Содержание
Жизнь человек в двадцать первом веке напрямую связана с искусственным интеллектом. Знание основных вех в создании компьютеров – показатель образованного человека. Развитие компьютеров принято делить на 5 этапов — принято говорить о пяти поколениях.
1946-1954годы — вычислительные машины первого поколения
Стоит сказать, что первое поколение ЭВМ (электронных вычислительных машин) было ламповым. Ученые университета в Пенсильвании (США) разработали ЭНИАК — так назывался первый в мире компьютер. Днем, когда он официально введен в строй является 15.02.1946. При сборке аппарата было задействовано 18 тысяч электронных ламп. ЭВМ по нынешним меркам была колоссальна площадь 135 квадратных метров, а вес 30 тонн. Потребности в электроэнергии так же были велики — 150кВт.
Общеизвестный факт — создавалась эта электронная машина непосредственно для помощи в решении сложнейших задач по созданию атомной бомбы. СССР стремительно нагоняло свое отставание и в декабре 1951 года, под руководством и при непосредственном участии академика С. А. Лебедева миру была представлена самая быстрая в Европе ЭВМ. Носила она аббревиатуру МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина). Данный аппарат мог выполнять от 8 до 10 тысяч операций в секунду.
1954 — 1964 годы — вычислительные машины второго поколения
Следующим шагом в развитии стала разработка компьютеров, работающих на транзисторах. Транзисторами называются приборы, созданные из полупроводниковых материалов – позволяющие управлять током, идущим в цепи. Первый известный стабильно работающий транзистор был создан в Америке в 1948 году командой физиков — исследователей Шокли и Бардиным.
По скорости работы электронно-вычислительные машины существенно отличались от предшественников — скорость доходила до сотен тысяч операций в одну секунду. Уменьшились и размеры, да и потребление электрической энергии стало меньше. Также значительно увеличилась сфера использования. Происходило это за счет стремительной разработки программного обеспечения. Наш лучший компьютер – БЭСМ-6 обладала рекордным быстродействием – 1000000 операций в секунду. Разработана в 1965 году под руководством главного конструктора С. А. Лебедева.
1964 — 1971 годы — вычислительные машины третьего поколения
Основным отличием этого периода является начало применения микросхем с малой степенью интеграции. С помощью сложнейших технологий ученые смогли поместить на небольшой полупроводниковой пластине, с площадью меньше 1 сантиметра квадратного, сложные электронные схемы. Изобретение микросхем запатентовано в 1958 году. Изобретатель — Джек Килби. Применение этого революционного изобретения позволило улучшить все параметры – габариты уменьшились примерно до размеров холодильника, быстродействие увеличилось, также как и надежность.
Этот этап в развитии вычислительных машин характеризуется применением в использовании нового запоминающего устройства – магнитного диска. Мини-ЭВМ PDP-8 впервые представлена в 1965 году.
В СССР подобные версии появились гораздо позже — в 1972 году и являлись аналогами моделей, представленных на американском рынке.
1971 год — современность — вычислительные машины четвертого поколения
Инновацией в вычислительных машинах четвертого поколения является применение и использование микропроцессоров. Микропроцессоры представляют собой АЛУ (арифметически-логические устройства), помещенные на одну микросхему и имеющие высокую степень интеграции. Это значит, что микросхемы начинают занимать еще меньше места. Иными словами, микропроцессор – это маленький мозг, выполняющий миллионы операций в секунду по заложенной в него программе. Размеры, вес и потребление мощности резко уменьшились, а быстродействие достигло рекордных высот. И именно тогда в игру включился Intel.
Первый микропроцессор назывался Intel-4004 — название первого микропроцессора, собранного в 1971 году. Он имел разрядность 4 бита, но тогда являлся гигантским технологическим прорывом. Два года спустя Intel представил миру Intel-8008, имеющий восемь бит, в 1975 году появился на свет Альтаир-8800 — это первый персональный компьютер, созданный на основе Intel-8008.
Это было началом целой эры персональных компьютеров. Машину стали использоваться повсеместно в совершенно различных целях. Через год в игру вступил Apple. Проект имел большой успех, а Стив Джобс стал одним из самых известных и богатых человек на Земле.
Непререкаемым эталоном компьютера становится IBM PC. Его выпустили в 1981 году имеющим ОЗУ 1 мегабайт.
Примечательно то, что на данный момент IBM-совместимые электронно-вычислительные машины занимают примерно девяностопроцентную долю выпускаемых компьютеров! Также, нельзя не упомянуть про Pentium. Разработка первого процессора со встроенным сопроцессором завершилась успехом в 1989 году. Сейчас эта торговая марка непререкаемый авторитет в разработках и применении микропроцессоров на рынке компьютеров.
Вычислительные машины пятого поколения
Если говорить о перспективах — то это, безусловно, развитие и внедрение новейших технологий: сверхбольших интегральных схем, магнитно-оптических элементов, даже элементов искусственного разума.
Самообучаемые электронные системы — вот обозримое будущее, называемое пятым поколением в развитии компьютеров.
Человек стремится стереть барьер в общении с компьютером. Очень долго и, к сожалению, неудачно работала над этим Япония, но это уже тема совершенно другой статьи. На данный момент все проекты находятся только в разработке, но с современными темпами развития – это недалекое будущее. Настоящее время – время, когда вершится история!
Читайте также:
- CASE-технология создания информационных систем.
- I. История изучения вопроса.
- I. Подготовка, принятие и источники уложения. Причины создания Соборного Уложения
- I. Предмет и история развития.
- II. По этапам создания
- V Геологическая и геохимическая история земли
- А. Эйнштейна, что история науки – это не драма людей, а драма идей.
- Аналогичные процессы создания и использования агрокалендарей наблюдаются и в других раннеземледельческих обществах во всех регионах Земли.
- Апаратні засоби персонального комп’ютера. Мультимедійне та комунікаційне обладнання
- Аппаратное обеспечение компьютера
- Аппаратное обеспечение персонального компьютера (Hardware)
- Архитектура компьютера
Персональные компьютеры – первые в истории вычислительной техники электронно-вычислительные машины, предназначенные для индивидуального использования. Появление таких машин стало возможным благодаря совершенствованию технологий для производства транзисторов в конце 50-х годов и разработке начале 60-х годов относительно компактных внешних устройств для компьютеров, что позволило фирме Digital Eguipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8. Стоимость этого компьютера приближалась к 20 тысячам долларов, а его размеры к размерам холодильника. В 1968г. фирма Burroughs совместно с фирмой Intel выпустили первый персональный компьютер на интегральных схемах.
В 1970 году появился первый микропроцессор Intel-4004, а затем и более совершенный Intel-8080.
Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) – ведущей компании по производству больших ЭВМ.
Недооценивая важность рынка персональных компьютеров, руководство фирмы рассматривало создание такого компьютера, как мелкий эксперимент и предоставила большую свободу подразделению, ответственному за данный проект.
Так как на данный проект практически не было выделено денежных средств, разработчики использовали блоки, изготовленные другими фирмами. Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088, что позволило работать с 1 Мбайтом памяти, в то время как все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами.
Программное обеспечение было разработано маленькой фирмой Microsoft.
В результате такого эксперимента в августе 1981 года был выпущен первый компьютер под названием IBM-PC, который стал стандартом персонального компьютера. Сейчас компьютеры этой фирмы и совместимые с IBM составляют около 90% всех производимых персональных компьютеров в мире. Конечно у IBM-PC были конкуренты.
Одним из конкурентов ПК были компьютеры Apple фирмы Macintosh. Уже через 4 года, 23 июля 1985 года появился первый в мире мультимедийный персональный компьютер Amiga корпорации Commodore, ставшие самыми популярными и продаваемыми вплоть до 1995 года.
В 1995 году произошло два ключевых события в истории ПК: банкротство корпорации Commodore и появление Microsoft Windows 95, приблизившей PC-совместимые компьютеры к тем возможностям, которые существовали на Commodore Amiga и Apple Macintosh. Cегодня возможности мультимедиа доступны в каждом доме, и на любой аппаратной платформе.
Если бы IBM-PC был сделан так же, как другие, существовавшие во время его появления, компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже забыли о нем.
В IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использование новых устройств благодаря открытой архитектуре, которая обеспечивала его сборку из независимо изготовленных частей.
Персональные компьютеры (ПК) IBM конструктивно выполняются в настольном варианте и могут модульно расширяться по желанию пользователя. Это достигается благодаря выработанному стандарту на устройства ПК, называемому форм-фактором. Форм-фактор обеспечивает совместимость различных устройств ПК в пределах своего поколения, причем, модули различных производителей полностью взаимозаменяемы.
Итак, существуют стандарты на все комплектующие персонального компьютера, что поможет из морально устаревшего компьютера, заменив и добавив отдельные модули, сделать современный компьютер. Эта операция называется апгрейт.
Следует отметить, что апгрейт возможен только в пределах одной конструкции – поколения ПК. Это конструкция была характерна для определенного периода совершенствования и развития ПК и имела свой форм-фактор.
Так, нецелесообразно делать апгрет большинства модулей ПК, произведенного в 2000 году, чтобы получить компьютер, характеристики комплектующих которого соответствуют 2008 году.
2.2. Состав персонального компьютера
Персональные компьютеры могут быть переносными и стационарными (Рис. 1). Стационарный персональный компьютер включает в свой состав системный блок, видеомонитор, клавиатуру, печатающее устройство и другие виды периферийных устройств.
Рис. 4. Классификация персональных компьютеров
2.2.1. Системный блок
Основная часть ПК – системный блок. Главные устройства системного блока расположены или подключены через специальные разъемы- слоты к материнской плате (motherboard). (Рис. 2). К этим устройствам можно отнести микропроцессор, внутренние и внешние запоминающие устройства, BIOS, карты расширения – контроллеры и др.
Рис.5. Системный блок и материнская плата
Все устройства системного блока подключены к блоку питания, который получает энергию от электросети, запитывает материнскую плату и дисководы, а также содержит главный сетевой переключатель.
По положению корпуса разбиваются на 2 основных класса:
- Tower (башня) — вертикальное;
- Desktop (на столе) — горизонтальное.
Классификация материнских плат по форм-фактору
Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для ПК, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, посадочное место (сокета) центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания и системного блока соответствующих размеров.
· Устаревшими считаются: Baby-AT; Mini-ATX; AT; LPX.
Устаревшие материнские платы обеспечили хороший дизайн и стандартизацию устанавливаемых на них модулей и разъемов.
· Современными считаются: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX.
В современных материнских платах решены вопросы эффективности охлаждения элементов, легкого доступа к памяти и процессору для апгрейта и др., но возникла необходимость мощных блоков питания и относительно больших корпусов.
· Внедряемыми считаются: Mini-ITX и Nano ITX; Pico-ITX; BTX.
Сегодня людям уже не так нужны громоздкие и быстрые решения – на первое место выходит миниатюризация и снижение шума. Многие пользователи используют ПК для прослушивания музыки, просмотра телепередач, игровых приставок, поэтому фактор снижения шума стал актуальным. Поэтому индустрия меняется, отражая желания пользователя, и скоро компьютеры перестанут быть высокими невзрачными коробками.
Недолго осталось ждать появления ПК "все в одном". Эти ПК смогут удовлетворить потребности любого пользователя, который желает проигрывать DVD, записывать одну или несколько телевизионных программ одновременно, передавать мультимедиа поток по домашней сети на ноутбук или проектор, скачивать видео и музыку с Интернета, дистанционно управлять всем этим хозяйством с любого устройства и т.д. Возможности воистину огромны. Для этого необходимы новые электронные и конструкторские решения, новые форм-факторы.
Процессор(микропроцессор)
Элементарные математические и логические операции со скоростью в несколько сотен миллионов или миллиардов операций в секунду выполняет центральный процессор или микропроцессор – небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема.
В основу работы процессоров положен циклической процесс последовательной обработки информации, изобретённый фон Нейманом еще в 1946 г. Циклический процесс состоит в следующем:
Процессор из регистра счетчика команд передает в память команду считывания из определенной ячейки памяти на шину данных, затем полученное число с шины данных процессор переводит в команду и исполняет ее, при этом в регистре формируется адрес следующей команды считывания. Этот цикл состоит из 5 этапов и называется процессом, отсюда название устройства – процессор.
Скорость перехода от одного этапа процесса к другому определяется тактовым генератором, который вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.
Следует отметить, что микропроцессоры имеют свои поколения, характерные для определенного временного периода развития ПК. Микропроцессоры в основном разрабатывались конкурирующими фирмами INTEL и AMD. Первые назывались Pentium и обозначались P1, P2, P3, P4. Цифра обозначала поколение процессора. Процессоры AMD так же обозначаются буквой и цифрой, например, K5, K6, K7 и т.д. Процессор К5 стал первым микропроцессором, составившим конкуренцию Pentium. Микропроцессоры AMD дешевле Pentium, но первое время имели существенный недостаток, связанный с риском перегрева.
Сейчас обосновать предпочтения той или иной фирме достаточно сложно. Многие пользователи считают, что микропроцессоры AMD не хуже процессоров INTEL. Основным критерием выбора современного микропроцессора, является разумное соответствие его характеристик условиям эксплуатации во взаимодействии с другими устройствами и целям, ради которых он устанавливается на ПК.
Рассмотрим основные характеристики микропроцессоров.
Тактовая частота. Чем больше частота, тем быстрее работает ПК. Каждый процессор рассчитан на работу с одной частотой. При этом теоретически недопустимо запускать процессор на большей тактовой частоте из-за угрозы возникновения перегрева.
Частота работы самого процессора называется внутренней тактовой частотой, которая существует лишь внутри процессора. Весь обмен данными с материнской платой и другими устройствами осуществляется на внешней тактовой частоте.
При обозначении названия процессора, например Intel Pentium 3.3 Ггц – цифры 3.3 у фирмы INTEL означают внутреннюю частоту.
Рис. 7. Современные процессоры
Производительность. Производительность процессора зависит не только от частоты, но и от наличия модуля с плавающей точкой. На персональных компьютерах первых поколений совместно с основным процессором на материнскую плату устанавливался математический сопроцессор. Сам процессор работал только с целочисленной математикой. Без сопроцессора работа компьютера с дробными числами была очень медленной.
Однако для работы с текстами достаточна целочисленная производительность. Таким образом, эта характеристика важна для компьютеров, которые используются в научных расчетах, сложной графике.
На производительность влияет внутренняя память процессора – кэш память первого уровня. Эта память нужна для временного хранения команд, используемых самим процессором. Кэш память недоступна для пользователя, отсюда и название, которое в переводе с английского означает «тайник».
Существует кэш память второго уровня, которая устанавливается на материнской плате. Это более объемная, но и более медленная память. Скорость работы такой памяти в два раза меньше кэш первого уровня.
Для повышения производительности компьютера кэш память второго уровня встраивают в микропроцессор (впервые на процессоре Pentium Pro). На современных процессорах кэш память второго уровня составляет более 512 Кб, что делает производительность компьютера весьма внушительной.
Для существенного повышения производительности стали применять двухядерные или многоядерные процессоры, которые значительно дешевле своих сравниваемых по производительности одноядерных процессоров.
Таким образом, развитие технологии создания процессоров идет по двум направлениям: одноядерные и многоядерные процессоры. Оба направления оправданы. Такие программы как игры и офисные программы, слабо оптимизированы под многопоточное выполнение, свойственное многоядерным процессорам, поэтому этим компьютерам нужны обычные процессоры. Многоядерные процессоры оправданы там, где идет работа с видео, аудио, моделированием, конструированием.
Надежность.Эта характеристика определяет как долго будет работать процессор в экстремальных условиях. Как известно, работающий процессор выделяет тепло, которое отводится радиатором и вентилятором – кулером. Чем больше тактовая частота, тем больше тепла необходимо отвести от процессора. Что произойдет если кулер просто отвалится?
Процессоры третьего поколения, например, как Intel Pentium 3, выходили из строя при перегреве, а Athlon 1200 (AMD) мог физически сгореть, если снять с него кулер. Для этого на системы охлаждения процессора ставят термодиоды для измерения температуры чипа, которые реагируют на повышение температуры своевременным отключением процессора.
Ситуация с появлением Pentium 4 улучшилась, поскольку этот процессор мог понижать тактовую частоту, чтобы снизить тепловыделение в случае, если кулер сломался или отпал.
Основные фирмы, производящие процессоры, AMD и Intel публикуют детальную информацию о диапазонах рабочих температур своих процессоров. Обе компании указывают на температуру корпуса процессора, которая обычно измеряется посередине распределителя тепла.
Дата добавления: 2014-01-15 ; Просмотров: 2189 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
История возникновения и развития вычислительной техники уходит корнями в глубь веков, к тем временам, когда наши далекие предки начали вести товарно-денежные взаимоотношения. Тогда им и потребовался какой-либо инструмент для ведения вычислений. К сожалению, кратко эту тему разобрать не получится, поэтому будет большая статья.
Слово «компьютер» означает «вычислитель», т. е. устройство для вычислений. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т. д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использоваться счеты. Первая настоящая счетная машина появилась лишь в 1642 г. Её изобрел французский математик Паскаль.
Построенная на основе зубчатых колёс, она могла суммировать десятичные числа. В 1673 г. немецкий математик Лейбниц изобрел машину, которая выполняла все четыре арифметические действия. Она стала прототипом арифмометров, использовавшихся с 1820 г. до 60-х годов ХХ века. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб.
Существовала и специальная профессия — счетчик — человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно — даже десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и месяцев. Причина проста — при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.
Первая идея программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройства управления, ввода и печати (хотя и использующей десятичную систему счисления), была выдвинута в 1822 г. английским математиком Бэббиджем. Его проект опережал технические возможности своего времени и не был реализован.
Английский математик попытался построить универсальное вычислительное устройство — аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий), и иметь память для запоминания данных и промежуточных результатов. Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию аналитической машины — она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако он разработал все основные идеи, и в 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX в. — электромеханических реле — смог построить на одном из предприятий фирмы «IBM» такую машину под названием «Марк-1». Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.
Лишь в 40-х годах ХХ века удалось создать программируемую счетную машину, причем на основе электромеханических реле, которые могут пребывать в одном из двух устойчивых состояний: «включено» и «выключено». Это технически проще, чем пытаться реализовать десять различных состояний, опирающихся на обработку информации на основе десятичной, а не двоичной системы счисления. Во второй половине 40-х годов появились первые электронно-вычислительные машины, элементной базой которых были электронные лампы.
С появлением в 80-х годах первых персональных компьютеров, темпы развития резко возросли. Практически каждый день появляются новые разработки, и ПК становится все более доступен и все более необходим. В настоящее время нет ни одной сферы деятельности, где не использовались бы компьютеры.
К началу XX века времени потребность в автоматизации вычислений, особенно для военных нужд — баллистики, криптографии стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных Эйкеном и Цузе одновременно работало несколько групп исследователей.
В 1943 г. группа американских специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная «ENIAC», работала в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1», однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Для упрощения процесса задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине.
Этот доклад стал всемирно известным, так как в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но они соответствуют тем принципам, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.
Для того чтобы быть универсальным и эффективным устройством обработки информации, компьютер должен иметь следующие устройства:
- арифметически-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
- устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
- запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
- внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Связи между устройствами компьютера показаны на рис. 1.
- Одинарные линии показывают управляющие связи, двойные — информационные.
- Работа компьютера
- Работу компьютера можно описать следующим образом.
- Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа.
Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.
После выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой.
Но такой порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления. Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился пуль и т. д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз, т. е. организовывать циклы, выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т. д., т. е. создавать сложные программы.
Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Так как внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.
При этом следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от сформулированной фон Нейманом. В частности, арифметически-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера, — прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее, большинство современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным еще в 1945 г.
Кодировка информации
ЭВМ сама по себе не воспринимает информацию как люди. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме, то есть в двоичной системе — есть сигнал, нет сигнала. Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц. Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом их устройство получается значительно более простым. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной десятичной форме — все необходимые преобразования могут выполнить программы, работающие на компьютере.
Вся другая информация для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации. После этого результат можно преобразовать обратно в форму, воспринимаемую человеком.
Единицей информации в компьютере является один бит, т. е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Как правило, команды компьютеров работают не с отдельными битами, а с восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = 28). Более крупными единицами информации являются килобайт (сокращенно обозначаемый Кбайт), равный 1024 байтам (1024 = 210), и мегабайт (сокращенно обозначаемый Мбайт), равный 1024 Кбайтам.
На компьютере можно обрабатывать и текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся соответствующие изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.
Языки программирования
Программы для первых компьютеров приходилось писать на машинном языке, т. е. в кодах, непосредственно воспринимаемых компьютером. Это было очень тяжелой, малопроизводительной и кропотливой работой, в ходе которой можно было весьма легко ошибиться. Для облегчения процесса программирования в начале 50-х годов были разработаны системы, позволяющие писать программы не на машинном языке, а с использованием мнемонических обозначений машинных команд, имен точек программы и т. д. Такой язык для написания программ называется автокодом, или языком ассемблера.
Программы на ассемблере очень просто переводятся в машинные команды, это делается с помощью специальной программы, которая также называется ассемблером. Ассемблер и сейчас часто используется при программировании в тех случаях, когда требуется достичь максимального быстродействия и минимального размера программ либо наиболее полно учесть в программе особенности компьютера.
Однако написание программ на языке ассемблера все же весьма трудоемко. Для этого программист должен очень хорошо знать систему команд соответствующего компьютера, а в ходе работы ему приходится бороться не столько со сложностями решаемой задачи, сколько с переводом необходимых в задаче действий в машинные команды. Поэтому и после появления ассемблеров многие исследователи продолжали попытки облегчить процесс программирования, «научив» компьютеры понимать более удобные для человека языки составления программ. Такие языки стали называть языками программирования высокого уровня, а языки ассемблера и другие машинно-ориентированные «языки — языками низкого уровня. Программы на языках высокого уровня либо преобразуются в программы, состоящие из машинных команд (это делается с помощью специальных программ, называемых трансляторами или компиляторами), либо интерпретируются с помощью программ-интерпретаторов.
Языки высокого уровня позволили значительно упростить процесс написания программ, так как они ориентированы на удобство описания решаемых с их помощью задач, а не на особенности какого-то конкретного компьютера. Разумеется, для каждой программы на язык высокого уровня искусный программист может написать на языке ассемблера более компактную и быстродействующую программу для выполнения тех же функций, однако эта работа является весьма трудоемкой, поэтому она имеет смысл только в особых случаях.
Первый коммерчески используемый язык программирования высокого уровня Фортран был разработан в 1958 г. в фирме «IBM» под руководством Джона Бэкуса. Этот язык был предназначен, прежде всего, для научных вычислений, и он (в усовершенствованном варианте) до сих пор широко используется в данной области. Для других применений было разработано множество различных языков высокого уровня, но широкое распространение получили лишь немногие из них, в частности Си и Си++, Паскаль, Бейсик, Фортран, и другие. С появлением и развитием Интернета стал популярен html, Java и прочие средства, позволяющие работать с документами в электронном виде.
История развития персональных компьютеров
В 40-е и 50-е года компьютеры представляли собой очень большие устройства. Для одного компьютера требовалась комната внушительных размеров, заставленная шкафами с электронным оборудованием. Компьютеры работали на электронных лампах, которые были больших размеров и к тому же немало стоили. В те времена компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям.
С изобретением в 1948 г. транзисторов — миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы, стало возможно уменьшение габаритов. А с тех пор, как в середине 50-х годов были найдены очень дешевые способы производства транзисторов, появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности. Единственная часть компьютера, где транзисторы не смогли заменить электронные лампы, — это блоки памяти, но там вместо ламп стали использовать изобретенные к тому времени схемы памяти на магнитных сердечниках.
В середине 60-х годов появились и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме «Digital Equipment» выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер «PDP-8».
Интегральные микросхемы
Но производство транзисторов было очень трудоемким процессом. Они изготовлялись по отдельности, и при сборке схем их приходилось соединять и спаивать вручную. В 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Такие электронные схемы стали называться интегральными схемами или чипами.
Изобретение интегральных схем стало главным шагом на пути к миниатюризации компьютеров. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. В 1968 г. фирма был выпущен первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма «Intel» начала продавать интегральные схемы памяти.
Тогда же был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру — Маршиан Эдвард Хофф сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор «Intel-4004», который был выпущен в продажу в конце 1970 г. Конечно, возможности «Intel-4004» были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации. Но он продолжал совершенствоваться, и в 1973 г. фирма Intel уже выпустила 8-битовый микропроцессор «Intel-8008», а в 1974 г. — его усовершенствованную версию «Intel-8080», которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.
Первоначально эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах. Но в 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора «Intel-8008» компьютера, т. е. устройства, выполняющего те же функции, что и большая ЭВМ. В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый компьютер «Альтаир-8800», построенный на основе микропроцессора «Intel-8080». Несмотря на такие недостатки, как маленькая оперативная память (всего 256 байт), отсутствие клавиатуры и экрана, его появление было встречено с большим энтузиазмом. В первые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели снабжали его дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т. д. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами.
В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это облегчило обращение с компьютером и стало еще одной вехой на пути к популярности ПК.
Многие фирмы занялись производством персональных компьютеров. Стали издаваться периодические издания, посвященные вычислительным машинам. ПК стали продаваться с клавиатурой и монитором, спрос на них составил сотни тысяч штук в год. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых применений. Появились и коммерчески распространяемые программы, например, в 1978 г. появилась программа для редактирования текстов «WordStar».
С помощью таких программ стало возможно значительно эффективнее выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т. д. В результате оказалось, что для многих организаций необходимые им расчеты стало возможно выполнять не на больших ЭВМ или мини-ЭВМ, а на персональных компьютерах, что делало ПК выгодным и быстро окупаемым вложением капитала, так как они были значительно дешевле.
IBM PC
Рост спроса на персональные компьютеры к концу 70-х годов привел к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы «IBM» («International Business Machines Corporation») — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма «IBM» решила попробовать выпустить персональный компьютер.
Руководство фирмы не рассматривало это как серьезный проект, а всего лишь как мелкий эксперимент, нечто вроде одной из десятков по созданию нового оборудования. Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы позволило подразделению, ответственному за данный проект, не конструировать персональный компьютер с нуля, а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.
В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор «Intel-8088». Его использование позволило увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, в отличие от всех имевшиеся тогда компьютеров, которые были ограничены 64 Кбайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме «Microsoft».
В августе 1981 г. новый компьютер под названием «IBM PC» был официально представлен широкой публике. Проблема состояла в том, что рынок потребителей настольных компьютеров отличался большим диапазоном запросов, и производство первых «IBM PC» не давало никакой уверенности в том, что компьютеры кто-то купит.
К удивлению многих, в том числе и самой фирмы «IBM», люди покупали компьютеры. Покупали представители малого бизнеса и огромные корпорации. PC продавались так быстро, что «IBM» не могла просто произвести требуемое количество. Через один – два года компьютер «IBM PC» занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров. Фактически «IBM PC» стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры («совместимые с IBM PC») составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.
РС стали пользоваться огромным успехом и были очень мощными компьютерами того времени. Логические и практические разработки, используемые в машине, установили стандарт для молодой индустрии. Дюжины производителей, начиная от отдельных лиц и кончая огромными корпорациями с многомиллиардным оборотом, создавали свои собственные версии PC, стараясь, чтобы их продукт по возможности был более совместим с оригиналом «IBM».
Со времени появления первого компьютера прошло совсем немного времени — чуть больше 20 лет, а компьютерная индустрия развилась и стала одной из основных отраслей экономики многих стран. Невозможно представить современную жизнь без компьютера. Он служит для множества целей — начиная с воспитания и обучения детей и заканчивая контролем над важнейшими военными объектами. Трудно переоценить роль, которую играет ЭВМ в нашей жизни. Компьютерные разработки ведутся и по сей день, и постоянно появляются новинки, которые позволяют усовершенствовать электронный мозг.
Фигурнов В. Э., IBM PC для пользователя. М.: Инфра-М, 1995.
Гук М. Аппаратные средства IBM PC. СПб.: Питер, 1997.
