Урок №2. История и современные тенденции развития компьютеров.
История компьютера тесно связана со счётом. Одна из первых машин для механического сложения чисел была создана в 1642 году выдающимся французским учёным Блезом Паскалем. В 1673 году немецкий математик Вильгельм Лейбниц создал машину, которая не только складывала, но умножала и делила. Следующий значительный шаг в создании вычислительных устройств был сделан английским математиком Чарльзом Беббиджем, разработавшим в первой половине XIX века проект первой программируемой вычислительной машины, в которой были предусмотрены все основные устройства, имеющиеся в современных компьютерах.
Машина, придуманная Чарльзом Бэббиджем, была похожа на настоящую фабрику по производству вычислений (рис. 2.5).
На любой фабрике есть склад, где хранятся сырьё и готовая продукция. Есть цех, где эта продукция производится.
Есть контора, которая управляет производством. Машина Бэббиджа имела аналогичную конструкцию. Набор специальных колёс — «склад» чисел. Здесь запоминаются исходные данные и результаты вычислений. Механизм из шестерёнок, рычагов и пружин — «цех». Тут производятся вычисления. Есть и «контора», которая управляет всем вычислительным процессом с помощью заранее подготовленных картонных пластин с отверстиями — перфокарт. Машина считает сама — работает по программе. Результаты вычислений она пробивает на металлических пластинках. С таких пластинок их можно печатать.
Несмотря на то что машина Бэббиджа представляла собой большой шаг вперёд в технике вычислений, полностью реализована она не была. После 25 лет труда и огромных издержек изобретатель был вынужден отказаться от её завершения.
Идею использования перфокарт Бэббидж позаимствовал у французского изобретателя Жозефа Жаккара, который в начале XIX века применил карточки с пробитыми отверстиями для контроля ткацких операций. Карточки с разным расположением отверстий давали различные узоры при переплетении тканей.
Идеи Беббиджа, предложенные для механической вычислительной машины, нашли воплощение в архитектуре электронных вычислительных машин (ЭВМ) — именно так у нас называли компьютеры в 1940-1970-х годах.
Первая полностью электронная вычислительная машина ЭНИАК была построена в США в 1945 году. Её размеры были громадны: более 30 м в длину и 85 м3 по занимаемому объёму.
Вес машины равнялся весу четырёх африканских слонов — примерно 30 тоннам. Хранение и обработка данных в ней осуществлялись с помощью 18 тысяч электронных ламп.
В нашей стране первая ЭВМ была построена в 1951 году. Гигантские компьютеры на электронных лампах (рис. 2.6, а) 50-х годов XX века составили первое поколение вычислительных машин.
В 1953 году наша промышленность стала выпускать электронную вычислительную машину «Стрела». Она состояла из десятков больших металлических шкафов, в которых находились сотни электронных ламп. Рядом стояли мощные трансформаторы, обеспечивавшие нужное напряжение для ламп. Лампы при работе сильно нагреваются. Чтобы охлаждать тысячи ламп первых компьютеров, требовались мощные вентиляционные установки. Вычислительная машина «Стрела» вместе со вспомогательным оборудованием занимала площадь в 500 м2. Примерно такую же площадь имеют 10 классов — помещений для учебных занятий в школе.
Спустя десятилетие, в начале 60-х годов, на смену электронным лампам пришли транзисторы (рис. 2.6, б). С ними связано появление второго поколения ЭВМ. Транзистор был значительно меньше лампы, весил несколько граммов и практически не грелся. К тому же один транзистор был способен заменить 40 ламп. Машины стали значительно меньше, надёжнее, их быстродействие возросло.
Рождение машин третьего поколения связывают с появлением интегральных схем — кремниевых кристаллов с миниатюрной электронной схемой (рис. 2.6, в). Слово «интегральный» означает «цельный, единый». Размер такой схемы — не больше горошины, а транзисторов в ней упакованы тысячи. Машины уменьшились настолько, что уже могли размещаться на письменном столе.
С развитием микроэлектроники появилась возможность размещать на кристалле не одну, а тысячи интегральных схем. В 1980 году на кристалле площадью около 1,5 см2 удалось разместить центральный процессор небольшой ЭВМ. Началась эпоха компьютеров четвёртого поколения, построенных на основе микропроцессоров.
В конце прошлого века началась мировая гонка за создание компьютеров пятого поколения, тесно связанных с искусственным интеллектом. Ожидается, что такие компьютеры будут в состоянии понять условие задачи на естественном языке в форме письменного текста или устной речи и создать соответствующую работающую программу.
Подробно ознакомиться с историей компьютеров вы можете, совершив путешествие по виртуальным музеям вычислительной техники. Так, много интересной информации о компьютерах можно узнать, посетив Виртуальный музей информатики: http://gotourl.ru/12618.
Транзистор — основа любого процессора, памяти и других микросхем. Каждые два года примерно в 2 раза увеличивается количество транзисторов, которые удаётся разместить на кристалле интегральной схемы, в том числе за счёт их миниатюризации. А чем больше количество транзисторов, тем выше вычислительная мощность устройства. Но уменьшение размеров транзисторов не может длиться бесконечно; физические ограничения на размеры транзисторов влекут за собой ограничения на вычислительные возможности компьютеров.
Процессор iPhone 13 содержит 15 млрд транзисторов, размеры которых определяются 5-нанометровым техпроцессом. Для сравнения: толщина обычного человеческого волоса составляет около 50 ООО нанометров.
Процесс развития вычислительной техники продолжается и сегодня.
Дальнейшее развитие компьютерной техники связано с разработкой новых транзисторов на основе наноматериалов, а также с созданием компьютеров, построенных на принципах, приближенных к тем, по которым работает человеческий мозг.