материал_для_чтения_курсовик

ИТОГИ ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ, СТОЛЕТИЯ, ГОДА...

Александр Прохоров

КОМПЬЮТЕР-ПРЕСС, ЯНВАРЬ 2000

Этот номер журнала и, соответственно, статья готовилась на пороге символического рубежа — человечество переходит в новый год, новый век и новое тысячелетие. Это исторический момент, и в это время многие задумываются об итогах упомянутых вех и строят прогнозы на будущее...

Несомненно, одним из наиболее значимых для нашей цивилизации (прежде всего в техническом плане) свершений явилось изобретение и совершенствование компьютерной техники. Подобно тому, как человек является венцом творения живой природы, компьютер являет собой вершину развития техники. Поэтому на рубеже уходящей эпохи полезно оглянуться и вспомнить наиболее важные открытия, которые привели к созданию современного компьютера и нашего информационного общества. В широком понимании компьютер представляет собой результат большинства научных открытий — теоретических и прикладных. Действительно, даже изготовление пластикового корпуса компьютера базируется на десятках современнейших технологий, не говоря уже о производстве сложной «начинки». Однако, чтобы не писать трактат об истории развития науки и техники, рассмотрим вопрос в узкой трактовке, остановившись лишь на наиболее важных открытиях, непосредственно связанных с вычислительной техникой и информатикой, и попытаемся дать оценку этим событиям в масштабах уходящих тысячелетия, столетия и года.

Итоги тысячелетия

Принято считать, что за последнее тысячелетие человечество пережило три информационные революции, которые кардинально повлияли на развитие общества и цивилизации в целом. Первое технологическое достижение в этом ряду — изобретение в середине XV века Иоганном Гутенбергом печатного станка, в результате чего человечество получило возможность накапливать и распространять информацию в компактной и надежной форме. Вторая революция заключалась в появлении в конце XIX

века телефона и радиосвязи, позволивших осуществлять коммуникации в реальном времени. Третья связана с изобретением в XX веке компьютера, который, появившись как средство вычисления, впоследствии добавил к своим возможностям функции предшествующих средств коммуникации и превратился в главное орудие построения современного информационного общества. Сегодня уже невозможно назвать все сферы применения компьютера и даже точно определить область его назначения. По всей видимости, наиболее остроумным определением является такое: «Компьютер есть средство решения тех задач, которые человек в состоянии ему поручить на данном уровне развития техники». При этом, если рассматривать цепь научно-технических открытий, приведших к появлению компьютера, начать необходимо именно со средств вычисления.

Считается, что история механических счетных устройств выходит далеко за рамки тысячелетия. По-видимому, первым вычислительным средством были счеты (абак) — устройство, которое возникло примерно за 2,5 тысячи лет до нашей эры. Однако именно в последнем тысячелетии механические устройства трансформировались в цифровые, потом в электрические, а затем в электронные, что и привело к появлению современного компьютера. Какова же ретроспектива этих событий?

Именно в начале Х века в Европе началось распространение арабских цифр, которые впоследствии составили основу для автоматических вычислений. В начале XVII

века римские цифры в Европе были вытеснены арабскими, и в 1612 году появилось понятие «десятичная запятая» — ее в своих работах применил шотландский барон Джон Нейпер, который знаменит тем, что ввел понятие логарифма. Десятью годами позже в Англии на базе работ Нейпера появилось первое счетное логарифмическое устройство — логарифмическая линейка. Она дожила до наших дней и использовалась (по крайней мере,

в СССР) до конца семидесятых годов. В 1642 году Блез Паскаль построил первую числовую вычислительную машину. Но лишь в начале XIX века появилось понятие программируемых машин. По-видимому, первая программируемая машина, управляемая перфокартами, появилась в 1804 году — это был ткацкий станок Джозефа Джаккарда.

Считается, что прародителями первого современного компьютера были Джон Атанасофф (автор проекта) и Клиффорд Берри (конструктор первого компьютера). Компьютер был назван АВС, разработка проекта началась в 1939-м, а закончилась созданием опытного образца в 1942 году. Компьютер АВС содержал 1,5 тысячи электронных ламп. Однако многие эксперты датой рождения компьютеров первого поколения считают 1944 год, когда был построен компьютер МАРК I, получивший широкую известность. Это была машина внушительных размеров — около 17 метров в длину, содержащая 75 000 электронных ламп и 3000 механических реле. Данный компьютер производил вычисления с точностью до 23 значащих цифр и при этом выполнял операцию сложения за 3 секунды, а деления — за 12 секунд. Таким образом

(имея в виду, что мы привыкли считать вычислительную мощность в количествах вычислений в секунду), у этого компьютера данный показатель был меньше единицы!

Таблица 1. Наиболее значимые открытия тысячелетия, определившие развитие информатики

Вскоре появился еще один компьютер, который завоевал широкую известность, — ENIAC (авторы проекта Джон Мочли и Проспер Эккерт). К началу пятидесятых ламповые компьютеры получили широкое распространение. Они потребляли большое количество энергии, программировались в кодах и с современных позиций были крайне несовершенны, однако факт их появления трудно переоценить с точки зрени я развития всех последующих поколений ЭВМ.

Практическое применение изобретенного в 1947 году транзистора с конца пятидесятых оказало решающее воздействие на развитие вычислительной техники. Это открытие определило сущность второго 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 транзи стора. 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 мини-компьютеры, 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.

В 1965 году был выпущен массовый мини-компьютер PDP-8. До конца шестидесятых были разработаны модели PDP-10 и первого 16-разрядного миникомпьютера 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 16-разрядную 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 RISC-архитектурой стали только в

80-х годах. Говоря об отечественной компьютерной промышленности, следует сказать, что с начала семидесятых в СССР 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

вмире.

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.

В 1974 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 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.

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, 20-разрядный 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 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 24-разрядная 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 вып ускаться с 1985 года.

Открытость архитектуры IBM PC принесла свои плоды — Columbia Data Products

стала первой компанией, выпустившей в 1982 году IBM PC-совместимую машину. С тех пор сотни компаний по всему миру включились в этот бизнес.

Важным событием стал выпуск в 1984 году компьютеров Macintosh на 32разрядном 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.

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.

В это 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 (32разрядные регистры и 32-разрядная 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