История развития компьютеров — период до появления первого ПК

Современные компьютеры

Рождение персонального компьютера

Персональный компьютер компании IBM

20 лет спустя



История развития компьютеров — период до появления первого ПК:

Персональный компьютер (ПК) стал воплощением множества открытий и изобретений. Прежде чем обсуждать его устройство и возможности, скажем несколько слов об основных этапах развития компьютерной технологии. Первые компьютеры были очень похожи на простейшие калькуляторы. Они прошли путь от простых механических до сложных цифровых электронных устройств.

Основные этапы развития компьютеров:

Ниже перечислены события, которые тем или иным образом повлияли на развитие ком пьютерной техники.
?? 1617 год. Джон Непер (John Napier) создал деревянную машину для выполнения про стейших вычислений.
?? 1642 год. Блез Паскаль (Blaise Pascal) описал машину для суммирования чисел.
?? 1822 год. Чарльз Баббадж (Charles Babbage) представил механическое устройство, на званное позднее аналитической машиной, которую можно считать первой настоящей вычислительной машиной.
?? 1906 год. Ли Ди Форест (Lee DeForest) запатентовал вакуумный триод, использовав шийся в качестве переключателя в первых электронных компьютерах.
?? 1937 год. Джон В. Атанасов (John V. Atanasoff) начинает работу над компьютером Атанасова–Берри (ABC), который впоследствии будет официально признан первой электронно-вычислительной машиной.
?? 1943 год. Англичанин Алан Тьюринг (Alan Turing) разрабатывает Colossus, секретный специализированный компьютер, предназначенный для расшифровки перехваченных сообщений немецких войск.
?? 1945 год. Джон фон Нейман (John Von Neumann) написал статью First Draft of a Report on the EDVAC, в которой рассматривалась архитектура современных программируе мых компьютеров.
?? 1946 год. Джоном Мошли (John Mauchly) и Дж. Преспером Экертом (J. Presper Eckert) создана электронно-вычислительная машина ENIAC.
?? 1947 год. 23 декабря Джоном Бардином (John Bardeen), Уолтером Браттейном (Walter Brattain) и Уильямом Шокли (William Shockley) был успешно протестирован первый транзистор, совершивший переворот в полупроводниковой технике.
?? 1949 год. В Кембриджском университете Морис Вилкс (Maurice Wilkes) создал первый практический программируемый компьютер EDSAC.
?? 1950 год. Исследовательская организация в Миннеаполисе представила первый ком мерческий компьютер ERA 1101.
?? 1952 год. В U.S. Census Bureau был установлен компьютер UNIVAC I.
?? 1953 год. Компания IBM создала первый электронный компьютер 701.
?? 1954 год. Впервые появился в продаже полупроводниковый транзистор стоимостью 2,5 доллара, созданный Гордоном Тилом (Gordon Teal) в фирме Texas Instruments, Inc. История развития eомпьютеров — период до появления первоaо ПК 43
?? 1954 год. IBM выпустила первый массовый калькулятор 650; в течение этого же года было продано 450 экземпляров данной модели.
?? 1955 год. Компания Bell Laboratories анонсировала первый транзисторный компьютер TRADIC.
?? 1956 год. В Массачусетском технологическом институте создан первый многоцелевой транзисторный программируемый компьютер TX-0.
?? 1956 год. С появлением модели IBM 305 RAMAC начинается эра устройств магнитно го хранения данных.
?? 1958 год. Джек Килби (Jack Kilby), сотрудник компании Texas Instruments, создает первую интегральную схему, состоящую из транзисторов и конденсаторов на одной полупроводниковой пластине.
?? 1959 год. Компания IBM создает серию мэйнфреймов 7000 — первых транзисторных компьютеров для крупных компаний.
?? 1959 год. Роберт Нойс (Robert Noyce) — компании Fairchild Camera и Instrument Corp. — создает интегральную схему, располагая соединительные каналы непосредст венно на кремниевой пластине.
?? 1960 год. Компания Bell Labs разработала первый коммерческий модем Dataphone, преобразующий цифровые компьютерные данные в аналоговый сигнал для передачи его по сети.
?? 1960 год. В компании DEC создан первый мини-компьютер PDP-1 стоимостью 120 тыс. долларов.
?? 1961 год. По данным журнала Datamation, продукция IBM занимала 81,2% компью терного рынка; в этом году IBM анонсировала серию систем 1400.
?? 1964 год. Суперкомпьютер CDC 6600, созданный Сеймуром Креем (Seymour Cray), выполнял около 3 млн инструкций в секунду, что в три раза больше, чем у его бли жайшего конкурента IBM Stretch.
?? 1964 год. IBM анонсировала семейство компьютеров System/360 (шесть совместимых модификаций и 40 периферийных устройств).
?? 1964 год. Впервые в мире была проведена транзакция в реальном времени на системе IBM SABRE.
?? 1965 год. Компания Digital Equipment Corporation анонсировала первый успешный коммерческий проект мини-компьютера PDP-8.
?? 1966 год. Компания Hewlett-Packard представила компьютер для бизнеса HP-2115, ко торый по производительности не уступал большим корпоративным системам.
?? 1970 год. Впервые в мире осуществлена связь между двумя компьютерами; первые че тыре узла сети ARPAnet — университет Калифорнии, UCLA, SRI International и уни верситет штата Юта.
?? 1971 год. В лаборатории IBM в Сан-Хосе создана 8-дюймовая дискета.
?? 1971 год. В журнале Electronic News впервые появилась реклама микропроцессоров Intel 4004.
?? 1971 год. В журнале Scientific American впервые появилась реклама одного из первых персональных компьютеров Kenback-1 стоимостью 750 долларов.
?? 1972 год. Компания Hewlett-Packard представила систему HP-35 с постоянной памятью.
?? 1972 год. Дебют микропроцессора Intel 8008. 44 Глава 1. Происхождение персональных kомпьютеров
?? 1972 год. Стив Возняк (Steve Wozniak) создал “синий ящик” — генератор тональной частоты, позволяющий осуществлять бесплатные телефонные звонки.
?? 1973 год. Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) описал метод сетевого соединения Enternet в исследовательском центре Пало Альто фирмы Xerox.
?? 1973 год. Компания Micral выпустила первый коммерческий персональный компьютер на основе микропроцессора Intel 8008.
?? 1973 год. Дон Ланкастер (Don Lancaster) создал на основе телевизионного приемника первый буквенно-цифровой монитор TV Typewriter.
?? 1974 год. В исследовательском центре Пало Альто компании Xerox создана рабочая станция, в качестве устройства ввода которой использовалась мышь.
?? 1974 год. Компания “Селби” (Scelbi) известила о создании Селби-8Н — первого ком мерческого компьютера на базе микропроцессора 8008 компании Intel.
?? 1975 год. Появилась первая коммерческая сеть с пакетной коммутацией Telnet — гра жданский аналог сети ARPAnet.
?? 1975 год. В январском выпуске журнала Popular Electronics описан компьютер Altair 8800, созданный на базе процессора Intel 8080.
?? 1975 год. Прототип модуля визуального отображения (VDM), разработанный Ли Фел зенштейном (Lee Felsenstein), стал первой реализацией алфавитно-цифрового дисплея с общей памятью для персональных компьютеров.
?? 1976 год. Стив Возняк (Steve Wozniak) создал одноплатовый компьютер Apple I.
?? 1976 год. Компанией Shugart Associates анонсирован первый 5,25-дюймовый гибкий диск и дисковод.
?? 1976 год. Создан первый коммерческий векторный процессор Cray I.
?? 1977 год. Компания Tandy Radio Snack выпустила компьютер TSR-80.
?? 1977 год. Создан компьютер Apple II.
?? 1977 год. Компания Commodore выпустила компьютер PET (Personal Electronic Transactor).
?? 1978 год. Компанией Digital Equipment Corporation создан компьютер VAX 11/780, способный адресовать 4,3 Гбайт виртуальной памяти.
?? 1979 год. Компания Motorola выпустила микропроцессор 68000.
?? 1980 год. Джон Шох (John Shoch) из исследовательского центра Пало Альто компании Xerox обнаружил первого компьютерного “червя” — небольшую программу, которая распространялась в сети в поиске свободных процессоров.
?? 1980 год. Компания Seagate Technologies выпустила первый жесткий диск для микро компьютеров.
?? 1980 год. Разработан первый оптический диск, емкость которого в 60 раз превышала емкость 5,25-дюймового гибкого диска.
?? 1981 год. Компания Xerox представила Star — первый персональный компьютер с пользовательским графическим интерфейсом (GUI).
?? 1981 год. Адам Осборн (Adam Osborne) выпустил первый портативный компьютер Osborne I стоимостью 1 795 долларов.
?? 1981 год. IBM выпустила свой первый персональный компьютер PC.
?? 1981 год. Компания Sony анонсировала первую 3,5-дюймовую дискету и дисковод.
?? 1983 год. Компания Apple выпустила компьютер Lisa с первым графическим интер фейсом пользователя.
История развития eомпьютеров — период до появления первого ПК 45 ?? 1983 год. Компания Compaq Computer Corp. выпустила первый клон компьютера IBM PC.
?? 1984 год. Компания Apple начала выпускать первый “обреченный” на успех компью тер с графическим интерфейсом пользователя, который принес 1,5 млн долларов толь ко за этот год.
?? 1984 год. IBM выпустила PC-AT (PC Advanced Technology), быстродействие которого в три раза превосходит ранее созданные модели. Этот компьютер разработан на базе микропроцессора Intel 286 и содержит 16-разрядную шину ISA. Компьютер АТ счита ется родоначальником всех современных ПК.
?? 1985 год. Компанией Philips выпущен первый музыкальный компакт-диск и накопи тель CD-ROM.
?? 1986 год. Компания Compaq выпустила компьютер Deskpro 386, в котором впервые был установлен процессор Intel 386.
?? 1987 год. IBM приступила к производству компьютеров семейства PS/2, в которых был установлен 3,5-дюймовый дисковод и VGA-видеоадаптер.
?? 1988 год. Один из основателей Apple Стив Джобс (Steve Jobs) покинул эту фирму и создал собственную компанию NeXT.
?? 1988 год. Компания Compaq и другие производители PC-совместимых систем разра ботали новую, улучшенную архитектуру компьютера.
?? 1988 год. Роберт Моррис (Robert Morris) создал и запустил своего “червя” в сеть ARPAnet; заражено по различным оценкам от 6 до 60 тыс. узлов.
?? 1989 год. Компания Intel выпускает процессор 486, который содержит 1 млн транзисторов.
?? 1990 год. Тим Бернерс-Ли (Tim Berners-Lee), сотрудник Женевской лаборатории физи ки высоких энергий (CERN), разработал гипертекстовый язык разметки (HTML), тем самым начав эру всемирной паутины World Wide Web —WWW.
?? 1993 год. Компания Intel выпустила первый процессор Pentium из семейства P5. Кроме выпуска процессора, Intel разработала для него набор микросхем системной логики.
?? 1995 год. Компания Intel начала продавать процессор Pentium Pro — первого предста вителя семейства P6.
?? 1995 год. Компания Microsoft представила первую 32-разрядную операционную сис тему Windows 95.
?? 1997 год. Компания Intel выпустила процессор Pentium II, построенный на базе Pentium Pro с поддержкой инструкции MMX.
?? 1997 год. Компания AMD представила процессор K6, совместимый с Intel P5 (Pentium).
?? 1998 год. Компания Microsoft анонсировала новую версию своей операционной систе мы Windows 98.
?? 1998 год. Компания Intel представила процессор Celeron — более дешевую версию Pentium II.
?? 1999 год. Компания AMD представила процессор Athlon.
?? 1999 год. Компания Intel выпустила процессор Pentium III, построенный на базе Pentium II с поддержкой инструкции SSE (Streaming SIMD Extensions).
?? 2000 год. Компания Microsoft выпустила ОС Windows Me (Millennium Edition) и Windows 2000.
?? 2000 год. Компании Intel и AMD объявили о выпуске процессоров с тактовой частотой 1 ГГц.
46 Глава 1. Происхождение персональных eомпьютеров ?? 2000 год. Компания AMD представила Duron, более дешевую версию процессора Athlon с уменьшенным объемом кэш-памяти второго уровня.
?? 2000 год. Компания Intel представила Pentium IV, новейший процессор с 32-разрядной архитектурой (IA-32) семейства Intel.
?? 2000 год. Компания Intel выпустила процессор Itanium, первый 64-разрядный (IA-64) процессор для ПК.
Естественно, этот список не претендует на полноту. В нем представлены только наиболее значимые события, которые оказали решающее влияние на развитие компьютерной индустрии.

Механические калькуляторы

Одним из самых первых вычислительных устройств является абак, используемый уже более 2000 лет. Абак представляет собой деревянную раму, содержащую ряд параллельных прутьев с камешками или костяшками. Существует ряд правил, согласно которым костяшки перемещают ся в правую или левую сторону, таким образом позволяя выполнять различные арифметические операции. (Бухгалтерские счеты, например, являются дальним родственником абака.) Первая европейская машина была создана Непером (создателем логарифмов) в начале XVII века. Она могла выполнять операцию умножения двух чисел.
В 1642 году Блез Паскаль создал прообраз цифровой вычислительной машины, позво ляющей проводить операции сложения чисел. Машина предназначалась отцу Паскаля, кото рый работал сборщиком налогов. Позднее, в 1671 году, Готфрид Вильгельм фон Лейбниц разработал вычислительную машину, построив ее только в 1694 году. Она позволяла выпол нять операции сложения и умножения чисел.
Первый коммерческий механический калькулятор был создан Чарльзом Ксавьером Тома сом в 1820 году. Это была “совершенная” машина — она выполняла операции сложения, вы читания, умножения и деления.

Первый механический компьютер

Отцом этого компьютера можно по праву назвать Чарльза Баббаджа, профессора матема тики Кембриджского университета. Эта машина, созданная в 1812 году, могла решать поли номиальные уравнения различными методами. Создав в 1822 году небольшую рабочую мо дель своего компьютера и продемонстрировав ее Британскому правительству, Баббадж полу чил 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.
Работа над этим проектом продолжалась еще 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 1 000 чисел. Впервые в этой машине было реализовано условное выполнение операций — прообраз современного оператора IF. Аналитическая машина Баббаджа с полным основанием считается предшественником совре менного компьютера, так как содержит все ключевые элементы, из которых состоит компьютер.
?? Устройство ввода данных. В машине Баббаджа был применен принцип ввода данных с помощью перфокарт, когда-то используемый в ткацких станках на текстильных фабриках.
?? Блок управления. Для управления, или программирования вычислительного устройства использовался барабан, содержащий множество пластин и штифтов. История развития eомпьютеров — период до появления первоaо ПК 47
?? Процессор (или вычислительное устройство). Вычислительная машина высотой око ло 10 футов, содержащая в себе сотни осей и несколько тысяч шестеренок.
?? Запоминающее устройство. Блок, содержащий еще больше осей и шестеренок, по зволяющий хранить в памяти до тысячи 50-разрядных чисел.
?? Устройство вывода. Пластины, связанные с соответствующей печатной машиной, ис пользовались для печати полученных результатов.
К сожалению, из-за недостаточной точности механической обработки шестеренок и меха низмов первый потенциальный компьютер так и не был полностью построен. Технологиче ский уровень производства того времени был слишком низок.
Интересно, что идея использования перфорационных карт, впервые предложенная Баб баджем, воплотилась только в 1890 году. В том году проводился конкурс на лучший метод табулирования материалов переписи США, победителем которого стал служащий бюро пе реписи Герман Холлерит (Herman Hollerith), предложивший идею перфокарт. Для ручной об работки данных переписи служащим бюро потребовались бы целые годы. Использование же перфорационных карт позволило уменьшить время табулирования примерно до шести не дель. Впоследствии Холлерит основал Tabulating Machine Company, которая многие годы спустя стала известна как IBM.
Одновременно с другими фирмами IBM разработала целую серию улучшенных счетно перфорационных систем, содержавших огромное количество электромеханических реле и микродвигателей. Системы позволяли автоматически устанавливать определенное количест во перфокарт в положение считывание”, выполнять операции сложения, умножения и сорти ровки данных, а также выводить результаты вычислений на перфорационных картах. Такие счетно-аналитические машины позволяли обрабатывать от 50 до 250 перфокарт в минуту, каждая из которых могла содержать 80-разрядные числа. Перфорационные карты служили не только в качестве средств ввода и вывода, но и как хранилища данных. На протяжении более чем 50 лет счетно-перфорационные машины использовались для самых разных математиче ских вычислений и стали основой зарождения многих компьютерных компаний.

Электронные компьютеры

Физик Джон В. Атанасов вместе с Клиффордом Берри (Clifford Berry) с 1937 по 1942 год работали в университете штата Айова над созданием первой цифровой электронно вычислительной машины. Компьютер Атанасова–Берри (названный впоследствии ABC — Atanasoff-Berry Computer) стал первой системой, в которой были использованы современные цифровые коммутационные технологии и вакуумные лампы, а также концепции двоичной арифметики и логических схем. После долгого судебного разбирательства федеральный судья США Эрл Р. Ларсон (Earl R. Larson) аннулировал 19 октября 1973 года патент, ранее выдан ный Экерту (Eckert) и Мочли (Mauchly), официально признав Атанасова изобретателем пер вого электронного цифрового компьютера.
Использование вычислительной техники во время второй мировой войны послужило серьезным толчком для развития компьютеров. В 1943 году англичанин Алан Тьюринг за вершил работу над созданием военного компьютера “Колосс”, используемого для расшиф ровки перехваченных немецких сообщений. К сожалению, работа Тьюринга не была оценена по достоинству, так как конструкция “Колосса” в течение еще многих лет после окончания войны хранилась в секрете.
Помимо расшифровки неприятельских кодов, постепенно возникла потребность в выпол нении баллистических расчетов и решении других военных задач. В 1946 году, Джон П. Екерт (John P. Eckert) и Джон В. Мочли (John W. Mauchly) вместе с сотрудниками школы 48 Глава 1. Происхождение персональных kомпьютеров электротехники Мура университета штата Пенсильвания создали первую комплексную элек тронно-вычислительную машину для военных целей. Эта система получила название ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator). Она работала с десятизначными числами и вы полняла операции умножения со скоростью около 300 произведений в секунду, находя значе ния каждого произведения в таблице умножения, хранящейся в оперативной памяти. Произ водительность этой системы была примерно в 1 000 раз выше, чем у электромеханических релейных вычислительных машин предыдущего поколения.
В компьютере ENIAC использовалось около 18 тыс. вакуумных ламп, он занимал полезную площадь, равную примерно 167 квадратным метрам и потреблял приблизительно 180 тыс. ватт. Для ввода и вывода данных использовались перфорационные карты, регистры выполняли роль сумматоров, а также предоставляли доступ вида чтение/запись к хранилищу данных. Исполняемые команды, составляющие ту или иную программу, создавались с помощью определенной монтажной схемы и переключателей, которые управляли ходом вычислений. По существу, для каждой выполняемой программы приходилось изменять монтажную схему и расположение переключателей.
Патент на электронно-вычислительную машину был первоначально выдан Екерту и Моч ли. Но впоследствии, как вы уже знаете, этот патент был аннулирован и предоставлен Джону Атанасову, создавшему компьютер Атанасова–Берри (АВС).
Немногим ранее, в 1945 году, математик Джон фон Нейман (John von Neumann) доказал, что компьютер представляет собой целостную физическую структуру и может эффективно выполнять любые вычисления с помощью соответствующего программного управления без изменения аппаратной части. Другими словами, программы можно изменять, не меняя аппа ратного обеспечения. Этот принцип стал основным и общепринятым правилом для будущих поколений быстродействующих цифровых компьютеров.
Первое поколение современных программируемых электронно-вычислительных машин, использующих описанные нововведения, появилось в 1947 году. В их число вошли коммер ческие компьютеры EDVAC и UNIVAC, в которых впервые использовалось оперативное за поминающее устройство (ОЗУ), предназначенное для хранения данных и модулей програм мы. Как правило, программирование выполнялось непосредственно на машинном языке, не смотря на то что к середине 50-х годов в этой области науки был сделан большой шаг вперед. Символом новой компьютерной эры стал UNIVAC (Universal Automatic Computer) — первый по-настоящему универсальный буквенно-цифровой компьютер. Он применялся не только в научных или военных, но и в коммерческих целях.

Современные компьютеры

После появления UNIVAC темпы эволюции компьютеров заметно ускорились. В первом поколении компьютеров использовались вакуумные лампы, на смену которым пришли мень шие по размерам и более эффективные транзисторы.

От электронных ламп к транзисторам

Современный компьютер представляет собой набор электронных переключателей, кото рые используются как для представления информации в двоичном коде (в виде двоичных единиц — битов), так и для управления ее обработкой. Эти электронные переключатели мо гут находиться в двух состояниях — включено и выключено, что позволяет использовать их для хранения двоичной информации.
Современные kомпьютеры 49
В первых компьютерах использовались так называемые триоды — вакуумные лампы, изобретенные Ли Де Форестом (Lee De Forest) в 1906 году. Триод состоит из трех основных элементов, расположенных в стеклянной вакуумной лампе: катода, анода и разделяющей их сетки. При нагревании катода внешний источник питания испускает электроны, которые со бираются на аноде. Сетка, расположенная в середине лампы, позволяет управлять потоком электронов. Когда на сетку подается ток отрицательного потенциала, электроны отталкива ются от сетки и притягиваются катодом; при подаче тока положительного потенциала, элек троны проходят через сетку и улавливаются анодом. Таким образом, изменяя значение по тенциала сетки, можно моделировать состояние анода включено/выключено.
К сожалению, вакуумная лампа в качестве переключателя оказалась малоэффективной. Она потребляла много электроэнергии и выделяла большое количество тепла — весьма су щественная проблема для вычислительных систем того времени. Вакуумные лампы оказались ненадежными, главным образом из-за постоянного перегрева: в больших системах лампы приходилось менять каждые два часа или даже чаще.
Изобретение транзистора (или полупроводника) стало одним из наиболее революционных событий эпохи персональных компьютеров. В 1947 году инженеры Bell Laboratory Джон Бардин (John Bardeen) и Уолтер Браттейн (Walter Brattain) изобрели транзистор, который был представлен широкой общественности в 1948 году. Несколько месяцев спустя Уильям Шокли (William Shockley), один из сотрудников компании Bell, разработал модель переходного тран зистора. В 1956 году эти ученые были удостоены Нобелевской премии в области физики. Транзистор, который, по сути, представляет собой твердотельный электронный переключа тель, заменил громоздкую и неудобную вакуумную лампу. Поскольку потребляемая транзи сторами мощность незначительна, построенные на их основе компьютеры имели гораздо меньшие размеры и отличались более высоким быстродействием и эффективностью. Транзисторы состоят в основном из кремния и германия, а также добавок определенного состава. Проводимость материала зависит от состава введенных примесей и может быть от рицательной, т.е. N-типа, или положительной, P-типа. Материал обоих типов является про водником, позволяющим электрическому току выбирать любое направление. Однако при со единении материалов разных типов возникает барьер, в результате чего электрический ток определенной полярности течет только в одном направлении. Именно поэтому такой матери ал называется полупроводником.
Для создания транзистора материалы P- и N-типа следует расположить “спиной друг к другу”, т.е. поместить пластину одного типа между двумя пластинами другого типа. Если ма териал средней пластины обладает проводимостью P-типа, то транзистор будет обозначен как NPN, а если N-типа — то как PNP.
В транзисторе NPN одна из пластин N-типа, на которую обычно подается ток отрицатель ного потенциала, называется эмиттером. Средняя пластина, выполненная из материала P-типа, называется базой. Вторая пластина полупроводника N-типа называется коллектором. Транзистор NPN по своей структуре похож на триодную электронную лампу: эмиттер яв ляется эквивалентом катода, база эквивалентна управляющей сетке, а коллектор подобен аноду. Изменяя потенциал электрического тока, проходящего через базу, можно управлять потоком электронов, проходящим между эмиттером и коллектором.
По сравнению с электронной лампой транзистор в качестве переключателя обладает гораздо большей эффективностью, имея при этом воистину микроскопические размеры. Например, по следние модели микропроцессоров Pentium II и III состоят более чем из 27 млн транзисторов! Переход с вакуумных электронных ламп на транзисторы положил начало процессу ми ниатюризации, который продолжается и по сей день. Современные модели портативных или карманных компьютеров, работающих на аккумуляторах, имеют более высокую производи тельность, чем системы, занимавшие когда-то целые комнаты и потреблявшие огромное ко личество электроэнергии.
50 Глава 1. Происхождение персональных kомпьютеров

Интегральные схемы

В 1959 году сотрудники компании Texas Instruments изобрели интегральную схему — полу проводниковое устройство, в котором без проводов соединяется несколько расположенных на одном кристалле транзисторов. В первой интегральной схеме их было всего шесть. Для сравне ния заметим, что микропроцессор Pentium Pro состоит из 5,5 млн транзисторов, а интегриро ванная кэш-память, встроенная в одну из микросхем, содержит еще 32 млн транзисторов. Сего дня во многих интегральных схемах используется несколько миллионов транзисторов.

Первый микропроцессор

В 1998 году компания Intel отпраздновала свое тридцатилетие. Она была основана 18 июля 1968 года Робертом Нойсом (Robert Noyce), Гордоном Муром (Gordon Moore) и Эн дрю Гроувом (Andrew Grove). Ученые поставили вполне определенную цель: создать прак тичную и доступную полупроводниковую память. Ничего подобного ранее не создавалось, учитывая тот факт, что запоминающее устройство на кремниевых микросхемах стоило по крайней мере в 100 раз дороже обычной для того времени памяти на магнитных сердечниках. Стоимость полупроводниковой памяти достигала одного доллара за бит, в то время как запо минающее устройство на магнитных сердечниках стоило всего лишь около цента за бит. Вот что сказал Роберт Нойс: “Нам было необходимо сделать лишь одно — уменьшить стоимость в сто раз и тем самым завоевать рынок. Именно этим мы в основном и занимались”. В 1970 году Intel выпустила микросхему памяти емкостью 1 Кбит, намного превысив ем кость существующих в то время микросхем. (1 Кбит равен 1024 битам, один байт состоит из 8 битов, т.е. эта микросхема могла хранить всего 128 байт информации, что по современным меркам ничтожно мало.) Созданная микросхема, известная как динамическое оперативное запоминающее устройство 1103 (DRAM), стала к концу следующего года наиболее продавае мым полупроводниковым устройством в мире. К этому времени Intel выросла из горстки эн тузиастов в компанию, состоящую более чем из 100 служащих.
Японская компания Busicom обратилась к Intel с просьбой разработать набор микросхем для семейства высокоэффективных программируемых калькуляторов. В то далекое время ло гические микросхемы разрабатывались непосредственно для определенного приложения или программы. Большая часть микросхем, входящих в этот заказ, была предназначена для вы полнения строго определенного круга задач, поэтому ни одна из них не могла получить ши рокого распространения.
Первоначальная конструкция калькулятора компании Busicom предусматривала по край ней мере 12 микросхем различных типов. Инженер компании Intel Тед Хофф (Ted Hoff) от клонил данную концепцию и вместо этого разработал однокристальное логическое устройст во, получающее команды приложения из полупроводниковой памяти. Этот центральный про цессор находился под управлением программы, которая позволяла адаптировать функции микросхемы для выполнения поступающих задач. Микросхема была универсальной по своей природе, т.е. ее применение не ограничивалось калькулятором. Логические же модули других конструкций имели только одно назначение и строго определенный набор встроенных ко манд. Новая микросхема могла считывать из памяти набор команд, которые и использовались для управления ее функциями. Тед Хофф стремился разработать вычислительное устройство, размещенное в одной микросхеме и выполняющее самые разные функции в зависимости от получаемых команд.
С этой микросхемой была связана одна проблема: все права на нее принадлежали исклю- чительно компании Busicom. Тед Хофф и другие разработчики понимали, что данная конст рукция имеет практически неограниченное применение, позволяя преобразовать “несуразные” машины в настоящие интеллектуальные системы. Они настояли на том, чтобы Intel выкупила права на созданную микросхему. Основатели Intel Гордон Мур и Роберт Нойс всячески поддерживали создание новой микросхемы, в то время как другие сотрудники ком пании были обеспокоены тем, что это нанесет удар по основному бизнесу Intel — продаже оперативной памяти. Каждый микрокомпьютер Intel, состоящий из четырех микросхем, со держал в те времена по два модуля памяти. Вот что сказал бывший коммерческий директор Intel: “Вначале я относился к этой архитектуре, как к способу выгодной реализации большого количества микросхем памяти, и именно в это направление мы собирались вкладывать до полнительные средства”.
Компания Intel предложила Busicom вернуть отданные ею за лицензию 60 тыс. долларов в обмен на право распоряжаться разработанной микросхемой. Японская фирма, находящаяся в тяжелом финансовом положении, согласилась. В это время никто из производителей, равно как и сама Intel, не смогли в полной мере оценить важность этого события. Как оказалось впоследствии, именно эта сделка определила будущее Intel. В 1971 году появился первый 4- разрядный микрокомпьютерный набор 4004 (термин микропроцессор появился значительно позднее). Микросхема размером с ноготь большого пальца содержала 2 300 транзисторов, стоила 200 долларов и по своим параметрам была сопоставима с первой электронно вычислительной машиной ENIAC. Как уже отмечалось, в системе ENIAC, созданной в 1946 году, было около 18 тыс. вакуумных электронных ламп; она занимала 3 000 кубических футов (85 кубических метров). Микропроцессор 4004 выполнял 60 тыс. операций в секунду, что являлось на то время невероятным достижением.
В 1972 году был выпущен преемник 4004 — 8-разрядный микропроцессор 8008. А в 1981 году семейство процессоров Intel пополнилось новой 16-разрядной моделью 8086 и 8-разрядной 8088. Эти процессоры получили в течение всего лишь одного года около 2 500 наград за технологические новшества и достижения в сфере вычислительных систем. В число призеров вошла и одна из разработок компании IBM, ставшая впоследствии первым персо нальным компьютером.
В 1982 году Intel представила микропроцессор 286, содержащий 134 тыс. транзисторов. По эффективности он превосходил другие 16-разрядные процессоры того времени примерно в три раза. Благодаря концепции внутрикристальной памяти 286 стал первым микропроцес сором, совместимым со своими предшественниками. Этот качественно новый микропроцес сор был затем использован в эпохальном компьютере PC-AT компании IBM.
В 1985 году появился 32-разрядный процессор Intel 386. Он содержал 275 тыс. транзисто ров и выполнял более 5 млн операций в секунду (Million Instruction Per Second — MIPS). Компьютер DESKPRO 386 компании Compaq был первым персональным компьютером, соз данным на базе нового микропроцессора.
Следующим из семейства Intel стал процессор 486, появившийся в 1989 году. Он содер- жал уже 1,2 млн транзисторов и первый встроенный сопроцессор. Он работал в 50 раз быст рее процессора 4004, и его производительность была эквивалентна производительности мощных мэйнфреймов.
В 1993 году Intel представила первый процессор Pentium, производительность которого выросла в пять раз по сравнению с семейством Intel 486. Pentium содержал 3,1 млн транзи сторов и выполнял до 90 млн операций в секунду, что примерно в 1 500 раз превышало быст родействие процессора 4004.
Процессор семейства P6, называемый Pentium Pro, появился на свет в 1995 году. Он содер жал 5,5 млн транзисторов и являлся первым процессором, кэш-память второго уровня которого была размещена прямо на кристалле, что позволяло значительно повысить быстродействие. Да же в наше время процессор Pentium Pro, выполняющий до 300 млн команд в секунду, все еще используется для многопроцессорных серверов и высокоэффективных рабочих станций. 52 Глава 1. Происхождение персональных kомпьютеров Компания Intel пересмотрела архитектуру P6 (Pentium Pro) и в мае 1997 года представила процессор Pentium II. Он содержит 7,5 млн транзисторов, упакованных, в отличие от тради ционного процессора, в картридж, что позволило разместить кэш-память L2 непосредственно в модуле процессора. В апреле 1998 года семейство Pentium II пополнилось дешевым процес сором Celeron, используемым в домашних ПК, и профессиональным процессором Pentium II Xeon, предназначенным для серверов и рабочих станций. В 1999 году Intel выпустила про цессор Pentium III, который представлял собой, по сути, Pentium II, содержащий инструкции SSE (Streaming SIMD Extensions).
В то время как процессор Pentium стремительно занимал доминирующее положение на рынке, компания AMD приобрела компанию NexGen, работавшую над процессором Nx686. Результатом слияния компаний явился процессор AMD К6. Этот процессор как в аппаратном, так и программном отношении был совместим с процессором Pentium, т.е. устанавливался в гнездо Socket 7 и выполнял те же программы. Компания AMD продолжила разработку более быстрых версий процессора K6 и завоевала значительную часть рынка ПК среднего класса. В 1999 году AMD представила процессор Athlon, который составил достойную конкурен цию процессорам Intel на рынке профессиональных компьютеров.
Следующий, 2000-й год ознаменовался появлением на рынке новых разработок этих ком паний. Так, например, AMD впервые представила процессоры Athlon Thunderbird и Duron. Процессор Duron, разработанный для более дешевых систем, по существу, идентичен процес сору Athlon и отличается от него только меньшим объемом кэш-памяти второго уровня; Thunderbird, в свою очередь, использует интегрированную кэш-память, что позволяет значи тельно повысить его быстродействие.
Компания Intel в 2000 году представила Pentium IV, новейший процессор из семейства IA 32. Компания также анонсировала процессор Itanium (кодовое имя Merced), который стал первым представителем 64-разрядных процессоров Intel (IA-64). Благодаря этому процессору в недалеком будущем появятся совершенно новые операционные системы и приложения, ко торые, тем не менее, будут совместимы с 32-разрядным программным обеспечением.
В 2000 году произошло еще одно знаменательное событие, имеющее историческое значе ние: компании Intel и AMD пересекли барьер в 1 ГГц, который до того времени многим ка зался непреодолимым.

Рождение персонального компьютера

В 1973 году были разработаны первые микропроцессорные комплекты на основе микро процессора 8008. Правда, они годились разве что для демонстрации своих возможностей и включения индикаторов. В конце 1973 года Intel выпустила микропроцессор 8080, быстро действие которого было в 10 раз выше, чем у 8008, и который мог адресовать память объе мом до 64 Кбайт. Это стало толчком к промышленному производству ПК.
В 1975 году фотография комплекта Altair компании MITS была помещена на обложку ян варского номера журнала Popular Electronic. Этот комплект, который можно считать первым ПК, состоял из процессора 8080, блока питания, лицевой панели с множеством индикаторов и запоминающего устройства емкостью 256 байт (не килобайт!). Стоимость комплекта со ставляла 395 долларов, и покупатель должен был сам собрать компьютер. Этот ПК был по строен по схеме с открытой шиной (разъемами), что позволяло другим фирмам разрабаты вать дополнительные платы и периферийное оборудование. Появление нового процессора стимулировало разработку различного программного обеспечения, включая операционную систему CP/M (Control Program for Microprocessors) и первый язык программирования BASIC (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code) компании Microsoft.
Персональный eомпьютер eомпании IBM 53 В том же 1975 году IBM впервые выпустила устройство, которое можно было бы назвать персональным компьютером. Модель 5100 имела память емкостью 16 Кбайт, встроенный дисплей на 16 строк по 64 символа, интерпретатор языка BASIC и кассетный накопитель DС-300. Однако стоимость компьютера (9 000 долларов) для рядового покупателя оказалась слишком высокой, особенно если учесть, что множество любителей (названных позже хаке рами) предлагали собственные комплекты всего за 500 долларов. Очевидно, что ПК компа нии IBM не могли выдержать такой конкуренции на рынке и продавались очень плохо. До появления известного сейчас IBM PC (модель 5150) были разработаны модели 5110 и 5120. Хотя эти компьютеры и предшествовали IBM PC, они не имели с ним ничего общего. IBM PC был больше похож на выпущенную в 1980 году для применения в офисах модель System/23 DataMaster.
В 1976 году новая компания, Apple Computer, вышла на рынок с компьютером Apple I стоимостью 666 долларов. Его системная плата была привинчена к куску фанеры, а корпуса и блока питания не было вообще. Было выпущено всего несколько экземпляров этого компью тера, которые впоследствии продавались коллекционерам за 20 тыс. долларов. Но появив шийся в 1977 году компьютер Apple II стал прообразом большинства последующих моделей, включая и IBM PC.
К 1980 году на рынке микрокомпьютеров доминировали две базовые модели компьютер ных систем. Это был Apple II, имевший множество преданных пользователей и гигантское количество программ, и несколько других моделей, происходивших от комплекта Altair. Эти компьютеры были совместимы, имели одну операционную систему (CP/M) и стандартные разъемы расширения с шиной S-100 (по 100 контактов на разъем). Все они собирались раз личными компаниями и продавались под разными названиями. Но в большинстве случаев ими использовались одинаковые программные и аппаратные части. Интересно отметить, что ни один компьютер не был совместим ни с одним из двух основных современных стандартов ПК — ни с IBM, ни с Mac.
Новый конкурент, появившийся на горизонте, дал возможность определить факторы бу дущего успеха персонального компьютера: открытая архитектура, слоты расширения, сбор ная конструкция, поддержка аппаратного и программного обеспечения различных компаний. Конкурентом, как ни удивительно, оказался компьютер компании IBM, до сих пор занимав шейся только мощными производственными мэйнфреймами. Этот компьютер, по существу, напоминал раннюю версию Apple, в то время как системы Apple приобретали черты, более подходящие для IBM. Открытая архитектура IBM PC и закрытая архитектура компьютеров Macintosh произвели настоящий переворот в компьютерной индустрии.

Персональный компьютер компании IBM

В конце 1980 года IBM наконец-то решила выйти на стремительно развивающийся рынок дешевых ПК. Для разработки нового компьютера она основала в городе Бока-Ратон (шт. Флорида) свое отделение Entry Systems Division. Небольшую группу из 12 человек воз главил Дон Эстридж (Don Estridge), а главным конструктором был Льюис Эггебрехт (Lewis Eggebrecht). Именно эта группа и разработала первый настоящий IBM PC. (IBM считала мо дель 5100, разработанную в 1975 году, интеллектуальным программируемым терминалом, а не подлинным компьютером, хотя, в сущности, это был настоящий компьютер.) Почти все инженеры группы ранее работали над проектом компьютера System/23 DataMaster, поэтому он фактически оказался прообразом IBM PC.
Многое в конструкции IBM PC было заимствовано от DataMaster. Так, например, расклад ка и электрическая схема клавиатуры были скопированы с DataMaster; правда, в IBM PC дис 54 Глава 1. Происхождение персональных eомпьютеров плей и клавиатура были автономны, в отличие от DataMaster, где они объединялись в одно устройство (что было неудобно).
Были заимствованы и некоторые другие компоненты, включая системную шину (разъемы ввода-вывода), причем использовались не только те же самые 62-контактные разъемы, но и разводка контактов. В IBM PC применялись те же контроллеры прерываний и прямого дос тупа к памяти, что и в DataMaster. При этом платы расширения, разработанные для DataMaster, можно было использовать и в IBM PC.
Однако в DataMaster применялся процессор 8085 компании Intel, который мог адресовать всего 64 Кбайт памяти и имел 8-разрядные внутреннюю и внешнюю шины данных. Из-за этих ограничений в IBM PC использовался процессор 8088, который имел адресное про странство 1 Мбайт, 16-разрядную внутреннюю шину данных, но внешняя шина данных была 8-разрядной. Благодаря 8-разрядной внешней шине данных и аналогичной системе команд можно было использовать устройства, разработанные ранее для DataMaster.
На этом, как вы понимаете, дело не остановилось. Были изучены потребности рынка, уч тены все существовавшие на то время стандарты, выяснены причины их успеха, что позволи ло разработчикам встроить в IBM PC возможности практически всех популярных тогда сис тем. Параметры компьютера фактически определялись потребителями, поэтому IBM удалось создать устройство, которое идеально заполнило отведенную ему на рынке нишу.
IBM создала компьютер менее чем за год, максимально внедрив в него имевшиеся разра ботки и компоненты других производителей. Группе Entry Systems Division была предостав лена большая независимость, чем другим подразделениям: им было разрешено использовать услуги и продукцию других фирм в обход бюрократического правила, предписывающего ис пользовать в разработках только изделия IBM. Например, языки программирования и опера ционную систему для IBM PC разрабатывала Microsoft.

Замечание

Интересно, что IBM сначала обратилась k Digital Research, создателю операционной системы CP/M, но те не заинтересовались этим предложением. Тоaда за дело взялась Microsoft, eоторая позднее превратилась в eрoпнейшoю в мире eомпанию — изaотовителя проaраммных продoeтов. IBM фаeтичесeи предложила им со трoдничать и поддержать новый eомпьютер.

12 августа 1981 года с рождением IBM PC в мире микрокомпьютерной индустрии появил ся новый стандарт. С тех пор были проданы сотни миллионов PC-совместимых компьютеров, а на его основе выросло огромное семейство компьютеров и периферийных устройств. Про граммного обеспечения для этого семейства создано больше, чем для любой другой системы.

20 лет спустя

После появления первого IBM PC прошло более 20 лет, и за это время, конечно, многое изменилось. Например, IBM-совместимые компьютеры, ранее использующие процессор 8088 с тактовой частотой 4,77 МГц, теперь на основе процессора Pentium II работают с тактовой частотой 500 МГц и выше, быстродействие современных систем выросло более чем в 4 000 (!) раз (имеется в виду общая производительность, а не только тактовая частота). Пер вый IBM PC имел два односторонних накопителя на гибких дисках емкостью 160 Кбайт и ис пользовал операционную систему DOS 1.0, а современные компьютеры работают с жесткими дисками емкостью в 20 Гбайт и выше.
20 лет спyстя 55 В компьютерной индустрии производительность процессора и емкость дисковых накопи телей удваиваются, как правило, каждые 2–3 года (этот закон носит имя одного из основате лей Intel Гордона Мура).
Следует отметить еще один важный момент: IBM перестала быть единственным производи телем PC-совместимых компьютеров. Конечно, IBM разработала и продолжает разрабатывать стандарты, которым должны соответствовать совместимые компьютеры, но она уже не является монополистом на рынке. Часто новые стандарты для ПК разрабатывают другие компании. Се годня Intel разрабатывает большинство стандартов аппаратного обеспечения, а Microsoft — про граммного. Поскольку их продукты доминируют на рынке ПК, сами персональные компьютеры часто называют Wintel. Именно эти компании разработали стандарты шины PCI (Peripheral Component Interconnect), AGP (Accelerated Graphics Port), формфакторы системных плат ATX и NLX, гнезда Socket 1–8, Slot 1, Slot 2, Socket 370 и многое другое. Windows фактически стала стандартом операционной системы для PC-совместимых компьютеров.
Сотни компаний выпускают PC-совместимые компьютеры, кроме того, известны тысячи производителей электронных компонентов. Все это способствует как расширению рынка, так и улучшению потребительских качеств PC-совместимых компьютеров.
PC-совместимые компьютеры столь широко распространены не только потому, что со вместимую аппаратуру легко собирать, но и потому, что операционные системы поставляет не IBM, а другие компании, например Microsoft. Ядром программного обеспечения компью тера является BIOS (Basic Input Output System), производимая различными компаниями (например, Phoenix, AMI и др.). Многие производители лицензируют программное обеспече ние BIOS и операционные системы, предлагая свои совместимые компьютеры. Вобрав в себя все лучшее, что было в системах CP/M и UNIX, DOS стала доступной для большинства суще ствовавших программных продуктов. Успех Windows привел к тому, что разработчики про грамм все чаще стали создавать свои продукты для PC-совместимых компьютеров.
Системы Macintosh компании Apple никогда не пользовались таким успехом, как PC- совместимые модели. Это связано с тем, что Apple сама распоряжается всем программным обеспечением и не предоставляет его другим фирмам для использования в совместимых ком пьютерах. С точки зрения пользователей, PC-совместимые компьютеры гораздо удобнее всех остальных. Конкуренция между производителями привела к тому, что за те же деньги, вло женные в покупку, вы получаете доступ к гораздо более разнообразным программным и до полнительным аппаратным средствам.
Сегодня рынок PC-совместимых компьютеров продолжает развиваться. При разработке новых моделей используются все более совершенные технологии. Поскольку эти типы ком пьютерных систем используют самое разнообразное программное обеспечение, по-видимому, в течение ближайших 15–20 лет доминировать на рынке будут PC-совместимые компьютеры.

Закон Мура

В 1965 aодo Гордон Мoр в ходе подaотовeи доeлада о перспеeтивах развития eомпьютерной памяти обнарo жил интереснoю особенность: емeость eаждой новой миeросхемы памяти oдваивается по сравнению с ее предшественницей, а сама новая миeросхема появляется eаждые 18–24 месяца. Построив линию тренда, Мoр отметил, что производительность eомпьютеров бoдет oвеличиваться эeспоненциально по времени.
Этo зависимость стали называть заeоном Мoра. Кстати, этот заeон описывает не тольeо рост емeости опера тивной памяти, он часто использoется для определения степени роста быстродействия процессоров и емeости жестeих дисeов. За 26 лет eоличество транзисторов процессора oвеличилось в 3 200 раз: от 2,3 тыс. в про цессоре 4004 до 7,5 млн в Pentium II.

Что нас ждет в будущем? Здесь логичнее было бы привести числовые данные (например, к 2011 году Intel выпустит процессор с 1 млрд транзисторов, тактовой частотой 10 ГГц, изготов ленный по 0,07-микронной технологии и способный выполнять 100 млрд операций в секунду), но с уверенностью можно сказать лишь одно: компьютеры будут быстрее, меньше и дешевле.