Історія обчислювальних та комп'ютерних пристроїв

Історія засобів опрацювання інформаційних об’єктів
Ще первісна людина намагалася якимось чином фіксувати кількість днів, що минули після якоїсь події. Наприклад, вдалого полювання. Для цього робилися зарубки на дереві, відкладалася певна кількість камінців або паличок. Хоча з тих часів минуло неймовірно багато часу, ще не так давно у початкових школах учні користувалися лічильними паличками, коли вивчали ази арифметики. Жартують, що першим комп’ютером можна вважати звичайнісіньку рахівницю.

Протягом усієї історії свого розвитку людство намагалося віднайти спосіб полегшення процесу великих розрахунків, створюючи різноманітні автоматичні пристрої. Удосконалення таких пристроїв, підвищення їх продуктивності вимагало використання механічних елементів. Значних висот у цьому досягли в першу чергу відомі інженери та математики. Створені ними обчислювальні пристрої вперше використовували механічні частини.
Першим у 1642 році досягнув успіху у проектуванні і створенні механічного обчислювача, що вмів виконувати лише операції додавання та віднімання, відомий французький математик, фізик і філософ Блез Паскаль. Саме на його честь було названо одну з мов програмування.

У 1838 році англійський інженер Чарльз Беббідж сконструював і виготовив свій механічний обчислювальний пристрій. Він відрізнявся від усіх попередньо згаданих обчислювачів тим, що вмів виконувати всі арифметичні дії, а також мав пам’ять для запам’ятовування інформації. Тобто, якщо досі всі механічні обчислювачі виконували дії (по одній) у тій послідовності, в якій вони вводилися, то в даному випадку з’явилася можливість вводити в цю машину деяку програму, яку згодом можна було виконувати. Зауважимо: операцію множення на машині Беббіджа виконували біля двох хвилин! Історія донесла до нас такий цікавий факт: за проханням Беббіджа першу програму для його машини написала англійський математик леді Ада Лавлейс, дочка відомого англійського поета лорда Джорджа Байрона. Цю жінку вважають першим програмістом у світі. На її честь було названо одну з мов програмування ADA.

Розробки по створенню механічних обчислювальних машин вели й у Росії. Відомий вчений, математик Пафнутій Чебишов, що жив у 19-му столітті, також займався питанням побудови свого обчислювача. Свої ідеї він успішно реалізував, але далі виконання арифметичних дій у своєму винаході він також не пішов.
У кінці ХІХ віку американець Герман Холлеріт, син німецьких емігрантів, сконструював електричний перфокартковий обчислювальний пристрій для розв’язування складних статистичних задач. Інформацію кодували за допомогою перфорацій у спеціальних картах, що розміщували у машині у певному порядку. Електричний пристрій розпізнавав отвори і посилав сигнали в обчислювальну машину. Пристрій Германа Холлеріта був настільки вдалим, що Бюро перепису США використало його при опрацюванні даних перепису населення у 1880 році. У 1887 році Росія купила цю машину для опрацювання даних першого перепису населення (Росії). Пізніше Холлеріт очолив фірму по виробництву перфокарт, яка з часом перетворилася на відому фірму ІВМ.

Після цього настав час, коли електрично-механічні пристрої вичерпали себе. Потрібен був час, щоб наука запропонувала нові можливості для створення обчислювальних машин. І такий час настав, коли з’явилися електронні пристрої. Саме досягнення хімії та фізики зрушили з місця розвиток обчислювальної техніки, підштовхнули її на новий оберт в своєму розвитку.
У 40-х роках 20-го століття почалася ера електронно-обчислювальної техніки. Тоді ж почала розвиватися нова наука кібернетика, батьком якої є американський вчений Норберт Вінер. У 1948 році він вперше опублікував свою працю «Кібернетика», у якій визначив основні положення цієї науки, як науки про загальні закони одержання, зберігання, передачі та опрацювання інформації. Основними технічними засобами для розв’язування задач кібернетики є електронно-обчислювальні машини, роботи над конструю­ванням яких йшли у цей самий час.
У той час у Радянському Союзі кібернетику, так само як і генетику, було проголошено псевдонауками. Саме тому поява першої вітчизняної електронно-обчислювальної машини затрималася майже на десять років порівняно з американською. Відзначимо, що роботи над ЕОМ в Америці та Радянському Союзі на той час йшли незалежно одна від одної. Пізніше, враховуючи істотне запізнення в розробці нових типів ЕОМ, було прийнято стратегію адаптації нових закордонних ідей для того, щоб швидше ліквідувати відставання. Але таким чином неможливо було подолати відставання, бо вдавалося запозичити лише ідеї, які вже побачили світ. Водночас США передбачали санкції проти країн та організацій, які робили б передові технології доступними для СРСР та його союзників.

Кожні декілька років відбувається якісний стрибок у розвитку обчислювальної техніки. Хоча усі комп’ютери мають однакову архітектуру, між ними є істотна відмінність. Тому вчені запропонували віднести кожний комп’ютер до певного покоління, що найповніше втілює особливості саме цього класу комп’ютерної техніки. Ознаки, що відрізняють покоління комп’ютерів, такі:

• елементна база (конструктивна основою комп’ютера);
• швидкодія;
• обсяг оперативної пам'яті;
• пристрої введення та виведення інформації.

І покоління ЕОМ відносять до 40–50-х років. Елементна база — електронні лампи. Першу електронно-лампову машину було запущено у 1946 році в Америці двома вченими Пенсільванського університету Джоном Моклі та Дж. Преспером Еккертом. Її називали вона ЕНІАК – електронний обчислювальний інтегратор та калькулятор. Важила вона 30 тонн, займала площу, що дорівнювала гаражу для двох автомобілів, містила 18 000 вакуумних трубок та коштувала майже 2,8 мільйона доларів за цінами того часу. Таку ж саму комп’ютерну потужність сьогодні можна «вкласти» в один чіп — невеличку мікросхему, розміром у дитячий нігтік та вартістю менше 10 доларів.
Перша вітчизняна (і в континентальній Європі) електронно-лампову обчислювальну машину було розроблено колективом київських вчених під керуванням академіка С. А. Лебєдєва. Ця машина одержала назву МЭСМ — «Малая электронно-счетная машина».

Використання електронних ламп породжувало багато проблем: виділення великої кількості тепла, що вимагало постійного охолодження приміщень потужними кондиціонерами, велика енергоємність, громіздкість, ненадійність та дорогоцінність. Ці проблеми були вирішено у 1947 році американськими інженерами Уільямом Шоклі, Джоном Бардином та Уолтером Бреттейном. Працюючи у компанії Bell, вони винайшли транзистор, який виконував ті ж самі функції, що й електронні лампи, використовуючи властивості напівпровідників.
ІІ покоління ЕОМ припадає на 50–60-ті роки ХХ століття. Це десятиліття транзисторних обчислювальних машин.

 ІІІ покоління ЕОМ відносять до 60–70-х років ХХ століття. Воно з’явилося завдяки винаходу двох американських інженерів у кінці 50-х років – першої інтегральної мікросхеми. Працюючи незалежно, Джек Кілбі та Роберт Нойс розробили кремнієві пластини (силіконові чіпи), які містять електрично з’єднані між собою транзистори, резистори та конденсатори. Спершу інтегральні мікросхеми містили лише декілька транзисторів кожна. Але з часом сотні та більше транзисторів стали розміщувати на кремнієвій пластині.

IV-го покоління ЕОМ розпочалося з 70-го року ХХ століття з використанням великих інтегральних схем. У 1969 році компанія INTEL розробила мікро­процесор (чіп), на якому містився цілий пристрій опрацювання інформації.

1976 року в гаражі невеличкого міста Лос-Альтос (Каліфорнія, США) Стівен Джобс та Стів Возняк почали працювали над складанням перших персональних комп’ютерів Apple. За п’ять років ця фірма досягла великого успіху і на сьогодні вона є однією з провідних фірм.
У 1986 році в Японії розроблено проект створення комп’ютерів V-го покоління. Стрижнем проекту є комп’ютери з асоціативною організацією пам’яті, потужними засобами введення, виведення та опрацювання інформації, побудованих на принципах самоорганізації і самоадаптації. Інакше кажучи, це комп’ютери, наділені засобами штучного інтелекту.

Опишемо види сучасних комп'ютерів та сфери їх застосування.
Калькулятор — обчислювальний пристрій для виконання операцій над числами або алгебраїчними формулами.
Сучасні калькулятори є електронними пристроями. У минулому для математичних обчислень використовувалися абак, рахівниця, математичні таблиці (особливо таблиці логарифмів), логарифмічні лінійки і механічні або електромеханічні арифмометри. Популярними сьогодні є калькулятори, вбудовані у персональні комп'ютери, стільникові телефони, КПК і навіть наручний годинник.

Кишеньковий комп'ютер (кишеньковий персональний комп'ютер, КПК, ручний комп'ютер, надолонний комп'ютер, надолонник, палмтоп) — назва класу портативних електронних обчислювальних пристроїв, спочатку запропо­нованих до використання як електронні органайзери.

Цей термін було вперше застосовано 7 січня 1992 року Джоном Скаллі (John Sculley) на виставці Consumer Electronics Show в Лас-Вегасі, стосовно Apple Newton. Застосування:

• читання книг;
• вихід в Інтернет: підключення через мобільний телефон (Bluetooth / IrDA), або бездротову мережу Wi-Fi, функціонують GPRS і EDGE;
• перегляд ресурсів інтернету, у тому числі електронної пошти;
• перегляд карт місцевості, планування маршрутів;
• щоденник і записник;
• ведення нотаток;
• програвач;
• диктофон;
• записи від руки;
• набір тексту (екранна, висувна чи повноцінна клавіатура);
• проглядання зображень і кліпів;
• ігри;
• графічний редактор;
• дистанційне керування побутовою технікою з інфрачервоним портом;
• офісні застосунки;
• фотоапарат і відеокамера;
• функція телефону з можливостями відправки SMS, MMS і дзвінками.

Персональний комп'ютер (ПК) — електронна обчислювальна машина, призначена для особистого використання. Її розміри та можливості задовольняють потреби більшості користувачів.

Ноутбук (англійською notebook — блокнот, блокнотний ПК) — портативний персональний комп'ютер, в корпусі якого об'єднано типові компоненти ПК, включаючи дисплей, клавіатуру і вказівний пристрій (сенсорна панель або тачпад), а також акумуляторні батареї. Ноутбуки відрізняються невеликими розмірами і вагою, час автономної роботи ноутбуків — в межах від 1 до 15 годин.

Планшетний комп'ютер (планшетний персональний комп'ютер, планшет, англійською tablet РС) — клас ноутбуків, обладнаних планшетним пристроєм рукописного введення, об'єднаним з екраном. Планшетний комп'ютер дозволяє працювати за допомогою спеціального пера, стилуса, або пальців, без використання клавіатури і миші.

Основна перевага планшетів полягає у можливості рукописного введення і редагування даних. З планшетним ПК можна стояти або ходити, тримаючи його в одній руці. Іншою рукою можна вводити текст або клацати по посиланнями при веб-серфінгу. З ним зручно читати електронні книги, використовуючи вертикальну орієнтацію екрану. Лежачи на столі, складений планшетний ПК дозволяє працювати, не перериваючи при цьому лінії погляду (наприклад, на діловій зустрічі).
Субноутбук (англійською subnotebook) або ультрапортативний комп'ютер (англійською ultraportable computer) — легкий мобільний ПК малого розміру з більшістю функцій стандартних ноутбуків.
Нетбук (англійською netbook) — невеликий мобільний комп'ютер (ноутбук), основне призначення котрого полягає в доступі до Інтернету та роботі з офісними програмами. Нетбуки відрізняються компактними розмірами (діагональ екрану 7—10 дюймів, тобто 17,7—25,8 см), невеликою вагою, низьким рівнем споживання електроенергії та відносно невисокою вартістю. Щоб уможливити щонайменші габарити та вагу, нетбуки зазвичай не обладнані дисководами для оптичних дисків.

Ультрабук (англійською ultrabook) — ультратонкий і легкий субноутбук, що має ще компактніші габарити та низьку вагу у порівнянні зі звичайними субноутбуками, але при цьому — більшістю характерних рис повноцінного ноутбука.

Ультрабуки менші за звичайні ноутбуки, але дещо більші за нетбуки. У цих пристроях намагатимуться поєднати портативність, невелику масу, велику автономність роботи та інші переваги планшетів, використовуючи при цьому корпус лептопу (великий екран + клавіатура). Їх оснащуються невеликим рідиннокристалічним дисплеєм від 11 до 13,3 дюймів. Вони мають компактні розміри — товщина до 20 мм і масу до 1,4 кг. Внаслідок цього ультрабуки мають малу кількість зовнішніх портів і не мають DVD-приводу.
Смартбук (англійською smartbook) — тип мініатюрного комп'ютера, що є чимось середнім між традиційним смартфоном і нетбуком.

Лептоп (англійською lap — коліна, top — на верху) — ноутбук нового покоління, призначений для бізнесменів: його вага мінімальна, а функції — максимальні.
Велокомп’ютер — електронний прилад завбільшки з наручний годинник, який інформує велосипедиста про моментальну, середню швидкість, кілометраж пробігу загальний, даної поїздки, час, час поїздки, частоту пульсу, тощо. Винайдено у 1983 році. Кріпиться зазвичай до керма. На ринку є багато різних варіантів, деякі визначають час, що залишився до мети, та мають всілякі інші, іноді навіть дещо дивні опції.

Карп'ютер (англійською carputer) — спеціально спроектований для експлуатації в автомобілі комп'ютер. Зазвичай вбудований у передню панель приладів. Використовують для навігації, прослуховування музики, перегляду відео тощо. Під'єднаний до глобальної мережі Інтернет. Можливості карп'ютера об'єднують функціональність традиційних пристроїв вузького призначення (автомагнітол, навігаторів, DVD-плеєрів) з можливостями персонального комп'ютера.

Бортовий комп'ютер (маршрутний комп'ютер, МК) — розташований на транспортному засобі, допомагає зробити поїздку комфортнішою і безпечнішою. Має велику кількість функцій і налаштувань, що дозволяє реалізувати запити будь-якого користувача, можливість самостійно групувати параметри на дисплеї, велику кількість різних попереджень, у тому числі і в голосовій формі, можливість підключення паркувальних радарів. Все це робить роботу з МК комфортною, забезпечує додаткову безпеку поїздки, і дає додаткову можливість економії в експлуатації і обслуговуванні автомобіля. Можливості маршрутних бортових комп'ютерів такі:

• за рахунок вбудованої функції діагностики — негайне голосове попередження про несправності з зазначенням несправного вузла, що заощадить витрати на діагностику;
• дозволяє налаштувати до 15 різних голосових попереджень з одночасним веденням журналу попереджень, що підвищить безпеку поїздки і збереже машину;
• унікальні функції контролю за якістю палива дозволять уникнути позапланових ремонтів і вибрати якісну заправку;
• контроль витрати палива, з використанням функції «Економетрія» дозволить дотримуватися економічний стиль водіння або вести поїздку суворо по ліміту часу;
• перегляд статистики поїздок (швидкість, пройдена відстань, кількість витраченого палива і т. д.) дозволить планувати витрати на автомобіль, економити власний час, проведений за кермом автомобіля.