История на изчислителната техника
Развитието на изчислителните средства преминава през четири етапа - предмеханичен, механичен, електромеханичен и електронен. Наименованията на етапите са свързани с физическото естество на технологията за производство на сметачни машини в съответната епоха.
Етапи.
? Предмеханичен
По време този етап е най – дълъг – започва в дълбока древност и завършва до ХVІІ в.
Засилването на потребността от средства за пресмятане довежда до появата на устройства, които могат да се обединят под общото наименование абак (от гръцки – сметачна дъска).
Абакът е дъска с вдлъбнатини, в които се поставят камъчета. Аритметичните пресмятания се извършвали чрез предвижване на тези камъчета по определена схема от една вдлъбнатина в друга. С течение на времето вдлъбнатините на дъската и камъчетата били заменени от връвчици с нанизани мъниста, при което абакът придобива вида на познатото сметало.
? Механичен
През Средновековието редица изобретатели обмислят създаването на машина, способна да извършва аритметични действия по механичен път. В Националната библиотека в Мадрид са намерени ръкописите на Леонардо да Винчи (1452 – 1519), сред които има и скица на сумиращо устройство. Възпроизведената по тези скици от фирмата IBM машина се оказала напълно работоспособна.
За родоначалник на механичният етап се приема френският математик Блез Паскал (1623 – 1662), който през 1641 година конструира първата механична сумираща машина, достигнала до наши дни. В знак на почит към делото му един от съвременните езици за програмиране носи името на французина.
? Електромеханичен
През втората половина на ХІХ в. Се разпространяват теоретично редица въпроси, свързани с електричеството. Неговото първо приложение в производството на сметачни машини е използването му като движеща сила за задвижване на механизмите. Така механичните аритмометри стават електромеханични.
Бързият напредък на съобщителната техника в началото на ХХ в. Води до усвояване и усъвършенстване на релейната техника, която започва да се прилага и при конструирането на сметачни машини.
От 1938 до 1941г. немският учен Конрад Цузе създава Z-1 – първата универсална цифрова сметачна машина, като използва електромагнитни релета.
От 1939 до 1944г. САЩ Хауърд Айкън конструира машината МАРК І. Освен четирите аритметични действия, тя е намирала и стойността на величини, зададени таблично. Експлоатацията на МАРК І продължава 15 години. От 1940 до 1947г. Джон Стибиц конструира машините Бел (от Бел – І до Бел – V) с детайли, схеми и апаратура, използвани в автоматичните телефонни централи. В Бел – ІІ за първи път е вградена схема за проверка на работоспособността на апаратурата, която спирала машината, ако установи, че някое реле не работи.
? Електронен
В края на ХІХ в. Започва развитието на електрониката.
През 1938г. Джон Атанасов и неговият аспирант Клифърд Бери започват работа по конструиране на машина, способна автоматично да решава система от 29 линейни уравнения с 29 неизвестни. През 1942г. е готов първият вариант на машината, наречен по името на създателите си АВС (Атанасов Бери Компютър). Тази машина е първата с изцяло електронна конструкция, съхраняваща вътрешно числовите данни в двоична бройна система. АВС е решавала с висока за онова време скорост системи от 9 уравнения с 9 неизвестни.
През тридесетте години на ХХ в. Джон Мокли също работи по създаването на изчислителна машина. През 1941г. той посещава Атанасов в колежа на Айова и се запознава с работата му. Под ръководството на Мокли и Екерт през 1943г. бива създадена изчислителна машина, наречена ENIAC.
При своята работа ENIAC е консумирала 150 kW електроенергия – мощност, достатъчна за работата на неголям завод. Новата машина е универсален компютър и притежава редица достойнства, но управлението е слабо развито. За пренастройването на ENIAC за решаване на друга задача често е било необходимо повече от едно денонощие.
През 1946г. Джон фон Нойман (1903 – 1957) представя своя проект за създаване на автоматична изчислителна машина, наречена EDVAC. Тя е основана на следните принципи:
1. Машините с електронни елементи трябва да работят в двоична, а не в десетична бройна система (всъщност това е идея на Джон Атанасов, реализирана успешно в АВС).
2. Аритметичното устройство на машината се конструира на основата на електронна схема за извършване на операция събиране (двоичен суматор), защото останалите аритметични действия са производни на събирането.
3. Програмата , управляваща работата на машината, се съхранява в паметта на машината заедно с междинните числови резултати.
През 1952 г. EDVAC влиза в редовна експлоатация, но първи компютър, запомнящ програмата си в паметта е EDSAC. Той е завършен през 1949 г. във Великобритания под ръководството на Уилкс.
Сумираща машина на Паскал.
Паскал усъвършенства машината си и има много последователи. През 1673 г. Готфрид Вилхелм Лайбниц (1646 – 1716) представя пред Парижката академия машина, която за първи път извършва по механичен път четири аритметични действия. През 1818г. французинът Карл Томас конструира сметачна машина, която нарича аритмометър, и организира нейното фабрично производство. С различни подобрения аритмометри се произвеждат до средата на ХХ в.
В началото на ХІХ в. В Европа става много популярно използването на таблици, съдържащи предварително изчислените стойности на някои функции. Във Франция производството на таблици е поставено на манифактурна основа, като за извършване на необходимите изчисления се използва труда на много хора.
Запознавайки се с това производство, английския професор по математика Чарлз Бебидж (1792 – 1871) замисля създаване на машина, наречена от него аналитична машина. Тя трябвало да извършва самостоятелно произволни пресмятания, като й се зададат съответен алгоритъм и начални данни.
Частите на аналитичната машина на Ч. Бебидж били: склад, който съхранява междинни числови данни; фабрика, която извършва аритметичните действия с числата от склада; управляващо устройство, което организира изпълнението на алгоритъма, и периферно устройство за вход и изход на данните.
Единствената дъщеря на английският поет лорд Байрон – Августа Ада, графиня на Лъвлейс (1816 – 1852), разработила програми, които да управляват аналитичната машина на Бебидж при решаване на някой математически задачи. Така тя останала в историята като първия програмист. За отбелязване на делото на графинята на нейно име е наречен езикът за програмиране АДА.
Поколения компютри.
Прието е компютрите да се делят на поколения в зависимост от физическата природа на елементите, използвана при конструирането им.
Машините, в чиято конструкция се използват релета, условно спадат към нулевото поколение.
В машините от първото поколение като конструктивен елемент се използват електронни вакуумни лампи. Такива са машините, строени до края на 50-те години на ХХ в.
Към края на 50-те години електронните лампи окончателно се заменят от ново изобретения полупроводников елемент - транзистора. Транзисторните машини спадат към второ поколение компютри, произвеждано до края на 60-те години на ХХ в.
В края на 50-те години на ХХ в. е открита интегралната технология, даваща възможност върху един силициев кристал да се изработват няколко транзистора заедно с връзките между тях. От средата на 60-те години на ХХ в. при производството на компютри се използват интегрални схеми с малка и средна степен на интеграция, които спадат към третото поколение компютри.
В края на 60-те години на ХХ в. технологията за производство на интегрални схеми позволява създаването на интегрални схеми с висока степен на интиграция, съдържащи около 10000 логически елемента в един кристал. Първаначално високата степен на интеграция се използва при производството на компютърни памети.
През 1971г. фирмата " Интел" предлага на пазара интегрална схема, реализираща функциите на централния процесор (комбинация от управляващото устройство и фабриката на Бебедж) на компютър, която бива наречена микропроцесор. Полупроводниковите фирми, конкуренти на "Интел", също създават микропроцесорни схеми, които полагат основите на производство на настолни (в последствие и преносими) компютри, получили названието микрокомпютри. Всички компютърни системи, изградени на базата на интегрални схеми с висока и свръхвисока степен на интеграция, чието производство започва в средата на 70-те години на ХХ в. и продължава и днес, спадат към четвъртото поколение компютри.
