История развития ЭВМ: основные вехи. Разработка автоматизированной информационной системы документооборота медицинского учреждения

На заре вычислительных машин считалось, что основное их назначение - вычисления. Попытки создания вычислительных машин предпринимались ещё в глубокой древности. Так, например великий учёный Леонардо да Винчи (1452-1519 гг) составил эскизы суммирующей машины на зубчатых колёсах. Специалисты из фирмы IBM создали по эскизам такую машину и убедились в её работоспособности.
В 1641-1642 гг. девятнадцатилетний Блез Паскаль (1623-1662), тогда еще мало кому известный французский учёный, создает действующую вычислительную машину. Машина могла складывать и вычитать десятичные числа.
В 1673 году другой великий европеец, немецкий ученый В. Г. Лейбниц (1646-1716), создает счётную машину для сложения и умножения двенадцатиразрядных десятичных чисел. К зубчатым колесам он добавил ступенчатый валик, позволяющий осуществлять умножение и деление.

Первое поколение ЭВМ Появление электронно-вакуумной лампы позволило претворить в жизнь идею создания вычислительной машины. Она появилась в 1946 году в США для решения задач и получила название ЭНИАК (ENIAK - Electronic Numerical Integrator and Calculator, в переводе "электронный численный интегратор и калькулятор"). От неё начался отсчет пути, по которому пошло развитие ЭВМ. В ЭВМ ЭНИАК было 20 тысяч электронных ламп, из которых ежемесячно заменялось 2000. За одну секунду машина выполняла 300 операций умножения или же 5000 сложений многоразрядных чисел.
Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика С. А. Лебедева, и называлась она МЭСМ (малая электронная счетная машина). Затем в эксплуатацию вводятся БЭСМ-1 и БЭСМ-2 (большая электронная счетная машина). Самой мощной ЭВМ 50-х годов в Европе стала советская ЭВМ М-20 с быстродействием 20 тыс. оп/с, объем оперативной памяти-4000 машинных слов. ЭВМ первого поколения успешно использовались для решения научно-технических задач, в частности, в области космических иследований.


Электронная вычислительная машина БЭСМ-1

Второе поколение ЭВМ В 60-е годы 20 века был изобретён транзистор, который пришёл на смену электронным лампам. Это позволило изменить электронную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), а также резисторы и конденсаторы более совершенной конструкции. Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал с большей скоростью, был дешевле и надежнее. Средний срок его службы в 1000 раз превосходил продолжительность работы электронных ламп. Изменилась и технология соединения элементной базы. Появились первые печатные платы-пластины из изоляционного материала, например гетинакса, на которые специальная технология фотомонтажа позволяла наносить токопроводящий материал. Для закрепления элементной базы на них имелись специальные гнезда. Такая формальная замена одного типа элементов на другой существенно повлияла на все характеристики ЭВМ: габариты, надежность, производительность, условия эксплуатации, стиль программирования и работы на машине и пр. Изменился технологический процесс изготовления ЭВМ. К второму поколению относятся ЭВМ Минск-22, Минск-32, БЭСМ-6, CDC6600. Производительность: до 1 млн операций в секунду.


Электронная вычислительная машина БЭСМ-6

Третье поколение ЭВМ В 70-е годы 20 века появились интегральные микросхемы. Такие схемы могут содержать десятки, сотни и тысячи транзисторов и других элементов, которые физически неразделимы. Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах, была IBM-360 фирмы IBM (International Busines Machine). Она положила начало большой серии моделей, название которых начиналось с IBM, а далее следовал номер. Аналогичные ЭВМ стали выпускаться и в странах СЭВ (Совета экономической взаимопомощи) Выпускались два семейства ЭВМ:

большие - ЕС ЭВМ (единая система), например ЕС - 1022, ЕС - 1035, ЕС - 1065;

малые - СМ ЭВМ (система малых), например СМ - 2, СМ - 3, СМ - 4. Производительность: сотни тысяч - миллионы операций в секунду. Увеличился объем памяти. Магнитный барабан постепенно вытесняется магнитными дисками, выполненными в виде автономных пакетов. Появились дисплеи, графопостроители.


Электронная вычислительная машина IBM-360

Четвёртое поколение ЭВМ Этот период характеризуется всевозможными новациями, приводящими к существенным изменениям. Однако кардинальных, революционных перемен, позволяющих говорить о смене поколений ЭВМ, пока не произошло. Следует особо отметить одну из самых важных идей: для обработки информации используется одновременно несколько процессоров (мультипроцессорная обработка). Новые технологии создания интегральных схем позволили разработать в конце 70-х - начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения на больших интегральных схемах (БИС), степень интеграции которых составляет десятки и сотни тысяч элементов на одном кристалле. Наиболее крупным сдвигом в электронно-вычислительной технике, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров. Первый микропроцессор был создан фирмой Intel в 1971 году. На одном кристалле удалось сформировать минимальный по составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов. С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники - создание и применение персональных ЭВМ, что даже повлияло на терминологию. Название ЭВМ сейчас заменилось на всем привычное слово - компьютер. В 1977 году фирма "Эпл компьютер" (Apple Computer) наладила выпуск персональных компьютеров "Apple" (от англ. "яблоко").В этом типе компьютера за основу был взят принцип создания "дружественной" обстановки работы человека на ЭВМ, когда при создании программного обеспечения одним из основных требований стало обеспечение удобной работы пользователя. ЭВМ повернулась лицом к человеку. Дальнейшее ее совершенствование шло с учетом удобства работы пользователя.


Персональный компьютер Apple
Если раньше при эксплуатации ЭВМ был реализован принцип централизованной обработки информации, когда пользователи концентрировались вокруг одной ЭВМ, то с появлением персональных компьютеров произошло обратное движение - децентрализация, когда один пользователь может работать с несколькими компьютерами. В 1984 году фирмой IBM был разработан персональный компьютер на базе микропроцессора 80286 фирмы Intel с шиной архитектуры промышленного стандарта - ISA (Industry Standart Architecture). С этого времени началась жесткая конкуренция нескольких корпораций по производству персональных компьютеров. Гонка в поиске все более и более совершенных технических характеристик всех устройств компьютера продолжается и по сей день. Каждый год требуется коренная модификация существующей модели. Общее свойство семейства IBM PC - совместимость программного обеспечения снизу вверх и принцип открытой архитектуры, предусматривающий возможность дополнения имеющихся аппаратных средств без смены старых или их модификацию без замены всего компьютера. Современные ЭВМ превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью, огромными возможностями и доступностью для разных категорий пользователей. Компьютеры четвертого поколения развиваются в двух направлениях. Первое направление - создание многопроцессорных вычислительных систем. Второе - создание дешевых персональных компьютеров, как настольных, так и переносных, а на их основе - компьютерных сетей.

Когда появились первые компьютеры? Дать ответ на этот вопрос не так просто, поскольку нет одной единственно правильной классификации электронно-вычислительных машин, а также формулировок, что можно к ним относить, а что - нет.

Первое упоминание

Само слово "компьютер" было впервые документировано в 1613 году и означало человека, который выполняет расчеты. Но в XIX веке люди поняли, что машина никогда не устает работать, и она может выполнять работу гораздо быстрее и точнее.

Чтобы начать отсчет эры вычислительных машин, чаще всего берут 1822 год. Первый компьютер изобрел английский математик Чарльз Бэббидж. Он создал концепцию и приступил к изготовлению разностной машины, которая считается первым автоматическим устройством для вычислений. Она была способна подсчитывать несколько наборов чисел и делать распечатку результатов. Но, к сожалению, из-за проблем с финансированием Бэббидж так и не смог завершить ее полноценную версию.

Но математик не сдавался, и в 1837 году он представил первый механический компьютер, названный аналитической машиной. Это был самый первый компьютер общего назначения. В это же время началось его сотрудничество с Адой Лавлейс. Она переводила и дополняла его труды, а также сделала первые программы для его изобретения.

Аналитическая машина состояла из таких частей: арифметико-логического устройство, блок интегрированной памяти и устройство для контроля движения данных. Из-за денежных трудностей она также не был завершена при жизни ученого. Но схемы и разработки Бэббиджа помогли другим ученым, которые создавали первые компьютеры.

Спустя почти 100 лет

Как ни странно, за целый век вычислительные машины почти не продвинулись в своем развитии. В 1936-1938 годах немецкий ученый Конрад Цузе создал Z1 - это первый электромеханический программируемый двоичный компьютер. Тогда же, в 1936 году, Алан Тьюринг построил машину Тьюринга.

Она стала основой для дальнейших теорий о компьютерах. Машина эмулировала действия человека, следующего списку логических указаний, и печатала результат работы на бумажной ленте. Аппараты Цузе и Тьюринга — это первые компьютеры в современном понимании, без которых не появились бы компьютеры, к которым мы привыкли сегодня.

Все для фронта

Вторая мировая война повлияла и на развитие ЭВМ. В декабре 1943 году компания Tommy Flowers представила засекреченную машину под названием «Коллос», которая помогала британским агентам взламывать шифры немецких сообщений. Это был первый полностью электрический программируемый компьютер. О его существовании широкая общественность узнала лишь в 70-х годах. С тех пор ЭВМ привлекли внимание не только ученых, но и министерств обороны, которые активно поддерживали и финансировали их разработку.

Насчет того, какой цифровой компьютер считать первым, идут споры. В 1937-1942 годах профессор Айовского университета Джон Винсент Атанасов и Клифф Берри (аспирант) разрабатывали свой компьютер ABC. А в 1943-1946 Дж. Преспер Эккерт и Д. Мокли, ученые Пенсильванского университета, построили мощнейший ENIAC весом в 50 тонн. Таким образом, Атанасов и Берри создали свою машину раньше, но поскольку она так никогда и не была полностью функционирующей, то часто звание «самый первый компьютер» достается ENIAC.

Первые коммерческие образцы

С огромными габаритами и сложностью конструкции компьютеры были доступны только военным ведомствам и крупным университетам, которые собирали их самостоятельно. Но уже в 1942 г. К. Цузе начал работу над четвертой версией своего детища - Z4, и в июле 1950 года продал его шведскому математику Эдуарду Стиефелю.

А первые компьютеры, которые начали выпускаться массово, это модели с лаконичным названием 701, произведенные IBM 7 апреля 1953 года. Всего их было продано 19701 штук. Конечно же, это все еще были машины, предназначенные только для крупных учреждений. Для того чтобы стать действительно массовыми, им нужно было еще несколько важных совершенствований.

Так, в 1955 году 8 марта заработал «Вихрь» — компьютер, который был изначально задуман во времена Второй мировой войны в качестве тренажера для пилотов, но к моменту своего создания подоспевший к началу Холодной войны. Тогда он стал основой для разработки SAGE - подсистемы противовоздушной обороны, разработанной для автоматического наведения на цель самолетов-перехватчиков. Ключевыми особенностями «Вихря» стали наличие оперативной памяти объемом 512 байт и вывод графической информации на экран в режиме реального времени.

Технику в массы

Компьютер TX-O, представленный в 1956 году в Массачусетском технологическом институте, был первым, в котором использовались транзисторы. Это позволило сильно уменьшить стоимость и габариты техники.

Затем команда ученых, которые занимались разработкой TX-O, покинула институт, основала компанию Digital Equipment Corporation и в 1960 году представила компьютер PDP-1, начавший эру миникомпьютеров. Их размер был не больше одной комнаты или даже шкафа, и они были предназначены для более широкого круга клиентов.

Ну а первые компьютеры-десктопы стала выпускать компания Hewlett Packard в 1968 году.

Появились после Второй мировой войны, когда открытия математиков и других ученых позволили воплотить в жизнь новый способ считывания информации. И хотя сегодня эти машины кажутся диковинными артефактами, именно они стали прародителями современных, привычных обывателю ПК.

Манчестерский "Марк I" и EDSAC

Первым компьютером в современном понимании этого слова стало устройство "Марк I", созданное в 1949 году. Его уникальность заключалась в том, что он был полностью электронным, а в его оперативной памяти хранилась программа. Это достижение британских специалистов было большим рывком вперед в многовековой истории развития вычислительных машин. Манчестерский "Марк I" включал в себя трубки Уильямса и магнитные барабаны, которые и служили хранилищем для информации.

Сегодня, спустя много лет, история создания первого компьютера вызывает дискуссии. Спорным остается вопрос о том, какую именно машину можно назвать первым компьютером. Манчестерский "Марк I" остается самой популярной версией, хотя есть и другие претенденты. Один из них - EDSAC. Без этой машины история возникновения компьютера как изобретения была бы совершенно другой. Если "Марк" появился в Манчестере, то EDSAC создавался силами ученых из Кембриджского университета. Этот компьютер был введен в эксплуатацию в мае 1949 года. Тогда на нем была выполнена первая программа, которая возвела в квадрат числа от 0 до 99.

Z4

Манчестерский "Марк I" и EDSAC предназначались для конкретных программ. Следующим шагом в эволюции вычислительных машин стал Z4. Не в последнюю очередь устройство отличала драматичная история создания. Компьютер был создан немецким инженером Конрадом Цузе. Работа над проектом началась на завершающем Это обстоятельство сильно затормозило данную разработку. Лаборатория Цузе была уничтожена во время налета авиации противника. Вместе с ней было утеряно все оборудование и предварительные результаты длительной работы.

Тем не менее талантливый инженер не сдался. Изготовление было продолжено уже после наступления мира. В 1950 году проект наконец был завершен. Долгой и тернистой оказалась история его создания. Компьютер тут же заинтересовал Швейцарскую высшую техническую школу. Она выкупила машину. Z4 заинтересовал специалистов неспроста. Компьютер обладал универсальным программированием, то есть был первым многофункциональным устройством подобного типа.

В том же 1950 году история создания компьютеров в СССР ознаменовалась не менее важным событием. В Киевском институте электротехники была создана МЭСМ - малая электронная счетная машина. Над проектом трудилась группа советских ученых, которой руководил академик Сергей Лебедев.

Устройство этой машины включало в себя шесть тысяч электрических ламп. Большая мощность позволяла браться за задачи, которые прежде были невиданными для советской техники. За секунду приспособление могло выполнять около трех тысяч операций.

Коммерческие модели

На первом этапе развития компьютеров их разработкой занимались специалисты из университетов или других государственных структур. В 1951 году появилась модель LEO I, созданная благодаря вложениям британской частной компании Lyons and Company, владевшей ресторанами и магазинами. С появлением этого устройства история создания компьютеров достигла очередного важного рубежа. LEO I первым использовался для обработки коммерческих данных. Его конструкция была схожа с конструкцией идейного предшественника EDSAC.

Первым американским коммерческим компьютером стал UNIVAC I. Он появился в том же 1951 году. Всего было продано сорок шесть таких моделей, стоимость каждой из которых составляла миллион долларов. Одна из них использовалась при переписи населения в США. Устройство состояло более чем из пяти тысяч электровакуумных ламп. В качестве носителя информации использовались линии задержки из ртути. На одной из них могло храниться до тысячи слов. При разработке UNIVAC I было решено отказаться от перфокарт и перейти на металлизированную магнитную ленту. С ее помощью устройство могло подключаться к коммерческим системам хранения данных.

«Стрела»

Тем временем у советских электронных была своя история создания. Компьютер «Стрела», появившийся в 1953 году, стал первым подобным серийным устройством в СССР. Новинка выпускалась на базе Московского завода счетно-аналитических машин. За три года производства было изготовлено восемь образцов. Эти уникальные машины были установлены в Академии наук, МГУ и конструкторских бюро, расположенных в закрытых городах.

«Стрела» могла совершать 2-3 тысячи операций в секунду. Для отечественной техники это были рекордные цифры. Данные хранились на магнитной ленте, которая вмещала до 200 тысяч слов. Разработчики устройства были удостоены Главный конструктор Юрий Базилевский также стал Героем Социалистического Труда.

Второе поколение ЭВМ

Еще в 1947 году были изобретены транзисторы. В конце 50-х гг. они пришли на смену энергозатратным и хрупким лампам. С появлением транзисторов у вычислительных машина началась новая история создания. Компьютеры, получившие эти новые детали, позже были признаны моделями второго поколения. Главное новшество заключалось в том, что печатные платы и транзисторы позволили значительно уменьшить размеры компьютеров, отчего те стали гораздо практичнее и удобнее.

Если раньше ЭВМ занимали собой целые комнаты, то теперь они уменьшились до пропорций офисных столов. Такой к примеру, была модель IBM 650. Но даже транзисторы не разрешили еще одной важной проблемы. Компьютеры по-прежнему были крайне дорогими, из-за чего они производились только на заказ для университетов, крупных корпораций или правительств.

Дальнейшая эволюция компьютеров

В 1959 году были изобретены интегральные схемы. Они положили начало третьему поколению компьютеров. 1960-е гг. стали переломными для ЭВМ. Их производство и продажа увеличились в разы. Благодаря новым деталям устройства стали дешевле и доступнее, хотя они по-прежнему не были персональными. В основном эти ЭВМ покупались компаниями.

В 1971 году разработчики Intel выпустили на рынок первый в истории микропроцессор На его основе появились компьютеры четвертого поколения. Микропроцессы разрешали несколько важных проблем, до того скрывавшихся в устройстве любой ЭВМ. Одна такая деталь выполняла все логические и арифметические операции, которые были записаны с помощью машинного кода. До этого открытия данная функция лежала на множестве мелких элементов. Появление единственной универсальной детали стало предвестием разработки небольших домашних компьютеров.

Персональные компьютеры

В 1977 году компания Apple, основанная Стивом Джобсом, представила миру модель Apple II. Ее принципиальное отличие от любых других предыдущих компьютеров заключалось в том, что устройство молодой калифорнийской компании предназначалось для продажи обычным гражданам. Это был прорыв, который еще совсем недавно казался просто неслыханным. Так началась история создания персональных компьютеров поколения ЭВМ. Новинка пользовалась спросом вплоть до 90-х гг. За этот период было продано около семи миллионов устройств, что было абсолютным рекордом того времени.

Последующие модели Apple получили уникальный графический интерфейс, привычную современным пользователям клавиатуру и многие другие новшества. Все тот же чуть сделал популярной компьютерную мышь. В 1984 году он презентовал свою самую успешную модель Macintosh, положившую начало целой линейке, существующей и сегодня. Многие открытия инженеров и разработчиков Apple стали базой для сегодняшних персональных компьютеров, созданных в том числе и другими производителями.

Отечественные разработки

Из-за того что все революционные открытия, связанные с ЭВМ, происходили на Западе, история создания компьютеров в России и СССР оставалась в тени иностранных успехов. Связано это было еще и с тем, что разработка подобных машин контролировалась государством, в то время как в Европе и США инициатива постепенно перешла в руки частных компаний.

В 1964 году появились первые советские полупроводниковые ЭВМ «Снег» и «Весна». В 1970-е гг. в оборонной промышленности стали использоваться компьютеры «Эльбрус». Они применялись в системе противоракетной обороны и ядерных центрах.