История ЭВМ: от перфокарт до персональных компьютеров
Ровно 33 года назад, 12 августа 1981 года, на свет появился первый массовый персональный компьютер IBM PC, который со временем стали называть просто PC (ПК). То, что для нас уже давно стало привычным делом, в то время было настоящей революцией. M24.ru выделило основные этапы развития электронно-вычислительных машин.
Электронные вычислительные машины того времени представляли из себя массивные конструкции весом в несколько тонн. Каждый новый этап развития ЭВМ был связан не только с техническим прогрессом, но и с программным. Взять хотя бы Windows, который пришел на смену «бездушному» DOS.
Именно IBM, годом основания которой считается 1889 год, внесла огромный вклад в развитие компьютерной техники. Ее прародительница, корпорация CTR (Computing Tabulating Recording) включала в себя сразу три компании и выпускала самое различное электрическое оборудование: весы, сырорезки, приборы учета времени. После смены директора в 1914 году компания начала специализироваться на создании табуляционных машин (для обработки информации). Спустя 10 лет CTR поменяло свое название на International Business Machines или IBM.
M24.ru выделило основные этапы развития ЭВМ и их основных представителей, давших толчок к развитию современных компьютеров.
Еще в 1888 году инженер Герман Холлерит, основатель IBM, создал первую электромеханическую счетную машину — табулятор, который мог считывать и сортировать данные, закодированные на перфокартах (бумажных карточках с отверстиями). Его даже использовали при переписи населения в 1890 году в США.
При этом история компьютеров IBM началась спустя более полувека, в 1941 году, когда был разработан и создан первый программируемый компьютер «Марк 1» весом порядка 4,5 тонн, 17 метров в длину, 2,5 метра – в высоту. Президент IBM вложил в него 500 тысяч долларов. Впервые «Марк 1» был запущен в Гарвардском университете в 1944 году. Чтобы понять, насколько сложна была конструкция машины, достаточно сказать, что общая длина проводов составила 800 км. При этом компьютер осуществлял три операции сложения и вычитания в секунду.
Первое поколение ЭВМ
Первая ЭВМ, основанная на ламповых усилителях, под названием «Эниак» была создана в США в 1946 году. По размерам она была больше, чем «Марк 1»: 26 метров в длину, 6 метров в высоту, а ее вес составлял около 30 тонн. При этом по производительности «Эниак» в 1000 раз превышала «МАРК-1», а на ее создание ушло почти 500 тысяч долларов. Но у нее были существенные недостатки: очень мало памяти для хранения данных и долгое время перепрограммирования – от нескольких часов и до нескольких дней.
Кстати, среди создателей «Эниак» был ученый Джон фон Нейман, предложивший архитектуру ЭВМ, заложенную в компьютерах с конца 1940-х до середины 1950-х годов. Именно он осуществил переход к двоичной системе счисления и хранению полученной информации.
В 1951 году появился первый коммерческий компьютер UNIVAC, и уже в 1952 году вышел «IBM 701». Это был первый крупный ламповый научный коммерческий компьютер, причем создали его достаточно быстро – в течение двух лет. Его процессор работал значительно быстрее, чем у UNIVAC — 2200 операций в секунду против 455. В одну секунду процессор «IBM 701» мог выполнять почти 17 тысяч операций сложения и вычитания.
Второе поколение ЭВМ
Второе поколение ЭВМ использовало в своей основе транзисторы, созданные в 1947 году. Это была очередная революция, в результате которой существенно уменьшились размеры и энергопотребление компьютеров, так как сами биполярные транзисторы в разы меньше вакуумных ламп.
В 1959 году появились первые компьютеры IBM на транзисторах. Они были надежны, и ВВС США стали использовать их в системе раннего оповещения ПВО. А в 1960 году IBM разработала мощную систему Stretch или «IBM-7030». Она была и вправду сильна – создатели добились 100-кратного увеличения быстродействия. В течение трех лет он был самым быстрым компьютером в мире. Однако со временем IBM уменьшила его стоимость, а вскоре и вовсе сняла с производства.
Третье поколение ЭВМ
Третье поколение компьютеров связано с использованием интегральных схем (в которых используется от десятков до сотен миллионов транзисторов), впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом.
В 1964 году IBM объявила о начале работы над целой линейкой IBM System/360.
System/360 хорошо продавалась даже спустя шесть лет после анонса системы. За 6 лет IBM выпустила более 30 тысяч машин. Однако затраты на разработку System/360 были очень велики — около пяти миллиардов долларов. Таким образом, System/360 заложила фундамент для следующих поколений, первым из которых был System/370.
Четвертое поколение ЭВМ
Четвертое поколение связано с использованием микропроцессоров. Первый такой микропроцессор под названием «Intel-4004» был создан в 1971 году компанией Intel, до сих пор остающейся в лидерах. Спустя 10 лет IBM выпустила первый персональный компьютер, который так и назывался IBM PC. Самая дорогая конфигурация стоила 3000 долларов и предназначалась для бизнеса, а конфигурация за 1500 долларов – для дома.
Процессор Intel 8088 работал на частоте 4,77 МГц (сейчас этот показатель в тысячи раз больше), а объем ОЗУ — 64 кбайта (сейчас – в миллионы раз больше). Для хранения информации использовались 5,25-дюймовые флоппи-дисководы. Жесткий диск нельзя было установить из-за недостаточной мощности блока питания.
Интересно, что разработкой компьютера занимались всего четыре человека. Причем IBM не запатентовала ни операционную систему DOS, ни BIOS, что породило огромное количество клонов. Уже в 1996 году IBM уступило первое место по продажам ПК на ею же основанном рынке.
Несмотря на то, что современные гаджеты сильно отличаются по характеристикам от своего предшественника, все они относятся к тому же поколению ЭВМ.
Основные толчки для развития компьютеров дала наука (появление ламп, а затем транзисторов). В настоящее время распространяется ввод информации с голоса, общения с машиной на человеческом языке (приложение Siri в iPhone) и активная работа над роботами. Основное мнение, что будущее – за квантовыми компьютерами, которые будут использовать в своей основе молекулы и нейрокомпьютерами, использующими центральную нервную систему человека и непосредственно его мозг. Однако для того, чтобы эти технологии появились, необходимо досконально изучить эти системы.
Какой прибор пришел на смену электронным лампам
Информатика как наука оперирует вычислительными средствами, которые можно разделить на две категории:
· вычислительные приборы (счеты, логарифмическая линейка, калькулятор) – средства в которых автоматизированы только действия над данными;
· вычислительные машины (ЭВМ разных поколений) – средства в которых автоматизированы и действия над данными и порядок их выполнения.
История развития вычислительных средств уходит своими корнями в далекое прошлое. Исторически первыми вычислительными средствами, несомненно, были пальцы первобытного человека, на смену которым пришли камешки и палочки, пока арабы, наконец, не придумали A бак. Абак представляет собой доску с бороздками, в которые уложены мелкие камешки. Абак не получил широкого распространения, так как доска выполнялась из камня и имела довольно большую массу. Такого недостатка как большая масса нет у другого прибора, который пришел на смену абаку. На рубеже 12 – 13 веков на Руси были изобретены счеты, которые по принципу действия очень напоминают абак, но в тоже время счеты не имеют недостатков присущих вычислительным средствам того времени, наверное, именно это обстоятельство определило столь долгий век счетам, как вычислительному средству, кое-где и сейчас можно встретить счеты.
. Рис. 2 . Блез Паскаль (19.06.1623 – 19.08. 1 662) – выдающийся французский математик, физик, литератор и философ .
Рис. 3 . Готфрид Вильгельм фон Лейбниц .
Рис. 4 . Чарльз Беббид ж.
В 1896 году в США создается компания « Tabulating Machine Company » ( TMC ), основателем которой стал Герман Холлерит. В 1921 году Холлерит покинул компанию, а ее новый руководитель Томас Уотсон в 1924 году переименовал компанию в IBM ( International Business Machines ). Так начиналась эпоха будущего гиганта компьютерной индустрии .
Рис. 5 . Конрад Цу зе (22.06.1910 – 18.12.1995) – немецкий конструктор и изобретатель. Сконструировал первые электромеханические вычислительные машины, придумал первый алгоритмический язык программирования Планкалкюль .
В 1942 году под руководством Джона Экерта и Джона Моучли в США началась разработка быстродействующей электронной вычислительной машины, которая получила название ENIAC (название образовано как аббревиатура английских слов «электронный числовой интегратор и вычислитель»). Вскоре к разработке проекта примкнул Джон фон Нейман, которому удалось внести серьезные усовершенствования в проект и сформулировать основные принципы работы электронных вычислительных машин (ЭВМ). Создание ENIAC открыло эру электронных вычислительных машин, которые за свою чуть более чем полувековую историю прошли четыре поколения своего развития.
Поколения ЭВМ определяются элементной базой, на которой построена вычислительная система. Первое поколение ЭВМ имело элементную базу – вакуумные электронные лампы, отсюда вытекали большие размеры первых электронных вычислительных машин и высокое потребление энергии
Рис. 6 Сергей Алексеевич Лебедев .
В середине 50-х годов ХХ века началось производство полупроводниковых приборов, которые пришли на смену электронным лампам. Именно полупроводники определили начало второго поколения вычислительной техники. Применение полупроводников позволило резко уменьшить габариты вычислительных машин и значительно снизить энергопотребление.
Третье поколение ЭВМ в своей основе имеет интегральные схемы, которые на одном кристалле полупроводника объединяют десятки и сотни полупроводниковых приборов, что позволило еще уменьшить габариты ЭВМ и еще уменьшить энергопотребление.
Переход от интегральных схем к большим интегральным схемам (БИС) ознаменовал начало четвертого поколения ЭВМ. БИС содержат тысячи, а сегодня уже миллионы полупроводниковых приборов на одном кристалле полупроводника. Именно применение БИС позволило довести размеры вычислительных машин до миниатюрных, которые мы имеем на сегодняшний день
В начале 70-х годов ХХ века Гордон Мур сформулировал закон, который носит его имя, согласно которому: каждые полтора, два года количество полупроводниковых приборов на одном кристалле будет удваиваться. До сегодняшнего дня закон Мура выполняется с заметным постоянством и сегодня мы имеет сотни миллионов полупроводниковых приборов на одном кристалле большой интегральной схемы.
Как вы уже поняли, сегодня мы работаем с ЭВМ 4-го поколения, поэтому немного подробней в своем рассмотрении остановимся именно на этих машинах.
Рис.8 Стив Возняк соучредитель американской корпорации Apple Inc .
Рис. 7 Стив Джобс со-основатель и исполнительный директор американской корпорации Apple Inc .
К этому времени кампания IBM серийно выпускала большие ЭВМ третьего поколения IBM 360 и IBM 370, которые по праву считались одними из лучших в мире. Идея создания персональной ЭВМ взбудоражила умы инженеров IBM , и в 1981 году ими был создан первый образец персональной ЭВМ – IBM PC . Данная модель вычислительной машины конструктивно значительно отличалась от модели Джобса и Возняка благодаря принципу открытой архитектуры примененному инженерами IBM . В IBM PC была заложена возможность усовершенствования отдельных частей компьютера и использования новых устройств. Фирма IBM обеспечила возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей. Принцип, при котором метод соединения различных устройств с IBM PC был стандартизован, известен и доступен всем желающим, был назван принципом открытой архитектуры.
Именно принцип открытой архитектуры позволил сделать компьютер действительно персональным и у любого человека аббревиатура ПЭВМ (буква П означает персональная) прочно ассоциируется с IBM . Указанный принцип позволил фирме IBM стать лидером в производстве ПЭВМ, это было так же обусловлено тем, что к выпуску подобных ЭВМ ( IBM совместимых) приступил целый ряд известных фирм, таких как Compaq , HP , Dell и т.д. Сегодня порядка 80 – 85 % персональных компьютеров во всем мире составляют именно IBM совместимые машины, которые отличаются от первых IBM PC так же, как современный океанский лайнер от парусника Колумба .
Подводя итоги можно выделить несколько основных этапов в развитии вычислительных средств:
1. Пальцевый (продолжался от появления человека до IX века нашей эры);
2. Механический ( IX век — н ачало XIX века);
3. Аналитический (середина XIX века — начало ХХ века);
4. Электромеханический (начало ХХ века — 1942 год);
5. Электронный (1942 г. — наши дни).
Какой прибор пришёл на смену электронным лампам в середине прошлого века, 10 букв
Ответ на вопрос в сканворде (кроссворде) «Какой прибор пришёл на смену электронным лампам в середине прошлого века», 10 букв (первая — т, последняя — р):
т р а н з и с т о р
(ТРАНЗИСТОР) 0 0
Другие определения (вопросы) к слову «транзистор» (22)
- Карманное радио
- И биполярный, и полевой
- Радиоприемник в просторечье
- Полупроводниковый элемент
- Полупроводниковый прибор, служащий для генерирования и усиления электрических колебаний
- Полупроводниковый прибор
- Деталь в приемнике
- Портативный радиоприемник
- Полупроводник в процессоре
- Эмиттер, база и коллектор
- Полупроводниковый прибор, усиливающий, генерирующий и преобразующий электрические колебания
- https://sinonim.org/sc
- Портативный радиоприемник с такими приборами
- Полупроводниковое устройство, способное к усилению
- Радиоприемник
- Электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов
- «Трёхногий» полупроводник
- Биполярный …
- В 1947 году физики Шокли, Бардин и Браттейн создали первый такой полупроводниковый прибор
- Радиоприёмник, более совершенный, чем ламповый
- Радио, карманное радио
- Трехэлектродный полупроводниковый прибор, управляемый вентиль
- Полупроводниковый прибор, усилитель электрических сигналов
- техн. (техническое) трёхполюсный полупроводниковый электронный прибор, изменяющий своё сопротивление при приложении напряжения на управляющий электрод ◆ Эти сигналы усиливаются по мощности двухкаскадным усилителем с непосредственными связями на разнополярных транзисторах . В. В. Матвеев, «Система управления электромеханическими часами со звуковым сопровождением», 2002 г.
- разг. (разговорное) , устар. (устаревшее) переносной радиоприёмник на транзисторах ◆ Вернулся я из леса, норвежского леса на берегу озера, включил транзистор , послушал последние известия и вдруг слышу, как Завадский поздравляет Вас! Щеглов Алексей, «Фаина Раневская: вся жизнь», 2003 г.
Значение слова
ТРАНЗИ́СТОР, -а, мужской род
1. Полупроводниковый прибор для усиления и преобразования электрических сигналов.
2. Транзисторный радиоприемник. После работы пришла деревенская неженатая молодежь, гармонь принесли, два транзистора. Шим, Мальчик в лесу.
Транзи́стор (английское transistor ), полупроводнико́вый трио́д — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный небольшим входным сигналом управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем.
Транзисторами также называются дискретные электронные приборы, которые, выполняя функцию одиночного транзистора, имеют в своём составе несколько элементов, конструктивно являясь интегральной схемой, например, составной транзистор или многие транзисторы большой мощности.
Транзисторы по структуре, принципу действия и параметрам делятся на два класса — биполярные и полевые (униполярные). В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости, он работает за счёт взаимодействия двух близко расположенных на кристалле p-n-переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом вывод эмиттера в схеме «с общим эмиттером» является общим для управляющего и выходного токов. Существуют также схемы «с общим коллектором (эмиттерный повторитель)» и «с общей базой». В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости, расположенный в виде тонкого канала, на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора, управление осуществляется изменением напряжения между затвором и истоком. Полевой транзистор, в отличие от биполярного, управляется напряжением, а не током. В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). В цифровой технике, в составе микросхем (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. В 1990-е годы был разработан новый тип гибридных биполярно-полевых транзисторов — IGBT, которые сейчас широко применяются в силовой электронике.
В 1956 году за исследования транзисторного эффекта Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике.
К 1980-м годам транзисторы, благодаря своей миниатюрности, экономичности, устойчивости к механическим воздействиям и невысокой стоимости, практически полностью вытеснили электронные лампы из малосигнальной электроники. Благодаря своей способности работать при низких напряжениях и значительных токах, транзисторы позволили уменьшить потребность в электромагнитных реле и механических переключателях в оборудовании, а благодаря способности к миниатюризации и интеграции позволили создать интегральные схемы, заложив основы микроэлектроники. С 1990-х в связи с появлением новых мощных транзисторов, стали активно вытесняться электронными устройствами трансформаторы, электромеханические и тиристорные ключи в силовой электротехнике, начал активно развиваться частотно-регулируемый привод и инверторные преобразователи напряжения.
На принципиальных схемах транзистор обычно обозначается «VT» или «Q» с добавлением позиционного индекса, например, VT12. В русскоязычной литературе и документации в XX веке до 70-х годов применялись также обозначения «Т», «ПП» (полупроводниковый прибор) или «ПТ» (полупроводниковый триод).
Что искали другие
- Основы этого литературного направления заложил А.С. Пушкин
- Небольшой военный корабль с пушками
- Приплюснутая окружность, математический овал
- Алкоголь
- Кто такая дриада?
Случайное
- С неё прыгают в воду
- Органическое вещество, вырабатываемое живой клеткой
- Японский острый хрен
- Истощение сил, средств
- Один из крупнейших американских интернет-магазинов
- Поиск занял 0.011 сек. Вспомните, как часто вы ищете ответы? Добавьте sinonim.org в закладки, чтобы быстро искать их, а также синонимы к любым словам, антонимы, ассоциации и предложения.
История транзисторов
Одним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на замену электронным лампам.
Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.
Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы – транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.
Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по физике.
Но, как и многие великие изобретения, транзистор был замечен не сразу. Лишь в одной из американских газет было упомянуто, что фирма Bell Telephone Laboratories продемонстрировала созданный ею прибор под названием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в некоторых областях электротехники вместо электронных ламп.
Показанный транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм и демонстрировался в приемнике, не имевшем электронных ламп. Ко всему прочему, фирма уверяла, что прибор может использоваться не только для усиления, но и для генерации или преобразования электрического сигнала.
Рис. 1. Первый транзистор
Рис. 2. Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн. За сотрудничество в разработке первого в мире действующего транзистора в 1948 году они разделили Нобелевскую премию 1956 года.
Но возможности транзистора, как, впрочем, и многих других великих открытий, были поняты и оценены не сразу. Чтобы вызвать интерес к новому прибору, фирма Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его производство.
Производители электронных ламп не видели в транзисторе серьезного конкурента, ведь нельзя было так сразу, одним махом, сбросить со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные денежные вложения в их развитие и производство. Поэтому транзистор вошел в электронику не так быстро, поскольку эпоха электронных ламп еще продолжалась.
Рис. 3. Транзистор и электронная лампа
Первые шаги к полупроводникам
С давних времен в электротехнике использовались в основном два вида материалов – проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток обладают металлы, растворы солей, некоторые газы. Эта способность обусловлена наличием в проводниках свободных носителей заряда – электронов. В проводниках электроны достаточно легко отрываются от атома, но для передачи электрической энергии наиболее пригодны те металлы, которые обладают низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).
К изоляторам относятся вещества с высоким сопротивлением, у них электроны очень крепко связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Поэтому свободных зарядов в этих веществах нет, а значит нет и электрического тока.
Здесь уместно вспомнить формулировку из учебников физики, что электрический ток это есть направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля. В изоляторах двигаться под действием электрического поля просто нечему.
Однако, в процессе исследования электрических явлений в различных материалах некоторым исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. Например, первый кристаллический детектор (диод) создал в 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе контакта свинца и пирита. (Пирит – железный колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил название от греческого «пир» — огонь). Позднее этот детектор с успехом заменил когерер в первых приемниках, что значительно повысило их чувствительность.
В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди обнаружил, что ее проводимость возрастает в 24 раза при наличии примеси йода, хотя сам йод проводником не является. Но все это были случайные открытия, которым не могли дать научного обоснования. Систематическое изучение полупроводников началось лишь в 1920 — 1930 годы.
Большой вклад в изучение полупроводников внес советский ученый сотрудник знаменитой Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев . Он вошел в историю в первую очередь как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на основе диода) и светодиода. Подробнее об этом смотрите здесь: История светодиодов. Свечение Лосева.
На заре производства транзисторов основным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он весьма экономичен, напряжение отпирания его pn – перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие параметры нестабильны, поэтому на замену ему пришел кремний (Si).
Температура, при которой работоспособны германиевые транзисторы не более 60 градусов, в то время, как кремниевые транзисторы могут продолжать работать при 150. Кремний, как полупроводник, превосходит германий и по другим свойствам, прежде всего по частотным.
Кроме того, запасы кремния (обычный песок на пляже) в природе безграничны, а технология его очистки и обработки проще и дешевле, нежели редкого в природе элемента германия. Первый кремниевый транзистор появился вскоре после первого германиевого — в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое название «кремниевый век», не надо путать с каменным!
Рис. 4. Эволюция транзисторов
Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»
Вы никогда не задумывались над тем, почему в последнее время практически все компьютеры стали многоядерными? Термины двухъядерный или четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что увеличение производительности микропроцессоров методом повышения тактовой частоты, и увеличения количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур практически приблизилось к пределу.
Увеличение количества полупроводников в одном корпусе достигается за счет уменьшения их физических размеров. В 2011 году фирма INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Однако, такое уменьшение не приносит ощутимого прироста тактовой частоты, как это было вплоть до 90 нм технологий. Совершенно очевидно, что пора переходить на что-то принципиально новое.
Рис. 5. История транзисторов
Графен – полупроводник будущего
В 2004 году учеными–физиками был открыт новый полупроводниковый материал графен. Этот основной претендент на замену кремнию также является материалом углеродной группы. На его основе создается транзистор, работающий в трех разных режимах.