Каким был самый первый электронный компьютер. Цифровой компьютер

Компьютер общего назначения, программируемый для решения широкого спектра задач, хотя первоначально предназначался для решения задач баллистики, т.е. задач военного характера.

В 1939 году началась Вторая Мировая война, а любая война - это не только противостояние армий, но и гонка учёных умов и технологий. Так, сотрудники Лаборатории баллистических исследований министерства обороны США, что в районе Абердинского полигона (штат Мэриленд), работали над созданием таблиц баллистики, в которых нуждались артиллеристы на полях сражений. Значение таблиц было очень велико: они помогали солдатам корректировать наводку орудия с учётом расстояния до цели, её высоты над уровнем моря, метеорологических условий, таких как температура воздуха, скорость и направление ветра и др.

В те времена, вышеупомянутые расчёты баллистических таблиц (т.е. таблиц стрельбы) проводились вручную на настольных арифмометрах силами особых клерков – компьютеров, преимущественно женщин. Чтобы рассчитать всего одну траекторию приходилось выполнять от 750 до 1000 арифметических операций, в то время как любая таблица включала в себя почти 2000 траекторий. С помощью дифференциального анализатора стало возможно ускорить расчёты, однако они были приближёнными, после чего уточнять их приходилось уже десяткам людей вручную.

В войну втягивались новые государства, площадь боевых действий разрасталась. Лаборатория, проводившая баллистические расчёты не справлялась и в итоге запросила помощь. Так, в расположенном неподалёку Высшего технического училища Пенсильванского университета, появился вспомогательный вычислительный центр. В училище был свой дифференциальный анализатор, однако, учёные вышеупомянутого университета, Джон Уильям Мокли (преподаватель, иногда пишут Мочли) и Джон Преспер Экерт (студент с отличными инженерными способностями) предложили более совершенное решение… Инженеры – воистину ленивые, но гениальные люди!

Джон Мокли, физик, по совместительству занимающийся метеорологией, давно задумывался о создании устройства, способного применить методы статистики для прогнозирования погоды. Ещё перед Второй Мировой он сконструировал несколько несложных цифровых счётных устройств на электронных лампах . Вполне вероятно, что его интерес к вычислительным машинам появился после визита к американскому учёному Джону Атанасову : в течении 5 дней Мокли мог наблюдать за работой Атанасова и его помощника Клиффорда Берри , которые трудились над прототипом компьютера с почти 300 электронных ламп.

Позже компьютер Атанасова-Берри спорил с ЭНИАКом за право называться первым компьютером, Атанасов утверждал, что Мокли, находясь у него в гостях заимствовал некоторые идеи, которые тот воплотил в своём компьютере. Так это или иначе на 100% неизвестно, а вот то, что именно Джон Экерт убедил Мосли в реалистичности воплотить в компьютере его идеи – чистая правда.

В августе 1942 года Мокли написал семистраничный труд «The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation», в котором он предлагал Институту построить электронную вычислительную машину, основу которой составляли бы вакуумные лампы. К сожалению, руководство Института не уделило вниманием работу и отправило её в архив, после чего следы труда теряются.

Сотрудничество Института Мура с Лабораторией Баллистики по вычислению таблиц стрельбы велось через Германа Голдстайна, капитана армии США, который до поступления на службу работал профессором математики в Университете штата Мичиган. В начале 1943 года из случайной беседы с работником Института Голдстайн узнал об идее электронного вычислителя Мокли и сразу же оценив значение предлагаемого проекта компьютера, начал хлопотать от имени военного командования, чтобы проект приняли к разработке. Они встретились и Герман предложил Джону составить и подать заявку в Лабораторию, ведь для постройки вычислительной машины требовались немалые средства. Мокли смог восстановить свой документ из 7 страниц, после чего работа закипела.

9 апреля 1943 года, в день, когда Д.Экерту исполнилось 24 года, армия заключила с учёными контракт почти на 400 тысяч долларов на создание компьютера ЭНИАК. По контракту машина называлась «Electronic Numerical Integrator» («Электронный числовой интегратор»), чуть позже к названию было добавлено «and Computer» («и компьютер»), в итоге получилась знаменитая аббревиатура ENIAC. Куратором проекта «Project PX» со стороны Армии США выступил уже знакомый Герман Голдстайн .

К февралю 1944 года были готовы все диаграммы и чертежи будущего компьютера, и группа инженеров под руководством Экерта и Мокли приступила к воплощению замысла в «железо». Сама группа, трудившаяся над проектом постепенно пополнялась и в итоге выросла до 50 человек. Главным консультантом проекта был, разумеется, Мокли, а Экерт, - главным конструктором. Коммуникабельный Мокли бил фонтаном идеи, а главные «практические руки», сдержанный и осторожный Джон Экерт, анализировал все мысли, те, что считал действенными, доводил до ума.

В январе 1944 года Экерт делает первый набросок уже второго компьютера с более совершенным дизайном, в котором хранение программы осуществлялось в памяти компьютера, а не формировалась с помощью коммутаторов и перестановки блоков, как в ЭНИАКе.

Летом 1944 года военный куратор проекта Герман Голдстайн знакомится со знаменитым математиком Джоном фон Нейманом и привлёк его к работе над машиной. Фон Нейман внёс свой теоретический вклад в проект. В итоге был создан теоретический и инженерный фундамент для преемника ЭНИАКа - следующей модели вычислительной машины под названием EDVAC (ЭДВАК) с хранимой в памяти программой.

В середине июля 1944 года Экерт и Мокли собрали первую пару модулей для сложения чисел. Соединив их, они выполнили простое умножение двух чисел: 5 и 1000. Получив верный результат, учёные продемонстрировали руководству Института и Лаборатории, а также всем скептикам, что электронная вычислительная машина может быть построена.

Конструкция машины выглядела довольно сложной. Планировалось, что она будет содержать почти 17,5 тысяч ламп. Такое большое количество ламп было связано с тем, что ЭНИАК должен был работать с десятичной системой счисления . Именно её предпочитал Мокли, считая что компьютер должен был понятен человеку. Однако, с этим были и свои проблемы: ламп было очень много, они перегревались и гасли. Выход из строя одной лампы, одного конденсатора или резистора влёк за собой остановку работы всей машины, а всего существовало ~1,75 миллиарда различных вариантов отказа в каждую секунду. До сих пор человечество не создавало ни одного подобного прибора такой сложности и с такими жёсткими требованиями к надёжности. Чтобы хоть как-то понизить частоту выхода из строя вакуумных ламп, Экерт предложил подавать на них минимальное напряжение - 5.7 вольт вместо номинальных 6.3 вольта, а после выполнения расчётов ЭНИАК продолжал работать, поддерживая лампы в нагретом состоянии, чтобы перепад температуры при охлаждении и накаливании не приводил к их перегоранию. Результатом стало то, что за неделю сгорало примерно 2-3 лампы, а среднее время работы лампы составляло 2500 часов. Довольно высокие требования предъявлялись к отбору радиодеталей и качеству сборки. Тем не менее инженеры добились как минимум 20-часовой непрерывной работы ЭНИАКа без поломок. Это, конечно, не так много по нынешним меркам, но за каждые 20 часов работы вычислительная машина выполняла месячный объём работы механических вычислителей!

Для того, чтобы контролировать исправность аппаратуры, Джон Экерт разработал специальную программу: каждый из великого множества электронных компонентов 27-тонной вычислительной машины подвергался тщательной проверке, после чего они все аккуратно расставлялись по определённым местам, потом запаивались (а иногда далеко не один раз перепаивались). Конечно, такая работа напрягала каждого члена команды, включая даже Джона Мокли.

К осени 1945 года завершилась сборка ЭНИАКа, машина была готова к проведению первого испытания. Война к тому времени закончилась, к счастью для людей, однако машина не стала стоять без дела. Для ЭНИАКа была подобрана новая задача: расчёты возможности создания водородной бомбы. Характер задачи как раз показывал, что роль подобных вычислительных машин будет только возрастать.

Дж. Преспер Эккерт и Джон У. Мокли с компьютером ENIAC. Университет Пенсильвании, 1946

У нас хорошая новость: отныне каждые выходные мы будем публиковать «20-ку самых…» — рейтинг продуктов, технологий, изобретений и изобретателей, так или иначе связанных с IT.

Первый наш рейтинг будет самым общим. В него мы включили компьютеры, которые на наш взгляд оказали самое большое влияние на развитие отрасли. Сразу оговоримся: в этой 20-ке будут именно компьютеры в привычном смысле этого слова – никаких механических «паскалин» и «арифмометров» (им мы посвятим отдельный рейтинг).

Ну, поехали!

1. Z1

1938 год. Первая программируемая вычислительная машина с электрическим приводом.

Эту электромеханическую машину немецкого инженера Конрада Цузе относят к нулевому поколению. В соответствии с идеями Цузе, она состояла из главной управляющей программы, оперативной памяти и дополнительного вычислительного модуля. В качестве основного компонента в Z1 применялось электромагнитное реле. Пиковая производительность Z1 составляла где-то 1Hz (1 умножение за 5 сек.), а ее работу обеспечивал мотор от пылесоса мощностью 1 КВт. Машина помещалась на нескольких сдвинутых вместе столах, занимала около 4 м² и весила 500 кг.

Вообще-то до настоящего компьютера Z1 было еще далеко, да и работала она крайне нестабильно. Но кое в чём она была прогрессивнее, чем ENIAC или EDVAC — Z1 использовала двоичную систему счисления и поддерживала ввод данных с нормальной клавиатуры. К сожалению, оригинальная Z1 и ее потомки Z2 и Z3 вместе со всей документацией погибли в 1944 году под бомбами союзников.

2. ENIAC

1946 год. Первый электронный цифровой компьютер общего назначения.

Вот эту американскую машину уже с уверенностью можно назвать компьютером первого поколения. У ENIAC были все признаки настоящей ЭВМ, включая полностью электронную компонентную базу – вакуумные лампы.

Команда под руководством Дж. Экерта и Дж. Мокли потратила 3 года на сооружение ENIAC и получила настоящего монстра весом 30 тонн, занимавшего несколько залов и потреблявшего 174 КВт. Вычислительная мощность ENIAC составляла 357 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду , тактовая частота – 100 KHz . Машина поддерживала ввод данных с перфокарт, а программировалась целой системой тумблеров.

В течение нескольких лет ENIAC использовали для решения научных и военных задач, правда, с переменным успехом. Вообще, успешной эту ЭВМ назвать нельзя: ENIAC ломался через раз, был неудобен в использовании и, честно говоря, успел устареть к моменту сдачи в эксплуатацию. Но! Эта машина смогла доказать, что у ЭВМ есть будущее, и это направление необходимо развивать.

1957 год. Первый компьютер, целиком построенный на транзисторах.

После многочисленных ламповых ENIAC, EDVAC, EDSAC случился новый прорыв – компания NCR совместно с GE разработала компьютер, в котором применялась совершенно новая элементная база – транзисторы. Получившуюся ЭВМ NCR-304 можно назвать первым компьютером второго поколения.

В базовой комплектации машина состояла из блока с центральным процессором, блоков памяти на магнитной ленте, медиа-конвертеров и высокоскоростного оборудования для ввода-вывода данных.

Преимущества новой архитектуры стали очевидны сразу же. NCR-304 спокойно помещался в одной комнате, был удобен в работе, а, главное, он оказался гораздо надежнее своих ламповых предков. Покупатели сразу выстроились в очередь: сначала Корпус морской пехоты США, потом ряд учреждений в Вашингтоне, а затем и иностранцы – японский банк «Сумимото» и другие. Машина оказалась настолько удачной, что продержалась на рынке 17 лет — последний NCR-304 был демонтирован только в 1974 году.

4. Casio 14-A

1957 год. Первый электрический калькулятор.

К середине 50-х ЭВМ распространились довольно широко, но тут возник вопрос: а как быть бухгалтерам, аудиторам и вообще всем, кому для расчетов не требуются мощности больших компьютеров? Ответом стал Casio 14-A. По сути, это такой же калькулятор, как в вашем мобильном телефоне или планшете – только аналоговый и массой 150 кг.

14-A выполнял четыре основные арифметические операции, был способен отображать 14-значные числа и обладал небольшой памятью. При всем своем сходстве с токарным станком, он все же был намного компактнее и дешевле, чем существовавшие ЭВМ. Целевая аудитория оценила преимущества новой машины, и с тех пор калькуляторы начали активно развиваться: перешли на транзисторы, микросхемы, стали миниатюрными, удобными и исключительно дешевыми.

5. Apollo Guidance Computer

1961 или 1962 год. Первый встраиваемый компьютер и первый компьютер на микросхемах.

Бортовой управляющий компьютер «Аполлона» — чудо инженерной мысли, производившееся на заводах Raytheon. AGC стал, наверное, самой передовой разработкой в IT-секторе начала 60-х. Модификации этого компьютера устанавливали на командный и лунный модули, и они проводили вычисления и контролировали движение, навигацию, и управляли модулями в ходе полётов.

Поражало уже то, что элементной базой для AGC были не лампы или транзисторы, а интегральные схемы. До 60% всех производившихся тогда микросхем в США шло на нужды программы «Аполлон» и конкретно для постройки AGC. Это позволило сделать компьютер быстрым (тактовая частота – 2MHz, ОЗУ 512 Бит, ПЗУ 8Kb) и достаточно компактным (250 кг), чтобы встраивать его в приборную панель каждого из модулей.

Потомками AGC являются встраиваемые промышленные, бортовые и бытовые компьютеры. Что до микросхем, то массовый выпуск ЭВМ на их базе начался лишь через десяток лет после AGC.

6. PDP-1 и УМ-1НХ

1961 и 1963 годы соответственно. Борются за право считаться первым первым мини-компьютером.

К началу 60-х ЭВМ по-прежнему занимали целые залы и стоили сотни тысяч долларов, однако применение транзисторов позволило сделать их на порядок быстрее ламповых «динозавров». Это подтолкнуло инженеров компании DEC к любопытной идее – создать компактную и недорогую транзисторную ЭВМ.

В 1961 году появился PDP -1. Компьютер стоил $20 000, имел размер где-то 4-х холодильников и быстродействие около 20 000 команд в секунду. Быстрая машина. Одним из нововведений PDP-1 был дисплей размером 512 х 512 пикселов. PDP пошли в серию и стали одними из популярнейших компьютеров 60-х и 70-х годов.

В СССР тоже не сидели сложа руки. В 1963 году в Ленинграде была представлена ЭВМ УМ1-НХ («Управляющая машина №1 для народного хозяйства»). Она была медленнее PDP-1 и использовала дискретную логику, однако получилась гораздо более компактной – весила всего 80 кг и помещалась на письменном столе.

7. IBM System/360

1964 год. Первое семейство серийных, масштабируемых компьютеров.

Значение этого продукта от IBM сложно переоценить. Серия System/360 стала первым примером стандартизации и масштабируемости ЭВМ. Вместо того, чтобы выпускать закрытую систему как раньше, IBM спроектировала System/360 как набор совместимых друг с другом блоков, и все они использовали одинаковый набор команд.

Единожды купив такой компьютер, заказчик мог совершенствовать его, докупать нужную периферию, настраивать под свои нужды и при этом не терять первоначальных вложений.

Масштабируемость стала не единственной находкой инженеров IBM. System/360 стала еще и первой 32-разрядной системой, могла работать с 16Mb памяти, развивать тактовую частоту до 5MHz и стала настолько успешной, что ее охотно покупали до конца 1970-х.

8. CDC 6600

1964 год. Первый суперкомпьютер.

Суперкомпьютером этот шедевр Сеймура Крея назвали позднее, а тогда это была «просто» новаторская машина с передовой архитектурой, которая могла использоваться для решения очень сложных задач.

В CDC 6600 были впервые применены кремниевые транзисторы вместо германиевых, активная система охлаждения на основе фреона, и все это сформировало совершенно новую архитектуру. Главный процессор CDC 6600 выполнял только логические и арифметические операции, а за работу с устройствами отвечало 10 «периферийных» процессоров. В результате, CDC 6600 был способен одновременно выполнять несколько операций сложения, умножения и деления. Благодаря таким параллельным вычислениям, он стал самым быстрым компьютером своего времени, а ряд его архитектурных особенностей лег в основу RISC-процессоров, появившихся в 70-е.

9. Honeywell DP-516

1969 год. Первый сервер-маршрутизатор.

Первоначально DP-516 был довольно заурядным мини-компьютером – до тех пор, пока на него не обратили внимание Джерри Элкинд и Ларри Роберт, которые предложили схему первой компьютерной сети.

Для организации того, что вскоре получило название ARPANET, потребовались IMP (Interface Message Processor) – модифицированные DP-516. Эти компьютеры стали выполнять задачи по маршрутизации потоков в сети. Каждый такой компьютер мог соединяться с шестью другими IMP через арендованные у AT&T телефонные линии и передавать данные со скоростью до 56 Kbps.

Первые эксперименты по соединению двух ЭВМ через IMP прошли в том же 1969 году – была установлена связь между компьютерами в Лос-Анджелесе и Стэнфорде.

10. Magnavox Odyssey

1972 год. Первая коммерческая игровая консоль.

До начала 70-х компьютерные игры были редкой забавой для студентов и лаборантов, имевших доступ к серьезным ЭВМ. В середине 60-х американский Инженер Ральф Баер, что пора менять ситуацию и в 1969 году представил Brown Box – прототип игровой консоли. Это было компактное устройство на простейшей дискретной логике. Оно подключалось к телевизору и позволяло с помощью манипуляторов играть в простейшие игры типа «два квадратика гоняют по экрану третий квадратик».

Баер заключил контракт с Magnavox, которая в 1972 году выпустила коммерческий вариант его Brown Box под названием Odyssey. Консоль стоила около $100, неплохо продавалась и заложила основу для целого рынка домашних видеоигр.

Z-серия Конрада Цузе

Репродукция компьютера Zuse Z1 в Музее техники, Берлин

В 1936 году молодой немецкий инженер-энтузиаст Конрад Цузе начал работу над своим первым вычислителем серии Z, имеющим память и (пока ограниченную) возможность программирования. Созданная, в основном, на механической основе, но уже на базе двоичной логики, модель Z1, завершённая в 1938 году, так и не заработала достаточно надёжно, из-за недостаточной точности выполнения составных частей. Ввод команд и данных осуществлялся при помощи клавиатуры, а вывод, - с помощью маленькой панели на лампочках. Память вычислителя организовывалась при помощи конденсатора.

В 1939 году, Цузе создал второй вычислитель - Z2, но её планы и фотографии были уничтожены при бомбардировке во время Второй мировой войны, поэтому о ней почти ничего не известно. Z2 работала на электромагнитных переключателях, созданных в 1831 году ученым Джозефом Генри.

Следующая машина Цузе - Z3, была завершена в 1941 году. Она была построена на телефонных реле и работала вполне удовлетворительно. Тем самым, Z3 стала первым работающим компьютером, управляемым программой. Во многих отношениях Z3 была подобна современным машинам, в ней впервые был представлен ряд новшеств, таких как арифметика с плавающей запятой. Замена сложной в реализации десятичной системы на двоичную, сделала машины Цузе более простыми, а значит, более надёжными; считается, что это одна из причин того, что Цузе преуспел там, где Бэббидж потерпел неудачу.

Программы для Z3 хранились на перфорированной плёнке. Условные переходы отсутствовали, но в 1990-х было теоретически доказано, что Z3 является универсальным компьютером (если игнорировать ограничения на размер физической памяти). В двух патентах 1936 года, Конрад Цузе упоминал, что машинные команды могут храниться в той же памяти что и данные - предугадав тем самым то, что позже стало известно как архитектура фон Неймана и было впервые реализовано только в 1949 году в британском EDSAC.

Чуть ранее для частично законченного компьютера Z4 Цузе разработал первый в мире высокоуровневый язык программирования, названный им Планкалкюль (нем. Plankalkül исчисление планов ).

Война прервала работу над машиной. В сентябре 1950 года Z4 был, наконец, закончен и поставлен в ETH Zürich. В то время он был единственным работающим компьютером в континентальной Европе и первым компьютером в мире, который был продан. В этом Z4 на пять месяцев опередил Марк I и на десять - UNIVAC. Компьютер эксплуатировался в ETH Zürich до 1955 года, после чего был передан во Французский аэродинамический научно-исследовательский институт недалеко от Базеля, где работал до 1960 года.

Цузе и его компанией были построены и другие компьютеры, название каждого из которых начиналось с заглавной буквы Z. Наиболее известны машины Z11, продававшийся предприятиям оптической промышленности и университетам, и Z22 - первый компьютер с памятью на магнитных носителях.

Британский Colossus

Британский Colossus был использован для взлома немецких шифров в ходе Второй мировой войны

Во время Второй мировой войны, Великобритания достигла определённых успехов во взломе зашифрованных немецких переговоров. Код немецкой шифровальной машины «Энигма» был подвергнут анализу с помощью электромеханических машин, которые носили название «бомбы». Такая «бомба», разработанная Аланом Тьюрингом и Гордоном Уэлшманом (англ. Gordon Welchman ) . Большинство вариантов приводило к противоречию, несколько оставшихся уже можно было протестировать вручную. Это были электро-механические дешифраторы, работающие методом простого перебора.

Немцы также разработали серию телеграфных шифровальных систем, несколько отличавшихся от «Энигмы». Машина Lorenz SZ 40/42 использовалась для армейской связи высокого уровня. Первые перехваты передач с таких машин были зафиксированы в 1941 году. Для взлома этого кода, в обстановке секретности, была создана машина «Колосс» (Colossus ). Спецификацию разработали профессор Макс Ньюман (Max Newman ) и его коллеги; сборка Colossus Mk I выполнялась в исследовательской лаборатории Почтового департамента Лондона и заняла 11 месяцев, работу выполнили Томми Флауэрс (Tommy Flowers ) и др.

«Колосс» стал первым полностью электронным вычислительным устройством, хотя на нём и нельзя было реализовать любую вычислимую функцию. В «Колоссе» использовалось большое количество электровакуумных ламп, ввод информации выполнялся с перфоленты. Машину можно было настроить на выполнение различных операций булевой логики, но она не являлась тьюринг-полной. Помимо Colossus Mk I, было собрано ещё девять моделей Mk II. Информация о существовании этой машины держалась в секрете до 1970-х гг. Уинстон Черчилль лично подписал приказ о разрушении машины на части, не превышающие размером человеческой руки. Из-за своей секретности, Colossus не был упомянут во многих трудах по истории компьютеров.

Американские разработки

В 1937 году Клод Шеннон показал, что существует взаимнооднозначное соответствие между концепциями булевой логики и некоторыми электронными схемами, которые получили название «логические вентили», которые в настоящее время повсеместно используются в цифровых компьютерах. Работая в МТИ, в своей основной работе он продемонстрировал, что электронные связи и переключатели могут представлять выражение булевой алгебры. Так своей работой A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits он создал основу для практического проектирования цифровых схем.

В ноябре 1937 года Джорж Стибиц завершил в Bell Labs создание компьютера «Model K» на основе релейных переключателей. В конце 1938 года Bell Labs санкционировала исследования по новой программе, возглавляемые Стибицем. В результате этого, 8 января 1940 года был завершён Complex Number Calculator, умеющий выполнять вычисления над комплексными числами. 11 сентября 1940 года в Дартмутском колледже, на демонстрации в ходе конференции Американского математического общества, Стибиц отправлял компьютеру команды удалённо, по телефонной линии с телетайпом. Это был первый случай когда вычислительное устройство использовалось удалённо. Среди участников конференции и свидетелей демонстрации были Джон фон Нейман, Джон Моучли и Норберт Винер, написавший об увиденном в своих мемуарах.

Компьютер Атанасова-Берри

В 1939 году Джон Винсент Атанасов (John Vincent Atanasoff ) и Клиффорд Берри (Clifford E. Berry ) из Университета штата Айова разработали Atanasoff-Berry Computer (ABC). Это был первый в мире электронный цифровой компьютер. Конструкция насчитывала более 300 электровакуумных ламп, в качестве памяти использовался вращающийся барабан. Несмотря на то, что машина ABC не была программируемой, она была первой, использующей электронные лампы в сумматоре. Соизобретатель ENIAC Джон Мокли (John Mauchly ) изучал ABC в июне 1941 года, и между историками существуют споры о степени его влияния на разработку машин, последовавших за ENIAC. ABC был почти забыт, до тех пор пока в центре внимания не оказался иск «Хоневелл против Sperry Rand», постановление по которому аннулировало патент на ENIAC (и некоторые другие патенты), из-за того что, помимо других причин, работа Атанасова была выполнена раньше.

В 1939 году в Endicott laboratories в IBM началась работа над Harvard Mark I. Официально известный как Automatic Sequence Controlled Calculator, Mark I был электромеханическим компьютером общего назначения, созданного с финансированием IBM и при помощи со стороны персонала IBM, под руководством гарвардского математика Howard Aiken. Проект компьютера был создан под влиянием Аналитической машины Ч. Бэббиджа, с использованием десятичной арифметики, колёс для хранения данных и поворотных переключатей в дополнение к электромагнитным реле. Машина программировалась с помощью перфоленты, и имела несколько вычислительных блоков, работающих параллельно. Более поздние версии имели несколько считывателей с перфоленты, и машина могла переключаться между считывателями в зависимости от состояния. Тем не менее, машина была не совсем Тьюринг-полной. Mark I был перенесён в Гарвардский университет и начал работу в мае 1944 года.

«ЭНИАК»

ЭНИАК выполнял баллистические расчёты и потреблял мощность в 160 кВт

Американский ENIAC, который часто называют первым электронным компьютером общего назначения, публично доказал применимость электроники для масштабных вычислений. Это стало ключевым моментом в разработке вычислительных машин, прежде всего из-за огромного прироста в скорости вычислений, но также и по причине появившихся возможностей для миниатюризации. Созданная под руководством Джона Мочли и Дж. Преспера Эккерта (J. Presper Eckert ), эта машина была в 1000 раз быстрее, чем все другие машины того времени. Разработка «ЭНИАК» продлилась с 1943 до 1945 года. В то время, когда был предложен данный проект, многие исследователи были убеждены, что среди тысяч хрупких электровакуумных ламп многие будут сгорать настолько часто, что «ЭНИАК» будет слишком много времени простаивать в ремонте, и тем самым, будет практически бесполезен. Тем не менее, на реальной машине удавалось выполнять несколько тысяч операций в секунду в течение нескольких часов, до очередного сбоя из-за сгоревшей лампы.

«ЭНИАК», безусловно, удовлетворяет требованию полноты по Тьюрингу. Но «программа» для этой машины определялась состоянием соединительных кабелей и переключателей - огромное отличие от машин с хранимой программой, появившихся у Конрада Цузе в 1940 году. Тем не менее, в то время, вычисления, выполняемые без помощи человека, рассматривались как достаточно большое достижение, и целью программы было тогда решение только одной единственной задачи . (Улучшения, которые были завершены в 1948 году, дали возможность исполнения программы, записанной в специальной памяти, что сделало программирование более систематичным, менее «одноразовым» достижением).

Переработав идеи Эккерта и Мочли, а также, оценив ограничения «ЭНИАК», Джон фон Нейман написал широко цитируемый отчёт, описывающий проект компьютера (EDVAC), в котором и программа, и данные хранятся в единой универсальной памяти. Принципы построения этой машины стали известны под названием «архитектура фон Неймана» и послужили основой для разработки первых по-настоящему гибких, универсальных цифровых компьютеров.

Когда появились первые компьютеры? Дать ответ на этот вопрос не так просто, поскольку нет одной единственно правильной классификации электронно-вычислительных машин, а также формулировок, что можно к ним относить, а что - нет.

Первое упоминание

Само слово "компьютер" было впервые документировано в 1613 году и означало человека, который выполняет расчеты. Но в XIX веке люди поняли, что машина никогда не устает работать, и она может выполнять работу гораздо быстрее и точнее.

Чтобы начать отсчет эры вычислительных машин, чаще всего берут 1822 год. Первый компьютер изобрел английский математик Чарльз Бэббидж. Он создал концепцию и приступил к изготовлению разностной машины, которая считается первым автоматическим устройством для вычислений. Она была способна подсчитывать несколько наборов чисел и делать распечатку результатов. Но, к сожалению, из-за проблем с финансированием Бэббидж так и не смог завершить ее полноценную версию.

Но математик не сдавался, и в 1837 году он представил первый механический компьютер, названный аналитической машиной. Это был самый первый компьютер общего назначения. В это же время началось его сотрудничество с Адой Лавлейс. Она переводила и дополняла его труды, а также сделала первые программы для его изобретения.

Аналитическая машина состояла из таких частей: арифметико-логического устройство, блок интегрированной памяти и устройство для контроля движения данных. Из-за денежных трудностей она также не был завершена при жизни ученого. Но схемы и разработки Бэббиджа помогли другим ученым, которые создавали первые компьютеры.

Спустя почти 100 лет

Как ни странно, за целый век вычислительные машины почти не продвинулись в своем развитии. В 1936-1938 годах немецкий ученый Конрад Цузе создал Z1 - это первый электромеханический программируемый двоичный компьютер. Тогда же, в 1936 году, Алан Тьюринг построил машину Тьюринга.

Она стала основой для дальнейших теорий о компьютерах. Машина эмулировала действия человека, следующего списку логических указаний, и печатала результат работы на бумажной ленте. Аппараты Цузе и Тьюринга — это первые компьютеры в современном понимании, без которых не появились бы компьютеры, к которым мы привыкли сегодня.

Все для фронта

Вторая мировая война повлияла и на развитие ЭВМ. В декабре 1943 году компания Tommy Flowers представила засекреченную машину под названием «Коллос», которая помогала британским агентам взламывать шифры немецких сообщений. Это был первый полностью электрический программируемый компьютер. О его существовании широкая общественность узнала лишь в 70-х годах. С тех пор ЭВМ привлекли внимание не только ученых, но и министерств обороны, которые активно поддерживали и финансировали их разработку.

Насчет того, какой цифровой компьютер считать первым, идут споры. В 1937-1942 годах профессор Айовского университета Джон Винсент Атанасов и Клифф Берри (аспирант) разрабатывали свой компьютер ABC. А в 1943-1946 Дж. Преспер Эккерт и Д. Мокли, ученые Пенсильванского университета, построили мощнейший ENIAC весом в 50 тонн. Таким образом, Атанасов и Берри создали свою машину раньше, но поскольку она так никогда и не была полностью функционирующей, то часто звание «самый первый компьютер» достается ENIAC.

Первые коммерческие образцы

С огромными габаритами и сложностью конструкции компьютеры были доступны только военным ведомствам и крупным университетам, которые собирали их самостоятельно. Но уже в 1942 г. К. Цузе начал работу над четвертой версией своего детища - Z4, и в июле 1950 года продал его шведскому математику Эдуарду Стиефелю.

А первые компьютеры, которые начали выпускаться массово, это модели с лаконичным названием 701, произведенные IBM 7 апреля 1953 года. Всего их было продано 19701 штук. Конечно же, это все еще были машины, предназначенные только для крупных учреждений. Для того чтобы стать действительно массовыми, им нужно было еще несколько важных совершенствований.

Так, в 1955 году 8 марта заработал «Вихрь» — компьютер, который был изначально задуман во времена Второй мировой войны в качестве тренажера для пилотов, но к моменту своего создания подоспевший к началу Холодной войны. Тогда он стал основой для разработки SAGE - подсистемы противовоздушной обороны, разработанной для автоматического наведения на цель самолетов-перехватчиков. Ключевыми особенностями «Вихря» стали наличие оперативной памяти объемом 512 байт и вывод графической информации на экран в режиме реального времени.

Технику в массы

Компьютер TX-O, представленный в 1956 году в Массачусетском технологическом институте, был первым, в котором использовались транзисторы. Это позволило сильно уменьшить стоимость и габариты техники.

Затем команда ученых, которые занимались разработкой TX-O, покинула институт, основала компанию Digital Equipment Corporation и в 1960 году представила компьютер PDP-1, начавший эру миникомпьютеров. Их размер был не больше одной комнаты или даже шкафа, и они были предназначены для более широкого круга клиентов.

Ну а первые компьютеры-десктопы стала выпускать компания Hewlett Packard в 1968 году.

компьютерный стол, компьютерные игры
Компью́тер (англ. computer, МФА: - «вычислитель») - устройство или система, способное выполнять заданную, чётко определённую изменяемую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой.

Электро́нная вычисли́тельная маши́на , ЭВМ - комплекс технических средств, где основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных элементах, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

ЭВМ используется как один из способов реализации компьютера. настоящее время термин ЭВМ, как относящийся больше к вопросам конкретной физической реализации компьютера, почти вытеснен из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники, как правовой термин в юридических документах, а также в историческом смысле - для обозначения компьютерной техники 1940-1980-х годов и больших вычислительных устройств, в отличие от персональных.

Электронная вычислительная машина подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако компьютер может быть устроен и на других принципах - он может быть механическим, биологическим, оптическим, квантовым и т. п. (подробнее: Классы компьютеров#По виду рабочей среды), работая за счёт перемещения механических частей, движения электронов, фотонов или эффектов других физических явлений. Кроме того, по типу функционирования вычислительная машина может быть цифровой (ЦВМ) и аналоговой (АВМ).

С другой стороны, термин «компьютер» предполагает возможность изменения выполняемой программы (перепрограммирования). Многие электронные вычислительные машины могут выполнять строго определенную последовательность операций, содержат устройства ввода и вывода или состоят из похожих на используемые в электронном компьютере конструктивных элементов (например, регистры), но не предполагают возможность перепрограммирования.

• 1 Этимология
• 2 История
• 3 Экспоненциальное развитие компьютерной техники
• 4 Математические модели
• 5 Архитектура и структура
• 6 Классификация
  • 6.1 По назначению
  • 6.2 Элементная основа цифрового компьютера
  • 6.3 Физическая реализация
  • 6.4 По способностям
    • 6.4.1 Современный компьютер общего назначения
• 7 Конструктивные особенности
  • 7.1 Цифровой или аналоговый
  • 7.2 Система счисления
  • 7.3 Хранение программ и данных
• 8 Программирование
• 9 Применение
• 10 См. также
• 11 Примечания
• 12 Ссылки

Этимология

Слово компьютер является производным от английских слов to compute, computer, которые переводятся как «вычислять», «вычислитель» (английское слово, в свою очередь, происходит от латинского computāre - «вычислять»). Первоначально в английском языке это слово означало человека, производящего арифметические вычисления с привлечением или без привлечения механических устройств. дальнейшем его значение было перенесено на сами машины, однако современные компьютеры выполняют множество задач, не связанных напрямую с математикой.

Впервые трактовка слова компьютер появилась в 1897 году в Оксфордском словаре английского языка. Его составители тогда понимали компьютер как механическое вычислительное устройство. 1946 году словарь пополнился дополнениями, позволяющими разделить понятия цифрового, аналогового и электронного компьютера.

История

Основная статья: История вычислительной техники

• 3000 лет до н. э. - в Древнем Вавилоне были изобретены первые счёты - абак.
• 500 лет до н. э. - в Китае появился более «современный» вариант абака с косточками на соломинках - суаньпань.
• 87 год до н. э. - в Греции был изготовлен «антикитерский механизм» - механическое устройство на базе зубчатых передач, представляющее собой специализированный астрономический вычислитель.
• В XIII веке Луллий Раймунд создал логическую машину в виде бумажных кругов, построенных по троичной логике.
• 1492 год - Леонардо да Винчи в одном из своих дневников приводит эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в XX веке, всё же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.

Суммирующая машина Паскаля

• XVI век - в России появились счёты, в которых было 10 деревянных шариков на проволоке.
• 1623 год - Вильгельм Шиккард, профессор университета Тюбингена, разрабатывает устройство на основе зубчатых колес («считающие часы») для сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. Было ли устройство реализовано при жизни изобретателя, достоверно не известно, но в 1960 году оно было воссоздано и проявило себя вполне работоспособным.
• 1630 год - Ричард Деламейн создаёт круговую логарифмическую линейку.
• 1642 год - Блез Паскаль представляет «Паскалину» - первое реально осуществлённое и получившее известность механическое цифровое вычислительное устройство. Прототип устройства суммировал и вычитал пятиразрядные десятичные числа. Паскаль изготовил более десяти таких вычислителей, причём последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами.
• 1673 год - известный немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц построил арифмометр, который выполнял умножение, деление, сложение и вычитание. Позже Лейбниц описал двоичную систему счисления и обнаружил, что если записывать определенные группы двоичных чисел одно под другим, то нули и единицы в вертикальных столбцах будут регулярно повторяться, и это открытие навело его на мысль, что существуют совершенно новые законы математики. Лейбниц решил, что двоичный код оптимален для системы механики, которая может работать на основе перемежающихся активных и пассивных простых циклов. Он пытался применить двоичный код в механике и даже сделал чертёж вычислительной машины, работавшей на основе его новой математики, но вскоре понял, что технологические возможности его времени не позволяют создать такую машину.
• Примерно в это же время Исаак Ньютон закладывает основы математического анализа.
• 1723 год - немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен на основе работ Лейбница создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и число последовательных операций сложения при умножении чисел. Кроме того, в ней была предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода данных.
• 1786 год - немецкий военный инженер Иоганн Мюллер в ходе работ по усовершенствованию механического калькулятора на ступенчатых валиках Лейбница, придуманного его соотечественником Филиппом Хахном, выдвигает идею «разностной машины» - специализированного арифмометра для табулирования логарифмов, вычисляемых разностным методом.
• 1801 год - Жозеф Мари Жаккар строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт.
• 1820 год - первый промышленный выпуск арифмометров. Первенство принадлежит французу Тома де Кальмару.
• 1822 год - английский математик Чарльз Бэббидж изобрёл, но не смог построить, первую разностную машину (специализированный арифмометр для автоматического построения математических таблиц) (см.: Разностная машина Чарльза Бэббиджа).
• 1840 год - Томас Фаулер (англ. Great Torrington) построил деревянную троичную счётную машину с троичной симметричной системой счисления.
• 1855 год - братья Георг и Эдвард Шутц (англ. George & Edvard Scheutz) из Стокгольма построили первую разностную машину на основе работ Чарльза Бэббиджа.
• 1876 год - русским математиком П. Л. Чебышёвым создан суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков. 1881 году он же сконструировал к нему приставку для умножения и деления (арифмометр Чебышёва).
• 1884-1887 годы - Холлерит разработал электрическую табулирующую систему, которая использовалась в переписях населения США 1890 и 1900 годов и Российской империи в 1897 году.
• 1912 год - создана машина для интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений по проекту русского учёного А. Н. Крылова.

Зал счётных машин «Computing Division» Казначейства США. 1920-е

• 1927 год - в Массачусетском технологическом институте (MIT) Вэниваром Бушем был разработан механический аналоговый компьютер.
• 1938 год - немецкий инженер Конрад Цузе вскоре после окончания в 1935 году Берлинского политехнического института построил свою первую машину, названную Z1. (В качестве его соавтора упоминается также Гельмут Шрейер (нем. Helmut Schreyer)). Это полностью механическая программируемая цифровая машина. Модель была пробной и в практической работе не использовалась. Её восстановленная версия хранится в Немецком техническом музее в Берлине. том же году Цузе приступил к созданию машины Z2 (Сначала эти компьютеры назывались V1 и V2. По немецки это звучит «Фау1» и «Фау2» и чтобы их не путали с ракетами, компьютеры переименовали в Z1 и Z2).

Компьютер ЭНИАК

• 1941 год - Конрад Цузе создаёт первую вычислительную машину Z3, обладающую всеми свойствами современного компьютера.
• 1942 год - в Университете штата Айова Джон Атанасов и его аспирант Клиффорд Берри (англ. Clifford Berry) создали (а точнее - разработали и начали монтировать) первый в США электронный цифровой компьютер ABC. Хотя эта машина так и не была завершена (Атанасов ушёл в действующую армию), она, как пишут историки, оказала большое влияние на Джона Мокли, создавшего двумя годами позже ЭВМ ЭНИАК.
• Начало 1943 года - успешные испытания прошла первая американская вычислительная машина Марк I, предназначенная для выполнения сложных баллистических расчётов американского ВМФ.
• Конец 1943 года - заработала британская вычислительная машина специального назначения Colossus. Машина работала над расшифровкой секретных кодов фашистской Германии.
• 1944 год - Конрад Цузе разработал ещё более быстрый компьютер Z4, а также первый язык программирования высокого уровня Планкалкюль.
• 1946 год - публике представлена первая универсальная электронная цифровая вычислительная машина ЭНИАК, разрабатывавшаяся секретно с 1943 года.
• 1950 год - группой Лебедева в Киеве создана первая советская электронная вычислительная машина.
• 1957 год - американской фирмой NCR создан первый компьютер на транзисторах.
• 1958 год - Н. П. Брусенцов с группой единомышленников построил первую троичную ЭВМ с позиционной симметричной троичной системой счисления «Сетунь».

Экспоненциальное развитие компьютерной техники

Основная статья: Закон Мура Диаграмма Закона Мура. Количество транзисторов удваивается каждые 2 года

После изобретения интегральной схемы развитие компьютерной техники резко ускорилось. Этот эмпирический факт, замеченный в 1965 году соучредителем компании Intel Гордоном Е. Муром, назвали по его имени Законом Мура. Столь же стремительно развивается и процесс миниатюризации компьютеров. Первые электронно-вычислительные машины (например, такие, как созданный в 1946 году ЭНИАК) были огромными устройствами, весящими тонны, занимавшими целые комнаты и требовавшими большого количества обслуживающего персонала для успешного функционирования. Они были настолько дороги, что их могли позволить себе только правительства и большие исследовательские организации, и представлялись настолько экзотическими, что казалось, будто небольшая горстка таких систем сможет удовлетворить любые будущие потребности. контрасте с этим, современные компьютеры - гораздо более мощные и компактные и гораздо менее дорогие - стали воистину вездесущими.

Математические модели

• Автомат фон Неймана
• Абстрактный автомат
• Конечный автомат
• Конечный автомат с памятью
• Универсальная машина Тьюринга
• Машина Поста

Архитектура и структура

Архитектура компьютеров может изменяться в зависимости от типа решаемых задач. Оптимизация архитектуры компьютера производится с целью максимально реалистично математически моделировать исследуемые физические (или другие) явления. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при компьютерном моделировании (симуляции) дамб, плотин или кровотока в человеческом мозгу. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 1960-х годах, однако сегодня стали достаточно редким явлением.

• Архитектура фон Неймана
• Гарвардская архитектура
• Шинная архитектура компьютера против канальной архитектуры
• Архитектура персонального компьютера
• Классификация параллельных вычислительных систем
• Компьютерная память
• Процессор

Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры, проекторы и т. п.

Классификация

Основная статья: Классы компьютеров

По назначению

Персональный компьютер IBM PC/XT Компьютер PDP-11/40

• Калькулятор
• Консольный компьютер
• Миникомпьютер
• Мейнфрейм
• Персональный компьютер
  • Настольный компьютер
  • Ноутбук (Лэптоп)
    • Субноутбук
      • Нетбук
      • Смартбук
  • Планшетный компьютер
    • Планшетный персональный компьютер
      • Тонкий персональный компьютер (Slate PC)
      • Ультрамобильный ПК
    • Интернет-планшет
    • Электронная книга (устройство)
  • Игровая приставка (Игровая консоль)
  • Карманный компьютер (КПК)
  • Коммуникатор
  • Смартфон
  • Носимый компьютер
• Рабочая станция
• Сервер
• Суперкомпьютер

Элементная основа цифрового компьютера

• релейные
• ламповые
• ферритдиодные
• транзисторные дискретные
• транзисторные интегральные

Первая троичная ЭВМ «Сетунь» на ферритдиодных ячейках была построена Брусенцовым в МГУ.

Поверхностный характер представленного подхода к классификации компьютеров очевиден. Он обычно используется лишь для обозначения общих черт наиболее часто встречающихся компьютерных устройств. Быстрые темпы развития вычислительной техники означают постоянное расширение областей её применения и быстрое устаревание используемых понятий. Для более строгого описания особенностей того или иного компьютера обычно требуется использовать другие схемы классификаций.

Физическая реализация

Более строгий подход к классификации основан на отслеживании используемых при создании компьютеров технологий. Самые ранние компьютеры были полностью механическими системами. Тем не менее, уже в 1930-х годах телекоммуникационная промышленность предложила разработчикам новые, электромеханические компоненты (реле), а в 1940-х были созданы первые полностью электронные компьютеры, имевшие в своей основе электронные лампы. 1950-1960-х годах на смену лампам пришли транзисторы, а в конце 1960-х - начале 1970-х годов - используемые и сегодня полупроводниковые интегральные схемы (кремниевые чипы).

Приведённый перечень технологий не является исчерпывающим; он описывает только основную тенденцию развития вычислительной техники. разные периоды истории исследовалась возможность создания вычислительных машин на основе множества других, ныне позабытых и порою весьма экзотических технологий. Например, существовали планы создания гидравлических и пневматических компьютеров, между 1903 и 1909 годами некто Перси И. Луджет даже разрабатывал проект программируемой аналитической машины, работающей на базе пошивочных механизмов (переменные этого вычислителя планировалось определять при помощи ниточных катушек).

В настоящее время ведутся серьёзные работы по созданию оптических компьютеров, использующих вместо традиционного электричества световые сигналы. Другое перспективное направление подразумевает использование достижений молекулярной биологии и исследований ДНК. И, наконец, один из самых новых подходов, способный привести к грандиозным изменениям в области вычислительной техники, основан на разработке квантовых компьютеров.

Впрочем, в большинстве случаев технология исполнения компьютера является гораздо менее важной, чем заложенные в его основу конструкторские решения.

• Механический компьютер
  • Пневматический компьютер
  • Гидравлический компьютер
• Оптический компьютер
• Электронный компьютер
• Квантовый компьютер
• Нанокомпьютер
• Биокомпьютер
  • Биокомпьютер Адлемана
  • Конечный биоавтомат Шапиро

По способностям

Одним из наиболее простых способов классифицировать различные типы вычислительных устройств является определение их способностей. Все вычислители могут, таким образом, быть отнесены к одному из трёх типов:

• специализированные устройства, умеющие выполнять только одну функцию (например, Антикитерский механизм 87 года до н. э. или ниточный предсказатель Вильяма Томсона 1876 года);
• устройства специального назначения, которые могут выполнять ограниченный диапазон функций (первая разностная машина Чарльза Бэббиджа и разнообразные дифференциальные анализаторы);
• устройства общего назначения, используемые сегодня. Название компьютер применяется, как правило, именно к машинам общего назначения.

Современный компьютер общего назначения

При рассмотрении современных компьютеров наиболее важной особенностью, отличающей их от ранних вычислительных устройств, является то, что при соответствующем программировании любой компьютер может подражать поведению любого другого (хоть эта возможность и ограничена, к примеру, вместимостью средств хранения данных или различием в скорости). Таким образом, предполагается, что современные машины могут эмулировать любое вычислительное устройство будущего, которое когда-либо может быть создано. некотором смысле эта пороговая способность полезна для различия компьютеров общего назначения и устройств специального назначения. Определение «компьютер общего назначения» может быть формализовано в требовании, чтобы конкретный компьютер был способен подражать поведению универсальной машины Тьюринга. Первым компьютером, удовлетворяющим такому условию, считается машина Z3, созданная немецким инженером Конрадом Цузе в 1941 году (доказательство этого факта было проведено в 1998 году).

Конструктивные особенности

Перфолента

Современные компьютеры используют весь спектр конструкторских решений, разработанных за всё время развития вычислительной техники. Эти решения, как правило, не зависят от физической реализации компьютеров, а сами являются основой, на которую опираются разработчики. Ниже приведены наиболее важные вопросы, решаемые создателями компьютеров:

Цифровой или аналоговый

Фундаментальным решением при проектировании компьютера является выбор, будет ли он цифровой или аналоговой системой. Если цифровые компьютеры работают с дискретными численными или символьными переменными, то аналоговые предназначены для обработки непрерывных потоков поступающих данных. Сегодня цифровые компьютеры имеют значительно более широкий диапазон применения, хотя их аналоговые собратья все ещё используются для некоторых специальных целей. Следует также упомянуть, что здесь возможны и другие подходы, применяемые, к примеру, в импульсных и квантовых вычислениях, однако пока что они являются либо узкоспециализированными, либо экспериментальными решениями.

Примерами аналоговых вычислителей, от простого к сложному, являются: номограмма, логарифмическая линейка, астролябия, осциллограф, телевизор, аналоговый звуковой процессор, автопилот, мозг.

Среди наиболее простых дискретных вычислителей известен абак, или обыкновенные счёты; наиболее сложной из такого рода систем является суперкомпьютер.

Система счисления

Примером компьютера на основе десятичной системы счисления является первая американская вычислительная машина Марк I.

Важнейшим шагом в развитии вычислительной техники стал переход к внутреннему представлению чисел в двоичной форме. Это значительно упростило конструкции вычислительных устройств и периферийного оборудования. Принятие за основу двоичной системы счисления позволило более просто реализовывать арифметические функции и логические операции.

Тем не менее, переход к двоичной логике был не мгновенным и безоговорочным процессом. Многие конструкторы пытались разработать компьютеры на основе более привычной для человека десятичной системы счисления. Применялись и другие конструктивные решения. Так, одна из ранних советских машин работала на основе троичной системы счисления, использование которой во многих отношениях более выгодно и удобно по сравнению с двоичной системой (проект троичного компьютера Сетунь был разработан и реализован талантливым советским инженером Н. П. Брусенцовым).

Под руководством академика Хетагурова Я. А. разработан «высоконадёжный и защищённый микропроцессор недвоичной системы кодирования для устройств реального времени», использующий систему кодирования 1 из 4 с активным нулём.

В целом, однако, выбор внутренней системы представления данных не меняет базовых принципов работы компьютера - любой компьютер может эмулировать любой другой.

Хранение программ и данных

Во время выполнения вычислений часто бывает необходимо сохранить промежуточные данные для их дальнейшего использования. Производительность многих компьютеров в значительной степени определяется скоростью, с которой они могут читать и писать значения в (из) памяти и её общей ёмкости. Первоначально компьютерная память использовалась только для хранения промежуточных значений, но вскоре было предложено сохранять код программы в той же самой памяти (архитектура фон Неймана, она же «принстонская»), что и данные. Это решение используется сегодня в большинстве компьютерных систем. Однако для управляющих контроллеров (микро-ЭВМ) и сигнальных процессоров более удобной оказалась схема, при которой данные и программы хранятся в различных разделах памяти (гарвардская архитектура).

Программирование

Подробнее по этой теме см.: Программирование. Джон фон Нейман - один из основоположников создания архитектуры современных компьютеров

Способность машины к выполнению определённого изменяемого набора инструкций (программы) без необходимости физической переконфигурации является фундаментальной особенностью компьютеров. Дальнейшее развитие эта особенность получила, когда машины приобрели способность динамически управлять процессом выполнения программы. Это позволяет компьютерам самостоятельно изменять порядок выполнения инструкций программы в зависимости от состояния данных. Первую реально работающую программируемую вычислительную машину сконструировал немец Конрад Цузе в 1941 году.

При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по определённому алгоритму. Решение любой задачи для компьютера является последовательностью вычислений.

В большинстве современных компьютеров проблема сначала описывается в понятном им виде (при этом вся информация как правило представляется в двоичной форме - в виде единиц и нулей, хотя компьютер может быть реализован и на других основаниях, как целочисленных - например, троичный компьютер, так и нецелых), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций, достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач, а также и большинства задач по обработке информации, которые могут быть сведены к математическим.

Было обнаружено, что компьютеры могут решить не любую математическую задачу. Впервые задачи, которые не могут быть решены при помощи компьютеров, были описаны английским математиком Аланом Тьюрингом.

Применение

Трёхмерная карта поверхности участка земной суши, построенная при помощи компьютерной программы

Первые компьютеры создавались исключительно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные компьютеры в этой области во много раз превосходят людей (если не считать некоторых уникальных людей-счётчиков). Не случайно первым высокоуровневым языком программирования был Фортран, предназначенный исключительно для выполнения математических расчётов.

Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, они были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для этих целей был разработан язык Кобол. Позже появились СУБД со своими собственными языками программирования.

Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие шло от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё бо́льшая часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.

Четвёртое. Компьютеры развились настолько, что стали главным информационным инструментом как в офисе, так и дома. Теперь почти любая работа с информацией зачастую осуществляется через компьютер - будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Основное применение современных домашних компьютеров - навигация в Интернете и игры.

Пятое. Современные суперкомпьютеры используются для компьютерного моделирования сложных физических, биологических, метеорологических и других процессов и решения прикладных задач. Например, для моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.

Наиболее сложным и слаборазвитым применением компьютеров является искусственный интеллект - применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма. Примеры таких задач - игры, машинный перевод текста, экспертные системы.

См. также

Примечания

1. Представлено британское произношение слова; также возможен американский вариант: . Нормативное произношение в русском языке:
2. Толковый словарь по вычислительным системам = Dictionary of Computing / Под ред. В. Иллингуорта и др.: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского. - М.: Машиностроение, 1990. - 560 с. - 70 000 (доп,) экз. - ISBN 5-217-00617-X (СССР), ISBN 0-19-853913-4 (Великобритания).
3. Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике / Рецензенты: канд. физ.-мат. наук А. С. Марков и д-р физ.-мат. наук И. В. Поттосин. - М.: Финансы и статистика, 1991. - 543 с. - 50 000 экз. - ISBN 5-279-00367-0.
4. Большой энциклопедический словарь. 2000
5. Деятели философии. Жизнь и труды Лейбница
6. The calculating machines of Johann Helfrich Müller (англ.)
7. The ternary calculating machine of Thomas Fowler
8. Сайт Томаса Фоулера
9. Vannevar Bush’s Differential Analyzer (англ.)
10. Раздел 5.2 Choice of binary system (Выбор двоичной системы)

Ссылки

• Компьютер в Open Encyclopedia Project
• Аппаратное обеспечение компьютера в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz).
• Фотографии отечественных компьютеров
• Классификация компьютеров (энциклопедия Алфёрова)(недоступная ссылка - история, копия)
• Виртуальный компьютерный музей
• Воздействие компьютера на человека
• Друг мой, враг мой. Компьютер - Проблемы для здоровья, которые может вызвать компьютер и как их уменьшить
• Казанский компьютерный музей
• http://overcomp.ru/ Фото и описание внутренностей системного блока
• Как не погибнуть за компьютером? Ferra.ru

компьютер, компьютер для чайников, компьютер ланд, компьютер форматлах, компьютер худалдаа, компьютер юниверс, компьютерийн хичээл, компьютерная томография, компьютерные игры, компьютерный стол

Компьютер Информацию О