История развития информационных технологий и компьютерной техники

 

ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГРАММ, ХРАНИМЫХ В ПАМЯТИ:

 

Не успел “Эниак” вступить в  эксплуатацию, как Мочли и Экерт  уже работали по заказу военных над  новым компьютером. Главным недостатком  компьютера “Эниак” были трудности, возникавшие при изменении вводимых в него инструкций, т. е. программы. Объема внутренней памяти машины едва хватало  для хранения числовых данных используемых в расчетах. Это означало, что  программы приходилось буквально  впаивать в электронные схемы  машины. Если требовалось перейти  от вычислений баллистических таблиц к расчету параметров аэродинамической трубы, то приходилось бегать по комнате, подсоединяя и отсоединяя сотни  контактов, как на ручном телефонном коммутаторе. В зависимости от сложности  программы такая работа занимала от нескольких часов до двух дней. Это  было достаточно веским аргументом, чтобы  отказаться от попыток использовать “Эниак” в качестве универсального компьютера.

Следующая модель—машина “Эдвак” (EDVAC, от Electronic Discrete Automatic Variable Computer—электронный дискретный переменный компьютер)—была  уже более гибкой. Ее более вместительная  внутренняя память содержала не только данные, но и программу. Инструкции теперь не “впаивались” в схемы  аппаратуры, а записывались электронным  образом в специальных устройствах, о которых Экерт узнал работая  над созданием радара: это заполненные  ртутью трубки, называемые линиями  задержки. Кристаллы, помещенные в трубку, генерировали импульсы, которые, распространяясь  по трубке, сохраняли информацию, как  ущелье “хранит” эхо. Существенно  и то, что “Эдвак” кодировал  данные уже не в десятичной системе, а в двоичной, что позволило  значительно сократить количество электронных ламп.

 

НАЧАЛО КОНКУРЕНЦИИ

Летом 1946 г. Мочли и Экерт читали цикл лекций об электронных компьютерах  в Высшем техническом училище. Среди  слушателей оказался английский исследователь  Морис Уилкс, которого особенно заинтересовал  способ хранения программ в памяти, который предполагалось использовать в машине “Эдвак”. Вернувшись в  Кембриджский университет, он в 1949 г. (на два года раньше, чем построили  машину “Эдвак”) завершил сооружение первого в мире компьютера с программами, хранимыми в памяти. Компьютер  получил название “Эдсак” (EDSAC, от Electronic Delay Storage Automatic Calculator—электронный автоматический калькулятор с памятью на линиях задержки).

Это первое успешное воплощение принципа хранения программы в памяти явилось  завершающим этапом в серии изобретений, начатых в военное время. Теперь был открыт путь для широкого распространения  все более быстродействующих  компьютеров, способных мгновенно  извлекать програмы из памяти и не только выполнять баллистические расчеты  или расшифровывать коды, но и обрабатывать самую разнообразную информацию.

ЭВОЛЮЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ:

 
1 июля 1948 г., через два с половиной  года после публичной демонстрации  первого в мире большого цифрового  компьютера “Эниак”, в самом  конце газеты “Нью-Йорк таймс”  была напечатана короткая заметка.  В ней сообщалось об изобретении  нового устройства, “электронного  прибора, транзистора, который  может найти применение в радиотехнике  вместо обычных электронных вакуумных  ламп”. Хотя позже транзистор  был признан одним из важнейших  изобретений века, в то время  мало кто смог по достоинству  оценить его. Заметка в “Нью-Йорк  таймс” была помещена в самом  конце малоприметного раздела  “Новости радио” рядом с объявлением  о времени трансляции передачи  “В ритме вальса”.

В заметке ничего не говорилось о  возможной связи между этим изобретением и компьютерами типа “Эниак”, статьи о которых помещались на первых полосах  газет, ибо по-прежнему вызывали большой  интерес, и все же благодаря транзистору—германиевому кристаллу величиной с булавочною головку, заключенному в металлический  цилиндр длиной около сантиметра,—электроника вступила на путь миниатюризации, которая  позволяла конструкторам разместить всю логическую систему “Эниака” на плате величиной в игральную  карту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОЗДАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ:

 

В июле 1958 г. сотрудник “Тексас  инструментс” Джек Килби создал первую в мире интегральную схему (ИС). Она  представляла собой тонкую германиевую  пластинку длиной 1 см. Это устройство еще не отличалось особым изяществом. Пять компонентов схемы (транзисторов, резисторов и конденсаторов) были изолированы  друг от друга благодаря своей  форме в виде букв U, L и т. п. Крошечные  проволочки, соединяющие компоненты схемы друг с другом и с источником питания, просто припаивались. Вся конструкция  скреплялась воском. Тем не менее  схема работала. Фирма сообщила о  рождении нового устройства в январе 1959 г. А чтобы продемонстрировать потенциальные возможности новой  технологии, компания построила для  ВВС США компьютер, состоявший из 587 ИС, объем которого составлял около 40 см³, т. е. в 150 раз меньше, чем у аналогичной машины старого образца.

Однако у нового устройства были существенные недостатки. И вскоре интегральные схемы Килби быстро вытеснила другая модель, технология изготовления которой оказалась  проще.

ИС Херни Нойса были настолько  практичнее схем Килби, что даже фирма  “Тексас инструментс” приняла их на вооружение. В 1962 г. началось массовое производство ИС, вскоре прозванных “чипами”. В 60-е годы, по мере уменьшения в размере  отдельных компонентов на кристалле  количество их на одном чипе возрастало с головокружительной быстротой, примерно удваиваясь каждый год. Например, в 1964 г. на кристалле размером 7 см² умещалось 10 транзисторов и других компонентов, а к 1970 г. в кристалле того же размера содержалось уже не менее 100 элементов приблизитеьно при той же стоимости ИС.

Интегральные схемы значительно  сократили размеры изделий, устранили  необходимость трудоемкого процесса пайки соединений между компонентами, а уменьшение числа соединений способствовало повышению надежности приборов. Не менее существенно и то, что  они стали работать быстрее. Электрическим  импульсом, распространяющимся от одного переключателя к другому со скоростью, приблизительно равной половине скорости света, теперь приходилось преодолевать расстояния лишь в сотые доли сантиметра. Специалисты, работавшие над военными и космическими проектами, с воодушевлением приняли эти крошечные удивительные устройства и стали встраивать их в системы управления все более  сложных ракет и космических  аппаратов. Большая скорость действия новых ИС открыла также путь к  разработке менее громоздких, более  быстродействующих и мощных компьютеров  для административно-управленческих и научных приложений.

Первая ИС для компьютерной памяти была разработана компанией “Интел” (Intel, integrated electronics—интегральная электроника). В 1968 г. фирма организовала предприятие  в районе Пало-Альто. Через два  года она изготовила первую ИС памяти, способную хранить целый килобит  информации. (Килобит, или сокращенно К, равен 1024 битам, двоичным элементам  информации, что эквивалентно приблизительно 25 пятибуквенным словам.)

Но в это время 34-летний инженер  фирмы “Интел” Хофф работал над  еще более замечательным проектом. Выпущенный в конце 1970 г. микропроцессор получил наименование 4004. Хотя он и  не совсем точно соответствовал своему описанию, в котором фирма охарактеризовала его как “компьютер в одном  кристалле”, но был недалек от этого. Он выполнял все функции центрального процессорного устройства универсального компьютера. И в сочетании еще  с четырьма микросхемами—памяти, блока  управления и интерфейса ввода и  вывода—представлял собой микрокомпютер—машину, не уступавшую по мощности большим  ЭВМ середины 50-х годов.

К 1981 г., спустя лишь десятилетие после  изобретения Эдварда Хоффа, фирма  “Хьюлетт-Паккард” уже смогла выпустить  микропроцессор, превосходящий по мощности центральные процессоры многих больших  ЭВМ того времени. Вся структура  помещалась на кремниевом кристалле  площадью порядка 1 см² и занимала меньше места, чем один транзистор времен, предшествующих изобретению интегральных схем.

Однако уже в 80-е годы ученые начали сталкиваться с проблемами, свидетельствующими, что миниатюризация не беспредельна. Одна из проблем—это  всевозростающая сложность проектирования микросхемы. Несмотря на помощь компьютеров, которые способны моделировать возможные  пути распространения электрических  импульсов, для составления карты  микропроцессора требуется год-полтора  работы большой группы специалистов, тогда как на разработку первых микропроцессоров уходило несколько недель. И по мере того как размеры транзистора, постоянно уменьшаясь, приближаются чуть ли не к длине световой волны, гравировка поверхности кристаллов даже при самых современых методах, например с использованием лазеров, наталкивается на все большие  трудности.

К тому же физики предостерегают: меньше—это не обязательно лучше. Самые крошечные  транзисторы—иногда по размерам меньше бактерий—потребляют так мало энергии, что становятся уязвимыми для  случайных микроспокических воздействий. Например, космические лучи, представляющие собой потоки элементарных частиц очень  высоких энергий, которые непрерывно бомбардируют Землю, могут нарушить работу транзистора, вызвав его ошибочное  переключение. К случайным переключениям  могут привести даже такие процессы, как медленная диффузия атомов примеси  в кремнии, а также микроскопические разрушения материала, обусловленные  колебаниями температур.

 

 

 

 

 

 

 

ЗОЛОТОЙ ВЕК ПРЕДПРИНИМАТЕЛЕЙ:

 
В период 1975—1981 гг. компьютерная технология претерпела настолько глубокие изменения, что эти годы ознаменовали собой  поворотный пункт не только в истории  вычислительной техники, но и во всей современной культуре. Появление  микро-ЭВМ, т. е. персональных компьютеров, окончательно уничтожило “компьютерное  жречество”.

Хотя персональный компьютер очень  быстро завоевал мир, на его создание ушло довольно много времени.

Еще в 1966 г. Стефен Б. Грей, редактор журнала Electronics, обьявил об учреждении любительского компьютерного общества, в которое первоначально вступили 110 энтузиастов. Немало и профессиональных инженеров, занимавшихся компьютерами по службе, в свободное время без устали трудились в гаражах и домашних мастерских, конструируя ЭВМ для себя лично. И все же потребовалось еще целых 8 лет, прежде чем прогресс, достигнутый в микроэлектронной технологии, увенчался созданием коммерческого изделия, пользующегося большим спросом.

На обложке январского выпуска  журнала Popular Electronics за 1975 г. красовалась фотография машины, подпись к которой гласила:”Первый в мире мини-компьютерный комплект, который может соперничать с промышленными образцами”. Сообщалась цена набора: $379. В собранном виде компьютер продавался по цене $498. “На наш взгляд, это как раз то, что нужно нашим читателям,—писал редактор журнала,—современный мини-компьютер, который по возможностям не уступает существующим машинам, но стоит значительно дешевле”.

Эта машина, получившая название “Альтаир-8800”, была построена на основе микропроцессора  “Intel-8080”. С самого начала машина принесла огромный успех фирмам, производившим  персональные компьютеры, предвещая  им многомиллионные прибыли. По компьютерным меркам “Альтаир” произошел “ниоткуда”: его построил в Альбукерке офицер ВВС США с дипломом инженера-электронщика.

С тех пор, как основной конкурент Popular Electronics , журнал Radio Electronics, поместил на обложке июльского выпуска за 1974 г. рекламу компьютера “Марк-8”, главный редактор Popular Electronics Артур Солсберг решил подыскать для обложки своего журнала нечто более впечатляющее. Компьютер Робертса был идеальным в этом отношении. Солсберг поручил редактору, ведущему технический раздел, Лесли Соломону описать это устройство в январском выпуске журнала за 1975 г. Но в самый последний момент разразилась катастрофа. Единственный законченный образец машины “Альтаир” был утерян компанией по доставке грузов на пути из штата Нью-Мексико в нью-йоркское отделение журнала. Поскольку номер журнала нужно было отправлять в печать и времени на сборку еще одного компьютера не оставалось, фирма МИТС, в которой работал Робертс, и редакция в отчаянии решились на подлог.

“Альтаир”, сфотографированный на обложке  журнала, на самом деле был пустым ящиком, лишенным электронных схем и, естественно, не мог производить  никаких вычислений. Однако он выполнил свою миссию. Как только журнал поступил в продажу, дела фирмы МИТС резко  пошли в гору. При цене микропроцессора 8080 $360 стоимость компьютера—$397—выглядела смехотворно низкой, купить его было “все равно, что украсть” (в действительности Робертс заблаговременно заключил с фирмой “Интел” весьма выгодную сделку, договорившись о закупке  микропроцессоров оптом, в больших  количествах, но по цене всего $75 каждый).

Энтузиазм, с которым общественность встретила продукцию фирмы МИТС, был особенно удивительным, если учесть, что “Альтаир” страдал весьма существенными недостатками, а возможности  его были довольно ограничены. Из сображений экономии многие покупатели приобретали  компьютер в виде набора деталей, а затем собирали его собственными силами. Чтобы собранный таким  образом компьютер работал как  надо, от его владельца требовались  немалые познания и практические навыки в электронике. Но, даже если опытным любителям удавалось  правильно собрать компьютер  и запустить его в работу, на нем мало что можно было сделать. “Альтаир” имел очень небольшую  оперативную память—всего 256 байт. Более того, машина не имела ни клавиатуры, ни экрана. Пользователи вводили программы  и данные в двоичной форме, щелкая набором маленьких ключей, которые  могли занимать два положения—вверх  и вниз; результаты считывались также  в двоичных кодах—по светящимся и  темным лампочкам.

К счастью для Робертса и его  компании, первые покупатели довольствовались тем, что имеют собственный компьютер—пусть  маленький и несовершенный,—и мирились со всеми его изъянами. Энтузиасты писали собственные программы для  машины и дополняли ее различными периферийными устройствами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОЗДАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ОТРАСЛИ:

 

Другие энтузиасты вычислительной техники, вдохновленные успехом  “Альтаира”, также стали превращать свои разработки в коммерческий продукт, который в изобилии пошел на рынок, неожиданно открытый Робертсом. Пол  Аллен, молодой программист из Бостона, в содружестве со студентом Гарвардского университета Уильямом Гейтсом написали программу, реализующую для “Альтаира” популярный язык Бейсик (BASIC—Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code—символический универсальный  язык программирования для начинающих). Таким образом, владельцы компьютера получили очень простой и удобный  язык, значительно облегчивший составление  программ. Впоследствии Гейтс и Аллен  основали собственную фирму Microsoft, ставшую  одной из самых преуспевающих  компаний по программному обеспечению  в области персональных компьютеров. Одновременно существенные сдвиги произошли  в аппаратной части компьютеров: двое студентов из Станфорда разработали  устройство, позволившее выводить графическую  информацию с “Альтаира” на цветной  телевизионный экран.