Первые в мире компьютеры: от ламповых ЭВМ к персональным

Первые в мире компьютеры по весу могли сравниться с четырьмя взрослыми слонами, а общая длина проводов одного устройства равнялась расстоянию от Москвы до Киева. История электронных вычислительных машин (ЭВМ) началась в первые годы Второй мировой войны. Новаторская техника разрабатывалась на основе чертежей, созданных в XIX веке. Подробнее о том, как назывались, какими обладали характеристиками и как выглядели на фото первые компьютеры, – в материале 24СМИ.

История вычислительной техники

Древние люди стремились упорядочить жизнь при помощи цифр. Вычисления требовались в торговле, городском и государственном управлении, строительстве. В III тысячелетии до н. э. в Вавилоне изобрели первые счеты, которые называются абак. Аналогичное приспособление появилось в Китае, но на 2,5 тыс. лет позже. В Древнем Риме колесницы оборудовались примитивной версией одометра, который помогал извозчикам определять счет за перевозку пассажиров.

В 1492 году Леонардо да Винчи в дневнике приводил эскиз 13-разрядного суммирующего устройства. До XX века задумка изобретателя оставалась на бумаге. Через 500 лет конструкторы собрали машину по чертежу да Винчи и подтвердили работоспособность проекта.

В 1642-м Блез Паскаль изобрел механическое вычислительное устройство, получившее название «Паскалина». Изобретение ученого суммировало и вычитало пятиразрядные десятичные числа.

В 1673 году математик Готфрид Лейбниц придумал арифмометр, который выполнял сложение, вычитание, умножение и деление. Ученый подготовил описание двоичной системы счисления и создал чертеж вычислительной машины, работающей на основе двоичного кода. Но технологические возможность XVII века не позволили Лейбницу реализовать проект.

Французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар в 1801 году построил программируемый ткацкий станок, который управлялся перфокартами. В первой половине XIX века налажено промышленное производство арифмометров. Английский математик Чарльз Бэббидж решил перевести развитие вычислительной техники на новый уровень. В 1822-м изобретатель подготовил чертеж арифмометра для автоматического построения математических таблиц.

Проект Бэббиджа реализовали в 1855 году братья Георг и Эдвард Шутц, которые создали первую разностную машину по чертежам Бэббиджа. За 15 лет до разработки автоматической вычислительной машины англичанин Томас Фаулер создал троичное счетное устройство.

Создатель и его детище

Наработки ученых прошлых столетий помогли изобретателям XX века создать программируемые ЭВМ, которые обладали всеми свойствами современных компьютеров. В 1938-м немецкий инженер Конрад Цузе (в соавторстве с Гельмутом Шрейером) создал механическую программируемую цифровую машину Z1. Молодой инженер работал на энтузиазме в мастерской, которую оборудовал в родительском доме. Запчасти изобретатель покупал на деньги, которые занимал у друзей и родственников. За Z1 последовала Z2, но модели не использовали на практике – Цузе отрабатывал на прототипах технологию реле.

Цузе дважды призывался в немецкую армию в разгар Второй мировой войны. Инженер находил уловки и прибегал к помощи начальства машиностроительного концерна, в котором работал по гражданской специальности, чтобы получить освобождение от военной службы и возможность заниматься разработкой компьютеров.

Первый компьютер в мире Цузе представил в 1941 году. Вычислительная машина получила название Z3. Отличие модели от двух предыдущих – возможность вычисления квадратного корня. Машина работала при помощи телефонных реле, которых в сумме требовалась 2,6 тыс.

Z3:

• частота: 5,3 Гц;
• средняя скорость вычисления: умножение – 3 с, сложение – 0,8 с;
• память: 64 машинных слова с длинной 22 бита;
• масса: 1000 кг;
• потребление энергии: 4 кВт.

Себестоимость компьютера оценивали в 50 тыс. рейхсмарок. В 1940 году истребитель Me-109 закупался по 100 тыс. рейхсмарок за единицу. Z3 применялся для расчетов, связанных с конструированием самолетов и управляемых ракет. Третья модель вычислительной машины Цузе не сохранилась до наших дней. Компьютер взорвали во время бомбардировки Исследовательского института аэродинамики в 1945-м. Через 15 лет создатель Z3 восстановил уничтоженную модель, которая выставляется в музее Мюнхена.

Параллельно с Цузе работали американские и британские группы инженеров, которые разрабатывали ЭВМ для военных и промышленных нужд. В 1939 году началась разработка компьютера Mark I, который создавался под руководством Говарда Эйкена. В основе начинания лежал чертеж вычислительной машины Бэббиджа. Проект проспонсировала компания IBM, которая вложила в компьютер $500 тыс.

Mark I:

• Год выпуска: 1944;
• 765 тыс. деталей;
• длина – 17 м, высота – 2,5 м, вес – 4,5 т;
• потребляемая энергия: 4 кВт;
• память: 72 числа, состоящих из 23 разрядов;
• скорость вычисления: умножение – 6 с, деление – 15,3 с, вычисление логарифмов и выполнение тригонометрических функций – минута.

Уникальность американского компьютера в автоматизме процессов, не требовалось вмешательство человека в рабочие циклы устройства.

Британцы не отставали от немецких и американских коллег. В 1943 году инженеры создали секретный ламповый компьютер Colossus для расшифровки переговоров врагов. На создание устройства потребовалось 1,5 тыс. ламп, которые стали альтернативой телефонному реле. Компьютер сократил время расшифровки сообщений с нескольких недель до 3-4 часов. До 2000 года изобретение британской разведки находилось под секретом.

Colossus:

• год выпуска: 1943;
• частота: 5,8 МГц;
• потребляемая энергия: 8,5 кВт;
• скорость обработки символов: 5 тыс. в секунду.

Электронная вычислительная техника следующих лет

Завершение Второй мировой войны не остановило разработку компьютеров. Силовой блок рассматривал варианты применения ЭВМ в годы холодной войны. Частный сектор увидел в компьютерах перспективу коммерциализации использования компьютеров для гражданских нужд.

В 1946 году появился компьютер ENIAC. Устройство считается первым электронным цифровым вычислителем общего назначения, который можно перепрограммировать для решения ряда задач. ЭНИАК использовали для составления таблиц стрельбы, применяемых в артиллерии.

ENIAC:

• вес: 30 т;
• память: 20 число-слов;
• мощность: 174 кВт;
• скорость вычисления: 357 операций умножения или 5 тыс. задач сложения в секунду;
• частота: 100 кГц.

На создание компьютера потребовалось 200 тыс. человеко-часов и $486,8 тыс. ЭНИАК состоял из 17 468 ламп, 7,2 тыс. кремниевых диодов, 1,5 тыс. реле, 70 тыс. резисторов и 10 тыс. конденсаторов.

В СССР первый компьютер начали разрабатывать в 1948 году. Малая электронная счетная машина (МЭСМ) создавалась в лаборатории им. Лебедева в Киеве.

МЭСМ:

• год выпуска: 1950;
• частота: 5 кГц;
• скорость: 3 тыс. операций в минуту;
• мощность: 25 кВт.
• занимаемая площадь: 60 кв. м.

С 1950-х по начало 1980-х сфера компьютеростроения пополняется новыми изобретениями, именами инженеров и названиями компаний, финансирующих инновационные разработки:

• Whirlwind – первый компьютер реального времени (1953);
• Programmed Data Processor-1 (PDP) – мини-компьютер (1960);
• В5000 – первый компьютер с двумя процессорами (1961);
• PDP-8 – массовый мини-компьютер (1965). Продано 50 тыс. единиц;
• i8080 – первый 8-разрядный процессор (1974);
• VAX – 32-битная компьютерная архитектура (1978).

Первые персональные компьютеры

После того как появились первые в мире компьютеры, их эволюция постепенно привела к появлению моделей, подходящих и для личного пользования, а не только для удовлетворения нужд целых научных институтов и военных ведомств.

«МИР»

Серийный однопользовательский компьютер «МИР» создали в 1965 году в Институте кибернетики Академии наук Украинской ССР под руководством математика Виктора Глушкова. ЭВМ выпускалась серийно и предназначалась для работы в учебных заведениях, конструкторских бюро, научных организациях.

В 1968-м компьютер улучшили, модификация получила название «МИР-1»:

• среднее быстродействие: 3–4 тыс. операций в секунду;
• масса: 400 кг;
• цена: 39,5 тыс. руб. (стоимость на 1973 год).

Xerox Alto

Первый персональный компьютер в современном понимании. Разработкой устройства занимались в 1972 году в исследовательском центре Xerox PARC. Было выпущено 1 тыс. единиц, но выхода на коммерческий рынок не произошло: компьютер использовали в компании Xerox и университетах.

Xerox Alto:

• оперативная память: 128 Кбайт, с возможностью увеличения до 512 Кбайт;
• жесткий диск: сменный картридж на 2,5 Мбайта.

Графическая информация выводилась на монохромный монитор портретной ориентации. Для компьютера создали оптическую мышь, клавиатуру и сетевую плату, использующую протокол Ethernet.

Apple II

Во второй половине 1970-х началась всеобщая компьютеризация населения в США. Стив Джобс и Стив Возняк собрали любительский компьютер, который назвали Apple I. Разработка не вышла в серийное производство, но имела основные идеи, которые легли в основу модели Apple II, вышедшей на рынок в 1977 году. Компьютер имел успех, поэтому ПК продавался до 1990-х. Apple Computer поставила на продажу 5–6 млн единиц мультимедийных компьютеров.

Apple II:

• ОЗУ: 4–48 Кбайт;
• ПЗУ: 4 Кбайта;
• производительность: 1 МГц;
• графика: монохромная (280x192) и цветная (140x192);
• цена: $1298 за экземпляр с ОЗУ 4 Кбайта, $2638 – за 48 Кбайт (стоимость на 1977 год).

IBM 5150

Модель 5150 стала заменой 5100, которую компания IBM выпустила в 1975 году. Компактное устройство оценили ученые и инженеры, но бизнесмены и рядовые пользователи проигнорировали продукт. Отпугнула массового потребителя не только специфика, но и цена – $20 тыс. за единицу.

Модель 5150 вышла на рынок в 1981 году. Лучшая конфигурация с полным набором дополнений стоила $3005 и предназначалась для бизнеса.

IBM 5150:

• процессор: Intel 8088 с частотой 4,77 МГц;
• ОЗУ: 16–256 Кбайт;
• разрешение экрана: 640x480 пикселей при 256 Кбайтах видеопамяти.

Первые игровые модели

Первый успешный опыт с игровыми машинами приписывают физику Эдварду Кондону. Американец работал над аппаратом Nimatron в 1939–1940 годах. Кондон создал электронно-релейную машину для игры с ней. Устройство представили на технологической выставке в Нью-Йорке, где аппарат попыталось обыграть 100 тыс. человек, из которых успеха добилось 10 тыс.

Изобретение Кондона положило начало аркадным автоматам, пик популярности которых пришелся на 1970–80-е годы. Домашние приставки и первые в мире компьютеры, чьих технических характеристик хватало для воспроизведения игр, заменили аркадные машины.

Tandy TRS-80

Родоначальник текстовых приключенческих игр, например, Zork. TRS-80 стоил $600, не требовал доустановки программ и элементов, был готов к использованию сразу после покупки. Устройство компании Tandy, вышедшее на рынок в 1977-м, поддерживало десятки игр.

Atari 800

ПК оснастили сопроцессорами для обработки графики и звука. Четыре порта для джойстиков позволили играть в многопользовательские игры, например, M.U.L.E., Airline и Dandy. Домашние компьютеры Atari 800 выпускались с 1979 года.

Commodore 64

Продажи C64 начались в 1982 году. Модель попала в Книгу рекордов Гиннесса по числу реализованных единиц – 15 млн. Компьютер подключался к телевизору и использовался как альтернатива игровым приставкам. Для Commodore 64 разработчики создали 10 тыс. программ и игр.

Первые вирусы

Раз речь идет о компьютерах, то никак нельзя упустить из виду и такой бич программного обеспечения и личных данных пользователей, каким, без сомнения, являются всевозможные компьютерные вирусы.

Elk Cloner

В 1981 году 15-летний Ричард Скрента решил подшутить над одноклассниками. Школьник написал код вируса для Apple II, который через определенное количество запусков удалял пиратские копии игр и выводил на монитор забавную надпись. Вредоносная программа передавалась через дискету. Друзья Скренты раскрыли уловку товарища и перестали устанавливать игры, которые предлагал Ричард.

Скрента поработал над вирусом, видоизменил код и придумал другой способ передачи. Подросток заразил вредоносной программой ОС школьного компьютера. Если ПК не перезагружался перед использованием дискеты, то вирус автоматически загружался на носитель, а затем попадал на компьютер жертв розыгрышей Скренты. Вирус выдавал себя через 50 запусков игр.

Brain

Братья Амджат и Базит Алви из Пакистана создали вирус Brain в 1986-м. Через год вредоносное ПО заразило в США 18 тыс. компьютеров. Программу написали для отслеживания пиратских копий медицинского софта, который принадлежал братьям Алви. Вирус замедлял работу компьютера, мешал сохранять данные.

Компьютеры будущего

В завершение разговора о компьютерной технике стоит коснуться и темы дальнейшего ее развития. Пусть пока рассматриваемые предложения и остаются исключительно гипотетическими.

Фотонные компьютеры

Оптоинформатика и радиофотоника могут заменить существующие сетевые и компьютерные системы. Переход с электроники на фотонику в теории сократит энергозатраты, увеличит скорость передачи данных, повысит производительность.

В существующих пока исключительно в теории фотонных схемах используются фотолюминесцентные вещества, которые переводят обработку информации на молекулярный уровень. Приносит пользу задержка сигнала, который проходит через структуру из зеркал и призм: почти мгновенно решаются вычислительные задачи, которые на обычных компьютерах исполняются дольше и требуют больших энергозатрат.

Мозговой процессор

Футурологи считают, что симбиоз человека и компьютера приведет к созданию мозгосети (брайнет). Нейроинтерфейсы и программы-агенты приведут к организации Всемирной паутины нового уровня, где обмен данными будет происходить «из мозга в мозг». Футурологи ожидают, что брайнет начнет полноценно функционировать к 2035 году.

Квантовый компьютер

Инженеры считают, что квантовый компьютер сможет выполнять 10 трлн операций в секунду. Максимальное число исполняемых в секунду задач современных ПК исчисляется миллиардами. Прототипы квантовых процессоров разработали IBM, Intel, Google. Появление квантовых ПК, которые вытеснят нынешние компьютеры, прогнозируют к 2035-40-м годам. А насколько эти гипотетические «квантовики» превзойдут по своим характеристикам первые в мире компьютеры, даже представить сложно.