Історія розвитку комп'ютерної техніки відзначається безперервним прогресом від примітивних механічних обчислювальних пристроїв до складних електронних систем, що стали невід'ємною частиною сучасного життя. Вона охоплює кілька ключових етапів, кожен з яких приніс нові технології та інновації.
1.1 Ручні та механічні засоби обчислень раннього періоду
Серед перших пристроїв для полегшення обчислень можна виділити спеціальну дошку, відому як абак, що використовувалася вже у V-IV ст. до н.е. Обчислення на абаці проводилися шляхом переміщення кісток або камінців в поглибленнях дошки, виготовленої з бронзи, каменю, слонової кістки тощо. В Греції абак був відомий вже в V ст. до н.е., у Японії його називали «серобаян», а в Китаї - «суанпан». В Древній Русі для рахунків використовувався пристрій, схожий на абак, відомий як «російський щот». У XVII ст. цей пристрій набув вигляду звичних російських рахунків.
У 1642 році французький математик і філософ Блез Паскаль створив першу обчислювальну машину, що виконувала операцію додавання, відому як Паскалін. Цей механічний пристрій у вигляді ящика з численними шестернями міг не тільки складати, але й віднімати числа. Значення вводилися за допомогою повороту набірних коліщат, що відповідали цифрам від 0 до 9. Результати відображалися у верхній частині металевого корпусу.
У 1673 році Готфрід Вільгельм Лейбніц створив механічний обчислювальний пристрій, відомий як ступінчастий обчислювач Лейбніца або Колесо Лейбніца. Цей пристрій не лише складав і віднімав числа, а також виконував множення, ділення та обчислював квадратний корінь. Колесо Лейбніца згодом стало основою для масових лічильних приладів, таких як арифмометри.
Англійський математик Чарльз Беббідж розробив пристрій, який не тільки виконував арифметичні операції, але й відразу друкував результати. У 1832 році була виготовлена десятикратно зменшена модель з двох тисяч латунних деталей, що важила три тонни. Ця модель була здатна виконувати арифметичні операції з точністю до шостого знака після коми і обчислювати похідні другого порядку. Ця обчислювальна машина, відома як диференціальна машина, стала прообразом сучасних комп'ютерів.
Російський математик і механік Пафнутій Львович Чебишов створив підсумовуючий апарат з безперервною передачею десятків, досягши автоматизації виконання всіх арифметичних дій. У 1881 році була розроблена приставка до підсумовуючого апарату, що дозволяла виконувати множення і ділення. Принцип безперервної передачі десятків знайшов широке застосування в різних лічильниках і обчислювальних машинах.
Автоматизована обробка даних з’явилася в США наприкінці XIX століття завдяки Герману Холлериту, який створив Табулятор Холлеріта. Цей пристрій використовував перфокарти для зберігання інформації, яку розшифровував електричний струм.
У 1936 році молодий вчений з Кембриджу Алан Тьюринг представив уявний обчислювальний апарат, що існував лише на папері. Його «розумна машина» працювала за певним алгоритмом, і, в залежності від алгоритму, могла виконувати різноманітні обчислювальні завдання. Хоча на той час це були лише теоретичні концепції, ці ідеї стали основою для створення програмованих комп’ютерів, що обробляють дані відповідно до заданих команд.
1.2 Інформаційні революції в історії
В історії людської цивілізації можна виділити кілька ключових інформаційних революцій, що значно вплинули на соціальні структури та відносини завдяки змінам в обробці, збереженні та передачі інформації.
Перша революція відбулася з винаходом писемності, що радикально змінило спосіб передачі знань від одного покоління до іншого. Це дозволило людству зберігати та передавати інформацію в письмовій формі, створюючи базу для подальшого культурного та наукового розвитку.
Друга революція, що відзначилася у середині XVI століття, була спричинена винаходом друкарства. Це нововведення кардинально змінило індустріальне суспільство, вплинуло на культуру та організацію діяльності, забезпечивши масове розповсюдження знань і інформації.
Третя революція відбулася наприкінці XIX століття, коли були відкриті нові можливості завдяки електриці. Виникнення телеграфу, телефону та радіо забезпечило швидку передачу та накопичення інформації у великих обсягах, що суттєво вплинуло на комунікацію та соціальні процеси.
Четверта революція, що розпочалася у 70-х роках XX століття, була пов'язана з появою мікропроцесорної технології та персональних комп'ютерів. Це період характеризується трьома основними інноваціями:
- Перехід від механічних та електричних засобів обробки інформації до електронних технологій.
- Мініатюризація всіх компонентів, пристроїв та систем, що дозволило створити компактні, але потужні комп'ютерні системи.
- Розвиток програмно-керованих пристроїв та процесів, що дало можливість автоматизувати обробку даних і зменшити залежність від людського втручання.
1.3 Історія розвитку комп'ютерної техніки
Потреба в зберіганні, перетворенні та передачі інформації у людей виникла значно раніше, ніж були створені телеграф, перша телефонна станція та електронна обчислювальна машина (ЕОМ). Весь накопичений людством досвід і знання стали основою для розвитку обчислювальної техніки. Історія створення ЕОМ, що є загальною назвою для електронних машин, призначених для обчислень, бере свій початок у далекому минулому та тісно пов'язана з різними аспектами людської діяльності. Від початку цивілізації існували різні форми автоматизації обчислень. Розвиток комп'ютерної техніки триває вже близько п'яти десятиліть, протягом яких змінювались кілька поколінь ЕОМ. Кожне нове покоління відрізнялося новими елементами (електронні лампи, транзистори, інтегральні схеми) та принципово іншими технологіями виготовлення.
Наразі прийнято виділяти такі покоління ЕОМ:
- 1-е покоління (1946 - початок 50-х років): використовувалися електронні лампи. Ці ЕОМ були великих розмірів, споживали багато енергії, мали низьку швидкість і надійність, а програмування здійснювалося в кодах.
- 2-е покоління (кінець 50-х - початок 60-х років): використовували напівпровідникові елементи, що дозволило покращити технічні характеристики. Програмування стало можливим за допомогою алгоритмічних мов.
- 3-е покоління (кінець 60-х - кінець 70-х років): інтегральні схеми і багатошаровий друкований монтаж. Це забезпечило зменшення розмірів ЕОМ, підвищення надійності і продуктивності, а також доступ до віддалених терміналів.
- 4-е покоління (з середини 70-х - кінець 80-х років): мікропроцесори і великі інтегральні схеми. Випуск персональних комп'ютерів став масовим, з'явилися потужні багатопроцесорні системи та дешеві мікроЕОМ.
- 5-е покоління (з середини 80-х років): розпочалася розробка інтелектуальних комп'ютерів, розширилось впровадження комп'ютерних мереж, розподіленої обробки даних та комп'ютерних інформаційних технологій.
Зі зміною поколінь змінювався і характер використання ЕОМ. Спочатку комп'ютери призначалися переважно для обчислювальних завдань, але згодом їх застосування значно розширилося: обробка інформації, автоматизація управлінських і наукових процесів тощо.
1.3.1. Принципи роботи комп'ютерів Конрада Цузе
Ідея створення автоматизованого рахункового апарату належить німецькому інженеру Конраду Цузе, який у 1934 році сформулював основні принципи для майбутніх комп'ютерів:
- Двійкова система числення.
- Використання пристроїв, що працюють за принципом «так/ні» (логічні 1/0).
- Повна автоматизація процесу обчислень.
- Програмне управління обчислювальним процесом.
- Підтримка арифметики з плаваючою комою.
- Велика ємність пам'яті.
Цузе вперше визначив обробку даних як початок з біта, ввів термін «машинне слово» і об'єднав арифметичні та логічні операції, відзначивши, що «елементарна операція комп'ютера - перевірка двох двійкових чисел на рівність, що дає також двійкове число з двома значеннями (так або не так)».
1.3.2. Перше покоління - ЕОМ з електронними лампами
Першими комп'ютерами можна вважати британський Colossus (1943) і американський ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Computer, 1945).
- Colossus I: створений в Англії у 1943 році, використовував 1800 електронних ламп і призначався для розшифрування німецьких військових кодів. Це була одна з перших програмованих електронних цифрових машин.
- ENIAC: призначений для розрахунків артилерійських таблиць балістики. Важив 30 тонн, займав 1000 квадратних футів і споживав 130-140 кВт електроенергії. Мав 17468 вакуумних ламп, 7200 кристалічних діодів і 4100 магнітних елементів, розташованих у шафах загальним обсягом близько 100 м³. Продуктивність становила 5000 операцій за секунду, загальна вартість - $750 000.
Ще один представник 1-го покоління - EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). В EDVAC була спроба зберігати програми в ультразвукових лініях затримки за допомогою ртутних трубок. Цей метод забезпечував швидкість зберігання даних, але незабаром повернулися до телетайпних стрічок. EDVAC працював швидше за свого попередника, а його конструкція включала 3500 електронних ламп і займала площу 13 м².
UNIVAC (Universal Automatic Computer) стала наступним етапом, запровадивши зберігання програм у пам'яті за допомогою магнітних стрічок, що забезпечило високу швидкість читання і запису інформації. Одна стрічка могла зберігати до мільйона двійкових символів, що дозволяло швидше виконувати обчислення.
1.3.3. Друге покоління - ЕОМ на транзисторах
На початку 60-х років транзистори замінили електронні лампи. Транзистори, що діють як електричні перемикачі, споживають менше енергії і виділяють менше тепла, що дозволяє їм бути компактнішими. Кілька транзисторних схем на одній платі утворюють інтегральну схему (chip), що забезпечує ефективну обробку інформації в двійковому вигляді.
У 1953 році Вільям Шоклі винайшов транзистор з p-n переходом (junction transistor), який замінив 40 електронних ламп, працюючи швидше, з меншим тепловиділенням і споживанням енергії. Разом із впровадженням транзисторів удосконалювалися методи зберігання інформації: застосовувалися магнітні сердечники і барабани, а з 60-х років популярним стало зберігання на дисках.
Один з перших комп'ютерів на транзисторах, Atlas Guidance Computer, був запущений у 1957 році і використовувався для управління запуском ракети Atlas. RAMAC, створений у 1957 році, був недорогим комп'ютером з модульною пам'яттю на дисках і комбінованим оперативним запам'ятовуючим пристроєм на магнітних сердечниках і барабанах. Хоча цей комп'ютер ще не був повністю транзисторним, він відрізнявся високою працездатністю і простотою обслуговування, завоювавши популярність у автоматизації офісного діловодства. Для корпоративних клієнтів випустили вдосконалену модель IBM-305, яка могла зберігати 5 Мбайт даних на 50 дисках діаметром 24 дюйми.
У 1959 році IBM представила свій перший повністю транзисторний великий комп'ютер моделі 7090, який міг виконувати 229 тисяч операцій за секунду. Цей транзисторний мейнфрейм був використаний у 1964 році авіакомпанією SABRE для автоматизації продажу і бронювання авіаквитків у 65 містах світу.
DEC у 1960 році представила перший міні-комп'ютер PDP-1 (Programmed Data Processor). Цей комп'ютер, оснащений монітором і клавіатурою, міг виконувати 100 тисяч операцій за секунду і займав площу всього 1,5 м². PDP-1 також став першою ігровою платформою завдяки створеній студентом MIT Стівом Расселом грі Star War.
У 1968 році компанія Digital представила мінікомп'ютер PDP-8, який став доступним для лабораторій, університетів і невеликих підприємств завдяки ціні близько $10 000 і розміру, що дорівнював холодильнику.
Вітчизняні комп'ютери того часу, такі як серії БЕСМ і моделі «Урал-2», «БЕСМ-2», «Мінськ-1» і «Урал-3», відповідали технічним вимогам свого часу, але їх можливості були обмежені через недосконалість виробничої бази. Модель «М-20» з максимальною продуктивністю 20 тисяч операцій на секунду стала однією з найпотужніших у кінці 1960-х років.
1.3.4. Третє покоління - малогабаритні ЕОМ на інтегральних схемах
У 50-х - 60-х роках процес зборки електронного устаткування був трудомістким через складність електронних схем. Наприклад, комп'ютер CD1604 (1960 р., Control Data Corp.) містив близько 100 тисяч діодів і 25 тисяч транзисторів.
У 1959 році Джек Сент Клер Кілбі (Texas Instruments) і Роберт Н. Нойс (Fairchild Semiconductor) незалежно винайшли інтегральну схему (ІС), яка об'єднувала тисячі транзисторів в одній мікросхемі. Виробництво комп'ютерів з ІС стало дешевшим і доступнішим, що сприяло зростанню попиту на універсальні ЕОМ.
У цей період також з'явилася напівпровідникова пам'ять, яка використовується і до сьогодні в персональних комп'ютерах. Виробництво комп'ютерів на основі інтегральних схем стало промисловим, що позитивно вплинуло на розширення ринку і впровадження нових технологій
1.3.5. Четверте покоління - персональні комп'ютери на мікропроцесорах
В еволюції комп'ютерних технологій, четверте покоління стало переломним моментом завдяки впровадженню мікропроцесорів. Це покоління ознаменувалося появою персональних комп'ютерів (ПК), які стали доступними для широкого кола користувачів і змогли змінити уявлення про обчислювальні системи.
Передумови і новинки:
Перші персональні комп'ютери, такі як Apple II, Radio Shack TRS-80, Atari 400 і 800, Commodore 64 і Commodore PET, визначили нову еру в обчислювальних технологіях. Ці комп'ютери були зручними у використанні та доступними для покупців. Основою для цього покоління стали мікропроцесори, які значно підвищили продуктивність і зменшили розміри комп'ютерів.
Роль Intel у розвитку:
Корпорація Intel, заснована в червні 1968 року, стала ключовим гравцем у створенні мікропроцесорів. Перший мікропроцесор Intel, i4004, був випущений у 1971 році. Це був 4-розрядний процесор, що працював на базі набору з 4 чіпів. Важливою віхою стало створення мікропроцесора Intel 8008 у 1972 році, а згодом удосконалення у вигляді Intel 8080, який став стандартом для багатьох мікрокомп'ютерів кінця 70-х років.
Вплив на ринок:
У 1973 році з'явився перший комп'ютер на основі процесора 8008 – Micral, а також процесор Zilog Z80, який використовувався в популярних комп'ютерах, таких як ZX-Spectrum. У 1981 році Intel випустила 16-розрядний процесор 8086 і 8088, що заклало основу для IBM PC.
IBM PC:
12 серпня 1981 року IBM представила персональний комп'ютер (PC), який став стандартом для майбутніх ПК. Конфігурація першого IBM PC включала процесор Intel 8088, 64 Кб оперативної пам'яті і флоппі-дисковод ємністю 160 Кб. Цей комп'ютер зумів привернути увагу завдяки своїй архітектурі, що дозволяла розширення і модернізацію. Згодом були представлені моделі PCjr і PC AT, остання з яких встановила нові стандарти в обчислювальних системах завдяки впровадженню 16-розрядної шини розширень і графічних адаптерів EGA.
Apple II:
Apple II, випущений у 1977 році, мав значну перевагу завдяки своїй "відкритій архітектурі", яка дозволяла користувачам додавати додаткові плати і розширення. Цей комп'ютер також відзначався новаторськими функціями, такими як дискети для зберігання даних і програмне забезпечення, таке як електронна таблиця VisiCalc, яке забезпечило нові можливості для бізнесу.
Altair 8800:
Великою популярністю в 70-х роках користувався Altair 8800, побудований на процесорі Intel 8080. Цей комп'ютер, який продавався у вигляді набору для самостійної збірки, став популярним серед ентузіастів і знаковим для розвитку персональних комп'ютерів.
1.3.6. П'яте покоління комп'ютерів (1985 і донині)
Характеристики і нові технології:
П'яте покоління комп'ютерів характеризується новими технологіями виробництва, відмовою від традиційних мов програмування на користь мов з підвищеними можливостями маніпулювання символами і логічного програмування, акцентом на нові архітектури і способи введення-виведення, а також розвитком штучного інтелекту.
Альянс Windows-Intel:
На рубежі 80-90-х років сформувався альянс Windows-Intel. Випуск мікропроцесора Intel i486 у 1989 році став важливим етапом, оскільки цей процесор мав вбудований математичний співпроцесор, конвеєр і кеш першого рівня. Це дозволило значно покращити продуктивність комп'ютерів і стала основою для розвитку сучасних ПК.
1.3.7. Шосте покоління комп'ютерів
Нейрокомп'ютери:
Шосте покоління комп'ютерів відзначається появою нейрокомп'ютерів, які моделюють роботу людського мозку за допомогою нейронних мереж. Нейрокомп'ютери складаються з великої кількості паралельно працюючих простих обчислювальних елементів, що забезпечує високу швидкість обробки даних.
Оптоелектронні комп'ютери:
Оптоелектронні комп'ютери використовують світлові сигнали для передачі інформації. Вони мають потенціал для значного підвищення швидкості обробки даних завдяки швидшій передачі світлових сигналів і можливості паралельних обчислень.
Біологічні та молекулярні комп'ютери:
Біологічні комп'ютери базуються на ДНК-обчисленнях, а молекулярні комп'ютери використовують властивості молекул для виконання обчислень. Ці технології все ще знаходяться на ранніх стадіях розвитку.
Квантові комп'ютери:
Квантові комп'ютери працюють на основі квантової механіки і мають потенціал для вирішення складних завдань, недоступних для класичних комп'ютерів. Хоча повномасштабні квантові комп'ютери поки що є гіпотетичними, обмежені версії вже існують і можуть бути використані для підвищення ефективності обчислень.
Дякую за увагу!
Автор публікації: редактор проекту Поповський Сергій В’ячеславович🌟
