Размеры 1 поколения ЭВМ. Развитие вычислительной техники и поколения ЭВМ

Компьютеризация — явление, которое наблюдается сейчас, наверное, во всех странах мира. Ее темпы впечатляют. Интересно проследить то, в каких условиях она осуществлялась исторически. Можно ли сказать, что компьютеризация — результат планомерного развития технологий выпуска ЭВМ и программного обеспечения для них? Каковы исторические этапы технологического совершенствования компьютеров?

Что было до компьютеров?

Интересно узнать, какого типа устройства исторически предшествовали ЭВМ. Так, можно отметить, что в 17 веке легендарный французский ученый Паскаль изобрел, как считается, первую счетную машину, которая действовала по механическому принципу. В начале 19 века британский исследователь Бэббидж изобрел первую аналитическую машину. Спустя несколько десятилетий американский инженер Холлерит создал табулятор — электрическую машину, с помощью которой можно было подсчитывать статистические данные. Впоследствии разработки ведущих лабораторий мира в направлении создания устройств, близких к компьютерам в современном понимании, активно продолжались.

Первые компьютеры

Один из первых в мире компьютеров был изобретен другим американским исследователем, Бушем, в 1930 году. История ЭВМ, представляющих собой полноценные цифровые устройства, многими учеными отсчитывается с 1944 года, когда американский профессор Айкнем сконструировал компьютер «Марк-1». Фактически это был девайс, относящийся к ЭВМ 1 поколения. Какие его особенности можно отметить? Прежде всего, наверное, габариты конструкции. Размеры 1 поколения ЭВМ были выдающимися. Так, «Марк-1» имел длину порядка 15 метров, высоту — около 2,5 м. Производительность первого цифрового компьютера по современным меркам была относительно скромной, но его роль в истории мировой индустрии компьютерной техники трудно переоценить. В 1946 году американские военные сконструировали компьютер «Эниак». Размеры 1 поколения ЭВМ на примере данного девайса могут показаться еще более внушительными. Компьютер «Эниак» обладал длиной порядка 30 м и весил 30 тонн.

Нас будут интересовать, конечно, не только размеры 1 поколения ЭВМ, но и иные характеристики соответствующего типа машин. Рассмотрим их, а также последующую историю компьютеров подробнее.

Особенности ЭВМ 1 поколения

Функционировали ЭВМ 1 поколения на основе электронных ламп — прибора, который работает за счет изменения потока частиц, движущихся от катода к аноду. Основной принцип соответствующего перемещения — термоэлектронная эмиссия. С самого начала компьютеры стали конструироваться по принципу распределения логических команд на 0 и 1. Данная схема реализуется до сих пор. Каким же образом она функционировала, когда в качестве основного компонента ПК использовались лампы? Очень просто. На входе лампы образовывалось напряжение, например 2 В. На выходе — меньше, например 1 В. Первое состояние лампы фиксировалось как 1, второе — как 0. Сочетание данных состояний на основе совокупности из десятков тысяч ламп формировало машинный код.

Ламповые компьютеры, то есть те, которые относятся к 1 поколению, могли выполнять порядка 20 тыс. операций в секунду. Много это или не очень? Для сравнения, показатель для современных ПК — миллиарды операций в секунду. Но базовые задачи тех лет, в том числе и в военной сфере, характеристики ЭВМ первого поколения вполне позволяли выполнять.

Компьютеры рассматриваемого типа не характеризовались высокой надежностью. Просто потому, что лампы часто перегорали, их нужно было менять. О гигантских размерах компьютеров мы уже сказали выше. Это предопределяло очень большие трудности с их транспортировкой, с оптимизацией их расположения в здании. Стоимость ЭВМ первого поколения была очень высокой — их приобретение могли позволить себе только крупные бизнесы и правительственные структуры с большим бюджетом. Также ламповые компьютеры характеризовались высокими эксплуатационными расходами — главным образом, в части энергопотребления. Работа на них требовала привлечения высококвалифицированных кадров с последующей выплатой им большой зарплаты. Человек, знающий хотя бы устройство ЭВМ, не говоря об умении программировать компьютер, был востребованным и дорогостоящим специалистом.

Специфика ЭВМ первого поколения также в том, что на данных машинах задействовались отдельные языки программирования. К тому же набор машинных команд был достаточно простым. Как таковые программы — в привычном нам понимании - при работе с ЭВМ соответствующего типа не использовались. Это обуславливалось не только скромной производительностью компьютеров, но также и достаточно низкой технологичностью запоминающих устройств — чаще всего это были перфокарты и магнитные ленты, которые совершенно несопоставимы по скорости работы с привычными нам дисками.

Однако к отмеченным неудобствам инженеры начали активно адаптироваться — главным образом посредством разработки различных алгоритмов автоматизации работы с машинным кодом. Несмотря на низкую производительность ЭВМ первого поколения, эффективность их эксплуатации все же постепенно росла.

ЭВМ 2 поколения

Мировая компьютерная индустрия после отмеченных изобретений продолжила активно развиваться. Изобретение «Марк-1», «Эниака» и других машин — это было только начало. ЭВМ 2 поколения появились уже в начале 60-х годов. Их основная особенность — в них вместо ламп были применены транзисторы. В результате производительность машин выросла. Кроме того, мы помним, что размеры 1 поколения ЭВМ были внушительны. Машины на транзисторах, в свою очередь, существенно уменьшились. Насколько явным оказалось преимущество задействования в структуре компьютеров соответствующих технологических решений? Достаточно лишь сказать, что 1 транзистор был способен заменить порядка 40 ламп. Совершенствовались также и носители информации. Устройство ЭВМ второго поколения могло предполагать использование магнитных дисков, приближенных по структуре и концепции к тем девайсам, которые привычны современному пользователю.

С точки зрения задействования программного обеспечения мировая компьютерная индустрия также сделала шаг вперед, благодаря возможностям соответствующего типа машин. Появились языки, относимые к категории высокого уровня. Программистами были разработаны трансляторы — средства, с помощью которых соответствующие алгоритмы переводились на язык, используемый в машинных командах ЭВМ. Были также реализованы принципы опережающего выполнения некоторых сценариев компьютерных программ. Стали появляться библиотечные приложения, различные мониторные системы, ставшие прообразами современных ОС.

Вместе с тем, несмотря на некоторые попытки унификации задействования программных алгоритмов в различных машинах, разные ЭВМ характеризовались ограниченной совместимостью. Объединить их, условно говоря, в единую сеть и выстроить на ее основе корпоративную информационную систему было очень сложно.

ЭВМ 3 поколения

История ЭВМ 3 поколения начинается с машин, в конструкции которых стали применяться интегральные схемы, каждая из которых, как выяснилось, могла заменить около 1000 транзисторов. Производительность компьютеров значительно выросла. Появилась возможность запускать на ЭВМ несколько программных алгоритмов одновременно. Что такое интегральная схема? Это кристалл из кремния, который имеет площадь порядка 10 кв. мм. По уровню производительности, как было подсчитано, одна ИС фактически была равна компьютеру «Эниак». В числе самых известных компьютеров 3 поколения — ЭВМ, разработанные компанией IBM — машины System 360.

ЭВМ рассматриваемого типа характеризовались гораздо большей степенью взаимной совместимости, чем устройства, рассмотренные нами выше, в том числе и в аспекте программного обеспечения. В компьютерах 3 поколения были реализованы первые полноценные операционные системы, способные выполнять несколько задач одновременно. Многие из аппаратных функций начали передаваться на программный уровень.

ЭВМ 4 поколения

В 70-х годах в массовое производство были запущены так называемые большие интегральные схемы. Какую их особенность можно отметить? Прежде всего ту, что их производительность соответствовала примерно 1000 обычных интегральных схем. В итоге мировая компьютерная индустрия получила возможность выпускать устройства, по размерам и производительности сопоставимые с теми, которыми мы привыкли пользоваться сегодня.

Благодаря повышению производительности фабричных линий по выпуску больших интегральных схем и иных ключевых компонентов ЭВМ, компьютеры постепенно становились дешевле. Если первые и вторые (в 50-е и 60-е годы) поколения ЭВМ были доступны, как мы отметили выше, главным образом, только крупным бизнесам и госструктурам, то в 1970-е ЭВМ стали активно покупать обычные граждане.

Факторы компьютеризации

Компьютеризация стала массовым явлением, особенно с появлением интернета в конце 80-х годов. Ее темпы были тем более динамичными, чем ниже становилась цена девайсов и меньше — их размер. Так, первые ПК, по многим признакам и технологической структуре аналогичные тем, что привычны нам сегодня, появились в середине 70-х и начале 80-х годов. В числе таковых девайсов — IBM PC, ставший прообразом самой распространенной сегодня компьютерной платформы. Они стали ближайшим конкурентом ПК, которые уже активно выпускались компанией Apple. Принципиальная разница между ними — в открытости концепции IBM и закрытости платформы от Apple. С точки зрения программно-аппаратной структуры разница между соответствующими типами ПК в целом невелика. В структуре IBM-платформы присутствуют такие ключевые компоненты, как процессор, ОЗУ, жесткий диск, видео- и звуковая карта, материнская плата. При этом они могут быть заменены на другие — как вариант, более производительные.

Современное поколение компьютеров

Технологический задел, который был заложен инженерами в 70-е годы, оказался настолько значительным, что дальнейшее развитие ЭВМ эксперты и аналитики характеризуют как проходящее в рамках того же 4 поколения. То есть современные высокопроизводительные ПК функционируют, в целом, по тем же принципам, что и устройства 40-летней давности. В отдельных аспектах, таких как, например, размеры ЭВМ, современные компьютеры, безусловно, видятся существенно более технологичными. В устройстве величиной с небольшую тетрадь умещаются вычислительные мощности, значительно превышающие те, что стояли, к примеру, в первых ПК от Apple в 70-е годы.

Преемственность концепций

Но концептуально ПК, используемые нами сегодня, функционируют по схемам, впервые внедренным в ЭВМ 4 поколения. Нет никаких четких критериев, которые бы позволили сказать, что, условно говоря, первый IBM PC и современный ноутбук iMac — это ЭВМ разных поколений. Производительность значительно различается, но концепция, в целом, одна и та же.

На основе платформы, предложенной IBM, реализовано большинство современных десктопов, ноутбуков, моноблоков. По многим критериям также и мобильные девайсы — смартфоны и планшеты - вполне соответствуют IBM-платформе, появившейся в 70-е годы. Так, в каждом из них, как и в ПК, есть процессор, ОЗУ, устройство для хранения данных — аналог жесткого диска.

Трудно сказать даже, что принципиально вырос уровень комфорта пользования компьютерами, если сопоставлять первые образцы ПК 4 поколения и современные модели. Базовые аппаратные элементы управления ЭВМ — клавиатура, мышь — в принципе, за долгие годы не менялись. Появились, конечно, всевозможные тачскрины, бесконтактные дисплеи и прочие экзотические решения. Но не все пользователи относятся к ним в достаточной мере положительно.

Усовершенствовались, конечно, и программные решения — ОС (на первых компьютерах 4 поколения стояли образцы, управляемые из командной строки, сегодня операционные системы включают функциональные графические интерфейсы), прикладные виды ПО. Первые виды соответствующих программ в 70-е годы были очень простыми по структуре.

Сегодня это мощные инструменты реализации производственных задач. Если говорить об играх, то разница также заметна. В 70-е годы это были простейшие аркады, сегодня они позволяют совершать увлекательные погружения в виртуальное пространство. Однако созданы игры, ОС и прикладное ПО по тем же алгоритмам, что и соответствующие решения в ранние годы разработки ЭВМ 4 поколения, часто на тех же языках программирования.

Сравнение поколений ЭВМ

Попробуем наглядно отобразить сравнительные характеристики поколений ЭВМ. Как это можно сделать? Вполне удобный вариант — сравнительная таблица поколений ЭВМ. Она может быть представлена в структуре, отражающей ключевую характеристику компьютера — производительность, а также технологическую базу, на основе которой осуществляются вычисления.

Таковы сравнительные характеристики поколений ЭВМ. Мы видим, насколько стремительно развивалась компьютерная техника. ЭВМ разных поколений — яркие примеры появления и успешного внедрения в производство самых инновационных и высокотехнологичных инженерных концепций — как на уровне аппаратных компонентов, так и в области программного обеспечения.

С одной стороны, мы можем сделать вывод о том, что компьютеризация — явление, которое развивалось постепенно, соотносительно с ростом производительности ПК, их удешевлением и облегчением пользования. Но есть точка зрения, по которой процесс, о котором идет речь, характеризуется 2 периодами, когда он шел действительно галопирующими темпами, а именно после появления ЭВМ 4 поколения, а также после превращения интернета в глобальную сеть. Эти два фактора и стали, по мнению ряда исследователей, ключевыми драйверами компьютеризации.