Електронні машини

Під час Другої світової війни Джон Атанасов та Кліфорд Бері (СІЛА) для побудови логічних схем з успіхом використали електронні радіолампи і створили першу електронну обчислювальну машину — «ABC». Ця машина могла розв'язувати лише специфічні задачі. Вона ще не була універсальною.

Першу універсальну електронну обчислювальну машину (ЕОМ «ЕНІАК») сконструювали 1946 р. під керівництвом Джона Моучлі та Преспера Екерта в СІЛА. Власне з цього часу й почалася доба комп'ю­терів. З латинської слово комп'ютер перекладають як «обчислювач». Універсальність означає, що машина призначена для розв'язування різноманітних класів задач.

Чи знаєте ви, що перший комп'ютер в Україні (і в неострівній Європі) сконструювали в Києві 1951 р. Його назвали «МЭСМ» (у перекладі з російської — мала електронна обчислювальна машина). У1952 р. побу­дували машину «БЭСМ» (велику електронну обчислювальну машину). Цими проектами керував академік Сергій Лебедев. Машини класу «БЭСМ-6» тривалий час уважали найкращими в Європі.

3. Покоління комп'ютерів (ЕОМ)

Жоден технічний пристрій не удосконалювали так швидко, як комп'ютер. Кожні декілька років відбувалися суттєві зміни в їхніх кон­струкціях і способах виробництва. Нові моделі швидко витісняли заста­рілі. Можливості та сфери їхнього застосування щоразу розширюва­лись, а на відміну від інших пристроїв, наприклад, телевізорів чи автомобілів, собівартість і ціна постійно знижувались.

Розрізняють п'ять поколінь комп'ютерів. Кожне покоління харак­теризують елементною базою (видом елементів-пристроїв, з яких побудовано оперативну пам'ять і процесор) та розвитком програмного забезпечення.

Перше покоління (50-ті роки XX ст.). Елементна база комп'ютерів першого покоління — вакуумні електронні лампи. Тисячі ламп були в металевих шафах, які займали багато місця. Маса такої машини — десятки тонн. Для її роботи була потрібна невелика, електростанція. Охолодження машини забезпечували потужні вентилятори. Програ­мування виконували в кодах машини. Доступ до машини мали тільки спеціалісти-професіонали. Швидкодія становила декілька тисяч операцій за секунду. Ці машини мали невелику оперативну пам'ять.

Друге покоління (60-ті роки). Елементна база комп'ютерів другого покоління — транзистори, які є значно менші від ламп і споживають мало енергії. Тому розміри комп'ютера зменшилися. Можливості ж збільшилися, оскільки з'явилися мови програмування високого рівня та програмне забезпечення. Програмування стало доступним для непрофесіоналів у галузі комп'ютерів. Швидкодія машин досягла сотень тисяч операцій за секунду. Значно збільшилася оперативна пам'ять.

Третє покоління (70-ті роки). Елементна база комп'ютерів третього покоління — інтегровані пристрої (інші терміни — інтегральні схеми, чипи). Інтегрований пристрій — це невелика пластинка з чистого кремнію, на якій нанесено мініатюрні електронні елементи: транзисто­ри, резистори тощо. Таких елементів на квадратному сантиметрі спо­чатку було декілька тисяч. Значно збільшилися швидкодія (до кількох мільйонів операцій за секунду) процесора та ємність оперативної пам'яті. Розвинулось програмне забезпечення. Користувачам не було потреби працювати безпосередньо за пультом керування. їм надавали термінали (клавіатура, дисплей та інші пристрої введення-виведення), які могли бути віддалені від комп'ютера на чималі відстані. Це дало поштовх до створення комп'ютерних мереж. Для зберігання інформації використовували магнітні стрічки та великогабаритні магнітні диски. Магнітні носії інформації витіснили паперові: перфокарти і перфострічки. Почався перехід до безпаперової інформатики. На одному кристалі кремнію стало можливим обладнати пристрій, який відтворює роботу процесора. Такі однокристальні процесори одержали назву мікропроцесорів. На їхній базі почали створювати ПК.

Великих успіхів у цей час досягли українські вчені. Створені у Києві під загальним керівництвом академіка Віктора Глушкова машини серії «Мир» були першими в світі, які могли розв'язувати математичні задачі точно, а не наближено. За характеристиками це були повноцінні перші персональні комп'ютери, хіба що не настільні. Машина «Мир» — перша й остання оригінальна вітчизняна розробка, яку офіційно купила американська компанія IBM.

Четверте покоління (80-ті роки). Елементною базою стали великомасштабні інтегровані пристрої, де на малому кристалі кремнію містились елементи зі щільністю десятки тисяч на квадратний санти­метр. Збільшилися швидкодія (до мільярда операцій за секунду), ємність оперативної пам'яті, поліпшилася зручність у користуванні. Масове виробництво та збут забезпечили різке зниження цін на комп'ютерну техніку. Користувач знову сів за пульт керування, але вже ПК.

На рівні четвертого покоління відбувся поділ комп'ютерів на обчис­лювальні машини-мейнфрейми для виконання складних робіт та настільні ПК для застосування в побуті та офісах. Час великогабаритних обчислюва­льних машин швидко минув. їм на зміну прийшли потужні малогабаритні комп'ютери з тими ж функціями і ще більшими можливостями.

П'яте покоління (90-ті роки). Елементною базою комп'ютерів п'ятого покоління стали надвеликомасштабні інтегровані пристрої, які містять сотні тисяч елементів на квадратному сантиметрі. Швидкодія комп'ю­терів і ємність оперативної та дискової пам'яті стали вражаючими. Подолано рубіж 1 мільярда операцій за секунду для однопроцесорного комп'ютера і 1 трильйона операцій — для багатопроцесорної системи.

Характерною ознакою 90-х років став бурхливий розвиток мікро-електроніки, масовий випуск і використання потужних ПК, комп'ютерів-серверів та периферійної техніки. Створено нові операційні системи з дружнім графічним інтерфейсом і ефективні за можли­востями прикладні програми, здатні автоматизувати практично всі види робіт у найрізноманітніших сферах діяльності людини.

Мільйони комп'ютерів були з'єднані в мережі. Інформація перетво­рилася на цінний продукт сучасного суспільства. На зламі тисячоліть людство розпочало інформаційну добу розвитку.

4. Перспективи розвитку комп'ютерів

Сучасна обчислювальна техніка наблизилась до межі можливостей електронних схем. Це зумовлене обмеженою швидкістю поширення електричного сигналу та збільшенням негативного впливу теплових ефектів унаслідок зменшення розмірів мікросхем.

Відомо, що під час роботи всіх електричних приладів виділяється тепло. Сучасні комп'ютери обладнані вентиляторами для охолодження системи. Виділення тепла в мікросхемах уникнути не можна, а венти­лятор у них не вмонтуєш. Тепло «надійно охороняє» підходи до мікро­світу. Чим менша мікросхема, тим вищий рівень теплових шумів і тим важче їх уникнути. З деякого рівня мініатюризації витрати на боротьбу з шумами стануть надто великими й ефект збільшення швидкодії не окупиться. Це і є межа для мікросхем, сьогодні визначена природою.

Перехід до надпровідних елементів і глибокого охолодження елект­ронних схем, волоконно-оптичних, вакуумних і самоорганізаційних технологій, біотехнологій, де вчені мають наміри вирощувати біопроцесори в пробірках, дещо віддалить цю межу, але не усуне її. Ще можна збільшити швидкодію у сто-тисячу разів, але коштуватиме це дорого.

Передбачають, що в майбутньому архітектура обчислювальних машин буде далекою від фоннейманівської.

Для створення комп'ютера третього тисячоліття потрібні прин­ципово нові ідеї та винаходи, які зроблять прорив у розвитку електро­ніки. Структура комп'ютера третього тисячоліття нагадуватиме будову мозку людини — найдосконалішої обчислювальної системи, яку техніч­ними засобами перевершити неможливо. Завдання полягає в тому, щоб якомога повніше відтворити (змоделювати) його функції технічно.