Погрузимся в историю, ведь узнать, как все начиналось, – захватывающее приключение. Современную молодежь наверняка поразит тот факт, что первые электронно-вычислительные машины занимали целые комнаты и уступали по вычислительной мощи нынешним смартфонам. Помню, как в институте на уроках информатики нам показывали такое чудо техники, едва умещавшееся в отдельном помещении. А первый жесткий диск по размерам напоминал ламповый телевизор! Не буду углубляться в дебри, затрагивая эпоху логарифмических линеек и им подобных устройств.
Все началось в далеких 40-х годах XX века. И мы должны отдать должное титанам мысли и практики вычислительной техники: Алану Тьюрингу (чье имя, уверен, знакомо студентам технических вузов), Конраду Цузе, Клоду Шеннону, Джону Атанасову, Говарду Эйкену, Пресперу Экерту, Джону фон Нейману и многим другим ученым, и инженерам.
В 1941 году в Германии под руководством Конрада Цузе была создана электромеханическая вычислительная машина Z-3, предназначенная для конструкторских расчетов самолетов и ракет. К сожалению, этот проект не получил поддержки от правительства Германии.
В 1943 году, по заказу ВМФ США и при финансовой поддержке IBM, под руководством Говарда Эйкена была создана первая цифровая вычислительная машина Mark-1. Этот универсальный гигант возвышался на 2,5 метра и простирался в длину на 17 метров. Данные вводились с помощью перфоленты, а вместо переключателей использовались электромеханические реле. Mark-1 тратил 3 секунды на умножение двух чисел и 0,3 секунды на сложение или вычитание, а использовался для расчета траекторий артиллерийских снарядов.
Великобритания не отставала, и в конце 1943 года появился Colossus, использующий уже электронные лампы, числом около 2000. Над его созданием трудился сам Алан Тьюринг. Эта машина была узкоспециализированной и предназначалась для дешифровки немецких кодов путем перебора вариантов, достигая производительности в 5000 символов в секунду.
В 1946 году, по заказу Министерства обороны США под руководством Преспера Экерта, была создана первая ламповая универсальная цифровая вычислительная машина ENIAC. Содержавшая 17 000 электронных ламп, ENIAC превзошла Mark-1 по размерам, достигая 6 метров в высоту и 26 метров в длину. Но и по производительности она была на голову выше, выполняя 300 операций умножения в секунду. На этом компьютере проводились расчеты по созданию водородной бомбы. ENIAC нельзя назвать идеальным компьютером, ведь он создавался в спешке, в военное время. Он был построен в единственном экземпляре.
Те же разработчики в период с 1945 по 1951 год создали следующую модель, получившую название EDVAC. Эта модель обладала внушительной внутренней памятью, позволявшей хранить не только данные, но и программы. Система кодирования отличалась от предшественников и была двоичной, что позволило сократить количество электронных ламп. Великий математик Джон фон Нейман принимал активное участие в проекте в качестве консультанта и опубликовал доклад, в котором описал не только конкретную машину, но и обрисовал формальную, логическую организацию компьютера, используемую по сей день и известную как «архитектура фон Неймана».
В 1948 году наши соотечественники, сотрудники Энергетического института АН СССР Исаак Брук и Башир Рамеев, получили авторское свидетельство на изобретение «Автоматической цифровой вычислительной машины». В это же время в Институте электротехники АН УССР под руководством академика Сергея Лебедева начались работы над проектом создания «МЭСМ» (малой электронно-счетной машины). Опытные образцы, так же, как и в США, использовались для проведения особо важных (засекреченных) расчетов. Разработки в области создания ЭВМ велись в нескольких направлениях. «МЭСМ» была введена в эксплуатацию в декабре 1951 года и стала первой действующей ЭВМ в СССР. В 1953 году Сергей Лебедев стал директором московского Института точной механики и вычислительной техники и возглавил разработку знаменитой серии «БЭСМ» (большая электро-счетная машина). Каждая машина этой серии была по-своему уникальна.
БЭСМ-1 содержала 5000 электронных ламп и выполняла 8-10 тысяч операций в секунду. Особое место в развитии отечественной вычислительной техники заняла БЭСМ-6, выпущенная в 1967 году и выпускавшаяся в течение 17 лет. Производительность этой чудо-машины составляла 1 миллион операций в секунду. Она также обладала первой полноценной операционной системой и ценнейшими библиотеками стандартных программ.
В отличие от Запада, заказчиками выступали в основном военные, но постепенно ученые и чиновники стали осознавать роль вычислительных машин в экономике. В декабре 1969 года на правительственном уровне было принято решение выбрать в качестве промышленного стандарта для универсальных вычислительных машин единой серии («ЕС ЭВМ») серию машин IBM S/360. Производство этих машин было налажено совместно с другими социалистическими странами в рамках СЭВ. На этом начался закат эры отечественной индустрии вычислительной техники: у государства не хватало средств, да и от Запада мы отставали в разы.
Подводя итог, можно выделить четыре поколения ЭВМ:
- Период с 1946 по 1960: элементная база – вакуумные электронные лампы; архитектура – фон Неймана; быстродействие – 10-20 тысяч операций в секунду; программное обеспечение – машинные языки; пользователи – инженеры-программисты; размещение – машинные залы.
- Период с 1955 по 1970: элементная база – полупроводниковые диоды и транзисторы; архитектура – мультипрограммный режим; быстродействие – 100-500 тысяч операций в секунду; программное обеспечение – операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков; пользователи – профессиональные программисты; размещение – отдельное помещение.
- Период с 1965 по 1980: построены на интегральных схемах; архитектура – локальные сети ЭВМ, вычислительные системы коллективного пользования; быстродействие – около 1 миллиона операций в секунду; программное обеспечение – операционные системы, диалоговые системы, системы машинной графики; использовалась программистами и пользователями; размещение – терминальный зал.
- 1980 по настоящее время: построены на сверхбольших интегральных схемах; архитектура – многопроцессорные системы, персональные компьютеры, глобальные сети; быстродействие – десятки и сотни миллионов операций в секунду; программное обеспечение – пакеты прикладных программ, базы данных, браузеры; пользователи – с общей компьютерной подготовкой; размещение – рабочий стол и мобильное расположение.
Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения.
Современные компьютеры стали неотъемлемой частью нашей жизни. Они проникли во все сферы деятельности, от науки и образования до бизнеса и развлечений. Развитие микроэлектроники и нанотехнологий позволило создавать все более компактные, мощные и энергоэффективные устройства. Сегодняшние смартфоны обладают вычислительной мощностью, превосходящей первые ЭВМ, занимавшие целые здания.
Особое внимание уделяется разработке новых архитектур компьютеров, способных обрабатывать огромные объемы данных в режиме реального времени. Квантовые компьютеры, находящиеся на стадии разработки, обещают совершить революцию в области вычислений, открывая возможности для решения задач, недоступных классическим компьютерам.
Развитие искусственного интеллекта и машинного обучения также оказывает огромное влияние на развитие вычислительной техники. Компьютеры становятся все более интеллектуальными, способными к самообучению и принятию решений. Они используются для автоматизации процессов, анализа данных, распознавания образов и решения других сложных задач.
Будущее вычислительной техники связано с дальнейшей миниатюризацией, повышением производительности, энергоэффективности и интеллекта. Компьютеры станут еще более тесно интегрированы в нашу жизнь, помогая нам решать самые разнообразные задачи и открывая новые возможности для развития науки, технологий и общества.
