2

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерная архитектура – это огромный вопрос, вопрос того, как разные устройства взаимодействуют друг с другом. И чтобы ответить на этот вопрос необходимо обратиться к истокам, изучить и понять, как это все устроено.

В развитии ЭВМ язык «Ассемблер» сыграл немало важную роль. Изначально программы на компьютер задавались с помощью перфокарт, перфолент. Запомнить “бесконечные” числа из нулей и единиц было очень сложно. С появлением Ассемблера нули и единицы заменили символьной записью машинных команд. Запомнить команду, состоящую из 3 символов, гораздо проще и легче и, следовательно, программировать проще. А это значит, что программистов станет больше и ЭВМ станет востребованнее.

3

1.ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

1.Винты и калькуляторы

Счеты, изобретенной на Ближнем Востоке около 500 г. до нашей эры оставались самой быстрой формой калькулятора до середины 17-го века. Затем, в 1642 году французский ученый и философ Блез Паскаль (1623– 1666) , когда ему было всего 18 лет, изобрел первый механически калькулятор, Паскалина, чтобы помочь отцу, собирающему налоги, считать суммы. Машина имела ряд взаимосвязанных шестеренок (зубчатых колес с зубцами вокруг их внешних краев), которые могли складывать и вычитать десятичные числа. Машина Паскалина изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 -Паскалина: две детали калькулятора Блеза Паскаля 17-го века. Слева: «Пользовательский интерфейс»: часть, на которую вы набираете номера, которые вы хотите вычислить. Справа: внутренний зубчатый механизм.

Спустя несколько десятилетий, в 1671 году, немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц(1646–1716) придумал подобную, но более продвинутую машину. Вместо того, чтобы использовать винтики, у него был «ступенчатый барабан» (цилиндр с зубцами увеличивающейся длины по краю), инновация, которая сохранилась в механических калькуляторах в течение 300 сотен лет. Машина Лейбница могла делать гораздо больше, чем у Паскаля: а также сложение, вычитание, умножение,

4

деление и обрабатывать квадратные корни. Еще одной новаторской функцией стал первый магазин памяти или «регистр».

Помимо разработки одного из самых ранних в мире механических калькуляторов, Лейбница запомнили еще одним важным вкладом в вычисления: он был человеком, который изобрел двоичный код, способ представлениялюбогодесятичногочисла,используятолькодвецифрыноль и один. Хотя Лейбниц не использовал бинарные средства в своем калькуляторе, он заставлял задумать над этим других . В 1854 году, чуть более века спустя после смерти Лейбница, англичанин Джордж Буль (1815– 1864) использовал эту идею, чтобы изобрести новый раздел математики, названный булевой алгеброй. В современных компьютерах двоичный код и булева алгебра позволяют компьютерам принимать простые решения, сравнивая длинные строки нулей и единиц. Но в 19 веке эти идеи все еще были далеко впереди своего времени. Математикам и программистам понадобилось еще 50–100 лет, чтобы понять, как их использовать.

2.Двигатели расчета

Ни счеты, ни механические калькуляторы, созданные Паскалем и Лейбницем, не были квалифицированы как компьютеры. Калькулятор - это устройство, которое позволяет людям быстрее и проще делать суммы, но для этого нужен человек-оператор. Компьютер, с другой стороны, представляет собой машину, которая может работать автоматически, без какой-либо помощи человека, следуя последовательности хранимых инструкций,называемых программой(своего родаматематическийрецепт). Калькуляторы превратились в компьютеры, когда люди разработали способы создания полностью автоматических программируемых калькуляторов.

Первым, кто попытался это сделать, был довольно одержимый, заведомо сварливый английский математик по имени Чарльз Бэббидж(1791–1871). Многие считают Бэббиджа «отцом компьютера»,

потому что его машины имели вход (способ ввода чисел), память (что-то

5

для хранения этих чисел во время сложных вычислений), процессор (обработчик чисел, который расчеты) и вывод (печатный механизм) - те же основные компоненты, которые используются всеми современными компьютерами. За свою жизнь Бэббидж так и не выполнил ни одной из чрезвычайно амбициозных машин, которые он пытался построить. Это было не удивительно. Каждый из его программируемых «двигателей» был рассчитаннаиспользованиедесятковтысячвысокоточныхпередач,машина Паскаля или Лейбница увеличила размеры, амбиции и сложность в тысячу раз. Какое-то время британское правительство финансировало Бэббиджа на сумму 17 000 фунтов стерлингов, а затем - огромную сумму. Но когда Бэббидж потребовал у правительства больше денег для создания еще более совершенной машины, они потеряли терпение и ушли. Бэббидж был более удачлив в получении помощи от Августы Ады Байрон (1815-1852), графини Лавлейса, дочери поэта лорда Байрона. Восторженный математик, она помогла усовершенствовать идеи Бэббиджа по программированию его машины, и именно поэтому ее до сих пор иногда называют первым в мире программистом. Мало работ Бэббиджа сохранилось после его смерти. Но когда, случайно, его записи были заново открыты в 1930-х годах, ученыекомпьютерщики наконец оценили великолепие его идей. К сожалению, к тому времени большинство этих идей уже были заново изобретены другими.

Бэббидж предполагал, что его машина избавит от рутинной работы. Первоначально он предположил, что армия будет использована для составления таблиц, которые помогли бы артиллеристам стрелять из пушек более точно. К концу 19-го века другие изобретатели были более успешными в своих усилиях по созданию «двигателей» расчета. Американский статистик Герман Холлерит(1860–1929) построил одну из первых в мире практических вычислительных машин, которую он назвал табулятором, для составления данных переписи. Затем, как и сейчас,

перепись проводилась каждое десятилетие, но к 1880-м годам население

6

Соединенных Штатов так сильно увеличилось благодаря иммиграции, что полномасштабный анализ данных вручную составлял семь с половиной лет. Статистики вскоре выяснили, что, если тенденции сохранятся, у них не хватит времени для составления одной переписи до наступления следующей. К счастью, табулятор Холлерита имел поразительный успех: он подсчитал всю перепись всего за шесть недель и завершил полный анализ всего за два с половиной года.Вскоре после этого Холлеритпонял,что уего машины есть и другие применения, и в 1896 году он основал компанию по производству табуляторов для ее коммерческого производства. Несколькими годами позже,

Герман Холлерит усовершенствовал способ использования перфокарт и бумажной ленты для хранения информации и подачи ее в машину. Рисунок из его патента 1889 года «Искусство составления статистики» (Патент США № 395,782) представлен на рисунке 2, показывающий, полоса бумаги (желтая) перфорирована с различными узорами отверстий (оранжевая), которые соответствуют статистическим данным, собранным о людях при переписи США.

Рисунок 2 – патент 1889 года «Искусство составление статистики»

7

3.Буш и бомба

История компьютерных вычислений помнит таких ярких персонажей, как Бэббидж, но другие, которые играли важные, если не второстепенные роли, менее известны. В то время, когда CTR становился IBM, самые мощные в мире калькуляторы разрабатывались американским правительственным ученым Ванневаром Бушем (1890–1974). В 1925 году Буш сделал первое из серии громоздких изобретений с такими же громоздкими именами: новый множитель Integraph для записывающего продукта. Позже он построил машину под названием «Дифференциальный анализатор», в которой использовались шестерни, ремни,рычаги и валы для представления чисел и выполнения вычислений большим физическим способом, как гигантское механическое правило скольжения. Конечным калькулятором Буша была усовершенствованная машина, названная дифференциальным анализатором Рокфеллера, собранная в 1935 году из 320 км(200 миль)проводаи 150 электродвигатели.Подобные машины были известны как аналоговые калькуляторы - аналоговые, потому что они сохраняли числа в физической форме (столько же оборотов колеса или витков ремня), а не в виде цифр. Хотя они могли выполнять невероятно сложные вычисления, потребовалось несколько дней прокручивания колес и поворота ремня, прежде чем наконец-то появились результаты. Данная машина предоставлена на рисунке 3.

8

Рисунок 3- дифференциальный анализатор. Черная часть на заднем плане является основной частью машины. Оператор сидит за меньшей консолью на переднем плане

Впечатляющие машины, такие как Дифференциальный анализатор, были лишь одним из выдающихся вкладов Буша в технологии 20-го века. Другой вклад пришел в качестве учителя Клода Шеннона (1916–2001), блестящий математик, который выяснил, как можно связать электрические цепи для обработки двоичного кода с помощью булевой алгебры (способ сравнения двоичных чисел с использованием логики) и, таким образом, принимать простые решения. Во время Второй мировой войны президент Франклин Д. Рузвельт назначил Буша сначала председателем Комитета по национальной обороне США, а затем директором Управления научных исследований и разработок (ОСРД). В этом качестве он отвечал за Манхэттенский проект, секретную инициативу в 2 миллиарда долларов, которая привела к созданию атомной бомбы. Одним из последних достижений Буша в военное время было наметить в 1945 году идею устройства для хранения и обмена памятью под названием Memex, которое впоследствии вдохновило Тима Бернерса-Ли на создание всемирной

паутины. Немногие за пределами мира компьютерных технологий помнят

9

Ванневара Буша сегодня - но какое наследие! Будучи отцом цифрового компьютера, надзирателем за атомной бомбой и вдохновением для Интернета, Буш сыграл ключевую роль в трех из наиболее далеко идущих технологий 20-го века.

4.испытания Тьюринга

Многие из пионеров информатики были практическими экспериментаторами, но далеко не всеми. Алан Тьюринг (1912–1954) - одна из ключевых фигур в истории вычислительной техники 20-го века, блестящий кембриджский математик, чей основной вклад в теорию о том, как компьютеры обрабатывают информацию. В 1936 году, когда ему было всего 23 года, Тьюринг написал революционную математическую статью под названием «О вычислимых числах с приложением решения задач», в которой он описал теоретический компьютер, теперь известный какмашина Тьюринга (простой информационный процессор, который работает через серию инструкций, чтение данных, запись результатов, а затем переход к следующей инструкции). Идеи Тьюринга оказали огромное влияние в последующие годы, и многие считают его отцом современных вычислительных систем - эквивалентом Бэббиджа 20-го века.

Хотя Тьюринг, по сути, теоретик, увлекся реальным, практическим механизмом, в отличие от многих математиков своего времени. Во время Второй мировой войны он сыграл ключевую роль в разработке механизма взлома кода, который сам по себе сыграл ключевую роль в победе Британии в военное время; позже он сыграл меньшую роль в создании нескольких крупномасштабных экспериментальных компьютеров, включая ACE (Automatic Computing Engine), Colossus и Manchester / Ferranti Mark I (описано ниже). Сегодня Алан Тьюринг известен тестом Тьюринга. Это простой способ выяснить, можно ли считать компьютер интеллектуальным, проверяя, может ли он поддерживать разговор с реальным человеком.

10

5.Первые современные компьютеры

Годы Второй мировой войны были критическим периодом в истории вычислительной техники, когда начали появляться мощные гигантские компьютеры. Незадолго до начала войны, в 1938 году, немецкий инженер Конрад Цузе (1910–1995) построил свой Z1, первый в мире программируемый двоичный компьютер, в гостиной своих родителей. В следующем году американский физик Джон Атанасов (1903–1995) и его помощник, инженер-электрик Клиффорд Берри (1918–1963), построил более сложную двоичную машину, которую они назвали Atanasoff Berry Computer (ABC). Это был большой прогресс - в 1000 раз точнее, чем дифференциальный анализатор Буша. Это были первые машины, которые использовали электрические переключатели для хранения номеров: когда переключатель был «выключен», он сохранял нулевой номер, если был повернут на другую, то был «включен» и он сохранял в номер один.Таким образом, сотни или тысячи коммутаторов могут хранить очень много двоичных цифр (хотя двоичный код гораздо менее эффективен в этом отношении, чем десятичный, поскольку для хранения трехзначного десятичного числа требуется до восьми двоичных цифр). Эти машины были цифровыми компьютерами: в отличие от аналоговых машин, которые сохраняли числа, используя положения колес и стержней, они сохраняли числа в виде цифр.

Первый крупный цифровой компьютер такого типа появился в 1944 году в Гарвардском университете, построенный математиком Говардом Айкеном (1900–1973). При поддержке IBM он был по-разному известен как «Гарвард Марк I» или «Автоматический калькулятор с управлением последовательностями» (ASCC). Гигант машины длиной в 15 м (50 футов) был похож на огромный механический калькулятор, встроенный в стену. Должно быть, это звучало впечатляюще, потому что он сохранял и обрабатывал числа, используя электромагнитные реле типа «щелкающий

ключ» (электрические магниты, автоматически переключающие линии в

11

телефоне) - не менее 3304 из них. Впечатление от работы возможно, было, но ретрансляторы страдали от нескольких проблем:

1.они были большими (вот почему Гарвард Марк должен был быть таким большим);

2.им нужны были довольно мощные импульсы энергии, чтобы заставить их переключаться;

3.и они были медленными (требовалось время, чтобы реле переключилось с «выключено» на «включено» или с 0 на 1).

Рисунок 4 - аналоговый компьютер, используемый в военных исследованиях в 1949 году.

Большинство машин, разработанных примерно в это время, предназначались для военных целей. Как и никогда не создававшиеся механические двигатели Бэббиджа, они были предназначены для расчета таблиц артиллерийского обстрела и работы над другими сложными делами, которые тогда были уделом военных математиков. Во время Второй мировой войны военные объединили тысячи лучших научных умов: признав, что наука победит в войне, в отделе научных исследований и разработокВанневараБушаработало10000ученыхтолькоизСоединенных Штатов. В Германии все было по -другому. Когда Конрад Цузе предложил

12

создать свой компьютер Z2, чтобы помочь армии, они не могли этого понять - и отказали ему.

Со стороны союзников великие умы начали совершать великие прорывы. В 1943 году группа математиков, базирующаяся в Блетчли-Парке близ Лондона (Англия) (включая Алана Тьюринга), построила компьютер под названием «Колосс», чтобы помочь им взломать секретные немецкие коды. Колосс был первым полностью электронным компьютером. Вместо реле он использовал более совершенную форму переключателя, известного как вакуумная трубка (также известный, особенно в Великобритании, как клапан). Вакуумная трубка, каждая размером примерно с большой палец человека и ярко раскаленная, как крошечная электрическая лампочка, была изобретена в 1906 году Ли де Форестом (1873–1961), который назвал ее «Audion». Этот прорыв принес де Форесту прозвище «отец радио», потому что их первое основное использование было в радиоприемниках, где они усиливали слабые входящие сигналы, чтобы люди могли слышать их более четко. В таких компьютерах, как ABC и Colossus, вакуумные трубки нашли альтернативное применение в качестве более быстрых и компактных переключателей.

Как и коды, которые он пытался взломать, Колосс был совершенно секретным, и его существование не было подтверждено до окончания войны. Что касается большинства людей, вакуумные трубки были впервые разработаны более заметным компьютером, появившимся в 1946 году: электронным числовым интегратором и калькулятором (ENIAC). Изобретатели ENIAC, два ученых из Университета Пенсильвании, Джон Мочли (1907–1980) и Дж. Преспер Экерт (1919–1995), были первоначально вдохновлены Дифференциальным анализатором Буша; Спустя годы Экерт вспомнил, что ENIAC был «потомком машины доктора Буша». Но машина, которую они построили, была гораздо более амбициозной. Он содержал почти 18 000 вакуумных трубок (в девять раз больше, чем Колосс), был

около 24 м (80 футов) в длину и весил почти 30 тонн. ENIAC признан

13

первым в мире полностью электронным универсальным цифровым компьютером. Колосс мог бы претендовать и на этот титул, но он был разработан исключительно для одной работы (взлом кода); поскольку он не может хранить программу, его нельзя легко перепрограммировать для выполнения других задач.

ENIAC был только началом. Два ее изобретателя создали компьютерную корпорацию «Eckert Mauchly» в конце 1940-х годов. Работая

сблестящим венгерским математиком Джоном фон Нейманом (1903–1957 гг.), Который работал в Принстонском университете,они разработали более совершенную машину под названием EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). В ключевой части работы фон Нейман помог определить, как машина хранит и обрабатывает свои программы, закладывая основы для работы всех современных компьютеров. После

EDVAC, Эккерт и Мочли разработали UNIVAC 1 (UNIVersal Automatic Computer) в 1951 году. В этой задаче им помог молодой, почти неизвестный американский математик и военно-морской заповедник по имени Грейс Мюррей Хоппер (1906–1992), который первоначально был нанят Говардом Эйкеном из Гарварда Марка I. Как и табулятор Германа Холлерита более 50 лет назад, UNIVAC 1 использовался для обработки данных переписи населения США. Затем он был изготовлен для других пользователей и стал первым в мире крупным коммерческим компьютером.

Такие машины, как Colossus, ENIAC и Harvard Mark I, конкурируют за значимость и признание в умах компьютерных историков. Какой из них был действительно первым великим современным компьютером? Все они и ни один: эти - и несколько других важных машин - развили наше представление о современном электронном компьютере в ключевой период

сконца 1930-х до начала 1950-х годов. Среди этих других машин были компьютеры-новаторы, собранные английскими учеными, в частности Манчестер / Ферранти Марк I, построенные в Манчестерском университете

Фредериком Уильямсом (1911–1977) и Томасом Килберном (1921–2001), и

14

EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Калькулятор), построенный Морисом Уилксом (1913–2010) в Кембриджском университете.

6.Микроэлектронная революция

Вакуумные трубки были значительным шагом вперед по сравнению с релейными переключателями, но такие машины, как ENIAC, были ненадежными. Современный термин для проблемы, которая поддерживает компьютерную программу, - «ошибка». Популярная легенда гласит, что это слово вошло в словарь компьютерных программистов в 1950-х годах, когда мотыльки, привлеченные светящимися лампами вакуумных ламп, влетели в машины,такиекакENIAC,вызваликороткоезамыканиеипривеликполной остановке работы. Но были и другие проблемы с вакуумными трубками. Они потребляли огромное количество энергии: ENIAC потреблял в 2000 раз больше электроэнергии, чем современный ноутбук. И они заняли огромное количество места.Военныенуждыстимулировалиразработкутакихмашин, как ENIAC, но огромные размеры вакуумных трубок стали настоящей проблемой. ABC использовал 300 вакуумных трубок, У Колосса было 2000, а у ENIAC было 18 000. Разработчики ENIAC хвастались, что его скорость вычислений «как минимум в 500 раз выше, чем у любой другой существующей вычислительной машины». Но для разработки компьютеров, которые были бы на порядок мощнее, все равно потребовались бы сотни тысяч или даже миллионы вакуумных трубок, что было бы слишком дорого, громоздко и ненадежно. Поэтому срочно потребовалась новая технология.

Решение появилось в 1947 году благодаря трем физикам,

работающим в Bell Telephone Laboratories (Bell Labs). Джон Бардин (1908–

1991),Уолтер Браттейн (1902–1987) иУильямШокли(1910–1989)помогали Беллу в разработке новой технологии для американской телефонной системы общего пользования, так что электрические сигналы, которые передавали телефонные звонки, могли быть усилены легче и нести дальше.

Шокли, который возглавлял команду, полагал, что он мог бы использовать

15

полупроводники (такие материалы, как германий и кремний, которые позволяют электричеству течь через них, только когда они обработаны особым образом), чтобы сделать лучшую форму усилителя. чем вакуумная трубка. Когда его ранние эксперименты не увенчались успехом, он поручил Бардину и Браттену выполнить для него задачу. В конце концов, в декабре 1947 года, они создали новый вид усилителя, который стал известен как транзистор с точечным контактом. Bell Labs зачислили Bardeen и Brattain на транзистор и наградили их патентом. Это разозлило Шокли и побудило его изобрести еще лучшую конструкцию - переходный транзистор, который с тех пор стал основой большинства транзисторов. Транзистор представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - типичный транзистор на электронной плате.

Как и вакуумные трубки, транзисторы могут использоваться в качестве усилителей или переключателей. Но у них было несколько основных преимуществ. Они были размером с горошину, вообще не использовали энергии, если не работали, и были практически на 100 процентов надежными. Транзистор был одним из важнейших прорывов в истории вычислительной техники, и он принес своим изобретателям величайшую в мире научную премию - Нобелевскую премию по физике 1956 года. Однако к тому времени трое мужчин уже разошлись. Джон Бардин начал пионерские исследования в области сверхпроводимости,

16

которые позволят ему получить вторую Нобелевскую премию в 1972 году. Уолтер Браттейн перешел в другую часть Bell Labs.

Уильям Шокли решил развивать транзистора, в итоге создав собственную корпорацию. Его решение будет иметь чрезвычайные последствия для компьютерной индустрии.С небольшим капиталом Шокли начал набирать лучшие мозги, которые он мог найти в американских университетах, включая молодого инженера-электрика Роберта Нойса (1927–1990) и химика-исследователя Гордона Мура.(1929-). Вскоре идиосинкразический и хулиганский стиль руководства Шокли расстроил его работников. В 1956 году восемь из них, в том числе Нойс и Мур, покинули «Shockley Transistor» и основали собственную компанию «Fairchild Semiconductor». Так начался рост «Силиконовой долины», части Калифорнии с центром в Пало-Альто, где с тех пор базируются многие ведущие мировые компьютерные и электронные компании.

Следующий прорыв произошел в калифорнийском здании Фэйрчайлд, хотя, как ни странно, это произошло в то же самое время в лабораториях Далласа компании «Texas Instruments». В Далласе молодой инженеризКанзасапоимени ДжекКилби(1923–2005)рассматривалвопрос о том, как улучшить транзистор. Хотя транзисторы были большим шагом вперед в вакуумных трубках, осталась одна ключевая проблема. Машины, которые использовали тысячи транзисторов, все еще должны были быть соединены вручную, чтобы соединить все эти компоненты вместе. Этот процесс был трудоемким, дорогостоящим и подверженным ошибкам. Разве не было бы лучше если бы много транзисторов можно было сделать в одной упаковке подумал Килби? Это побудило его изобрести «монолитную» интегральную схему (ИС) набор транзисторов и других компонентов, которые могут быть изготовлены в одно целое в виде блока на поверхности полупроводника.Изобретение Килбибыло ещеоднимшагомвперед,нооно также имело недостаток: компоненты в его интегральной схеме все еще

должны были соединяться вручную. Пока Килби совершал свой прорыв в

17

неизвестном ему Далласе, Роберт Нойс оттачивал почти точно такую же идею в «Фэрчайлде» в Калифорнии. Но Нойс пошел еще лучше: он нашел способ включить соединения между компонентами в интегральную схему, тем самым автоматизировав весь процесс. Интегральная схема изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 - интегральная схема, видимая изнутри.

Интегральные схемы, так же, как и транзисторы, помогли сжать компьютеры в 1960-х годах. В 1943 годубосс IBM Томас Уотсон по общему мнению сказал: «Я думаю, что существует мировой рынок для примерно пяти компьютеров». Всего два десятилетия спустя компания и ее конкуренты установили около 25 000 крупных компьютерных систем на всей территории Соединенных Штатов. Шли 1960-е, интегральные схемы становились все более изощренными и компактными. Вскоре инженеры заговорили о крупномасштабной интеграции (LSI), в которой сотни компонентов могут быть встроены в один чип, а затем очень крупномасштабная интеграция (VLSI), когда один и тот же чип может содержать тысячи компонентов.

Логическим выводом всей этой миниатюризации было то, что когданибудь кто-то сможет втиснуть весь компьютер в чип. В 1968 году Роберт

18

Нойс и Гордон Мур покинули «Фэйрчайлд», чтобы основать новую компанию. С очень большой степенью интеграции они назвали это

«Integrated Electronics» или «Intel» для краткости. Первоначально они планировали делать чипы памяти, но когда компания получила заказ на изготовление чипов для ряда карманных калькуляторов, история пошла в другом направлении. Пара их инженеров, Федерико Фаггин и Марсиан Эдвард Хофф, осознали, что вместо того, чтобы делать набор специализированных микросхем для ряда калькуляторов, они могли бы создать универсальный чип, который можно запрограммировать на работу во всех них. Так родился универсальный однокристальный компьютер или микропроцессор, и это привело к следующему этапу компьютерной революции.

7.Персональные компьютеры

К1974годуIntelвыпустилапопулярныймикропроцессор,известный как 8080, и компьютерные любители вскоре стали создавать вокруг него домашние компьютеры. Первым был MITS Altair 8800, созданный Эдом Робертсом. Его передняя панель была покрыта красными светодиодами и тумблерами, это было далеко от современных ПК и ноутбуков. Несмотря на это, он был продан тысячами и принес Робертсу целое состояние. Альтаир вдохновил калифорнийского волшебника электроники Стива Возняка разработать собственный компьютер. Воза часто называют «хакером» хакера - технически гениальным и чрезвычайно креативным инженером, который раздвинул границы вычислений в основном для собственного удовольствия. В середине 1970-х годов он работал в компьютерной компании «Hewlett-Packard» в Калифорнии и проводил свободное время, работая в качестве члена «Homebrew Computer Club» в районе Бэй.

Увидев «Альтаир», Воз использовал микропроцессор 6502 (созданныйконкурентомIntel,технологиейMos)длясозданиясобственного лучшего домашнего компьютера: Apple I. Когда он демонстрировал свою

машину своим коллегам по клубу, они все захотели этот компьютер. Один

19

из его друзей, Стив Джобс(1955–2011), убедил Воз, что им следует заняться производством машины. Воз согласился, что, как известно, они основали «Apple Computer Corporation» в гараже,принадлежащем родителям Джобса. После продажи 175 штук Apple I по дьявольской цене в 666,66 долларов, Woz создал гораздо лучшую машину под названием Apple II (произносится как «Apple Two»). В то время как Altair 8800 выглядел как нечто из научной лаборатории, а Apple I был всего лишь пустой платой, Apple II черпал вдохновение из таких вещей, как телевизоры и стереосистемы Sony, у него был аккуратный и дружелюбный крем пластиковый корпус. Запущенный в апреле 1977 года, это был первый в мире простой в использовании домашний «микрокомпьютер». Вскоре домашние пользователи, школы и малые предприятия покупали машины за десятки тысяч долларов - по 1298 долларов за штуку. Дисковод, выпущенный в 1978 году, который позволял легко хранить данные; и программу электронных таблиц VisiCalc, которая дала пользователям Apple возможность анализировать эти данные. Всего за два с половиной года Apple продала около 50 000 машин, быстро выбравшись из гаража Джобса, и стала одной из крупнейших компаний в мире. Примерно в это же время были запущены десятки других микрокомпьютеров, включая TRS-80 от Radio Shack (Tandy в Великобритании) и Commodore PET.

Рисунок 7- микрокомпьютеры - первые компьютеры. Apple и Sinclair ZX81, микрокомпьютер «сделай сам», который приобрел огромную популярность в Великобритании, когда был выпущен в 1981 году.

20

Успех Apple в продаже компаниям стал большим шоком для IBM и других крупных компаний, которые доминировали в компьютерной индустрии. Не потребовалась электронная таблица VisiCalc, чтобы понять, что, если эта тенденция сохранится, такие выскочки, как Apple, подорвут чрезвычайноприбыльныйбизнес-рынокIBMпопродажекомпьютеров«Big Blue». В 1980 году IBM наконец поняла, что нужно что -то делать, и запустила высокоэффективный проект, чтобы спасти свой бизнес. Год спустя компания выпустила персональный компьютер IBM (PC) на базе микропроцессора Intel 8080, который быстро изменил судьбу компании и отобрал рынок у Apple.

ПК был успешным по существу по одной причине. Все десятки микрокомпьютеров, которые были запущены в 1970-х годах, включая Apple II, были несовместимы. Все использовали разное оборудование и работали по-разному. Большинство из них были запрограммированы с использованием простого, похожего на английский язык языка, называемого BASIC, но каждый из них использовал свой собственный вариант BASIC, которыйбылтесно связан с аппаратнымдизайном машины. В результате программы, написанные для одной машины, обычно не работают на другой без особой конверсии. Компании, которые писали программное обеспечение профессионально, обычно писали его только для одной машины, и, следовательно, не было никакой индустрии программного обеспечения, о которой можно было бы говорить.

В 1976 году Гари Килдалл (1942–1994), учитель и ученыйкомпьютерщик и один из основателей «Homebrew Computer Club», нашли решение этой проблемы. Килдалл написал операционную систему (основное управляющее программное обеспечение компьютера) под названием CP/M, которая выполняла роль посредника между программами пользователя и оборудованием машины. С гениальным толчком Килдалл понял, что все, что емунужно было сделать, это переписать CP/M, чтобы он

работал на каждой отдельной машине. Тогда все эти машины могут

21

запускать идентичные пользовательские программы - без каких-либо изменений - внутри CP/M.Это сделало бы все различные микрокомпьютеры совместимыми в одно мгновение. К началу 1980-х годов Килдалл стал мультимиллионером благодаря успеху своего изобретения: первой операционной системы для персональных компьютеров. Естественно, когда IBM разрабатывала свой персональный компьютер, он подошел к нему в надежде установить CP/M на своей машине. Легенда гласит, что Килдалл летал на своем личном самолете, когда IBM звонил, поэтому пропустил одну из величайших сделок в мире. Но правда, похоже, заключается в том, что IBM хотела купить CP/M всего за 200 000 до лларов, в то время как Килдалл признал, что его продукт стоил миллионы больше, и отказался продавать. Вместо этого IBM обратилась к молодому программисту по имени Билл Гейтс. Его тогдашняя крошечная компания «Microsoft» быстро собрала операционную систему под названием «DOS» на основе продукта под названием QDOS (Quick and Dirty Operating System), который они приобрели у «Seattle Computer Products». Некоторые считают, что «Microsoft» и «IBM» обманули Килдалла из его места в компьютерной истории. Сам Килдалл обвинилих в копировании его идей.Другие считают, что Гейтс был просто проницательным бизнесменом. В любом случае, IBM PC, работающий на операционной системе Microsoft, имел большой успех.

И все же победа IBM была недолгой. К счастью, Билл Гейтс продал IBM права на один вид DOS (PC-DOS) и сохранил права на очень похожую версию (MS-DOS) для своего собственного использования. Когда другие производители компьютеров, в частности Compaq и Dell, начали выпускать IBM-совместимое (или «клонированное») оборудование, они тоже пришли к Гейтсу за программным обеспечением. IBM взимала премию за машины, на которых был этот значок, но потребители вскоре поняли, что ПК - это товары: они содержат почти идентичные компоненты - например, микропроцессор «Intel» - независимо от того, чье имя указано на корпусе.

Поскольку «IBM» потеряла свою долю на рынке, главными победителями

22

стали «Microsoft» и «Intel», которые вскоре поставляли программное и аппаратное обеспечение практически для каждого ПК на планете.

Рисунок 8 - персональные компьютеры вытесняют компании, производящие такие крупные «мэйнфреймы»

8.Революция пользователей

К счастью для Apple, была еще одна отличная идея. Одним из самых сильныхкостюмовApple II былаего«легкостьвиспользовании».Для Стива Джобса разработка действительно простых в использовании компьютеров стала личной миссией в начале 1980-х годов. Что по-настоящему вдохновило его, так это посещение PARC (Исследовательского центра Пало-Альто), передовой компьютерной лаборатории, которая тогда была подразделением корпорации «Xerox». «Xerox» начал разрабатывать компьютеры в начале 1970-х годов, не полагая, что они будут делать бумагу и очень прибыльные фотокопировальные устройства. Одним из исследовательских проектов PARC был усовершенствованный компьютер стоимостью 40 000 долларов США под названием «Xerox Alto». В отличие от большинства микрокомпьютеров, выпущенных в 1970-х годах, которые программировались путем ввода текстовых команд, «Alto» имел экран, напоминающий рабочий стол, с небольшими значками изображений, которые можно перемещать с помощью мыши: это был самый первый графический пользовательский интерфейс (GUI, произносится «Gooey») - идея, придуманная Аланом Кей и теперь используемая практически на

23

каждом современном компьютере. «Alto» позаимствовал некоторые свои идеи, в том числе мышь, у компьютерного пионера 1960-х Дугласа Энгельбарта (1925–2013).

Вернувшись в Apple, Джобс запустил собственную версию проекта «Alto»дляразработкипростоговиспользованиикомпьютераподназванием

PITS (Person In The Street). Эта машина стала «Apple Lisa», выпущенной в январе 1983 года - первым широко доступным компьютером с рабочим столом с графическим интерфейсом. С розничной ценой в 10 000 долларов, в три раза превышающей стоимость «IBM PC», «Lisa» оказался коммерческим провалом.Но это проложило путьк созданиюболее дешевой машины под названием «Macintosh», которую Джобс представил годом позже, в январе 1984 года. С его запоминающейся рекламой для «Macintosh», вдохновленной романом Джорджа Оруэлла 1984 года и режиссером Ридли Скоттом (режиссером антиутопии) фильм «Бегущий по лезвию», Компания Apple сделала сильный удар по монополии «IBM», критикуя то, что она изображала как доминирующий, даже тоталитарный, подход компании: «Big Blue» был действительно Большим братом. Реклама «Apple» обещала совсем другое видение: 24 января «Apple Computer» представит «Macintosh». «Macintosh» имел критический успех и помог изобрести новую область настольных издательских систем в середине 1980- х годов, но он никогда не подходил к проблеме «IBM».

По иронии судьбы, простая в использовании машина Джобса также помогла «Microsoft» вытеснить «IBM» как ведущего мирового лидера в области вычислительной техники. Когда Билл Гейтс увидел, как работает «Macintosh», с его простым в использовании рабочим столом с изображением пиктограмм, он запустил «Windows», обновленную версию своего программного обеспечения «MS-DOS». Apple расценила это как вопиющий плагиат и в 1988 году подала иск на авторские права на сумму 5,5 миллиардов долларов. Четыре года спустя дело прекратилось, и

«Microsoft» фактически получила право использовать «Macintosh» с

24

внешним видом во всех существующих и будущих версиях Windows. Система Microsoft Windows 95, запущенная три года спустя, имела простой в использовании рабочий стол, похожий на «Macintosh», и «MS-DOS», работающий за кулисами.

9.Из сетей в интернет

Стандартизированные ПК, на которых работает стандартизированное программное обеспечение, принесли большую пользу бизнесу: компьютеры могут объединяться в сети для обмена информацией. В Xerox PARC в 1973 году инженер-электрик Боб Меткалф разработал новый способ соединения компьютеров «через эфир» (пустое пространство), который он назвал «Ethernet». Несколько лет спустя Меткалф покинул «Xerox», чтобы основать собственную компанию «3Com», чтобы помочь компаниям реализовать «Закон Меткалфа»: компьютеры становятся полезнее, когда они более тесно связаны с компьютерами других людей. По мере того, как все больше и больше компаний изучали возможности локальных сетей (ЛВС), по мере развития 1980-х годов

Сегодня самой известной глобальной сетью является «Интернет»- глобальная сеть отдельных компьютеров и локальных сетей, объединяющая сотни миллионов людей. История Интернета - это другая история, но она началась в 1960-х годах, когда четыре американских университета начали проект по соединению своих компьютерных систем для создания первой глобальной сети. Позже, благодаря финансированию Министерства обороны, эта сеть стала большим проектом под названием «ARPANET» (Сеть Агентства перспективных исследовательских проектов). В середине 1980-х годов Национальный научный фонд США (NSF) запустил собственную глобальную сеть под названием NSFNET. Конвергенция всех этих сетей привела к тому, что мы теперь называем Интернетом в конце 1980-х годов. Вскоре после этого возможности сетевого взаимодействия

предоставил британский программист Тим Бернерс-Ли его большая идея:

25

объединить мощь компьютерных сетей с идеей обмена информацией, которую Ванневар Буш предложил в 1945 году. Таким образом, родилась Всемирная паутина - простой способ обмена информацией по компьютерной сети, что сделало возможен современный век облачных вычислений (когда любой может получить доступ к огромной вычислительной мощности через Интернет, не беспокоясь о том, где и как обрабатываются его данные).

26