Создание и развитие ЭВМ первого поколения

Первое поколение ЭВМ — история создания

Принципы работы современных компьютеров берут свое начало в 1833 году. Тогда английский ученый Чарльз Бэббидж создал проект устройства для научных и технических расчетов. По задумке автора, машиной должна была управлять программа. Ввод и вывод данных планировалось осуществлять с помощью перфокарт — плотных бумажных листов с информацией в виде отверстий. Разработки Бэббиджа стали применяться спустя полвека.

В 1888 году в Америке инженер Герман Холлерит собрал первую счетную машину на электромеханике. Устройство получило название табулятор и могло считывать и сортировать статистическую информацию с перфокарт. В 1890 году аппарат использовали для американской переписи населения. Преимущество техники перед людьми было очевидным. 43 оператора на 43 табуляторах выполнили работу за один месяц, тогда как ранее переписью занимались 500 человек в течение 7 лет.

С развитием науки и техники в 1940-е годы появились первые вычислительные машины. Первый компьютер Z1 с программным управлением был создан инженером из Германии Конрадом Цузе.

У истоков компьютерной науки также стоят автор теории информации Клод Шеннон, разработчик теории программ и алгоритмов Алан Тьюринг, создатель конструкции вычислительных машин Джон фон Нейман.

В 1945 году Нейман сформулировал постулаты, которые актуальны и для современных компьютеров. Главный принцип по Нейману — устройством должна управлять программа с последовательным выполнением команд, хранящаяся в памяти машины.

Первое поколение электронно-вычислительных машин датируется 1945–1954 годами и представляет собой устройства на электронных лампах. Аппараты работали с помощью пульта управления и перфокарт. Особенностью первой вычислительной техники являются огромные размеры, требующие размещения в отдельных зданиях.

Программы на компьютерах этого поколения выполнялись в двоичной системе и подходили только на конкретную модель компьютера. После прекращения эксплуатации данного вида машины его программное обеспечение больше не использовалось.

Скорость работы ламповых вычислительных машин была примерно 20 тыс. операций в секунду. Для сравнения: современные ПК способны выполнять миллиарды операций в секунду.

Достоинства и недостатки

Компьютеры первого поколения хорошо себя зарекомендовали. ЭВМ справлялись с решением сложных задач своего периода: прогнозирование погоды, энергетические и военные задачи. Однако машины рассматриваемого периода имели ряд минусов:

• большие габариты усложняли обслуживание;
• низкая надежность: ежемесячно перегорало более 10% ламп, а на поиск неисправных уходило несколько суток;
• высокое потребление энергии увеличивало стоимость содержания данной техники;
• огромная цена: устройства были по карману только крупным предприятиям.

Чем обусловлено появление

Предпосылкой создания электронно-вычислительных машин стало их применение в военных целях. В 1940-е годы разработку ЭВМ вели несколько исследовательских групп.

Среди них — американские ученые во главе с Джоном Моучли и Джоном Перспером Эккертом. Группа под их руководством работала по заказу Баллистической исследовательской лаборатории Армии США. Их аппарат ENIAC был окончательно введен в эксплуатацию в 1946 году. ЭНИАК был предназначен для решения военных задач. Использовался в расчетах баллистического оружия береговой обороны Америки, для составления таблиц прицельного сбрасывания бомб с самолетов и артиллерийских таблиц.

Параллельно с американскими инженерами над созданием вычислительной машины трудились английские ученые. Их цель — расшифровка кодов, используемых немецкими войсками во время Второй мировой войны. Команда Макса Ньюмана выпустила свой агрегат «Colossus-1» в 1943 году. «Колоссус» можно считать первым электронным компьютером.

На каких элементах построены, устройство, структурная схема

Логические схемы первых ЭВМ располагались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах накаливания. В качестве носителя оперативной памяти применялись магнитные барабаны, электронно-лучевые трубки и акустические ультразвуковые линии задержки из ртути или электромагнита. Магнитные ленты, перфокарты, перфоленты и штекерные коммутаторы были внешним носителем информации.

Основой работы ламповых компьютеров было движение электронов в вакууме от катода к аноду. Если на входе лампы подавалось условно 2 Вольта, то на выходе получалась единица меньше 1 Вольта или 2 Вольта в зависимости от подачи напряжения. В первом случае при отрицательном напряжении сетки электроны отталкивались — ток не проходил. Во втором случае напряжение отсутствовало, и ток совершал свободное движение от катода к аноду.

Через устройство ввода данных (УВ) в компьютер заносились программы и исходная к ним информация. Введенные данные сохранялись в оперативном запоминающим устройстве (ОЗУ). При необходимости эта информация вносилась во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), откуда могла подгружаться в ОЗУ.

После внесения или считывания информации из внешней памяти программные данные последовательно считывались из оперативного устройства и передавались в устройство управления (УУ).