Počítačová technika je nezbytnou součástí procesu výpočetní techniky a zpracování dat. Prvními zařízeními pro výpočetní techniku byly pravděpodobně známé počítací tyčinky , které se dodnes používají v základních třídách mnoha škol k výuce počítání. S rozvojem se tato zařízení stávala složitějšími, např. fénické hliněné figurky, určené také k vizuálnímu znázornění počtu počítaných předmětů. Zdá se, že taková zařízení používali tehdejší obchodníci a účetní.
Postupně se z nejjednodušších zařízení na počítání rodila stále složitější zařízení: počítadlo ( abacus ), logaritmické pravítko , sčítací stroj , počítač . Navzdory jednoduchosti raných výpočetních zařízení může zkušený účetní získat výsledky pomocí jednoduché aritmetiky ještě rychleji než pomalý majitel moderní kalkulačky. Výkon a rychlost počítání moderních výpočetních zařízení přirozeně již dávno předčily možnosti nejvýraznějších lidských kalkulaček.
Lidstvo se naučilo používat nejjednodušší počítací zařízení před tisíci lety. Nejžádanější byla potřeba určit počet položek používaných při barteru. Jedním z nejjednodušších řešení bylo použití hmotnostního ekvivalentu vyměňovaného předmětu, který nevyžadoval přesný přepočet počtu jeho součástí. Pro tyto účely byly použity nejjednodušší vyvažovací váhy , které se staly jedním z prvních zařízení pro kvantitativní stanovení hmotnosti.
Princip ekvivalence byl široce používán v jiném jednoduchém počítacím zařízení - abacus, nebo abacus. Počet spočítaných předmětů odpovídal počtu pohybovaných kloubů tohoto nástroje.
Poměrně složitým zařízením na počítání by mohl být růženec používaný při praktikování mnoha náboženství. Věřící, stejně jako na účtech, počítal počet modliteb vyslovených na korálcích růžence, a když míjel plný kruh růžence, pohyboval speciálními počítadly zrn na samostatném ocasu, což označovalo počet spočítaných kruhů.
S vynálezem ozubených kol se objevila mnohem složitější výpočetní zařízení. Antikythérský mechanismus objevený na začátku 20. století, který byl nalezen u vraku starověké lodi, která se potopila kolem roku 65 před naším letopočtem. E. (podle jiných zdrojů v roce 80 nebo dokonce 87 př.nl ), dokonce věděl, jak modelovat pohyb planet. Pravděpodobně se používal pro kalendářní výpočty pro náboženské účely, předpovídání zatmění Slunce a Měsíce, určování doby setí a sklizně atd. Výpočty byly prováděny spojením více než 30 bronzových kol a několika číselníků; k výpočtu měsíčních fází byl použit diferenciální přenos, jehož vynález výzkumníci po dlouhou dobu připisovali nejdříve 16. století. S odchodem starověku však byly dovednosti vytváření takových zařízení zapomenuty; trvalo asi jeden a půl tisíce let, než se lidé znovu naučili vytvářet mechanismy podobné složitosti.
Napierovy hole byly navrženy pro násobení . Vynalezl je skotský matematik John Napier (první autor navrhující logaritmy ) a popsal je v pojednání z roku 1617.
Napierovo zařízení bylo možné přímo použít pouze k provedení operace násobení. S mnohem menším pohodlím se dělení provádí pomocí tohoto zařízení. Přesto byl úspěch zařízení tak významný, že na počest jeho i vynálezce vznikly pochvalné verše.
Potřeba složitých výpočtů rychle rostla v 17. století. Značná část obtíží byla spojena s násobením a dělením víceciferných čísel.
To vedlo ke vzniku čtyř nových typů kalkulaček v co nejkratším čase (1614-1623):
Později, již v 19. století, vznikla na základě logaritmů a logaritmických pravidel jejich grafická obdoba -
které byly použity k výpočtu široké škály funkcí.
Definici logaritmů a tabulku jejich hodnot (pro goniometrické funkce ) poprvé publikoval v roce 1614 skotský matematik John Napier .
Napier přišel s nápadem: nahradit časově náročné násobení jednoduchým sčítáním, porovnáváním geometrických a aritmetických posloupností pomocí speciálních tabulek, přičemž geometrická bude původní. Pak je dělení automaticky nahrazeno neměřitelně jednodušším a spolehlivějším odčítáním [1] .
Logaritmické tabulky, rozšířené a zpřesněné jinými matematiky, byly široce používány pro vědecké a inženýrské výpočty po více než tři století, dokud se neobjevily elektronické kalkulačky a počítače.
Pokud na pravítko použijete logaritmickou stupnici, získáte mechanickou kalkulačku, logaritmické pravítko .
Myšlenku blízkou konstrukci logaritmického pravítka vyslovil na počátku 17. století anglický astronom Edmund Gunther ; navrhl umístit na pravítko logaritmickou stupnici a používat dva kompasy k provádění operací s logaritmy (sčítání a odčítání). Ve dvacátých letech 17. století anglický matematik Edmund Wingate vylepšil „Guentherovu stupnici“ zavedením dvou dalších stupnic. Ve stejné době (1622) vyšla jeho vlastní verze pravítka, která se příliš neliší od té moderní, v pojednání Kruhy proporcí od Williama Otreda , který je považován za autora prvního posuvného pravítka. Nejprve bylo Oughtredovo pravítko kruhové, ale v roce 1633 byl zveřejněn popis pravoúhlého pravítka s odkazem na Oughtred. Oughtredova priorita byla dlouho sporná Richardem Delamainem , který pravděpodobně realizoval stejnou myšlenku nezávisle.
Další vylepšení se týkala vzhledu druhého pohyblivého pravítka – „motoru“ (Robert Bissaker, 1654 a Seth Partridge, 1657), označujícího obě strany pravítka (také Bissaker), přidání dvou „Wingate stupnic“, označujících často používaná čísla. na váze ( Thomas Everard , 1683). Běžec se objevil v polovině 19. století ( A. Mannheim ).
Posuvná pravítka byla používána několika generacemi inženýrů a dalších profesionálů, až do příchodu kapesních kalkulaček. Inženýři Apolla poslali člověka na Měsíc provedením všech výpočtů na logických pravidlech, z nichž mnohé vyžadovaly přesnost 3-4 číslic.
Na základě posuvných pravítek byly vytvořeny specializované kalkulačky:
Jakýkoli graf funkce lze použít jako jednoduchou kalkulačku. K jeho použití potřebujete měřítko, pravítko (nebo častou mřížku), někdy i kružítko. Ještě vzácnější jsou jiná pomocná zařízení. Výsledky se odečítají vizuálně a zaznamenávají na papír. Pro násobení a dělení - stačí dát na papír logaritmickou stupnici vedle obvyklé a použít kompas - získáte kalkulačku.
Posuvné pravítko v zásadě také umožňuje zadávat a počítat různé funkce. K tomu však musíte mechaniku zkomplikovat: přidat další pravítka atd. Hlavním problémem je, že je třeba je vyrobit a mechanika může v každém případě vyžadovat jiná. Proto je rozmanitost mechanických pravítek spíše omezená. Tato hlavní nevýhoda je zbavena nomogramů - grafů funkce několika proměnných s měřítky, které umožňují určit hodnoty těchto funkcí pomocí jednoduchých geometrických operací (například pomocí pravítka). Řešte například kvadratickou rovnici bez použití vzorců. K použití nomogramu stačí mít jeho výtisk, pravítko a maximálně kružítko, které míval kdejaký inženýr. Další výhodou nomogramů je jejich dvourozměrnost. To umožňuje budovat složité dvourozměrné škály, zvyšovat přesnost, stavět nomogramy komplexních funkcí, kombinovat mnoho funkcí na jednom nomogramu, dávat řadu projekcí trojrozměrných funkcí atd. Vývoj teorie nomografických konstrukcí začal v r. 19. století. Teorii konstrukce přímočarých mřížkových nomogramů poprvé vytvořil francouzský matematik L. L. Lalanne (1843). Základy obecné teorie nomografických konstrukcí dal M. Okan (1884-1891) - v jeho dílech se poprvé objevil termín " nomogram ", který zavedl pro použití v roce 1890 Mezinárodní kongres matematiků v Paříži. N. M. Gersevanov (1906-1908) byl první, kdo v tomto oboru pracoval v Rusku ; pak - kdo vytvořil sovětskou nomografickou školu, N. A. Glagolev .
V roce 1623 vynalezl Wilhelm Schickard „ Počítací hodiny “ – první sčítací stroj , který mohl provádět čtyři aritmetické operace . Zařízení se nazývalo počítací hodiny, protože stejně jako ve skutečných hodinách byla činnost mechanismu založena na použití hvězd a ozubených kol. Tento vynález našel praktické využití v rukou Schickardova přítele, filozofa a astronoma Johannese Keplera .
Následovaly stroje Blaise Pascala (" Pascaline ", 1642) a Gottfrieda Wilhelma Leibnize - Leibnizův sčítací stroj .
Leibniz také popsal systém binárních čísel , jeden z klíčových stavebních kamenů všech moderních počítačů. Nicméně, až do padesátých lét, mnoho následujících designů (včetně Charlese Babbage je stroje, 1945 ENIAC , a jiné desítkové počítače ) byl založený na více obtížně realizovatelný desítkový číselný systém .
V roce 1820 vytvořil Charles Xavier Thomas de Colmar první sériově vyráběné mechanické počítací zařízení Thomas Adding Machine, které umělo sčítat, odečítat, násobit a dělit. V podstatě vycházel z díla Leibnize.
V roce 1845 představil Israel Staffel počítací stroj , který kromě čtyř aritmetických operací dokázal extrahovat druhé odmocniny. Sčítací stroje , které počítají desetinná čísla, byly používány až do 70. let 20. století .
V roce 1804 vyvinul Joseph Marie Jacquard tkalcovský stav, ve kterém byl vzor, který se má vyšít, určovat děrnými štítky . Řadu karet bylo možné změnit a změna vzoru nevyžadovala změny v mechanice stroje. To byl důležitý milník v historii programování.
V roce 1832 použil Semjon Korsakov děrované karty při konstrukci svých "intelektuálních strojů [2] ", mechanických zařízení pro vyhledávání informací, které jsou prototypy moderních databází a do jisté míry i expertních systémů.
V roce 1838 přešel Charles Babbage od vývoje Difference Engine k navrhování složitějšího analytického motoru, jehož programovací principy lze přímo vysledovat k Jaccardovým děrným štítkům.
V roce 1890 použil Úřad pro sčítání lidu USA děrné štítky a třídicí mechanismy ( tabulátory [3] ) vyvinuté Hermanem Hollerithem ke zpracování proudu ústavně nařízených dat z desetiletého sčítání lidu . Hollerithova společnost se nakonec stala jádrem IBM . Tato společnost vyvinula technologii děrných štítků na výkonný nástroj pro zpracování obchodních dat a vydala rozsáhlou řadu specializovaných záznamových zařízení. V roce 1950 se technologie IBM stala všudypřítomnou v průmyslu a vládě. Varování vytištěné na většině karet „nepřehýbejte, nekroucejte a netrhejte“ se stalo heslem poválečné éry.
Mnoho počítačových řešení používalo děrné štítky až do (a po) pozdních sedmdesátých letech. Například studenti technických a přírodovědných oborů na mnoha univerzitách po celém světě mohli poslat své programovací instrukce do místního počítačového centra ve formě sady karet, jedna karta na programovou řadu, a pak museli čekat ve frontě na zpracování, kompilaci, a spustit program. Následně po vytištění výsledků označených identifikátorem žadatele byly tyto umístěny do výstupního zásobníku mimo výpočetní středisko. V mnoha případech tyto výsledky zahrnovaly pouze vytištění chybové zprávy v syntaxi programu, což vyžadovalo další cyklus úprav-kompilace-běh.
Charakteristickým rysem „obecného počítače“ je programovatelnost, která umožňuje počítači emulovat jakýkoli jiný výpočetní systém jednoduchým nahrazením uložené sekvence instrukcí.
V roce 1835 Charles Babbage popsal svůj analytický motor. Jednalo se o univerzální počítačový design, využívající děrné štítky jako vstupní médium a program a parní stroj jako zdroj energie. Jednou z klíčových myšlenek bylo použití ozubených kol k provádění matematických funkcí.
Jeho původní myšlenkou bylo použít děrné štítky pro stroj, který počítá a tiskne logaritmické tabulky s velkou přesností (tedy pro specializovaný stroj). Později byly tyto myšlenky rozvinuty do univerzálního stroje - jeho "analytického motoru".
Přestože plány byly oznámeny a projekt byl zjevně skutečný nebo alespoň testovaný, při vytváření vozu se objevily určité potíže. S Babbagem se těžko spolupracovalo, hádal se s každým, kdo nevzdával hold jeho nápadům. Všechny části stroje musely být vytvořeny ručně. Malé chyby v každém dílu mohly u stroje sestávajícího z tisíců dílů vést k významným odchylkám, takže tvorba dílů vyžadovala na tehdejší dobu neobvyklou přesnost. Výsledkem bylo, že projekt uvízl v neshodách s dodavatelem vytvářejícím díly a skončil zastavením vládního financování.
Ada Lovelace, dcera lorda Byrona, přeložila a okomentovala Sketch of the Analytical Engine . Její jméno je často spojováno se jménem Babbage. Ona je také prohlašoval, že je první programátor, ačkoli toto tvrzení a význam jejích příspěvků jsou sporné mnoho.
Rekonstrukce Difference Engine 2, dřívější, omezenější design, je v provozu v London Science Museum od roku 1991. Funguje přesně tak, jak to Babbage navrhl, jen s několika triviálními změnami, což ukazuje, že Babbage měl teoreticky pravdu. K vytvoření potřebných dílů muzeum použilo počítačem řízené stroje, dodržující tolerance, kterých mohl dosáhnout tehdejší zámečník. Někteří se domnívají, že tehdejší technologie neumožňovala vytvářet díly s požadovanou přesností, ale tento předpoklad se ukázal jako nesprávný. Babbageovo selhání sestrojit stroj je z velké části přičítáno potížím, nejen politickým a finančním, ale také jeho touze vytvořit velmi sofistikovaný a složitý počítač.
Ve stopách Babbage, ačkoli si nebyl vědom jeho dřívější práce, byl Percy Ludget , účetní z Dublinu ( Irsko ). Nezávisle navrhl programovatelný mechanický počítač, který popsal v článku publikovaném v roce 1909.
Do roku 1900 byly sčítací stroje, pokladny a počítací stroje přepracovány pomocí elektromotorů reprezentujících polohu proměnné jako polohu ozubeného kola. Od 30. let 20. století začaly stolní sčítací stroje , které uměly sčítat, odečítat, násobit a dělit uvolňují společnosti jako Friden, Marchant a Monro. Slovo "počítač" (doslova - "počítač") se nazývalo pozice - to byli lidé, kteří používali kalkulačky k provádění matematických výpočtů. Během projektu Manhattan budoucí laureát Nobelovy ceny Richard Feynman dohlížel na celý tým „počítačů“, z nichž mnohé byly matematičky, které pracovaly na diferenciálních rovnicích , které byly vyřešeny pro válečné úsilí. I slavný Stanislav Martin Ulam byl po skončení války nucen pracovat na převodu matematických výrazů do řešitelných aproximací - pro projekt vodíkové bomby .
V roce 1948 se objevil Curta - malý sčítací stroj , který se dal držet v jedné ruce. V 50. a 60. letech se na západním trhu objevilo několik značek takových zařízení.
První plně elektronická stolní kalkulačka byla britská ANITA Mark VII , která používala digitální displej s plynovým výbojem a 177 miniaturních tyratronů . V červnu 1963 Friden představil EC-130 se čtyřmi funkcemi. Byl zcela tranzistorový, měl 13místné rozlišení na 5palcové katodové trubici a firma jej prodávala za 2200 dolarů na trhu kalkulaček. U modelu EC 132 byly přidány funkce odmocniny a inverzní funkce. V roce 1965 Wang Laboratories vyrobily LOCI-2, 10místnou tranzistorovou stolní kalkulačku, která používala HID displej a uměla počítat logaritmy .
V Sovětském svazu byl v předválečném období nejznámější a nejrozšířenější sčítací stroj Felix , vyráběný v letech 1929 až 1978 v továrnách v Kursku ( závod Schetmash ), Penze a Moskvě . Elektronicko-mechanické počítače byly masově vyráběny a široce používány od poloviny 50. let a v roce 1959 byla zahájena výroba plně elektronických počítačů (CM).
Před druhou světovou válkou byly mechanické a elektrické analogové počítače považovány za nejmodernější stroje a mnozí věřili, že toto je budoucnost výpočetní techniky. Analogové počítače využívaly skutečnosti, že matematické vlastnosti jevů malého rozsahu – polohy kol nebo elektrického napětí a proudu – jsou podobné vlastnostem jiných fyzikálních jevů, jako jsou balistické trajektorie, setrvačnost, rezonance, přenos energie, moment setrvačnosti, a tak dále. Modelovali tyto a další fyzikální jevy hodnotami elektrického napětí a proudu .
V roce 1936 začal mladý německý nadšený inženýr Konrad Zuse pracovat na své první kalkulačce řady Z s pamětí a (stále omezenými) možnostmi programování. Model Z1 , dokončený v roce 1938 , vytvořený převážně na mechanickém základě, ale již na základě binární logiky, nefungoval dostatečně spolehlivě kvůli nedostatečné přesnosti při provádění jeho součástí. Zadávání příkazů a dat bylo prováděno pomocí klávesnice a výstup - pomocí malého panelu na žárovkách. Paměť kalkulačky byla organizována pomocí kondenzátoru.
V roce 1939 vytvořila Zuse druhý počítač - Z2 , ale její plány a fotografie byly zničeny během bombardování během druhé světové války , takže o ní není známo téměř nic. Z2 pracoval na relé .
Zuseho další vůz, Z3 , byl dokončen v roce 1941. Byl postaven na telefonních relé a fungoval celkem uspokojivě. Z3 se tak stal prvním fungujícím počítačem řízeným programem. V mnoha ohledech byl Z3 podobný moderním strojům a poprvé přinesl řadu inovací, jako je aritmetika s plovoucí desetinnou čárkou . Nahrazení těžko implementovatelného desítkového systému binárním udělalo Zuseovy stroje jednoduššími, a proto spolehlivějšími: to je považováno za jeden z důvodů, proč Zuse uspěl tam, kde Babbage selhal.
Programy pro Z3 byly uloženy na perforované fólii. Neexistovaly žádné podmíněné skoky, ale v 90. letech bylo teoreticky prokázáno, že Z3 je počítač pro všeobecné použití (ignoruje limity velikosti fyzické paměti). Ve dvou patentech z roku 1936 se Konrad Zuse zmínil o tom, že strojové instrukce mohou být uloženy ve stejné paměti jako data – což předznamenává to, co se později stalo známým jako von Neumannova architektura a bylo poprvé implementováno až v roce 1949 v britském EDSAC.
O něco dříve Zuse vyvinul první programovací jazyk na vysoké úrovni pro částečně dokončený počítač Z4 , který nazval Plankalkül ( německy: Plankalkül plan calculus ).
Válka práce na stroji přerušila. V září 1950 byl Z4 konečně dokončen a dodán ETH Zürich . Ve své době to byl jediný funkční počítač v kontinentální Evropě a první počítač na světě, který se prodával. V tomto byla Z4 pět měsíců před Markem I a deset měsíců před UNIVACem . Počítač byl provozován na ETH Zürich do roku 1955 , poté byl převeden do Francouzského institutu pro výzkum aerodynamiky poblíž Basileje , kde pracoval až do roku 1960 .
Další počítače sestrojil Zuse a jeho společnost, z nichž každý začínal velkým písmenem Z. Nejznámějšími stroji byly Z11 , který byl prodán optickému průmyslu a univerzitám, a Z22 , první počítač s magnetickou pamětí.
Během druhé světové války dosáhla Británie určitého úspěchu v prolomení šifrované německé komunikace. Kód německého šifrovacího stroje Enigma byl analyzován pomocí elektromechanických strojů, kterým se říkalo „ bomby “. Takovou "bombu" navrhli Alan Turing a Gordon Welshman . Většina možností vedla k rozporu, zbylých pár už bylo možné otestovat ručně. Jednalo se o elektromechanické dekodéry, pracující na základě jednoduchého výčtu.
Němci také vyvinuli sérii telegrafních šifrovacích systémů, poněkud odlišných od Enigmy. Stroj Lorenz SZ 40/42 sloužil pro vysokoúrovňové armádní spojení. První zachycení vysílání z takových strojů bylo zaznamenáno v roce 1941. K prolomení tohoto kódu byl v tajnosti vytvořen stroj Colossus . Specifikace byla vyvinuta profesorem Maxem Newmanem a kolegy; montáž Colossus Mk I byla provedena v London Post Office Research Laboratory a trvala 11 měsíců, práci provedl Tommy Flowers a další .
Colossus byl první plně elektronické výpočetní zařízení, i když nemohl implementovat žádnou vypočítatelnou funkci. Colossus používal velké množství elektronek, informace se zadávaly z děrné pásky. Stroj mohl být nakonfigurován k provádění různých logických operací, ale Turing nebyl kompletní . Kromě Colossus Mk I bylo postaveno dalších devět modelů Mk II. Informace o existenci tohoto stroje byly až do 70. let 20. století utajovány. Winston Churchill osobně podepsal příkaz zničit stroj na kusy ne větší než velikost lidské ruky. Kvůli své tajnosti nebyl Colossus zmíněn v mnoha spisech o historii počítačů.
V roce 1937 Claude Shannon ukázal, že existuje vzájemná shoda mezi koncepty booleovské logiky a některými elektronickými obvody, kterým se začalo říkat „ logická hradla “, které jsou nyní v digitálních počítačích všudypřítomné. Zatímco na MIT , on demonstroval ve své hlavní práci, že elektronické spoje a přepínače mohou představovat výraz Booleovy algebry . Svou prací Symbolická analýza reléových a spínacích obvodů tak vytvořil základ pro praktický návrh digitálních obvodů.
V listopadu 1937 dokončil George Stibitz v Bellových laboratořích počítač Model K, založený na reléových spínačích. Na konci roku 1938 povolily Bell Labs výzkum nového programu vedeného Stibitzem. V důsledku toho byla 8. ledna 1940 dokončena kalkulačka komplexních čísel, která mohla provádět výpočty na komplexních číslech. 11. září 1940, na demonstraci na konferenci American Mathematical Society na Dartmouth College, Stibitz posílal příkazy do počítače na dálku přes dálnopisnou telefonní linku. Bylo to poprvé, kdy bylo na dálku použito výpočetní zařízení. Mezi účastníky konference a svědky demonstrace byli John von Neumann, John Mauchly a Norbert Wiener, který o tom, co viděl, napsal ve svých pamětech.
V roce 1939 John Atanasoff a Clifford Berry na Iowské státní univerzitě vyvinuli počítač Atanasoff-Berry (ABC). Byl to první elektronický digitální počítač na světě. Konstrukce se skládala z více než 300 elektronek, jako paměť byl použit rotační buben. I když stroj ABC nebyl programovatelný, byl prvním, který používal elektronky ve sčítačce. Spoluvynálezce ENIAC John Mauchley studoval ABC v červnu 1941 a mezi historiky se vedou debaty o rozsahu jeho vlivu na vývoj strojů, které následovaly po ENIACu. ABC bylo téměř zapomenuto, dokud se nezaměřila pozornost na Honeywell v. Sperry Rand , rozhodnutí, které zrušilo platnost patentu ENIAC (a několika dalších patentů), protože, mimo jiné, Atanasovova práce byla vykonána dříve.
V roce 1939 začaly práce na Harvard Mark I v laboratořích IBM Endicott . Oficiálně známý jako Automatic Sequence Controlled Calculator, Mark I byl univerzální elektromechanický počítač postavený s finanční podporou IBM a pomocí zaměstnanců IBM pod vedením harvardského matematika Howarda Aikena . Design počítače byl ovlivněn analytickým enginem C. Babbage, který kromě elektromagnetických relé používal také desítkovou aritmetiku, kolečka pro ukládání dat a otočné přepínače. Stroj byl naprogramován pomocí děrné pásky a měl několik paralelně pracujících výpočetních jednotek. Pozdější verze měly více čteček děrné pásky a stroj mohl přepínat mezi čtečkami v závislosti na stavu. Nicméně, stroj nebyl přesně Turing-kompletní . Mark I byl přesunut na Harvard University a začal pracovat v květnu 1944.
ENIACAmerický ENIAC , často označovaný jako první univerzální elektronický počítač, veřejně prokázal použitelnost elektroniky pro rozsáhlé výpočty. To se stalo klíčovým momentem ve vývoji počítačů, především kvůli obrovskému nárůstu výpočetní rychlosti, ale také kvůli možnostem miniaturizace. Tento stroj, vytvořený pod vedením Johna Mauchlyho a J. Prespera Eckerta , byl 1000krát rychlejší než všechny ostatní stroje té doby. Vývoj ENIAC trval od roku 1943 do roku 1945. V době, kdy byl tento projekt navržen, bylo mnoho výzkumníků přesvědčeno, že mezi tisíci křehkých elektronek mnohé vyhoří tak často, že ENIAC bude příliš dlouho mimo opravy, a bude tedy prakticky nepoužitelný. Na skutečném stroji však bylo možné provádět několik tisíc operací za sekundu po dobu několika hodin, než došlo k další poruše kvůli spálené lampě.
ENIAC zcela jistě splňuje Turingův požadavek úplnosti . Ale „program“ pro tento stroj byl určen stavem propojovacích kabelů a spínačů – obrovský rozdíl od strojů s uloženým programem, které Konrad Zuse představil v roce 1940. Výpočty prováděné bez lidské pomoci však byly v té době považovány za poměrně velký úspěch a cílem programu pak bylo vyřešit pouze jeden jediný problém . (Vylepšení, která byla dokončena v roce 1948, umožnila spustit program uložený ve speciální paměti, díky čemuž se programování stalo systematičtějším, méně „jednorázovým“ úspěchem.)
Po přepracování myšlenek Eckerta a Mauchlyho a také vyhodnocení omezení ENIAC napsal John von Neumann široce citovanou zprávu popisující návrh počítače ( EDVAC ), ve kterém jsou program i data uloženy v jediné univerzální paměti. Principy tohoto stroje se staly známými jako „ von Neumannova architektura “ a poskytly základ pro vývoj prvních skutečně flexibilních digitálních počítačů pro všeobecné použití.
V souladu s obecně uznávanou metodikou hodnocení vývoje výpočetní techniky byly elektronkové počítače považovány za první generaci, tranzistorové počítače za druhou , počítače s integrovanými obvody za třetí a mikroprocesory za čtvrtou . Zatímco předchozí generace se zlepšovaly zvýšením počtu prvků na jednotku plochy (miniaturizace), počítače páté generace měly být dalším krokem a k dosažení supervýkonu implementovat interakci neomezené sady mikroprocesorů.
První fungující stroj von Neumannovy architektury byl Manchester Small Experimental Machine postavený na univerzitě v Manchesteru v roce 1948; to bylo následováno v roce 1949 počítačem Manchester Mark I , který byl již kompletním systémem s Williamsovými trubicemi a magnetickým bubnem jako pamětí a indexovými registry . Dalším uchazečem o titul „první počítač s digitálním uloženým programem“ byl EDSAC , navržený a postavený na University of Cambridge . Spuštěna necelý rok po „Baby“ již mohla sloužit k řešení skutečných problémů. Ve skutečnosti byl EDSAC vytvořen na základě architektury počítače EDVAC , nástupce ENIAC . Na rozdíl od ENIAC, který používal paralelní zpracování, EDVAC měl jedinou procesorovou jednotku. Toto řešení bylo jednodušší a spolehlivější, proto se tato možnost stala první realizovanou po každé další vlně miniaturizace. Mnozí považují Manchester Mark I / EDSAC / EDVAC za "Eves", od kterých téměř všechny moderní počítače odvozují svou architekturu.
Prvním univerzálním programovatelným počítačem v kontinentální Evropě byl Konrad Zuse's Z4 , dokončený v září 1950. V listopadu téhož roku vytvořil tým vědců pod vedením Sergeje Alekseeviče Lebedeva z Kyjevského institutu elektrotechniky, Ukrajinská SSR , takzvaný „malý elektronický počítací stroj“ ( MESM ). Obsahoval asi 6000 elektronek a spotřeboval 15 kW. Stroj mohl provádět asi 3000 operací za sekundu. Dalším strojem té doby byl australský CSIRAC , který svůj první testovací program dokončil v roce 1949 .
V říjnu 1947 ředitelé Lyons & Company, britská společnost, která vlastnila řetězec obchodů a restaurací, se rozhodla aktivně podílet na rozvoji komerčního vývoje počítačů. Počítač LEO I začal fungovat v roce 1951 a byl prvním na světě, který byl pravidelně používán pro běžnou kancelářskou práci.
Počítač M-1 vyvinutý v letech 1950-1951 v SSSR se stal prvním počítačem na světě, ve kterém byly všechny logické obvody vyrobeny na polovodičích .
Stroj University of Manchester se stal prototypem pro Ferranti Mark I. První takový stroj byl dodán univerzitě v únoru 1951 a nejméně devět dalších bylo prodáno v letech 1951 až 1957.
V červnu 1951 byl UNIVAC 1 instalován Úřadem pro sčítání lidu Spojených států amerických . Stroj byl vyvinut společností Remington Rand , která nakonec prodala 46 těchto strojů za více než 1 milion dolarů. UNIVAC byl první masově vyráběný počítač; všichni jeho předchůdci byli vyrobeni v jediném exempláři. Počítač se skládal z 5200 elektronek a spotřeboval 125 kW energie. Byly použity rtuťové zpožďovací linky , ukládající 1000 slov paměti, každé s 11 dekadickými číslicemi plus znaménko (72-bitová slova). Na rozdíl od strojů IBM, které byly vybaveny vstupem pro děrné štítky, UNIVAC používal vstup metalizované magnetické pásky ve stylu 30. let, což zajišťovalo kompatibilitu s některými existujícími komerčními úložnými systémy. Jiné počítače té doby používaly vysokorychlostní vstup děrné pásky a I/O pomocí modernějších magnetických pásek.
Prvním sovětským sériovým počítačem byla " Strela " , která se vyráběla od roku 1953 v moskevském závodě počítacích a analytických strojů . "Arrow" patří do třídy velkých univerzálních počítačů ( Mainframe ) se tříadresovým příkazovým systémem . Počítač měl rychlost 2000-3000 operací za sekundu. Jako externí paměť byly použity dvě magnetické páskové mechaniky s kapacitou 200 000 slov, velikost RAM byla 2048 buněk, každá 43 bitů. Počítač se skládal z 6200 lamp, 60 000 polovodičových diod a spotřeboval 150 kW energie.
V roce 1954 IBM uvádí na trh stroj IBM 650 , který se stal velmi populární - celkem bylo vyrobeno více než 2000 strojů. Váží asi 900 kg a zdroj váží dalších 1350 kg; oba moduly měří přibližně 1,5 × 0,9 × 1,8 metru. Cena vozu je 0,5 milionu USD (asi 4 miliony USD v roce 2011) nebo si jej lze pronajmout za 3 500 USD měsíčně (30 000 USD v roce 2011). Paměť na magnetickém bubnu uchovává 2000 10znakových slov, později byla paměť zvětšena na 4000 slov. Jak byl program spuštěn, instrukce byly čteny přímo z bubnu. Každá instrukce dostala adresu další spustitelné instrukce. Byl použit kompilátor SOAP (Symbolic Optimal Assembly Program), který umísťoval instrukce na optimální adresy, takže další instrukce byla načtena okamžitě a nemuselo se čekat, až se buben otočí na požadovaný řádek.
V roce 1955 Maurice Wilks vynalezl mikroprogramování , princip, který byl později široce používán v mikroprocesorech široké škály počítačů. Mikroprogramování umožňuje definovat nebo rozšířit základní sadu instrukcí pomocí firmwaru (který se nazývá mikroprogram nebo firmware ).
V roce 1956 IBM poprvé prodala zařízení pro ukládání informací na magnetické disky – RAMAC(Metoda účtování a kontroly s náhodným přístupem). Používá 50 kovových disků o průměru 24 palců se 100 stopami na každé straně. Zařízení uložilo až 5 MB dat a stálo 10 000 $ za MB. (V roce 2006 stála taková úložná zařízení – pevné disky – asi 0,001 USD za MB.)
Dalším významným krokem v historii výpočetní techniky byl vynález tranzistoru v roce 1947 . Staly se náhradou křehkých a energeticky náročných lamp. Tranzistorizované počítače jsou běžně označovány jako „druhá generace“, která dominovala 50. a začátkem 60. let 20. století . Díky tranzistorům a deskám plošných spojů bylo dosaženo výrazného snížení velikosti a množství spotřebované energie a také zvýšení spolehlivosti. Například tranzistorový IBM 1620, který nahradil lampový IBM 650, byl velký asi jako stůl . Počítače druhé generace však byly stále poměrně drahé, a proto je používaly pouze univerzity, vlády a velké korporace.
Počítače druhé generace se obvykle skládaly z velkého počtu desek plošných spojů, z nichž každá obsahovala jedno až čtyři logická hradla nebo klopné obvody . Konkrétně IBM Standard Modular System definoval standard pro takové desky a jejich připojovací konektory. První polovodičové počítače byly postaveny na germaniových tranzistorech, pak je nahradily levnější křemíkové. Logika byla postavena na bipolárních tranzistorech a vyvinula se z RTL , TTL na ESL logiku. Byly nahrazeny tranzistory s efektem pole , na jejichž základě byly již postaveny nejjednodušší mikroobvody pro počítače třetí generace.
Koncepce počítače v 50. letech předpokládala přítomnost drahého výpočetního střediska s vlastním personálem. Údržbu takových počítačů si mohly dovolit pouze velké korporace a vládní agentury (stejně jako řada velkých univerzit). Celkem v roce 1958 používalo 1200 organizací pouze 1700 počítačů všech druhů. Během několika dalších let však byly vyrobeny tisíce a poté desetitisíce počítačů a poprvé se staly široce dostupnými pro středně velké podniky a vědce. [čtyři]
Bez průlomu ve výpočetní technice ze 40. let 20. století. a jasně formulovaný technický úkol pro vývojáře tohoto druhu, výpočetní technika by se nejen nevyvinula do moderních počítačů, ale s největší pravděpodobností by zůstala na úrovni předválečné doby (jak ukázaly experimenty Zuse, který vytvořil důmyslné a na svou dobu revoluční modely výpočetní techniky, zcela nenárokované ani státní struktury, ani veřejné instituce). Ve skutečnosti se objevily první počítače a poté superpočítače a rychlý průlom ve vývoji výpočetní techniky, počátek hromadné výroby počítačů, vytvoření počítačového průmyslu se všemi souvisejícími odvětvími ( softwarový průmysl , počítačové hry atd. .) lidstvo vděčí za experimenty s automatizací balistických výpočtů druhé světové války ve Velké Británii a v menší míře v USA [5] .
V roce 1959 IBM na bázi tranzistorů vydala sálový počítač IBM 7090 a stroj střední třídy IBM 1401 . Posledně jmenovaný používal vstup děrného štítku a stal se nejpopulárnějším univerzálním počítačem té doby: v období 1960-1964. bylo vyrobeno více než 100 tisíc exemplářů tohoto stroje. Používal 4 000 znaků paměti (později se zvýšil na 16 000 znaků). Mnoho aspektů tohoto projektu bylo založeno na touze nahradit stroje na děrné štítky, které byly široce používány od 20. do počátku 70. let.
V roce 1960 IBM vydala tranzistorový IBM 1620 , zpočátku pouze děrnou pásku, ale brzy přešla na děrné štítky. Model se stal populárním jako vědecký počítač, bylo vyrobeno asi 2000 kopií. Stroj používal paměť magnetického jádra až na 60 000 desetinných míst.
Také v roce 1960 DEC vydal svůj první model, PDP-1 , určený pro použití technickým personálem v laboratořích a pro výzkum. Tento na tehdejší dobu poměrně výkonný počítač (100 tisíc operací za sekundu) měl poměrně kompaktní rozměry (zabíral místo velikosti domácí lednice). [čtyři]
V roce 1961 vydala společnost Burroughs Corporation B5000 , první dvouprocesorový počítač s virtuální pamětí založenou na stránkování segmentů. Dalšími jedinečnými vlastnostmi byla architektura zásobníku , adresování založené na deskriptorech a nedostatek programování přímo v jazyce symbolických instrukcí .
V roce 1962 byl počítač Atlas vytvořen společně Victoria University of Manchester a Ferranti a Plessey s virtuální pamětí založenou na stránkování a zřetězeným prováděním instrukcí.
Počítač IBM 1401 druhé generace , vyrobený na počátku 60. let, převzal třetinu celosvětového trhu s počítači a prodalo se jich přes 10 000.
Použití polovodičů umožnilo zlepšit nejen centrální procesorovou jednotku , ale také periferní zařízení. Druhá generace zařízení pro ukládání dat již umožňovala uložení desítek milionů znaků a čísel. Došlo k rozdělení na pevně pevná ( pevná ) paměťová zařízení připojená k procesoru vysokorychlostním kanálem přenosu dat a odnímatelná ( odnímatelná ) zařízení. Výměna kazety s diskem v měniči trvala jen několik sekund. Kapacita vyměnitelných médií byla sice obvykle nižší, ale jejich zaměnitelnost umožňovala ukládat téměř neomezené množství dat. Páska se běžně používala pro archivaci dat, protože poskytovala větší úložiště za nižší cenu.
V mnoha strojích druhé generace byly funkce komunikace s periferiemi delegovány na specializované koprocesory . Například, zatímco periferní procesor čte nebo děruje děrné štítky, hlavní procesor provádí výpočty nebo větve programu. Jedna datová sběrnice přenáší data mezi pamětí a procesorem během cyklu načítání a provádění a obvykle další datové sběrnice obsluhují periferie. U PDP-1 trval cyklus přístupu do paměti 5 mikrosekund; většina instrukcí vyžadovala 10 mikrosekund: 5 k načtení instrukce a dalších 5 k načtení operandu.
" Setun " byl první počítač založený na ternární logice , vyvinutý v roce 1958 v Sovětském svazu . První sovětské sériové polovodičové počítače byly Vesna a Sneg , vyráběné v letech 1964 až 1972 . Špičkový výkon počítače Sneg byl 300 000 operací za sekundu. Stroje byly vyrobeny na bázi tranzistorů s taktovací frekvencí 5 MHz. Celkem bylo vyrobeno 39 počítačů [6] .
Za nejlepší domácí počítač 2. generace je považován BESM-6 , vytvořený v roce 1966 .
Explozivní růst používání počítačů začal s „třetí generací“ výpočetních strojů. Začalo to vynálezem integrovaného obvodu , který umožnil řetězec objevů amerických inženýrů v letech 1958-1959. Vyřešili tři zásadní problémy , které bránily vytvoření integrovaného obvodu; za učiněné objevy dostal jeden z nich Nobelovu cenu .
V roce 1964 byl představen sálový počítač IBM/360 . Tyto počítače a jejich nástupci se na mnoho let staly de facto průmyslovým standardem výkonných počítačů pro všeobecné použití. V SSSR byly stroje řady ES EVM analogem IBM / 360 .
Paralelně s počítači třetí generace se nadále vyráběly počítače druhé generace. Počítače UNIVAC 494 se tedy vyráběly až do poloviny 70. let.
V roce 1969 navrhl zaměstnanec Intelu Ted Hoff vytvořit centrální procesorovou jednotku na jediném čipu. To znamená, že místo mnoha integrovaných obvodů vytvořte jeden hlavní integrovaný obvod, který bude muset provádět všechny aritmetické, logické a řídicí operace zapsané ve strojovém kódu . Takové zařízení se nazývá mikroprocesor .
V roce 1971 Intel, pověřený Busicomem, vydal první mikroprocesor „ Intel 4004 “ pro použití v kalkulačce (model Busicom 141-PF). Nástup mikroprocesorů umožnil vytvářet mikropočítače – malé, levné počítače, které si malé firmy nebo jednotlivci mohli dovolit koupit. V 80. letech se mikropočítače staly všudypřítomnými.
První sériově vyráběný domácí počítač vyvinul Steve Wozniak , jeden ze zakladatelů Apple Computer . Později Steve Wozniak vyvinul první sériově vyráběný osobní počítač .
Počítače založené na architektuře mikropočítačů s funkcemi přidanými od jejich větších protějšků nyní dominují většině segmentů trhu.
V roce 1945 byl v provozu první analogový počítač v SSSR . Před válkou začal výzkum a vývoj vysokorychlostních spouštěčů , hlavních prvků digitálních počítačů .
Dne 29. června 1948 podepsal předseda Rady ministrů SSSR I. V. Stalin rezoluci, podle které byl vytvořen Ústav jemné mechaniky a výpočetní techniky [7] .
V roce 1948, pod vedením S. A. Lebedeva , doktora fyzikálních a matematických věd , začaly v Kyjevě práce na vytvoření MESM (malý elektronický počítací stroj). 25. prosince 1951 komise Akademie věd SSSR, jejímž předsedou je akademik Keldysh , přijala stroj MESM, který byl uveden do provozu [8] .
Koncem roku 1948 pracovníci Energetického ústavu. Krizhizhanovsky I. S. Bruk a B. I. Rameev obdrží autorský certifikát na počítači se společnou sběrnicí a v letech 1950-1951. vytvořit to. Tento stroj jako první na světě používá místo elektronek polovodičové (cuprox) diody . Od roku 1948 se Brook zabývá elektronickými počítači a řízením pomocí výpočetní techniky.
Na začátku roku 1949 vznikly v Moskvě SKB-245 a NII Schetmash na základě závodu SAM . Závody " Scheotmash " jsou vytvářeny v Kursku [9] , Penza, Kišiněv.
Na počátku 50. let 20. století byla v Alma-Atě vytvořena laboratoř pro strojní a výpočetní matematiku . Koncem roku 1951 byl uveden do provozu počítač M-1 vyvinutý v laboratoři Energetického ústavu Akademie věd SSSR .
Na podzim roku 1952 byl dokončen vývoj velkého (neboli vysokorychlostního) elektronického počítacího stroje - BESM-1 (také známého jako BESM Akademie věd , BESM AN ), postaveného na elektronkách (5000 lamp). . Zkušební provoz byl zahájen v roce 1952 .
Sovětští vědci z ITMIVT Akademie věd SSSR vytvářejí počítačové komunikační sítě od roku 1952 v rámci práce na vytvoření automatizovaného systému protiraketové obrany ( ABM ). Nejprve specialisté pod vedením Sergeje Lebedeva vytvořili řadu počítačů (Diana-I, Diana-II, M-40 , M-20 , M-50 atd.) a zorganizovali výměnu dat mezi nimi pro výpočet anti- trajektorie střely. Jak píše jeden z tvůrců systému Vsevolod Burtsev , „ v experimentálním komplexu protiraketové obrany “ si centrální stroj M-40 vyměňoval informace přes pět duplexních a asynchronně pracujících radioreléových komunikačních kanálů s objekty umístěnými ve vzdálenosti 100 až 200 kilometry od něj; obecná rychlost příjmu informací prostřednictvím radioreléových linek přesáhla 1 MHz “ [10] . V roce 1956, na západ od jezera Balchaš , sovětští vědci a armáda vytvořili velké testovací místo , kde byl testován vyvinutý systém protiraketové obrany spolu s počítačovou sítí [11] . V roce 1953 se stroj Strela začal sériově vyrábět v SSSR , v roce 1954 bylo pro potřeby Ministerstva obrany SSSR založeno první sovětské výpočetní středisko VTS-1 (které provozovalo počítač Strela) .
Od roku 1956 vedli I. Berg a F. Staros laboratoř SL-11 v Leningradu, která byla později transformována na KB-2. Tam vytvořili první v SSSR stolní počítač UM-1 a jeho modifikaci UM-1NH, za což byli oceněni Státní cenou.
V roce 1957 byl do série uveden stroj Ural-1 . Celkem bylo vyrobeno 183 vozů.
V roce 1958 byl v tajném Výpočetním středisku č. 1 Ministerstva obrany SSSR (p / box 01168) pod vedením A. I. Kitova nejrychlejší elektronkový počítač světa „M-100“ (sto tisíc operací za sekundu). vytvořené pro vojenské účely (zejména pro zpracování dat pocházejících z všestranného radaru v systému protivzdušné obrany). Tým vývojářů v čele s A. I. Kitovem vydal Výbor pro vynálezy a objevy při Radě ministrů SSSR Autorské osvědčení č. 19628 s prioritou ze dne 27. června 1958 za vynález metody pro paralelní zpracování strojových instrukcí r. počítačová aritmetická jednotka (princip makro-pipeliningu nebo výpočtů paralelismu ). Tato metoda se v současnosti používá v moderních počítačích. K rekordní rychlosti počítače M-100 přispěl i systém dvouúrovňové paměti s náhodným přístupem (cache memory a RAM) vyvinutý pod vedením A. I. Kitova a řada dalších novinek.
V roce 1959 byl pod vedením N. P. Brusentsova vytvořen na základě ternární logiky unikátní malý počítač „ Setun “ .
V červenci 1961 byl v SSSR uveden na trh první polovodičový univerzální řídicí stroj " Dnepr " (předtím existovaly pouze specializované polovodičové stroje). Ještě před zahájením sériové výroby s ním probíhaly experimenty na řízení složitých technologických procesů v Dzeržinském metalurgickém závodě .
První sovětské sériové polovodičové počítače byly Vesna a Sneg , vyráběné v letech 1964 až 1972.
První sériové počítače na světě na integrovaných obvodech byly sovětské počítače Gnom, vyráběné od roku 1965 .
V roce 1966 vznikl BESM-6 , nejlepší domácí počítač 2. generace. V té době byla nejrychlejší nejen v SSSR, ale i v Evropě. V architektuře BESM-6 byl poprvé široce používán princip kombinování provádění instrukcí (až 14 unicastových strojových instrukcí mohlo být v různých fázích provádění). Mechanismy přerušení , ochrana paměti a další inovativní řešení umožnily použití BESM-6 v multiprogramovém režimu a režimu sdílení času. Počítač měl 128 Kb RAM na feritových jádrech a externí paměť na magnetických bubnech a pásce. BESM-6 pracoval s taktovací frekvencí 10 MHz a na tehdejší dobu rekordním výkonem - asi 1 milion operací za sekundu. Celkem bylo vyrobeno 355 počítačů.
Na počátku 70. let - vývoj systémů řady Elbrus . "Elbrus-2" byl používán v jaderných centrech , systémech protiraketové obrany a dalších "obranných" odvětvích.
V roce 1972 byl zprovozněn železniční systém „komplexní automatizace jízdenkových a pokladních operací“ ACS „Express“ a systém rezervace letenek „ Siréna “, který zajišťoval přenos a zpracování velkého množství informací [12] .
V červenci až srpnu 1972 byl závod v Minsku pojmenován po. G. K. Ordzhonikidze zahájil sériovou výrobu počítačů třetí generace ES-1020 . Pětiletý plán výroby počítal s výrobou 12 až 15 tisíc vozů tohoto modelu v letech 1972-1975. uspokojit potřeby sovětské vědy a průmyslu v oblasti výpočetní techniky [13] .