История возникновения ПК. Поколения компьютеров. Архитектура фон Неймана.

Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье было распространено простейшее приспособление для счета: доска, разделенная на полосы, где перемещались камешки или кости. Такая счетная дощечка называлась абак и использовалась для ручного счета.

В Древнем Риме подобное изобретение называли calculi или abaculi и изготавливали из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. Слово calculus означает «галька», «голыш». От этого слова произош­ло латинское слово calculatore (вычис­лять), а затем — русское слово «кальку­ляция». Абак позволял лишь запоминать результат, а все арифметические действия должен был выполнять человек.

Для простоты понимания основные этапы развития вычислительной техники представлены в виде таблицы.

Первая механическая машина была построена немецким ученым Вильгель­мом Шиккардом предположительно в 1623 году. Машина была реализована в единственном экземпляре и предназнача­лась для выполнения арифметических операций, но была недостаточно известна, потому долгие годы считалось, что первую суммирующую машину сконструировал Блез Паскаль (французский математик, физик, религиозный философ и писатель) в 1642 году.

В 1674 году Готфрид Лейбниц расширил возможности ма­шины Паскаля, добавив операции умножения, деления и извлечения квадрат­ного корня. Специально для своей машины Лейбниц применил систему счисления, использующую вместо привычных для человека десяти цифр две: 1 и 0. Двоичная система счислений широко используется в современных ЭВМ.

Ни одна из этих машин не была автоматической, они требовали непре­рывного вмешательства человека. Но в 1834 году Чарльз Бэббидж первым разработал подробный проект автоматической вычисли­тельной машины, однако, ему так и не удалось воплотить свой проект, так как в то время не­возможно было достичь требуемой точности изготовления узлов.

Ч. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные части:

• «склад» для хранения чисел (по современной терминологии — па­мять);

• «мельницу» для производства арифметических действий (арифме­тическое устройство);

• устройство, управляющее последовательностью выполнения опе­раций (устройство управления);

• устройства ввода и вывода данных.

В качестве источника энергии для приведения в действие механизмов машины Ч. Бэббидж рассматривал паровой двигатель. Бэббидж предложил управлять своей машиной с помощью перфорированных карт, содержащих коды команд. На этих картах было представлено то, что сегодня мы назвали бы программой. Вообще, Ч. Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные, как мы сейчас говорим, с программированием. В частности, им была разработана весьма важная для программирования идея «условной передачи управления». Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором со временем были построе­ны ЭВМ.

Первые программы для вычислитель­ной машины Бэббиджа создавала Ада Лавлейс (Ada Lovelace) — дочь известного поэта Джорджа Байрона, в честь которой впоследствии был назван один из языков программирования. Ада Лавлейс разработала основные принципы программирования, ко­торые остаются актуальными до настоящего момента времени. Ряд терминов, введенных ею, используется и сейчас, на­пример, «цикл», «рабочие ячейки».

Теоретические основы современных цифровых вычислительных машин заложил английский математик Джордж Буль (1815-1864 гг.). Он разработал алгебру логики, ввел в обиход логические операторы И, ИЛИ и НЕ.

В 1888 году Германом Холлеритом была сконст­руирована первая электромеханическая машина для сортировки и подсчета перфокарт. Эта машина, названная табулятором, содержала реле, счетчики, сортировочный ящик. Изобретение Холлерита было использовано при под­ведении итогов переписи населения в США. Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем за десять лет до этого занимались 500 сотрудников в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 не­дели.

В 1896 году Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulation Company. Спустя несколько лет это предприятие переименовали в извест­нейшую теперь фирму International Business Machine Corporation (IBM).

Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse) был первым, кто ус­пешно осуществил идею создания автоматической электромеханической вы­числительной машины на основе двоичной системы счисления. В 1936 году он начал конструировать вычислительный аппарат, работающий в двоичной системе счисления, который впоследствии был назван Zuse 1 (Z1).

В 1941 году Цузе сумел построить действующую модель Zuse 3, кото­рая состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти.

Еще одна полностью автоматическая вычислительная машина, изобре­тенная профессором Гарвардского университета Говардом Айкеном (Aiken Howard, 1900-1973 гг.), при участии группы инженеров фирмы IBM, была пост­роена в 1944 г. Она была названа ASCC (другое название Mark 1) и была электромеханической (построена на реле), состоящей приблизительно из 750 тысяч компонентов. На умножение она тратила около 4 секунд.

До знакомства с работами Цузе научная общественность считала ма­шину ASCC первой электромеханической машиной.

В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию электрон­ной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. Совместно с К. Берри к 1942 году была построена электронная машина АВС (Atanasoff-Berry Computer).

В 1943 году в Англии была разработана специализированная ЭВМ Colossus, предназначенная для дешифрации секретных сообщений.

Электронная вычислительная машина, разработанная Эккертом и Маучли (John W. Mauchly and J. Prosper Eckert, Jr.) в США в 1946 г., была названа ENIAC. При создании этой машины Эккерт и Маучли заимствовали основные идеи у Дж. Атанасова. ENIAC была примерно в 1000 раз быстрее, чем ASCC. Она состояла из 18 тысяч электронных ламп, 1,5 тысяч реле, име­ла вес более 30 тонн, потребляла мощность более 150 кВт.

Первоначально ENIAC программировалась путем соединения прово­дами соответствующих гнезд на коммутационной панели, что делало составление программы очень медленным и утомительным занятием. Американский математик и физик венгерского происхожде­ния Джон фон Нейман (1903-1957 гг.) предло­жил хранить програм­му — последовательность команд управления ЭВМ — в памяти ЭВМ, что позволяло оперировать с программой так же, как с данными. Последующие ЭВМ строились с большим объемом памяти с учетом того, что там будет храниться программа.

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.