Информационные технологии управления / Учебные пособия / ИТУ_Мастеров А.Г., Орлова

поколения компьютеров — компьютеров на базе полупроводниковых элементов. Исследованием полупроводников занимались многие ученые, однако наиболее известны эксперименты Уильяма Бедфорда Шокли 1947 года; именно эта дата фигурирует в большинстве источников как дата изобретения транзистора. В 1956 году за труды в области полупроводниковой техники Бедфорду Шокли была присуждена Нобелевская премия. Однако использование ламповых компьютеров продолжалось вплоть до начала семидесятых годов.

Сначала пятидесятых ламповые машины стали достаточно быстро совершенствоваться. Это направление активно развивалось в СССР. В 1950 году была запущена в эксплуатацию ЭЦВМ МЭСМ (Малая электронная счетная машина), которая производила уже более 100 операций в секунду. А еще через два года появилась ЭВМ БЭСМ (10 000 операций в секунду). Важное событие произошло в 1955 году: под руководством главного конструктора Г. Амдала в компании IBM была разработана первая коммерческая ЭВМ с аппаратной плавающей арифметикой.

Сконца пятидесятых годов начинают внедряться полупроводниковые технологии. Например, в 1958 году в СССР была разработана ЭВМ М-20 на ламповых и полупроводниковых элементах.

2. Конец пятидесятых — середина шестидесятых. Продолжается выпуск ламповых машин. Начинается внедрение полупроводниковых элементов, появляются компьютеры второго поколения; компьютеры уменьшились в размерах, появились так называемые миникомпьютеры, начали применяться алгоритмические языки.

В 1960 году в СССР была разработана первая отечественная полупроводниковая управляющая машина «Днепр». Полупроводниковые технологии позволили не только повысить надежность, но и существенно уменьшить габариты машин. В начале шестидесятых компания DEC разработала свой первый мини-компьютер PDP-1, а через два года начались продажи компьютера PDP-5. Параллельно наращивалась вычислительная мощность компьютеров: в 1962 году IBM разработала для ядерной лаборатории в Лос-Аламосе модель 7030; в 1964 году Сеймур Крей создал ЭВМ CDC 6000, которая в течение нескольких лет была самым производительным компьютером в мире. А годом позже в СССР появился первый суперкомпьютер БЭСМ-6, который имел производительность 1 млн. операций в секунду. (Примерно в тот же период IBM разработала свои системы IBM System 360.) В это время у нас наблюдалось бурное развитие техники: был начат выпуск знаменитых машин «Минск-32», «Наири» и семейства «Уралов».

3. Середина шестидесятых — середина семидесятых. Появление так называемой малой степени интеграции (small scale integration) — интегральных микросхем и, соответственно, возникновение компьютеров третьего поколения. Дальнейшее уменьшение габаритов, доступ с удаленных терминалов. В этот период появляется первый микропроцессор.

31

В1965 году был выпущен массовый мини-компьютер PDP-8. До конца шестидесятых были разработаны модели PDP-10 и первого 16-разрядного мини-компьютера PDP-11/20. IBM начинает выпуск первого компьютера из семейства System 370. В 1970-м Intel выпустила первую доступную на рынке микросхему динамической памяти. Особенно важные результаты принес 1969-й: в этом году сотрудник Intel Тед Хофф изобрел микропроцессор. В 1970 году другой сотрудник Intel Фредерико Фагин начал работы по проектированию микропроцессора. А через год появился первый в мире четырехразрядный микропроцессор Intel 4004, содержащий 2300 транзисторов на кристалле, его тактовая частота составляла 108 кГц, быстродействие 60 000 операций в секунду, адресуемая память 640 байт, цена 200 долл. Основными разработчиками проекта являлись Боб Нойс, Гордон Мур и Энди Гроув, документация была написана Адамом Осборном. Еще через год Intel разработала восьмиразрядный процессор 8008 для корпорации Computer Terminal Corp (тактовая частота 108 кГц, 3500 транзисторов, адресное пространство 16 Кбайт). Начиная с данного процессора Intel удерживает лидерство в области развития микропроцессорной техники и постоянно предлагает на рынок все более производительные микропроцессоры. Так, в 1974 году появился первый восьмиразрядный процессор 8080. Этот процессор оказал колоссальное воздействие на развитие всей микропроцессорной техники. Он имел 16разрядную шину адреса, 8-разрядную шину данных и, соответственно, максимально адресуемую память 64 Кбайт. Процессор имел тактовую частоту 2 МГц, 6000 транзисторов. В том же году произошло еще одно важное событие для развития микропроцессорной техники: Джон Кук из IBM Research разработал концепцию RISC-процессора (Reduced Instruction Set Computer), однако коммерческим продуктом микропроцессоры с RISCархитектурой стали только в 80-х годах. Говоря об отечественной компьютерной промышленности, следует сказать, что с начала семидесятых

вСССР началось производство машин Единой Серии, которые сыграли существенную роль в развитии отечественной вычислительной техники, —

ЕС-1020 (1971), ЕС-1030 (1972), ЕС-1050 (1973).

Продолжало развиваться суперкомпьютерное направление. В 1972 году появилась компания Cray Research, которая в течение последующих почти тридцати лет (начиная с 1996 года — в составе Silicon Graphics) выпускала самые производительные компьютеры в мире.

4. Середина семидесятых — середина восьмидесятых. Появляются компьютеры четвертого поколения на базе микропроцессоров. Получают распространение персональные компьютеры, имеет место их массовое производство и потребление. Наряду с созданием дешевых микроЭВМ совершенствуются многопроцессорные мощные вычислительные системы.

В1974 году на базе процессора Intel 8080 был спроектирован компьютер «Альтаир 8800», который некоторые эксперты называют первым персональным компьютером в истории развития техники. Через год после

32

выхода процессора Intel 8080 Motorola выпустила свой 8-разрядный процессор 6800, получивший широкое распространение, а еще спустя год в США появился микропроцессор Zilog Z-80, на базе которого во всем мире было создано множество моделей 8-разрядных ПК.

Таблица 2. Основные этапы развития IBM PC-совместимых персональных компьютеров

Следующее важное событие, которое способствовало широкому распространению будущих «домашних» компьютеров, — появление в 1977

году компьютера Apple II компании Apple Computer Corporation на процессоре 6502. Это был первый прообраз современного мультимедийного компьютера, который предоставлял возможности цветной графики и звука. В 1979 году Motorola выпустила 32-разрядный процессор 68000, который положил начало семейству процессоров 680х0 и стал базой для компьютеров семейства Macintosh.

В 1978 году Intel анонсировала процессор 8086, открывший счет семейству процессоров 80х86. Чип имел 16-разрядные регистры, 20разрядный адрес, возможность адресовать до 1 Мбайт ОЗУ и обладал тактовой частотой 4—10 МГц. Данный процессор стал популярен в основном благодаря компьютеру Compaq DeskPro.

Примерно в это же время фирма DEC объявила семейство компьютеров VAX, ставшее популярным в учебных и научных институтах и лабораториях, в том числе и в СССР. В последующие два года произошли события, определившие развитие наиболее, массового персонального компьютера IBM PC. В 1979 году Intel анонсировала микропроцессор i8088. Этот чип мог физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Первоначально микропроцессор i8088 работал с частотой 4,77 МГц и имел быстродействие около 0,33 млн. инструкций в секунду. Именно этот

33

процессор в 1981 году фирма IBM выбрала для своего исторического компьютера IBM 5150 Personal Computer, или сокращенно IBM PC, который большинством экспертов признается первым персональным компьютером в мире. Выполненный на процессоре Intel 8088, он имел CGA-монитор, ОЗУ 40 Кбайт, расширяемое до 640 Кбайт, и накопитель гибких дисков 5,25». Необходимо отметить, что операционная система PC-DOS 1.0 (MS-DOS) была представлена компанией Microsoft.

Важным моментом стало то, что спецификация этого компьютера была общедоступной (открытая архитектура), что и дало толчок индустрии производства так называемых IBM PC-совместимых машин. В 1981 году произошло несколько важнейших событий — помимо зарождения персональных компьютеров закладывалась основа для развития «геометрического» компьютера — компьютера, ориентированного на создание 3D-rpaфики. В 1981 году Джеймс Кларк основал фирму Silicon Graphics, которая вскоре стала лидером в области производства «железа» для компьютерной графики и анимации. Интересна личность основателя SGI. Этот человек сыграл огромную роль в развитии мировой вычислительной техники. Достаточно сказать, что он основал такие компании, как Silicon Graphics и Netscape Communications.

Годом позже была основана компания Sun Microsystems, которая впоследствии внесла огромный вклад в создание «сетевого компьютера». В

СССР в начале восьмидесятых был налажен выпуск машин ЕС-1045, появились машины СМ-14 10, CM-14 20. Персональные компьютеры постепенно наращивали свою мощь. В 1982 году фирма Intel выпустила новый микропроцессор — i80286, который имел уже около 130 тысяч транзисторов. Это был 16-разрядный процессор, в нем использовалась 24разрядная шина данных, появился защищенный режим работы, в котором можно было адресовать до 16 Мбайт памяти, процессор содержал 134 000 транзисторов. Математический сопроцессор был внешним и реализовывался на отдельной микросхеме — 80287. Процессор i80286 позднее послужил основой для нового компьютера фирмы IBM — PC/AT (Advanced Technology). Этот компьютер, появившийся в 1984 году, имел диск емкостью до 40 Мбайт и цветной EGA-монитор. В СССР в этот период шли разработки отечественного персонального компьютера ПЭВМ «Агат», который серийно начал выпускаться с 1985 года.

Открытость архитектуры IBM PC принесла свои плоды — Columbia Data Products стала первой компанией, выпустившей в 1982 году IBM PCсовместимую машину. С тех пор сотни компаний по всему миру включились в этот бизнес. Важным событием стал выпуск в 1984 году компьютеров

Macintosh на 32-разрядном процессоре Motorola 68000.

5. С середины восьмидесятых начинается эпоха пятого поколения компьютеров. Элементная база: сверхбольшие интегральные схемы СБИС (VLSI — very large scale integration), резкий рост вычислительной мощности компьютеров, широкомасштабное внедрение компьютерных сетей.

34

Переход к компьютерам пятого поколения прежде всего проявился в колоссальной миниатюризации элементной базы и в наращивании вычислительной мощности и памяти компьютеров. При сохранении понятия «микропроцессор» количественные изменения привели к качественно новым возможностям. Чтобы понять эффект перехода к компьютерам пятого поколения, уместно привести высказывание Дэвида Арнольда, который в 1988 году прокомментировал известное выражение о том, что если бы производительность автомобильной промышленности возрастала с такой же скоростью, как компьютерная, то «роллс-ройс» смог бы проехать 3 миллиона миль на одном галлоне бензина. В частности, он сказал: «Теперь (в 1988 году) и половины унции бензина (15 г) хватило бы на всю жизнь машины, а цена роллс-ройса не составила бы и одного доллара». Итак, какие же основные события происходили с середины восьмидесятых.

Вэто время активно совершенствуются процессоры Intel и Motorola. В 1985 году Intel анонсировала первый 32-разрядный микропроцессор i80386. Новый чип содержал примерно 275 тысяч транзисторов. Первым компьютером, использующим этот микропроцессор, был Compaq DeskPro

386.Полностью 32-разрядная архитектура (32-разрядные регистры и 32разрядная внешняя шина данных) была дополнена расширенным устройством управления памятью (Memory Management Unit, MMU). На тактовой частоте 16 МГц быстродействие процессора составляло примерно 6 MIPS. Более дешевая замена 32-разрядному процессору — i80386 появилась только 2 года спустя. Микропроцессор i80386SX имел полностью 32разрядную внутреннюю архитектуру и использовался для апгрейда AT/XT.

Важным событием 1987 года стало появление процессора 68030 Motorola. По сравнению с 68020 в нем была повышена тактовая частота — с

20до 50 МГц. В том же году IBM объявила семейство PC System/2.

ВСССР в этот период выпускались машины УВК СМ 1810, CM 1814, CM 1820 CM 1700. В 1988 году произошло сразу несколько крупных событий: IBM начала выпуск семейства мини-компьютеров AS/400 и серию мэйнфреймов ES/3090 S, DEC объявила модель VAXstation 8000 и начала разработку 64-разрядного 150-мегагерцевого процессора Alpha, Cray Research анонсировала суперкомпьютер Cray Y-MP.

На осенней выставке Comdex в 1989 году фирма Intel анонсировала микропроцессор i486DX (называемый также 486 или 80486), полностью совместимый с процессорами ряда х86. Процессор содержал более 1,2 млн. транзисторов на одном кристалле. Новая микросхема впервые объединила на одном чипе такие устройства, как центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память. Добавились средства мультипроцессирования и конвейерная схема исполнения команд. В том же году Sun Microsystems начала выпуск рабочих станций SPARCstation. В СССР в этот период активно развивается суперкомпьютерное направление: изготовлена и запущена в опытную эксплуатацию векторно-конвейерная суперЭВМ «Электроника ССБИС», введена в эксплуатацию векторно-конвейерная суперЭВМ «Эльбрус 3.1». В 1990 году появился процессор 68040 фирмы

35

Motorola, который работал на частоте 25 МГц, имел встроенный блок плавающей арифметики и MMU, раздельный кэш команд и данных объемом

4Кбайт.

В1991 году Intel выпустила высокопроизводительный микропроцессор 1860ХР, который позволил создавать многопроцессорные системы и платы ускорителей для ПК, а еще через год, в 1992 году, Intel объявила о создании второго поколения микропроцессоров 486, названных i80486DX2(SX2). Одновременно с процессором DX2 был выпущен процессор OverDrive. В 1993 году появился чип Intel Pentium 200 МГц, а в 1995-м — Intel Pentium Pro.

В1996 году Digital анонсировала процессор Alpha 433 и 500 МГц, а годом позже Intel объявила процессор Pentium MMX (тактовая частота 200 МГц, 32 Кбайт кэш-память, 64-разрядная шина, 4,5 млн. транзисторов); в том же году появился микропроцессор Intel Pentium II. Последний процессор в этом ряду — Intel Pentium III, появившийся в конце века, имеет частоту до

800МГц.

Развитие периферии

Основу для построения систем внешней памяти — технологию цифровой магнитной записи разработала еще в 1945 году фирма IBM. Фирма Univac на основе этого изобретения выпустила первую цифровую память на магнитной ленте. Первый скоростной принтер появился в 1953 году. Его разработала компания Remington-Rand для компьютера Univac.

Втом же году Джеймс Форрестер изобрел ферритовую память в виде кольцевых сердечников и тогда же появился первый серийно производимый накопитель на магнитной ленте — устройство IBM 726, плотность записи которого составляла 100 символов на дюйм, скорость — 75 дюймов в секунду. Прообраз современного дисплея появился, вероятно, в 1958 году —

вэтом году Франк Розенблат построил ЭВМ Perceptron Mark I, в котором в качестве устройства вывода была использована электронно-лучевая трубка.

В1963 году Дуглас Энгельбарт получил патент на манипулятор «мышь», и вскоре после этого — в 1964 году — М. Девис и Т. Эллис из Rand Corporation разработали дигитайзер. В 1966 году IBM применила первую подсистему дисковой памяти — IBM RAMAC 305. Она имела емкость всего 5 Мбайт на 50 двухфутовых пластинах. Год спустя, в 1967 году, А. Бобек, сотрудник Bell Labs, разработал память на цилиндрических магнитных доменах (bubble memory).

По-видимому, первый накопитель на гибких магнитных дисках появился в 1971 году в мэйнфреймах фирмы IBM System 370/135 и 370/195.

Развитие программного обеспечения

Данная область столь широка, что, конечно, сложно отобрать все значительные события в этом огромном списке. Любой перечень будет неполным. Так что напомним лишь некоторые, наиболее важные из них.

36

Считается, что история операционных систем берет свой отсчет с 1954 года, когда Джин Амдал разработал операционную систему для машины IBM 704. По-видимому, в это же время появились и современные языки высокого уровня. В 1954 году Джон Бэкус из IBM начал работу над процедурным языком высокого уровня для численных методов, который получил название Fortran. Этот язык оказал огромное влияние на развитие программного обеспечения. До сих пор ни в одном другом языке нет столь богатой коллекции самых разнообразных библиотек, и прежде всего математических. Одна из наиболее популярных — IMSL фирмы Visual Numerics — включает свыше тысячи процедур математической обработки данных и фактически является стандартом для различных компьютерных платформ. Язык пережил множество модификаций: 1958, 1962, 1964, 1966, 1979, 1995 годы и прочно сохраняет свои позиции и в наше время как язык для решения задач числительной математики. В 1958 году появился язык ALGOL, который оказал большое влияние на развитие процедурных языков. В конце 1958 года математиком Джоном Маккарти из MIT был разработан язык программирования Лисп, который имел большое значение для постановки и решения задач искусственного интеллекта.

В1959—1960 годы по заказу Пентагона был разработан язык программирования Кобол, который активно использовался для решения экономических задач. В 60—70-е годы до 80% программ в США писалось с помощью этого языка.

В1964 году Джон Кемени и Томас Курц из Дартмутского колледжа (США) разработали один из наиболее популярных современных языков программирования Бейсик (BASIC, от Beginners All-Purpose Symbolic Code

—универсальный символический код для начинающих). В следующее десятилетие он завоевал всеобщее признание вследствие своей простоты и пригодности для первых персональных компьютеров с их ограниченным объемом памяти. Со временем появилось множество разновидностей BASIC. С языком Бейсик тесно связана биография Билла Гейтса. Как утверждают, в возрасте 19 лет в 1975 году (год основания Microsoft) он разработал интерпретатор этого языка, который, кстати, впоследствии стал мировым стандартом и принес миллионы чистой прибыли.

37

В1964 году компания IBM предложила термин «текстообработка» (word processing). Именно этот тип программ сыграл впоследствии решающую роль в массовом распространении персональных компьютеров.

В1969 году произошло чрезвычайно важное событие для дальнейшего развития операционных систем — сотрудником фирмы Bell Labs концерна AT&T Кеном Томпсоном на основе проекта Multics была разработана операционная система UNIX. Однако лишь спустя три года Bell Labs начала выпускать официальные версии UNIX и продавать на нее лицензии. В 1970 году Чарльз Мур из Национальной радиоастрономической обсерватории в Аризоне (США) создал язык программирования Форт. В 1972 году Деннис Ричи, специалист по системному программированию фирмы Bell Labs, разработал язык С, которому суждено было стать наиболее распространенным современным языком программирования для профессионалов. Название появилось случайно, язык оказался преемником ранее созданного языка, имевшего название «В», и был использован для программирования новой операционной системы UNIX, работа над которой тоже не входила в официальные планы компании. Как только система UNIX получила распространение, язык С быстро стал популярным как язык среднего уровня, в котором удобство и краткость языков высокого уровня сочетались с возможностью доступа к аппаратуре, что традиционно обеспечивалось Ассемблером. Удобство использования языка для программирования специальных эффектов и обработки изображений способствовало и его дальнейшему распространению.

В1973 году по заказу Пентагона была начата разработка языка Ада — единого языка для встраиваемых и бортовых систем. В 1974 году Гарри Килдал написал операционную систему СР/М, получившую широкое распространение на 8-разрядных микрокомпьютерах, 16-разрядная версия СР/М была взята Microsoft за основу при разработке MS-DOS. В 1978 году на рынке появилась первая электронная таблица под названием Visicalc (разработчики Дэн Бриклин и Боб Фрэнкстон). Первую версию программы Дэн Бриклин написал еще будучи студентом Гарвардской школы бизнеса; усовершенствованная при участии Боба Фрэнкстона программа имела огромный успех на рынке и определила целое направление и коммерческую популярность» в том числе и продаж компьютеров фирмы Apple. Десятью годами позже Митч Капор представил систему. Lotus 1-2-3, которая победила

вконкурентной борьбе Visicalc и принесла более 500 млн. прибыли.

В1979 году фирма Micropro International (позднее — Wordstar International) выпустила текстовый процессор Wordstar, который оказал очень сильное влияние на все последующие разработки в этой области. Считается, что первым текстовым редактором, получившим распространение, был Electric Pencil, разработанный для компьютеров Apple, и его популярность для написания текстов (именно текстов, а не текстов программ, как это было ранее) явилась неожиданностью и для самих разработчиков. Одним из основных разработчиков данного редактора был Сеймур Рубинштейн. Кстати, он же стал и одним из разработчиков программы Wordstar.

38

В1981 году появилась самая популярная из операционных систем — система MS-DOS (известная также как PC-DOS) компании Microsoft. Ее поставки начались в 1981 году вместе с компьютерами IBM PC. Многие черты MS-DOS были унаследованы от операционной системы СР/М-80 фирмы Digital Research, применявшейся в 8-разрядных персональных компьютерах.

Первую версию системы в 1979 году разработал Тим Петерсон, сотрудник фирмы Seattle computer Products. Современный вид система получила после того, как в 1981 году фирма Microsoft приобрела ее и применила для ставших популярными компьютеров IBM PC.

Вконце семидесятых появился язык Паскаль, получивший свое название в честь французского математика XVII века Блеза Паскаля; язык был разработан швейцарским ученым Никласом Виртом. Отличительной особенностью языка явилось наличие строгой логической структуры, что сделало его практическим стандартом в обучении методам структурного программирования нескольких поколений программистов. С 1983 года язык был введен во все учебные курсы для изучающих программирование в США.

В1983 году IBM начала совместную с Microsoft разработку операционной системы OS/2.

В1983 году Бьярн Страуструп (AT&T Bell Labs) разработал язык программирования высокого уровня Cи++, который объединил возможности языка Си с методологией объектно-ориентированного программирования. Программа Windows, в версии 3.0, впервые была анонсирована 23 мая 1990 года. Многие считают эту дату ключевой в развитии современных программ для персональной техники. С появлением данной программы пользователи уже не зависели от текстовых сообщений MS-DOS и пользовались интуитивно понятной графической средой. С начала 90-х активно развивается программное обеспечение для Интернета. В 1990 году в компании Sun Microsystems при активном участии Патрика Нотона был создан новый объектно-ориентированный язык программирования Oak. Примерно в это же время Sun Microsystems анонсировала систему Mosaic, которая легла в основу World Wide Web, ставшей базой для бурного развития Интернета. Нотон предложил использовать Oak в создании Интернетприложений. Вскоре был написан Oak-компилятор и Oak-браузер WebRunner. Данные разработки послужили основой для будущего языка Java, который официально был объявлен в 1995 году и впоследствии вырос в технологию Java.

В1991 году студентом факультета вычислительной техники Хельсинкского университета Линусом Торнальдом представлена UNIXсистема для PC-компьютеров под названием Linux, которая стала активно развиваться в конце столетия. Огромный вклад в развитие программного обеспечения для Интернета внесла компания Netscape Communications. В 1994 эта компания выпустила бета-версию ставшего популярным Web-

браузера Netscape Navigator. В 1995 Microsoft выпустила Windows 95 и браузер Internet Explorer.

39

Таблица 3. Хронология появления некоторых важных программ, определивших целые направления развития ПО

Необходимо также отметить важнейшее событие — появление в 1993 году первой версии Windows NT; одним из руководителей данного проекта был всемирно известный разработчик операционных систем Дэвид Кутлер — архитектор ОС MVS.

В 1996 Microsoft выпустила Exchange Server, который явился вторым по величине проектом в истории этой корпорации. Разработка длилась восемь лет, бета-тестирование шло два года.

Программа Windows оказалась самой успешной в коммерческом плане программой. В 1998 году появилась версия Windows 98, а в 1999 году —

Windows 2000.

Рейтинг технологий последнего десятилетия

Говоря о событиях нашего времени, нужно понимать, что степень значимости современных изобретений реально может быть оценена только в будущем. Весьма любопытные выводы делают на этот счет аналитики из Gartner Group. В частности, они отмечают, что рейтинг значимости новых программных продуктов зависит от двух факторов: от реальной полезности и от объема рекламирования. На рис. 1 на временной шкале показаны наиболее важные компьютерные технологии последнего десятилетия, а кривая показывает рейтинг важности этих технологий по оценкам современников. Как видно, на графике представлено несколько характерных этапов. Поначалу о технологии мало кто знает и рейтинг ее низок, затем по мере возникновения «шума» вокруг новости (всем кажется, что именно эта

40