Первые из первых

Механические калькуляторы

Одним из самых первых вычислительных устройств является абак, используемый уже более 2000 лет. Абак представляет собой деревянную раму, содержащую ряд параллельных прутьев с камешками или костяшками. Существует ряд правил, согласно которым костяшки перемещаются в правую или левую сторону абака, что позволяет выполнять различные арифметические операции. (Бухгалтерские счеты, например, являются дальним родственником абака.)

В 1642 году Блез Паскаль создал прообраз цифровой вычислительной машины, позволяющей проводить операции сложения чисел. Машина предназначалась отцу Паскаля, который работал сборщиком налогов. Позднее, в 1671 году, Готфрид Вильгельм фон Лейбниц разработал вычислительную машину, построив ее только в 1694 году. Она позволяла выполнять операции сложения и умножения чисел.

Первый коммерческий механический калькулятор был создан Чарльзом Ксавьером Томасом в 1820 году. Это была "совершенная" машина — она выполняла операции сложения, вычитания, умножения и деления.

Первый механический компьютер

Отцом этого компьютера можно по праву назвать Чарльза Бэббиджа, профессора математики Кембриджского университета. Эта машина, созданная в 1812 году, могла решать полиномиальные уравнения различными методами. Создав в 1822 году небольшую рабочую модель своего компьютера и продемонстрировав ее Британскому правительству, Бэббидж получил средства на дальнейшее развитие своей системы. Новая машина была создана в 1823 году. Она была паровой, полностью автоматической и даже распечатывала результаты в виде таблицы.

Работа над этим проектом продолжалась еще 10 лет, и в 1833 году был создан первый "многоцелевой" компьютер, названный аналитической машиной. Она могла оперировать числами с 50 десятичными знаками и сохраняла до 1 000 чисел. Впервые в этой машине было реализовано условное выполнение операций — прообраз современного оператора IF.

Аналитическая машина Бэббиджа на полном основании считается предшественником современного компьютера, так как содержит в себе все ключевые элементы, из которых состоит компьютер.

Устройство ввода данных. В машине Бэббиджа был применен принцип ввода данных с помощью перфокарт, когда-то используемый в ткацких станках на текстильных фабриках.

Блок управления. Для управления или программирования вычислительного устройства использовался барабан, содержащий множество пластин и штифтов.

Процессор (или вычислительное устройство). Вычислительная машина высотой около 10 футов, содержащая в себе сотни осей и несколько тысяч шестеренок.

Запоминающее устройство. Блок, содержащий еще больше осей и шестеренок, позволяющий хранить в памяти до тысячи 50-разрядных чисел.

Устройство вывода. Пластины, связанные с соответствующей печатной машиной, использовались для печати полученных результатов.

К сожалению, из-за недостаточной точности механической обработки шестеренок и механизмов первый потенциальный компьютер так и не был полностью построен. Технологический уровень производства того времени был слишком низок.

Первые перфокарты

Интересно, что идея использования перфорационных карт, впервые предложенная Бэббиджем, воплотилась только в 1890 году. В том году проводился конкурс на лучший метод табулирования материалов переписи США, победителем которого стал служащий бюро переписи Герман Холлерит (Herman Hollerith), предложивший идею перфокарт. Для ручной обработки данных переписи служащим бюро потребовались бы целые годы. Использование же перфорационных карт позволило уменьшить время табулирования примерно до шести недель. Впоследствии Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company, которая многие годы спустя стала известна как IBM.

Одновременно с другими фирмами IBM разработала целую серию улучшенных счетно-перфорационных систем, содержавших огромное количество электромеханических реле и микродвигателей. Системы позволяли автоматически устанавливать определенное количество перфокарт в положение "считывание", выполнять операции сложения, умножения и сортировки данных, а также выводить результаты вычислений на перфорационных картах. Такие счетно-аналитические машины позволяли обрабатывать от 50 до 250 перфокарт в минуту, каждая из которых могла содержать 80-разрядные числа. Перфорационные карты служили не только средством ввода и вывода, но и хранилищем данных. На протяжении более чем 50 лет счетно-перфорационные машины использовались для самых разных математических вычислений и стали основой зарождения многих компьютерных компаний.

Электронные компьютеры

Физик Джон В. Атанасов вместе с Клиффордом Берри (Clifford Berry) с 1937 по 1942 год работали в университете штата Айова над созданием первой цифровой электронно-вычислительной машины. Компьютер Атанасова-Берри (названный впоследствии ABC — Atanasoff-Berry Computer) стал первой системой, в которой были использованы современные цифровые коммутационные технологии и вакуумные лампы, а также концепции двоичной арифметики и логических схем. После долгого судебного разбирательства федеральный судья США Эрл Р. Ларсон (Earl R. Larson) аннулировал 19 октября 1973 года патент, ранее выданный Эккерту (Eckert) и Мочли (Mauchly), официально признав Атанасова изобретателем первого электронного цифрового компьютера.

Помимо расшифровки неприятельских кодов, постепенно возникла потребность в выполнении баллистических расчетов и решении других военных задач. В 1946 году Джон П. Еккерт (John P. Eckert) и Джон В. Мочли (John W. Mauchly) вместе с сотрудниками школы электротехники Мура университета штата Пенсильвания создали первую комплексную электронно-вычислительную машину для военных целей. Эта система получила название ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator). Она работала с десятизначными числами и выполняла операции умножения со скоростью около 300 произведений в секунду, находя значения каждого произведения в таблице умножения, хранящейся в оперативной памяти. Эта система работала примерно в 1 000 раз быстрее, чем электромеханические релейные вычислительные машины предыдущего поколения.

Немногим ранее, в 1945 году, математик Джон фон Нейман (John von Neumann) доказал, что компьютер представляет собой целостную физическую структуру и может эффективно выполнять любые вычисления, с помощью соответствующего программного управления без изменения аппаратной части. Другими словами, программы можно изменять, не меняя аппаратного обеспечения. Этот принцип стал основным и общепринятым правилом для будущих поколений быстродействующих цифровых компьютеров.

Первое поколение современных программируемых электронно-вычислительных машин, использующих описанные нововведения, появилось в 1947 году. В их число вошли коммерческие компьютеры EDVAC и UNIVAC, в которых впервые использовалось оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначенное для хранения данных и модулей программы. Как правило, программирование выполнялось непосредственно на машинном языке, несмотря на то что к середине 1950-х годов наука программирования сделала большой шаг вперед. Символом новой компьютерной эры стал UNIVAC (Universal Automatic Computer), первый по-настоящему универсальный буквенно-цифровой компьютер. Он применялся не только в научных или военных, но и в коммерческих целях.

Первый микропроцессор

В 1982 году Intel представила микропроцессор 286, содержащий 134 тыс. транзисторов. По эффективности он превосходил другие 16-разрядные процессоры того времени примерно в три раза. Благодаря концепции внутрикристальной памяти 286 стал первым микропроцессором, совместимым со своими предшественниками. Этот качественно новый микропроцессор был затем использован в эпохальном компьютере PC-AT компании IBM.

В 1985 году появился 32-разрядный процессор Intel 386. Он содержал 275 тыс. транзисторов и выполнял более 5 млн операций в секунду (Million Instruction Per Second — MIPS). Компьютер DESKPRO 386 компании Compaq был первым ПК, созданным на базе нового микропроцессора.

Следующим из семейства Intel стал процессор 486, появившийся в 1989 году.В 1993 году Intel представила первый процессор Pentium, производительность которого выросла в пять раз по сравнению с семейством Intel 486.