История компьютера

История компьютера (от англ. computer, от лат. computo — считаю) тесным образом связана с попытками облегчить и автоматизировать большие объемы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счетное устройство — абак. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчеты. В 1642 Блез Паскаль сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Дальнейшее развитие науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. В феврале 1944 на одном из предприятий Ай-Би-Эм (IBM) в сотрудничестве с учеными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина «Марк-1». Это был монстр весом около 35 тонн. «Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длиной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо четыре секунды.

Но электромеханические  реле работали недостаточно быстро. Поэтому  уже в 1943 американцы начали разработку альтернативного варианта — вычислительной машины на основе электронных ламп. В 1946 была построена первая электронная  вычислительная машина ENIAC. Ее вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч  электромеханических деталей ENIAC содержал 18 тысяч электронных ламп. Считала  машина в двоичной системе и производила  пять тысяч операций сложения или  триста операций умножения в секунду.

Машина на электронных  лампах работала существенно быстрее, но сами электронные лампы часто  выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли предложили использовать изобретенные ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы —транзисторы.

Совершенствование первых образцов вычислительных машин  привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC, предназначенного для коммерческого  использования. UNIVAC стал первым серийно  выпускавшимся компьютером, а его  первый экземпляр был передан  в Бюро переписи населения США.

С активным внедрением транзисторов в 1950-х годах связано  рождение второго поколения компьютеров. Один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп. В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров. В компьютерах  стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, способные  хранить большой объем информации.

В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (чипы), в которых  все электронные компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки. Применение чипов в компьютерах  позволяет сократить пути прохождения  тока при переключениях, и скорость вычислений повышается в десятки  раз. Существенно уменьшаются и  габариты машин. Появление чипа знаменовало  собой рождение третьего поколения  компьютеров.

К началу 1960-х годов  компьютеры нашли широкое применение для обработки большого количества статистических данных, производства научных расчетов, решения оборонных  задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена, сложность  и дороговизна обслуживания больших  вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 американской фирме Digital Equipment выпустить миникомпьютер PDP-8 ценой в 20 тысяч долларов, что сделало компьютер доступным для средних и мелких коммерческих компаний.

В 1970 сотрудник компании Intel Эдвард Хофф создал первый микропроцессор, разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Это революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах как о громоздких, тяжеловесных монстрах. С микропроцессом появляются микрокомпьютеры — компьютеры четвертого поколения, способные разместиться на письменном столе пользователя.

В середине 1970-х годов  начинают предприниматься попытки  создания персонального компьютера — вычислительной машины, предназначенной  для частного пользователя. Во второй половине 1970-х годов появляются наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы Эпл (Apple), но широкое распространение персональные компьютеры получили с созданием в августе 1981 фирмой Ай-Би-Эм (IBM) модели микрокомпьютера IBM PC. Применение принципа открытой архитектуры, стандартизация основных компьютерных устройств и способов их соединения привели к массовому производству клонов IBM PC, широкому распространению микрокомпьютеров во всем мире.

Важнейшие этапы  развития вычислительной техники до появления персональных компьютеров

* 1642 — «Паскалина» Блеза Паскаля, первая попытка механизировать вычисления.

* 1654 — логарифмическая  линейка, первое устройство, сделавшее  вычисления быстрыми и получившее  широкое распространение.

* 1801 — ткацкий  станок Жозефа Мари Жаккара, изобретение перфокарты.

  * 1820-е годы  — арифмометр Томаса, первое механическое  вычислительное устройство, получившее  широкое распространение.

* 1822-1838 — Разностная  машина Чарльза Бэббиджа, первая  попытка создать программируемое  вычислительное устройство.

Электромеханические вычислительные средства

* 1888-1890 — Табулятор  Холлерита, первое автоматическое  вычислительное устройство, производившееся  промышленными партиями. Впоследствии (1896) Герман Холлерит основывает  компанию Tabulating Machine Company, в 1924 году переименованную в International Business Machines Corporation после промежуточной смены имени в 1911.

 * 1937 — Z1, вычислительная машина, разработанная Конрадом Цузе стало первым вычислительным устройством, работавшим на двоичной логике и применявшее арифметику с плавающей запятой.

* 1943 — «Марк I», первый компьютер, произведенный фирмой IBM.

Теоретические разработки, нашедшие применение в  персональных компьютерах

* XVII век — описание  Лейбницем двоичной системы счисления.

* 1847-1854 — изобретение  булевой алгебры на основе  двоичной системы счисления.

* 1940-1948 — понимание  того, что работа логических электрических  схем тождественна булевой алгебре  и разработка теории информации  Клода Шеннона.

* середина 1940-х —  разработка архитектуры фон Неймана.

* 1957 — впервые  реализован язык программирования  высокого уровня, носивший название  Фортран.

* В 1964 г. Американская  Ассоциация Стандартов принимает  новый 7-битовый стандарт для  обмена информации ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

* В 1964 г. Джон  Кемени и Томас Курц в Дартмутском колледже, разработали язык программирования BASIC. Этот язык программирования с различными модификациями применялся почти во всех персональных и домашних компьютерах 1970-80-х годов.

* В 1973 г. исследовательский  центр Xerox PARC предоставил Xerox Alto — первый в мире образец компьютера с оконным (графическим интерфейсом).

Появление технологий, нашедших применение в персональных компьютерах

Транзисторы

    * 23 декабря  1947 г. три учёных в лабораториях  компании Bell Labs, Уильям Шоклей, Уолтер Братэйн и Джон Бардин изобрели точечный транзисторный усилитель, что позволило уменьшить размеры компьютеров, до этого использовавших электронные лампы.

* В сентябре 1958 г.  Джек Килби из компании Texas Instruments построил первую электронную микросхему, где пять компонентов были интегрированы на одной плате из германия размером в 1,5 см в длину и 1-2 мм в толщину.

* В 1959 г. Роберт  Нойс из Fairchild Semiconductor, построил интегрированную электронную микросхему, где компоненты были соединены друг с другом алюминиевыми линиями на окисленной поверхности кремния (silicon-oxide).

* В 1960 г. компания DEC представила первый миникомпьютер  PDP-1 (Programmed Data Processor), стоимость которого составляла 120 000 долл. Это был первый коммерческий компьютер, оснащенный клавиатурой и монитором.

* В 1963 г. Дуглас  Энгельбарт изобрёл компьютерную мышь.

* В 1965 г. Гордон  Мур, директор подразделения исследований и разработок в Fairchild Semiconductor формулирует вывод, основанный на наблюдениях за динамикой развития технологий изготовления микросхем. Эта формулировка получает название закон Мура: плотность транзисторов в интегрированных микросхемах будет удваиваться каждые 24 месяца в течение следующих десяти лет.

* 4 июня 1966 г. американский  офис патентов выдает доктору  Роберту Деннарду из компании IBM патент № 3387286 на однотранзисторную ячейку памяти (DRAM Dynamic Random Access Memory — Динамическая Память с Произвольным Доступом) и на базовую идею 3-транзисторной ячейки памяти. Такой тип памяти сейчас повсеместно используется для краткосрочного хранения информации.

* В 1966 г. Роберт  Нойс и Гордон Мур основывают корпорацию Intel. Эта компания начинает с создания микрочипов памяти, но постепенно превращается в компанию по производству микропроцессоров.

* В 1966 г. Дуглас  Энгельбарт из исследовательского института Стэнфорда, представляет систему, состоящую из буквенной клавиатуры, цифровой клавиатуры, мышки и программы, поддерживающей вывод информации на экран в разных «окнах». На демонстрации показывают текстовой редактор, систему, разрешающую строить ссылки на информацию и программу для коллективной работы.

* В 1969 г. Пентагон  создает четыре узла сети ARPAnet — прообраза современной Internet. День 2 сентября 1969 принято считать днем рождения Интернета.

* 1971 — изобретение  накопителя на гибком магнитном  диске, дискеты диаметром в  200 мм (8″). В конце 1970-х размеры  дискет уменьшились до 133 мм (5,25″)  и в 1981 до 90 мм (3,5″).

* 1971 — появление  первого микропроцессора (процессора, помещающегося на интегральной  микросхеме) Intel 4004. Этот процессор имел разрядность в 4 бита, и применялся, например, в калькуляторах или схемах управления светофорами. Из микропроцессоров 1970-х годов, нашедших применение в персональных компьютерах, стоит упомянуть 8-разрядные Intel 8080, MOS 6502, Motorola 6800 и 16-разрядные Intel 8086, Intel 8088.

Предпосылки к появлению персональных компьютеров

В 1950-60х годах компьютеры были доступны только крупным компаниям  из-за своих размеров и цены. В  конкурентной борьбе за увеличение продаж фирмы, производящие компьютеры, стремились к удешевлению и миниатюризации своей продукции. Для этого использовались все современные достижения науки: память на магнитных сердечниках, транзисторы, и наконец интегральные схемы. К 1965 году мини-компьютер PDP-8 занимал объём всего лишь в холодильник и стоимостью в 20 тыс. долларов, и тенденция к миниатюризации .

* В мае 1966 г.  Стивен Грей основывает общество  компьютерных любителей (Amateur Computer Society) или ACS, и начинает публиковать новости клуба.

Многочисленные энтузиасты, заинтересованные в изучении возможностей компьютеров, старались выжать все  возможное из доступных тогда  материалов. Так, например, первый интерпретатор  языка программирования для персонального  компьютера был написан по инициативе двух студентов, а история фирмы  Apple началась с гаража, так как у основателей не было другого помещения.

* В 1975 г. Билл  Гейтс и Пол Аллен решили  написать интерпретатор языка  BASIC для компьютера Altair 8800 и основали компанию Micro-Soft, специализировавшуюся на разработке программного обеспечения для компьютеров.

* 1 апреля 1976 г. Стив  Джобс и Стив Возняк основали  фирму Apple Computer.

Доступность персональных компьютеров стимулировала написание программного обеспечения; в свою очередь широкий выбор разработанного ПО стимулировал дальнейшее распространение и использование персональных компьютеров в обществе.

Объёмы продаж персональных компьютеров в конце 1970-х годов  были невысоки, но для абсолютно  нового товара коммерческий успех был  ошеломляющ. Причиной этого было появление  программного обеспечения, покрывавшего нужды пользователей в автоматизации  обработки информации. В начале 1980-х наиболее популярны были язык программирования для «чайников» BASIC, текстовый редактор WordStar (назначения «горячих» клавиш которого используются до сих пор) и табличный процессор VisiCalc, переросший к настоящему времени в гиганта под названием Excel. Деловой мир всего мира увидел, что покупать компьютеры весьма выгодно: с их помощью стало возможно значительно эффективнее выполнять бухгалтерские расчёты, составлять документы и так далее. В результате оказалось, что для многих организаций необходимые им расчёты можно выполнять не на больших ЭВМ, а на персональных компьютерах, что значительно дешевле. Распространение персональных компьютеров к концу семидесятых годов привело к некоторому снижению спроса на большие и мини ЭВМ. Это стало предметом серьёзного беспокойства корпорации IBM — ведущей компании по производству ЭВМ.

В 1979 году руководство IBM решило произвести как бы мелкий эксперимент (что-то вроде одной  из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования) — попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров («если другие фирмы начали производство персональных компьютеров, то почему бы и нам не попробовать?»). Чтобы на этот эксперимент не тратить слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер «с нуля», а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс. Прежде всего в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel 8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры на базе 8 разрядов были ограничены 64Кбайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.

* В августе 1981 г. новый компьютер под названием  IBM PC был официально представлен  публике и вскоре после этого  он приобрел большую популярность  у пользователей. Через один-два  года компьютер IBM PC стал стандартом  персонального компьютера. Сейчас  такие компьютеры («совместимые с IBM PC») составляют около 90 % всех производимых в мире персональных компьютеров.

В чём же причина  их феноменального успеха? Если бы IBM PC был сделан так же, как другие существовавшие тогда компьютеры, он бы устарел через два-три года и мы бы все уже давно о нём забыли. Но к счастью, в IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей, подобно детскому конструктору. При этом методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим. Действительно, персональный компьютер очень напоминает обыкновенный конструктор: схемы, управляющие всеми устройствами — монитором, дисками, принтером, модемом и т. д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы системной платы — слоты. Весь компьютер питается от единого блока питания. Этот принцип, названный принципом открытой архитектуры, наряду с другими достоинствами обеспечил потрясающий успех персональному компьютеру IBM.

Огромный успех IBM PC способствовал массовому выпуску PC-совместимых клонов множеством компаний и в конечном итоге наступлению  эры персональных компьютеров и  компьютерной революции.

Кроме того, конкуренция  с IBM и желание её превзойти послужило  для многих начинающих компаний мощным толчком для собственного развития. В разное время с IBM конкурировали  ещё только начинавшие компании DEC, Intel, Microsoft, Compaq и некоторые другие.

Расцвет Apple

У Стивена было несколько  псевдонимов, таких как: «The Woz», «Wizard of Woz» и «iWoz» (каламбур; игра слов с iBook’ом и прочими продуктами фирмы Apple). «WoZ» (сокращение от «Wheels of Zeus») — это еще и имя компании, которую основал Стивен.

В 1975 году Woz покинул Университет Калифорнии (он вернется туда позже, чтобы закончить свое обучение по EECS и в 1986 получит степень бакалавра) и появился с компьютером, который со временем сделал его знаменитым. Однако преимущественно он работал для того, чтобы впечатлить членов Клуба Домашних Компьютеров, который располагался в Пало-Альто. Он не ставил перед собой какую-либо высокую цель.

У Стива Джобса, его  школьного товарища, возникла идея продать компьютер в виде полностью  собранного ПК. Возняк сначала отнесся  к этому скептически, но Джобс  убедил его — сказав, что если они и не добьются успеха, то хотя бы смогут рассказать своим внукам о том, что владели собственной  компанией. Они продали все свои ценные вещи (Возняк, например, продал научный калькулятор HP, а Джобс  фургон Volkswagen), выручили 1300 долларов и собрали первые прототипы в спальне Джобса, а позже, когда все свободное место было занято, они перебрались в его (Джобса) гараж. Их первый компьютер был настоящим инженерным чудом, в контексте вычислительной техники 1975 года. В простоте использования он на годы опережал Altair 8800, который был представлен ранее в 1975 году. У Altair 8800 не было дисплея и настоящего хранилища данных. Компьютер получал команды с помощью переключателей (одна программа, могла потребовать несколько тысяч переключений, выполненных без единой ошибки), а его устройство вывода представляло из себя набор мигающих лампочек. Altair 8800 прекрасно подходил для людей, занимавшихся электроникой как хобби. Для них его природа, которая требовала обязательной сборки, была на самом деле специальной особенностью… но, к сожалению, она совершенно не подходила для широкой публики. С другой стороны, компьютер Возняка, который он назвал Apple I, был полностью собранным и работающим устройством, на борту которого находился микропроцессор MOS Technology 6502 стоимостью $20 и ПЗУ. Чтобы получился настоящий ПК оставалось добавить немного RAM, клавиатуру и монитор.

1 Апреля 1976 года Джобс  и Возняк создали Apple Computer. Woz уволился из Hewlett-Packard и стал вице-президентом, отвечающим за научные исследования и разработку в компании Apple. Компьютер Apple I был выставлен на продажу по цене $666,66. Джобс и Возняк продали 100 своих первых компьютеров местным дилерам.

Возняк теперь мог  сосредоточиться на исправлении  недостатков и расширении функционала  Apple I. Его новая конструкция должна была сохранить самые главные характеристики: простоту и удобство в использовании. В Apple II Woz внедрил графику с высоким разрешением. Теперь его компьютер мог отображать не только текст и символы, но и изображения: «Я добавил возможность вывода в высоком разрешении. Сначала это было всего два чипа, ведь я не знал, пригодится ли это людям». К 1978 году он также спроектировал недорогой контроллер гибких дисков Disk II. Вместе с Рэнди Виггинтон (Randy Wigginton) он написал простую ДОС и файловую систему. Shepardson Microsystems была привлечена к созданию простого консольного интерфейса для его ДОС.

Помимо разработки оборудования, Возняк написал большую  часть программного обеспечения, которое  работало на Apple. Он написал продвинутый язык программирования Calvin, набор виртуальных инструкций 16-битного процессора, известных как SWEET16, и компьютерную игру Breakeout, которая стала причиной добавления звука.

В 1980 году Apple II вышел в публичную продажу и сделал Джобса и Возняка миллионерами.

«Apple II» (иначе: — «Apple ][» либо «Apple //») — первый компьютер, серийно выпускавшийся компанией Apple Computer. Это прямой наследник компьютера для энтузиастов «Apple I», никогда не производившегося в больших количествах, но уже содержащего многие идеи, которые обеспечили успех «Apple II».

2.jpg (16207 bytes)Компьютер был впервые представлен в 1977 году на выставке West Coast Computer Faire и стал одним из самых первых и наиболее успешных персональных компьютеров того времени. Производилось несколько моделей «Apple II», и наиболее популярная из них, с относительно небольшими изменениями, продавалась до 1990-х. Всего было произведено порядка 2-х млн. экземпляров «Apple II».

В отличие от других машин того времени, «Apple II» выглядел более похожим на офисный инструмент, чем на элемент электронного оборудования. Это был компьютер, который подходил для домашней обстановки, стола менеджера или школьного класса.

Также уникальным для  того времени было использование  цвета и графических режимов  высокого разрешения, его звуковых возможностей, а также встроенного  языка программирования Бейсик. По сравнению с более ранними  машинами, эти возможности были хорошо документированы и просты в изучении. Тем самым, «Apple II» обозначил начало революции в области персональных компьютеров: эта была машина для масс, а не только для любителей, учёных или инженеров.

Первые компьютеры «Apple II», появившиеся в продаже 5 июня 1977 года, были оснащены процессором MOS Technology 6502 на тактовой частоте 1 МГц, 4 КБ ОЗУ (расширяемыми до 48 КБ), интерфейсом для подключения кассетного магнитофона и интерпретатором Integer BASIC в ПЗУ. Видеоконтроллер показывал 24 строки по 40 символов (только в верхнем регистре), имел композитный видеовыход в формате NTSC для подключения монитора либо телевизора (через модулятор). Начальная розничная цена компьютера составляла 1298 долл. США с 4 КБ ОЗУ, либо 2638 долл. за модель с 48 КБ.

С тем чтобы отразить уникальную на тот момент особенность  — цветную графику, логотип на корпусе компьютера содержал цвета  радуги. Этот логотип компания сохраняла  до начала 2000 года.

Появившийся позже 5-дюймовый дисковод Disk II предоставил пользователям значительно больший объём для сохранения данных. Дисковод подключался через карту контроллера, вставляемую в один из слотов расширения (обычно, слот 6). Интерфейс «Disk II», созданный Стивом Возняком, до сих пор считается образцом инженерного искусства. В то время как другие подобные контроллеры состояли из множества микросхем для синхронизации ввода/вывода с вращением диска, позиционирования головки на нужную дорожку и кодирования данных в магнитные импульсы, контроллер Стива насчитывал лишь несколько чипов; «Apple DOS» брала на себя большую часть этих функций. Использованный в контроллере принцип кодирования Group Code Recording было намного проще реализовать программно, чем обычно используемый «MFM». Согласно легенде, Стив повторял разводку платы контроллера несколько раз, когда понимал, что перенос ещё одной функции в программу позволит ему устранить ещё один чип. В результате, малое количество микросхем сделало «Apple Disk II» первым контроллером гибких дисков, применённым в персональных компьютерах. В качестве побочного эффекта, такая схема упростила разработчикам проприетарного программного обеспечения реализацию защиты от копирования своих носителей.