Розвиток комп’ютерної архітектури.

В період розвитку комп’ютерних технологій було розроблено сотні різних комп’ютерів. Багато з них давно забуті, а деякі стали основною для сучасних ідей. Розглянемо основні моменти розвитку комп’ютерних технологій.

Нульове покоління – механічні комп’ютери (1642-1645).

Першою людиною, яка створила лічильну машинку , був французький вчений Блез Паскаль в 1642 році в 19 років для свого батька, який працював збиральником податків. Вона була механічною, могла виконувати тільки операцію додавання та віднімання. Тридцять років по тому, німецький математик Годфриг Вільгейм Лейбниц створив другу механічну машину, яка крім додавання та віднімання, виконувала ще й множення та ділення. Так, три століття назад виник перший кишеньковий калькулятор, що мав 4 функції.

Через 150 років професор математики Кембриджського університету , Чарльз Беббідж, витративши багато часу та грошей, створив аналітичну машину. Вона складалась з 4 компонентів: запам’ятовуючий пристрій (пам’ять), обчислювальний пристрій, пристрій введення (для зчитування перфокарт) та виведення інформації (перфоратор, друкарський пристрій). Пам'ять складалась із 1000 слів, які вміщали в себе змінні і результати. Обчислювальний пристрій отримував із пам’яті команди, виконував операції додавання, віднімання, множення, ділення, і результат відправляв назад в пам'ять. Як і попередні винаходи, ця машина була механічною. Перевагою цієї машини було те, що вона могла одночасно виконувати різні задачі. Вона зчитувала команди з перфокарт і виконувала їх. Деякі команди примушували машину взяти з памяті два числа, перенести їх в обчислювальний пристрій, виконати над ними операцію (наприклад, додавання) і відправити результат назад в пам'ять. Інші команди перевіряють число – додатне чи від’ємне , тощо.

Для цієї машини необхідно було створити і програмне забезпечення. Його створила Ада Ловлейс, саме вона і стала першим в світі програмістом. На її честь названо сучасну мову програмування Ada.

З усього вищевказаного, можна справедливо вважати Беббіджа дідусем сучасного цифрового комп’ютера.

На початку ХХ століття з’являлись різні винаходи в цій галузі: одні з них успішні, інші – не зовсім. Проте всі вони були знищені під час Другої світової війни.

Перше покоління – електронні лампи (1945-1955)

Стимулом для створення електронного комп’ютера стала Друга світова війна. Він був створений в британській секретній лабораторії для розшифровки закодованих послань і називався COLOSSUS. Проте він не міг бути базовою основою для подальшого розвитку комп’ютерів, оскільки був засекреченим і вважався військовою таємницею. В післявоєнний час проводилось маса досліджень, вчені розуміли необхідність створення електронних машин.

Одним із таких вчених був і Джон фон Нейман (США). Він знав багато мов, був спеціалістом в фізиці та математиці, мав феноменальну пам'ять: він пам’ятав все, що колись чув, бачив або читав.

Основний проект, яким він займався, відомий як фон-неймановська обчислювальна машина. Схема архітектури такої машини приведено на рис.2.

Рис.2. Схема фон-неймановської обчислювальної машини

Машина фон Неймана складалась із п’яти основних частин: пам’яті, АЛП, пристрою управління, а також пристрою введення – виведення. Пам’ять вміщувала 4096 слів, кожне слово вміщає 40 біт, біт – це 0 або 1.

Друге покоління – транзистори (1955-1965)

Транзистор був створений співробітниками Bell Laboratories Джоном Бардіном, Уолтером Браттейном та Уільямом Шоклі, за що вони в 1956 році отримали Нобелівську премію в галузі фізики. Протягом 10 років транзистори викликали революцію у виробництві комп’ютерів. Почалось виробництво комп’ютерів на транзисторах, їх характеристики постійно покращувались, продавались десятки, сотні комп’ютерів, так з’явилась комп’ютерна промисловість.

Основним нововведенням в той час стала одна шина. Шина – це набір паралельно з’єднаних проводів для з’єднання компонентів комп’ютера. Структурна схема комп’ютера із шиною приведена на рис.3.

Рис.3. Шина комп’ютера

В цей час створюються комп’ютери для складних розрахунків з високою швидкістю роботи, оскільки в центральному процесорі знаходиться машина з високим ступенем паралелелізму. В цій машині знаходилось декілька функціональних пристроїв для додавання, множення, ділення і всі вони могли працювати одночасно. Такою машиною був комп’ютер 6600. в нього було вбудовано декілька маленьких комп’ютерів. Центральний процесор такого комп’ютера виконував тільки підрахунок чисел, а всі інші функції (управління роботою комп’ютера, введення-виведення інформації) виконували маленькі комп’ютери.

Розробник комп’ютера 6660 Сеймур Крей , як і фон Нейман, став легендарною особою. Все своє життя він присвятив створенню потужних комп’ютерів, які тепер називають суперкомпютерами. Сеймур Крей також є автором відомого «алгоритму купівлі авто»: ви йдете в магазин, що знаходиться найближче до вашого дому, показуєте на машину, що розміщена найближче до дверей , і промовляєте: «Я беру ось цю». Цей алгоритм дозволяє витрачати мінімум часу на не важливі справи (купівлю авто) та залишає більше часу на важливі справи (створення суперкомп’ютера ).

Третє покоління – інтегральні схеми(1965-1980)

Поява інтегральної схеми в 1958 році (винахідник – Роберт Нойс) привела до можливості заміни десятків транзисторів на одну невеличку мікросхему. Комп’ютери на інтегральних схемах мали менший розмір, працювали швидше і коштували дешевше. Долається ще одна проблема: всі комп’ютери мали різні параметри, характеристики і були несумісні один з одним. Створюються комп’ютери з єдиною машинною мовою – мовою асемблер.

Ще одним нововведенням в той час є поява мультипрограмування. В пам’яті комп’ютера може знаходитись одночасно декілька програм, і поки одна програма чекала, коли закінчиться процес введення-виведення, друга програма виконувалась.

Четверте покоління – надвеликі інтегральні схеми (1980 - ?)

Поява у 80-х роках надвеликих інтегральних схем дозволяла помістити на одну плату спочатку десятки тисяч, потім сотні тисяч, і, на кінець, мільйони транзисторів. Це привело до створення комп’ютерів менших розмірів та високою швидкістю роботи. До цього часу комп’ютери були такими дорогими та громіздкими, що компаніям та університетам необхідно було мати спеціальні обчислювальні центри. Тепер ціни та розміри значно зменшились, і можливість купівлі комп’ютера виникла не тільки в організацій, а і в окремих людей. Почалась ера персональних комп’ютерів.

Перші ПК продавались у вигляді комплектів. Кожен комплект складався із печатної плати, набору інтегральних схем, декількох кабелів, джерела живлення і інколи 8-ми дюймовий дисковод. Складати комп’ютер покупець повинен був самостійно, так само як і писати програмне забезпечення. Лише з плином часу, в продажу появились програмне забезпечення, операційні системи, ПК.