История развития компьютерной техники

| Категория реферата: Рефераты по информатике, программированию
| Теги реферата: баллов, изложение 9
| Добавил(а) на сайт: Шайнюк.

В отличие от полукустарной работы Цузе в Берлине английский проект относился к разработкам самого высокого приоритета; он осуществлялся в рамках проекта “Ультра”, целью которых был поиск способов расшифровки немецких кодов. Идея проекта “Ультра” зародилась после весьма успешной операции, проведенной польской разведкой. Еще до оккупации Польши Германией в 1939 г. поляки умудрились создать точную копию немецкого шифровального аппарата “Загадка” и переправить его в Англию вместе с описанием принципа работы.

Аппарат “Загадка” представлял собой электромеханический телепринтер, в котором шифровка сообщений производилась случайным поворотом рычагов.
Отправитель настраивал телепринтер на определенный ключ, вставлял набор штырьков в ячейки (подобно тому как это делается на телефонном коммутаторе) в соответствии с определенной схемой и печатал сообщение. После этого машина автоматически передовала сообщение в зашифрованном виде. Кроме этого поляки ничего не могли сказать англичанам. Без ключа и схемы коммутации (их немцы меняли три раза в день) даже использование в качестве приемника еще одного устройства “Загадка” было бесполезно.

В надежде раскрыть секрет “Загадки” британская разведка собрала группу блестящих и несколько эксцентричных ученых и поселила их в Блетчли-
Парке, обширном имении викторианской эпохи, расположенном неподалеку от
Лондона, изолировав от остального мира.

Сначала удалось создать несколько дешифраторов, в которых использовались электромеханические переключатели такого же типа, как у
Конрада Цузе в Берлине, Джона Стибица в “Бэлл телефон лабораторис” и
Говарда Эйкена в Гарвардском университете. Эти машины работали по существу
“методом проб и ошибок”, перебирая до бесконечности всевозможные комбинации из символов немецкого кода, пока не возникал какой-нибудь осмысленный фрагмент. Однако в конце 1943 г. затворники Блетчли-Парка сумели построить гораздо более мощные машины. Вместо электромеханических реле в них содержалось около 2000 электронных вакуумных ламп. Примечательно, что именно такую технологию предлагал Цузе для создания новой машины, признанной в Германии нецелесообразной. Даже количество ламп было то же самое. Англичане назвали новую машину “Колосс”.

Тысячи перехваченных за день неприятельских сообщений вводились в память “Колосса” в виде символов, закодированных на перфоленте. Ленту вводили в фотоэлектрическое считывающее устройство, которое сканировало ее с удивительной скоростью—5000 символов в секунду, после чего в поисках соответствия машина сопостовляла зашифрованное сообщение с уже известными кодами “Загадки”. Каждая машина имела пять считывающих устройств, в результате за секунду обрабатывалось поразительное количество информации: около 25000 символов.

Хотя использование вакуумных ламп ознаменовало крупный шаг вперед в развитии вычислительной техники, “Колосс” все же был специализированной машиной, применение которой ограничивалось расшифровкой секретных кодов.
Однако на другом берегу Атлантического океана, в Филадельфии, потребности военного времени способствовали созданию устройства, которое по принципам работы и применению было уже ближе к теоритической универсальной машине
Алана Тьюринга (ученого, внесшего наибольший вклад в создание “Колосса”).
Машина “Эниак” (ENIAC, аббревиатура от Electronic Numerical Integrator and
Computer—электронный цифровой интегратор и вычислитель), подобно “Марку-1”
Говарда Эйкена, также предназначалась для решения задач баллистики. Но в итоге она оказалась способной решать задачи из самых различных областей.

ПОЯВЛЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Война разрасталась, военные разработки требовали ускорения,
Лаборатория баллистических исследований министерства обороны США не справлялась с работой и в конце концов была вынуждена обратиться за помощью. В расположенном наподалеку Высшем техническом училище
Пенсильванского университета был создан вспомогательный вычислительный центр. Училище располагало дифференциальным анализатором, однако двое сотрудников вычислительного центра, Джон У. Мочли и Дж. Преспер Экерт, вознамерились придумать кое-что получше.

9 апреля 1943 г.—в день, когда Экерту исполнилось 24 года,—армия заключила с училищем контракт на $400000, предусматривающий создание компьютера “Эниак”. Группа специалистов, работавшая над этим проектом, в конечном счете выросла до 50 человек. Мочли был главным консультантом проекта, Экерт—главным конструктором. Разные по своему характеру и привычкам эти два человека прекрасно дополняли друг друга.

Конструкция машины выглядела фантастически сложной—предполагалось, что она будет содержать 17 468 ламп. Такое обилие ламп отчасти объяснялось тем, что “Эниак” должен был работать с десятичными числами. Мочли предпочитал десятичную систему счисления, ибо хотел, чтобы “машина была понятна человеку”. Однако столь большое количество ламп, которые, перегреваясь, выходили из строя, приводило к частым поломкам. При 17000 ламп, одновременно работающих с частотой 100000 имп./с, ежесекундно возникало 1,7 млрд. ситуаций, в которых хотя бы одна из ламп могла не сработать. Экерт решил эту проблему, позаимствовав прием, который широко использовался при эксплуатации больших электроорганов в концертных залах: на лампы стали подавать несколько меньшее напряжение, и количество аварий снизилось до одной-двух в неделю.

В конце 1945 г., когда “Эниак” был наконец собран и готов к проведению первого официального испытания, война, нуждам которой он был призван служить, окончилась. Однако сама задача, выбранная для проверки машины,—расчеты, которые должны были ответить на вопрос о принципиальной возможности создания водородной бомбы,—указывала на то, что роль компьютера в последние годы и годы “холодной войны” не снижалась, а скорее возростала.

“Эниак” успешно выдержал испытания, обработав около миллиона префокарт фирмы IBM. Спустя два месяца машину продемонстрировали представителям прессы. По своим размерам (около 6 м в высоту и 26 м в длину) этот компьютер более чем вдвое превосходил “Марк-1” Говарда Эйкена.
Однако двойное увеличение в размерах сопровождалось тысячекратным увеличением в быстродействии. По словам одного восхищенного репортера,
“Эниак” работал “быстрее мысли”.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГРАММ, ХРАНИМЫХ В ПАМЯТИ

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

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

НАЧАЛО КОНКУРЕНЦИИ

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

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

ЭВОЛЮЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

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

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

СОЗДАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ

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

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

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