От арифмометра до IBM PC. Краткая история развития ПК
Современные компьютеры поражают своим быстродействием и малыми габаритами, и мало кто задумывается, что эти высокотехнологичные устройства уходят своими корнями в далёкое прошлое. Давайте же вспомним, как начиналась история персональных компьютеров, как громоздкие машины, умевшие выполнять лишь простейшие математические операции, превратились в компактные устройства, способные управлять космическими кораблями.
У истоков
Первым устройством, призванным облегчить сложные расчеты, был так называемые «палочки Непера», изобретённые в 1613 году шотландским математиком Джоном Непером. Они представляли собой набор брусков, на которые были нанесены цифры от 0 до 9 и кратные им числа. С их помощью можно было осуществлять умножение, деление и извлечение квадратного корня.
Палочки Непера
Дальнейшее развитие идеи Непера получили в арифмометре, созданном в 1642 году французским математиком Блезом Паскалем. Его машина представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков, на которые были нанесены всё те же цифры от 0 до 9. Когда первое колесо совершало полный оборот, в действие автоматически приводилось второе и так далее (по такому же принципу работают, например, автомобильные спидометры). С помощью машины Паскаля можно было выполнять уже четыре операции: сложение, вычитание, умножение и деление (правда, две последние операции выполнялись путем многократного повторения первых).
Арифмометр Паскаля
Но два этих устройства были лишь первым приближением к автоматическим счетным машинам. «Отцом» же компьютеров принято считать английского математика Чарльза Бэббиджа, создавшего в 1812 году первое автоматическое устройство, позволявшее решать полиномиальные уравнения различными методами. В 1822 году учёный создал небольшую рабочую модель своего компьютера и продемонстрировав её британскому правительству, получив средства на дальнейшее развитие своей системы. Новая машина была создана в 1823 году: она была паровой, полностью автоматической и даже распечатывала результаты в виде таблицы.
Аналитическая машина Беббиджа
Работа над этим проектом продолжалась ещё 10 лет, и в 1833 году был создан первый «многоцелевой» компьютер, названный Аналитической машиной. Она могла оперировать числами с 50 десятичными знаками и сохраняла до 1000 чисел. Впервые в этой машине было реализовано условное выполнение операций — прообраз современного оператора IF. Программы для этой машины записывались с помощью перфокарт (эта идея получила развитие в 1890 году в разработках компании Tabulating Mashine Company, позднее известной как IBM).
Однако полностью закончить свою работу Бэббидж не успел…
Вновь к идее построить вычислительную машину люди вернулись только во время Второй Мировой войны. В 40-х годах XX века сразу несколько исследовательских групп повторили попытку Чарльза Бэббиджа (причём, некоторые из учёных ничего не знали о работах англичанина).
Одним из первых, кому удалось построить компьютер из электромеханических реле, был немецкий инженер Конрад Цузе. Произошло это в 1941 году. А спустя всего два года на одном из предприятий компании IBM американец Говард Эйкен создал гораздо более мощный компьютер, получивший название «Марк-1». Эта машина работала в сотни раз быстрее арифмометров и реально использовалась для военных расчётов.
Компьютер «Марк 1»
Однако военным не хватало вычислительной мощности «Марка», и уже в том же 1943 году группа специалистов из Пенсильванского университета под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта приступила к разработке нового «вычислителя». Спустя три года был построен компьютер (Electrical Numerical Integrator and Calculator), умевший работать с 10-разрядными числами и выполнявший 300 операций в секунду. В этом компьютере использовалось 18 тыс. вакуумных ламп, он занимал площадь 167 квадратных метров и потреблял 180 тыс. Ватт. Для его программирования приходилось в течение нескольких дней перетыкать провода, после чего машина за несколько секунд решала поставленную перед ней задачу…
ENIAC
Дабы упростить и ускорить процесс программирования компьютера, Мочли и Экерт решили сконструировать новую машину, которая бы хранила программы в памяти. В 1945 году к этой работе был привлечён знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад, посвящённый этому компьютеру. В докладе фон Нейман ясно и чётко сформулировал общие принципы функционирования электронных вычислительных устройств, т.е. компьютеров. До сих пор подавляющее большинство компьютеров строятся с соблюдением тех самых принципов. Одним из основных принципов было разделение компьютеров на аппаратную и программную части, т.е. на то, что мы теперь называем «железом» и «софтом».
Джон фон Нейман
Вперед – к миниатюризации!
Как видим, первые компьютеры создавались на основе электронных ламп, были жутко громоздкими, дорогими и ненадёжными (ведь лампы, как вы знаете, имеют привычку перегорать в самый неподходящий момент). Но всё изменилось, когда в 1948 году инженеры Bell Laboratories Джоном Бардином и Уильямом Шокли был изобретён полупроводниковый транзистор.
Джон Бардин — «отец транзистора»
Транзистор, как и лампа, является по своей сути электронным переключателем, который может принимать два положения: «включено» и «выключено», что позволяет использовать его для хранения двоичной информации (а именно такой информацией, как вы знаете, и оперирует компьютер). Поскольку потребляемая транзисторами мощность незначительна, построенные на их основе компьютеры имели гораздо меньшие размеры и отличались более высоким быстродействием и эффективностью. Именно появление транзистора послужило началом миниатюризации компьютеров, продолжающейся до сих пор. Современные модели портативных компьютеров, работающие от миниатюрных аккумуляторов, обладают большей производительностью, нежели первые системы, занимавшие целые комнаты и потреблявшие огромное количество электроэнергии. Первые компьютеры, основанные на новых устройствах, появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х фирма Digital Equipment выпустила первый мини-компьютер PDP-8, имевший габариты холодильника и стоивший всего 20 тысяч долларов (для сравнения – компьютеры 40-х и 50-х годов стоили миллионы долларов).
Не успел мир привыкнуть к «холодильникам», как произошло ещё одно событие, в корне перевернувшее молодую отрасль. В 1959 году сотрудник фирмы Texas Instruments Роберт Нойс (будущий основатель Intel) сконструировал интегральную схему – полупроводниковое устройство, в котором без помощи проводов объединены транзисторов, расположенных на одном кристалле. В первой интегральной схеме их было всего шесть (тогда как сегодня во многих интегральных схемах используются десятки миллионов транзисторов). Спустя 9 лет фирма Burroughs выпустила первый компьютер, основанный на чипах (как стали называть интегральные схемы).
Роберт Нойс. Основатель Intel
Ещё через год – в 1970 – был сделан очередной важный шаг на пути к нынешним персональным компьютерам: сотрудник фирмы Intel Маршиан Хофф сконструировал чип, выполнявший функции, аналогичные функциям современным процессорам. Новая схема получила наименование Intel-4004. Для того времени это было очень значимое событие, ведь этот трёхсантиметровый чип был мощнее гигантского ENIAC. Правда, по сравнению с нынешними процессорами эта поделка кажется простой игрушкой, ведь она могла обрабатывать всего 4 бита информации за один такт. Однако в 1973 году был разработан новый 8-битный процессор, названный Intel-8008, а в 1974 появилась его улучшенная модификация – Intel-8080, до конца семидесятых годов ставшая стандартом всей отрасли.
Intel 4004
Первые персоналки
Первоначально микропроцессоры использовались лишь для создания узкоспециализированных устройств наподобие калькуляторов. Однако в 1974 году несколько компаний создали на базе процессора Intel-8008 персональные компьютеры, выполнявшие такую же работу, как и их старшие собратья.
Первым ПК, получившим широкое распространение, стал комплект Altair, разработанный в недрах MITS. Этот комплект состоял из процессора 8080, блока питания, лицевой панели с множеством индикаторов и запоминающего устройства емкостью 256 байт (именно байт!). Стоимость комплекта составляла 395 долларов, и покупатель должен был сам собрать компьютер. Этот ПК был построен по схеме с открытой шиной (разъемами), что позволяло другим фирмам разрабатывать дополнительные платы и периферийное оборудование. Именно для этого компьютера в конце 1975 года Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели Microsoft) написали интерпретатор языка Basic.
Altair 8800. Первый персональный компьютер
Успех «Альтаира» подтолкнул к созданию ПК многие фирмы. Так, в 1975 году был выпущен компьютер IBM-5100, имевший 16 Кбайт памяти, встроенный дисплей на 16 строк (по 64 символа каждая) и кассетный накопитель. Однако эта модель, стоившая 9000 долларов, продавалась плохо…
Тем временем в недрах никому не известной компании Apple Computers был разработан компьютер Apple II, увидевший свет в 1976 году по цене в 695 долларов.
Его системная плата была привинчена к куску фанеры, а корпуса и блока питания не было вообще. Компьютер был выпущен всего в нескольких экземплярах, которые впоследствии продавались коллекционерам за 20 тыс. долларов. Тем не менее, именно этот образец стал прообразом большинства последующих моделей, включая и IBM РС…
Apple II
К 1980 году на рынке микрокомпьютеров доминировали две базовые модели компьютерных систем: Apple II, имевший множество преданных пользователей и гигантское количество программ, и несколько моделей, происходивших от комплекта Altair. Эти компьютеры были совместимы один с другим, имели одну операционную систему (СР/М) и стандартные разъёмы расширений с шиной S-100 (по 100 контактов на разъем). Все они собирались различными компаниями и продавались под разными названиями, но в большинстве случаев фирмы использовали одинаковые программные и аппаратные части.
Невероятно, но факт — ни один из тех компьютеров не был совместим ни с одним из двух основных современных стандартов ПК — ни с IBM PC, ни с Apple Macintosh.
Эра IBM PC
В конце 1980 года IBM наконец-то предприняла попытку выйти на рынок дешёвых ПК. Небольшой группой из 12 человек, возглавляемой Доном Эстриджем и Левисом Эггебрехтом была разработана модель IBM-5150, положившая начало целой эпохе компьютеров, традиционно называемых ныне IBM PC.
Этот компьютер во многом отличался от всех своих предшественников, но главным отличием стал, несомненно, принцип «открытой архитектуры». То есть, компьютер строился из отдельных блоков, соединяемых посредством стандартных разъёмов (интерфейсов), спецификации которых IBM открыла всем желающим. Такой подход привёл к тому, что многие компании вместо разработки целых компьютеров сосредоточились на проектировании отдельных блоков. Таким образом, инженерам IBM удалось создать устройство, идеально подходящее каждому конкретному покупателю.
IBM 5150. Родоначальник IBM PC
IBM создала компьютер менее чем за год, внедрив в практически все имеющиеся на том момент технологические новшества. Конструкторам была предоставлена невиданная свобода: им было разрешено использовать услуги и продукцию других фирм в обход бюрократического правила, предписывающего использовать в разработках только изделия IBM. Например, языки программирования и операционную систему для IBM РС разрабатывала фирма Microsoft.
12 августа 1981 года было официально объявлено о выпуске первого IBM РС. Начиналась новая эра в истории человечества…
