Історія виникнення ЕОМ

1946 року групою інженерів  під керівництвом Джона Моучлі  та Дж. Преспера Еккерта на  замовлення військового відомства  США було створено машину ЕНІАК,  яка була здатна виконувати  близько 3 тисяч операцій за секунду. За розмірами ЕНІАК був більшим за Марк 1: понад 30 метрів завдовжки, його об'єм становив 85 м³. Важив ЕНІАК 30 тонн. Замість тисяч механічних деталей Марка 1, в ЕНІАКу було використано 18 тисяч електронних ламп.

Суттєвий внесок у  створення ЕОМ зробив американський математик Джон фон Нейман, що брав участь у створенні ЕНІАКа. Фон Нейман запропонував ідею зберігання програми в пам'яті машини. Такі ЕОМ були значним кроком уперед на шляху створення більш досконалих машин. Вони були здатні обробляти команди в різному порядку.

Перша ЕОМ, яка зберігала  програми у пам'яті, дістала назву  ЕДСАК (Electronic Delay Storage Automatic Calculator — електронний  калькулятор з пам'яттю на лініях затримки). Вона була створена в Кембриджському університеті (Англія) 1949 року. З того часу всі ЕОМ є комп'ютерами з програмами, які зберігаються у пам'яті.

1951 року в Києві  під керівництвом С. Лєбєдєва  незалежно було створено МЕОМ (Мала Електрична Обчислювальна  Машина). 1952 року ним же було  створено ШЕОМ (Швидкодіюча Електрична Обчислювальна Машина), яка була на той час кращою в світі та могла виконувати близько 8 тисяч операцій за секунду.

1951 року компанія Джона  Моучлі та Дж. Преспера Еккерта  створила машину UNIVAC (Universal Automatic Computer — універсальна автоматична обчислювальна машина). Перший екземпляр ЮНІВАКа було передано в Бюро перепису населення США. Потім було створено багато різних моделей ЮНІВАКа, які почали застосовуватися у різних сферах діяльності. Таким чином, ЮНІВАК став першим серійним комп'ютером. Крім того, це був перший комп'ютер, в якому замість перфострічок та карток було використано магнітну стрічку.

Перша ЕОМ точніше  її винахід належить німецькому студенту Кондраду Цузе. Він створив цифрову  обчислювальну машину з програмним управлінням та з використанням двійкової системи числення. 1937 року машина 21 (Цузе 1) запрацювала. Вона була 22-розрядною, з пам'яттю на 64 числа і працювала на суто механічній базі [10, с. 8].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Покоління  обчислювальної техніки

Перше покоління комп'ютерів

Такі комп'ютери, як ЕНІАК, ЕДСАК, ШЕОМ та ЮНІВАК, являли собою. лише перші моделі ЕОМ. Упродовж десятиріччя  після створення ЮНІВАКа було виготовлено та введено в експлуатацію в США близько 5000 комп'ютерів. [10, с. 11].

Гігантські машини на електронних лампах 50-х років склали перше покоління комп'ютерів. (мал. 1.7, та 1.8)

Мал. 1.7.

Мал. 1.8

Z1 — обчислювальний  пристрій, створений в 1938 році, німецьким  інженером Конрадом Цузе. Це двійкова  обчислювальна машина з введенням  даних за допомогою клавіатури, в десятковій системі числення у вигляді чисел з плаваючою комою. Головною відмінністю від відомішої обчислювальної машини Z3 (1941 рік) була відсутність обчислення квадратного кореня.

Звільнившись в 1936 році з роботи на авіаційній фабриці Хейнкеля, Цузе протягом двох років на власні засоби і гроші, зайняті у друзів, виконував розробку і збірку спроектованого ним пристрою. Закінчена машина розміщувалася на декількох зрушених разом столах у вітальні рідної домівки і займала близько 4 м її площі. Вага пристрою досягала 500 кг.

Z1 був двійковим механічним  обчислювачем з електричним приводом  і обмеженою можливістю програмування.  Вводилися і виводилися дані  в десятковій системі, у вигляді  чисел з плаваючою комою. Введення  команд і даних здійснювалося  за допомогою клавіатури, зробленої на основі машинки, що пише, а вивід, — за допомогою маленької лампочной панелі. Пам'ять обчислювача організовувалася за допомогою конденсатора скла, що чергує шари, і металеві пластини. Така конструкція дозволяла зберігати 6422-бітових речових числа, кожне з яких складалося з 14-бітової мантиси і 8 біт, що відводилися під знак і порядок. У тому ж 1936 року це унікальне рішення було запатентоване Конрадом Цузе. Процесор мав 222-бітових регістра. Тактова частота складала 1 Гц, швидкодія — в середньому 1 множення за 5 сек. Машина була забезпечена пристроєм читання перфокарт і приводилася в рух мотором потужністю в 1 кіловат [10, с. 12].

Множення і ділення  виконувалися за допомогою тієї ж  процедури повторних складань і  віднімань, яку використовував ще Блез Паскаль в конструкції своєї машини, що підсумовує. Прочитувані інструкції програми тут же виконувалися, не завантажуючись в пам'ять.

Z1 працював ненадійно  із-за недостатньої точності виконання  складових частин. Для виконання  розрахунків в практичному вживанні машина не використовувалася. Проте, Цузе був задоволений роботою свого дітища. Саме на основі Z1 їм були надалі розроблені інші програмовані машини Z2, Z3, Z4 і так далі.

В ході бомбардувань Берліна  в роки Другої світової війни оригінальна машина разом зі всією документацією була знищена. У 1987—1989 роках Цузе відтворив Z1. Закінчена модель налічувала 30 тисяч компонентів, коштувала 800 тисяч німецьких марок і зажадала для своєї збірки праці 4-х ентузіастів (включаючи самого Цузе). Фінансування проекту забезпечувалося компанією Siemens поряд з п'ятьма іншими компаніями. [6]

Z2 — вдосконалена версія  програмованого обчислювача Z1, створеного  німецьким інженером Конрадом  Цузе. Машина була закінчена в  1939 році. На відміну від свого попередника, в Z2 для введення даних вперше була використана перфорована стрічка, роль якої виконувала 35 міліметрова фотоплівка. Цузе також зумів добитися збільшення надійності обчислювача, замінивши механічні перемикачі на телефонні реле. Обчислювачі Z1 і Z2 стали прелюдією до створення Цузе в 1941 році першої програмованої обчислювальної машини Z3 [11, с. 31].

Z3 — програмована обчислювальна  машина, що володіє всіма властивостями  сучасного комп'ютера. Створена  німецьким інженером Конрадом  Цузе і представлена увазі науковій громадськості 12 травня 1941 року. Сьогодні багато хто вважає його першим реально діючим програмованим комп'ютером, хоча головною відмінністю від першої машини Цузе Z1 (1938) було можливість обчислення квадратного кореня. Машина була двійковим обчислювачем з обмеженим програмуванням, виконаним на основі телефонних реле. На таких же реле було реалізовано і пристрій зберігання даних. Їх загальна кількість складала близько 2200. Порядок обчислень можна було вибрати заздалегідь, проте умовні переходи і цикли були відсутні. Тактова частота Z3 складала 5,33 Гц. Z3 була створена Цузе на основі його перших обчислювачів Z1 і Z2. У свою чергу, вона послужила основою створення досконалішого комп'ютера Z4. У 1942 році, разом з австрійським інженером-електриком Хельмутом Шрайером, Цузе запропонував створити на базі Z3 комп'ютер нового типа, замінивши телефонні реле вакуумними електронними лампами, що повинне було сильно підвищити надійність і швидкодію машини. Передбачалося, що новий комп'ютер можна буде використовувати для криптографії і розшифровки закодованих повідомлень. Проте, у зв'язку із забороною на довготривалі наукові розробки в роки війни, пропозицію інженерів відхилювали. Через деякий час в інших країнах також з'явилися перші обчислювальні машини. Це були комп'ютери "Марк I", "Колос" і "ЕНІАК". У той час, оригінальна машина Конрада Цузе займала значно менше місця і коштувала набагато дешевше, ніж створений двома роками пізніше американський комп'ютер "Марк I". Z3 використовувався для розрахунків, пов'язаних з конструюванням літаків і керованих ракет німецьким дослідницьким інститутом аеродинаміки (Aerodynamische Versuchsanstalt). Єдиний зразок комп'ютера разом з іншими ранніми розробками Цузе був знищений під час нальоту союзницької авіації в 1945 році. У 1960 році компанією Zuse KG була виконана реконструкція Z3. У 1967 році ця модель була виставлена і привернула велику увагу відвідувачів монреальської виставки, а в сьогодення вона розміщена в експозиції "Німецького музею" в Мюнхені (Німеччина). Z4 — обчислювальна машина німецького інженера Конрада Цузе, створена їм на основі досвіду розробки першого програмованого комп'ютера Z3. Цузе почав створювати Z4 в кінці Другої світової війни. Його лабораторія, разом з більшою частиною розробленого устаткування, загинула при нальоті авіації союзників [11, с. 32].

Проте, майже закінчений Z4 уцілів. Ледве раніше він був  відправлений з Берліна до Геттінген, а потім занурений на підводу  і перевезений Цузе в безпечне місце в баварському селі Хинтерштейн (Hinterstein). Комп'ютер був захований в підвалі будинку і прихований під назвою "Versuchsmodel 4" (V4), що переводиться як "пробна модель № 4".

Із-за асоціації абревіатури V4 з назвами ракет V1 (Фау-1) і V2 (Фау-2), що знайшли їх британські і американські військові були здивовані тим, що вселяє страх V4 виявилася всього лише скупченням механічних деталей і частин.

Після закінчення війни  Цузе продовжив виготовлення комп'ютера. Z4 був закінчений у вересні 1950 року, після чого він був куплений Швейцарським федеральним інститутом технологій (ETH, Цюріх). У той час це була єдина працююча обчислювальна машина в континентальній Європі. Z4 став також першим комп'ютером в світі, який був проданий. У цьому він на п'ять місяців випередив англійський "Марк I" і на десять - американський UNIVAC.

Комп'ютер експлуатувався в ETH до 1955 року, після чого був переданий  у Французький аеродинамічний науково-дослідний  інститут недалеко від Базеля, де працював до 1960 року. У роки війни для роботи з комп'ютером Z4 Цузе розробив також першу в світі високорівневу мову програмування - Планкалкюль (план числення).

До першого покоління  радянських комп'ютерів відносяться  лампові ЕОМ - "БЕСМ-2", "Стріла", "М-2", "М-3", "Мінськ", "Урал-1", "Урал-2", "М-20". [11]

Друге покоління комп'ютерів

Друге покоління комп'ютерів з'явилося на початку 60-х років, коли на зміну електронним лампам прийшли  транзистори. Винайдені 1948 р. Транзистори, як виявилось, були спроможні виконувати всі ті функції, які до цього часу виконували електронні лампи. Але при цьому вони були значно менші за розмірами та споживали набагато менше електроенергії. До того ж транзистори дешевші, випромінюють менше тепла та більш надійні, ніж електронні лампи. І все ж таки найдивовижнішою властивістю транзистора є те, що він один здатен виконувати функції 40 електронних ламп та ще й з більшою швидкістю, ніж вони. В результаті швидкодія машин другого покоління виросла приблизно в 10 разів порівняно з машинами першого покоління, обсяг їх пам'яті також збільшився. Водночас із процесом заміни електронних ламп транзисторами вдосконалювалися методи зберігання інформації. Магнітну стрічку, що вперше було використано в ЕОМ ЮНІВАК, почали використовувати як для введення, так і для виведення інформації. А в середині 60-х років набуло поширенне зберігання інформації на дисках. (мал. 1.9)

Мал. 1.9

У 1964 році фірма IBM оголосила  про створення шести моделей  сімейства IBM 360 (System 360), що стали першими  комп'ютерами третього покоління. Моделі мали єдину систему команд і відрізнялися один від одного об'ємом оперативної пам'яті і продуктивністю. При створенні моделей сімейства використовувалися ряд нових принципів, що робило машини універсальними і дозволяло з однаковою ефективністю застосовувати їх як для вирішення завдань в різних галузях науки і техніки, так і для обробки даних у сфері управління і бізнесу. IBM System/360 (S/360) — це сімейство універсальних комп'ютерів класу мейнфреймов. Подальшим розвитком IBM/360 сталі системи 370, 390, z9 і zSeries. У СРСР IBM/360 була клонована під назвою ЄС ЕОМ. Вони були програмно сумісні зі своїми американськими прообразами. Це давало можливість використовувати західне програмне забезпечення в умовах нерозвиненості вітчизняної "індустрії програмування".

До другого покоління  радянських комп'ютерів відносяться напівпровідникові малі ЕВМ "Наїрі" і "Мир", середні ЕОМ для наукових розрахунків і обробки інформації із швидкістю530 тисяч операцій в секунду "Мінськ-2", "Мінськ-22", "Мінськ-32", "Урал-14", "Раздан-2", "Раздан-3", "БЕСМ-4", "М-220" і ЕОМ, що управляють, "Дніпро", "ВНІЇЕМ-3", а також надшвидкодіюча БЕСМ-6 з продуктивністю 1 млн операцій в секунду [8].

Третє покоління  комп'ютерів

Поява інтегрованих схем започаткувала новий етап розвитку обчислювальної техніки - народження машин  третього покоління. Інтегрована схема, яку також називають кристалом, являє собою мініатюрну електронну схему, витравлену на поверхні кремнієвого кристала площею приблизно 10 мм². Перші інтегровані схеми (ІС) з'явилися 1964 року. (мал. 1.10).

Мал. 1.10

Поява інтегрованих схем означала справжню революцію в обчислювальній техніці. Одна така схема здатна замінити тисячі транзисторів, кожний з яких у свою чергу уже замінив 40 електронних ламп. Інакше кажучи, один крихітний, але складний кристал має такі ж самі обчислювальні можливості, як і 30-тонний ЕНІАК!

Швидкодія ЕОМ третього покоління збільшилася приблизно  в 100 разів порівняно з машинами другого покоління, а розміри  набагато зменшилися. (мал.1.11)

Мал. 1.11

Комп'ютери третього покоління  на інтегральних мікросхемах з'явилися в СРСР в другій половині 1960-х років. Були розроблені Єдина Система ЕОМ (ЄС ЕОМ) і Система Малих ЕОМ (СМ ЕОМ) і організовано їх серійне виробництво. Як вже указувалося вище, ця система була клоном американської системи IBM/360 [7, с. 49].