютерів, - поява в 1977 році комп'ютера Apple II компанії Apple Computer Corporation на процесорі 6502. Це був перший прообраз сучасного мультимедійного комп'ютера, який надав можливості кольорової графіки і звуку.
У 1982 році була заснована компанія Sun Microsystems, яка згодом внесла величезний внесок у створення "мережевого комп'ютера". В СРСР на початку 80-х був налагоджений випуск машин ЄС-1045, з'явилися машини СМ-14 10, СМ-14 20. У цей період йшли розробки вітчизняного персонального комп'ютера ПЕОМ "Агат", який серійно почав випускатися з 1985 року.
З середини 80-х починається епоха п'ятого покоління комп'ютерів. Елементна база: надвеликі інтегральні схеми НВІС, різке зростання обчислювальної потужності комп'ютерів, широкомасштабне впровадження комп'ютерних мереж.
Шафрін Ю.А. Інформаційні технології Ч1-М.
Ще роботи з інформатики, програмування