О вычислительной машине Z1
Первый в своём роде
Самый первый в мире компьютер был изобретён немецким учёным Конрадом Цузе в 1938 году.
Это была двоичная вычислительная машина с вводом данных с помощью клавиатуры в десятичной системе счисления в виде чисел с плавающей запятой.
Ввод команд и данных осуществлялся при помощи клавиатуры, сделанной на основе пишущей машинки, а вывод — с помощью маленькой панели на лампочках. Такая конструкция позволяла хранить шестьдесят четыре 22-битовых вещественных числа, каждое из которых состояло из 14-битовой мантиссы и 8 бит, отводившихся под знак и порядок. Процессор имел два 22-битных регистра. Тактовая частота составляла 1 Гц, быстродействие — в среднем 1 умножение за 5 сек. Машина была снабжена устройством чтения перфокарт и приводилась в движение мотором от пылесоса мощностью в 1 киловатт. Умножение и деление выполнялись при помощи той же процедуры повторных сложений и вычитаний, которую использовал ещё Блез Паскаль в конструкции своей суммирующей машины. Считываемые инструкции программы тут же исполнялись, не загружаясь в память. Законченная модель насчитывала 30 тысяч компонентов, стоила 800 тысяч немецких марок и потребовала для своей сборки труда 4 энтузиастов включая самого Цузе. Но в ходе бомбардировок оригинал машины был уничтожен.
История создания
Цузе не имел опыта в области электроники, не обладал достаточными знаниями в области механики и конечно же, не мог знать принципы работы других вычислительных устройств. Но эти обстоятельства его не смущали. Молодой изобретатель незамедлительно начал реализацию своей идеи. С помощью знакомых он собрали небольшую сумму денег для исследования и вместе с несколькими друзьями приступил к работе. Процесс разработки и сборки происходил в берлинской квартире его родителей — домашняя гостиная превратилась в настоящую мастерскую. Никаких специально оборудованных лабораторий, никакой помощи от правительства, министерств или университетов. Конрад делал все сам, создавая свой компьютер практически из ничего. С другой стороны, возможно именно это обстоятельство дало ему преимущество, так как он смог иначе посмотреть на вопросы машинной арифметики и найти новый подход к решению определенных задач. Позже изобретатель писал, что в силу неосведомленности он не был ограничен в поисках системы, наилучшей для автоматических вычислений. Попробовав десятичную систему, Цузе остановился на двоичной.
Существовавшие на то время вычислительные механизмы были построены с использованием вращающихся элементов и оперировали значениями в десятичной системе счисления. Особенностью Z1 было то, что она занималась обработкой чисел в двоичной системе и для переключения использовались не реле, а металлические пластины. Надо заметить, что эти пластины вырезались Цузе и его друзьями вручную, обычным лобзиком (2000 штук!). Пластины перемещались в строго определенном направлении. Смещенные пластины, указывающие значения вычисляемых величин и математические операции, перемещали ряд других пластин, изменяющих регистр двоичных чисел и сохраняющих промежуточный результат. Полученные данные позволяли производить другие преобразования. Собственно задаваемый оператором несложный последовательный алгоритм вычислений и был прототипом современной компьютерной программы. Примечательной особенностью первого компьютера была клавиатура для ввода данных с мигающими лампочками для указания результатов.
Компьютеры «Новой эпохи»
Но Z1 это не компьютер в привычном нам понимании. Ведь он работал на перфоленте и подобных ей механизмах и на половину на электронике. Далее я расскажу о уже привычных нам компьютерах: компактных в сравнении с тем же Z1 и его «правнуками», работающих от электро-сигналов и выводом изображения на графический экран.
Первый процессор: Intel 4004
История создания
В 1969 году небольшая японская компания Nippon Calculating Machine, Ltd. занимавшаяся производством калькуляторов, заказала у Intel 12 микросхем (логический дизайн системы был разработан сотрудником Busicom — Масатоси Сима которые должны были использоваться в новом настольном калькуляторе. Такие микросхемы всегда характеризовались узкоспециализированными функциями и предназначались для выполнения строго определённой работы, поэтому для каждого нового применения приходилось заново разрабатывать весь набор микросхем. Такой подход сотрудникам Intel показался невыгодным. 32-летний Маршиан Эдвард Хофф предложил руководству Intel и Busicom уменьшить число микросхем, используя центральный процессор, который должен будет выполнять арифметические и логические функции, один вместо нескольких микросхем. Идея была одобрительно принята руководством обеих фирм. В течение осени 1969 года Тэд Хофф с помощью Стэнли Мэйзора предложил новую архитектуру микросхем, число которых было сокращено до 4, включая центральный процессор: 4-разрядный центральный процессор , ПЗУ для хранения ПО и ОЗУ для хранения данных пользователя. Развитие микропроцессора началось только в апреле 1970 года, когда Федерико Фаджин, физик из Италии, начал работать в Intel главным проектировщиком семейства MCS-4. Фаджину, благодаря глубокому знанию технологии МОП с кремниевым затвором, разработанной им в Fairchild в 1968 году, и большому опыту, полученному в 1961 году в итальянской фирме Olivetti в области логического проектирования компьютеров, удалось свести микропроцессор CPU в один-единственный чип. В 1968 году, когда Федерико работал в фирме Fairchild, он также реализовал первую в мире коммерческую микросхему, которая использовала технологию кремниевых затворов: Fairchild 3708.
В фирме Intel Фаджин разработал новый, до тех пор не существовавший метод проектирования схем произвольной логики и внёс свой вклад во многие нововведения по разработке процессов и микросхем, весьма важные для реализации микропроцессора в одном чипе. Масатоси Сима, который работал инженером по программному обеспечению в фирме Busicom и не имел никакого опыта в конструировании устройств МОП, помог Фаджину в разработке MCS-4, а позже стал работать с ним в фирме Zilog, созданной в конце 1974 года Фаджином и Ральфом Унгерманном и полностью посвящённой микропроцессорам. Фаджин и Сима вместе разработали микропроцессор Zilog Z80.
Почему 4004?
Каждой категории продукции было присвоено своё число. Первыми изделиями Intel стали микросхемы памяти, которым была присвоена нумерация 1xxx. В серии 2xxx разрабатывались микросхемы NMOS. Биполярные микросхемы были отнесены к серии 3xxx. 4-разрядные микропроцессоры получили обозначение 4xxx. Микросхемы CMOS получили обозначение 5xxx, память на магнитных доменах — 7xxx, восьми- и более разрядные микропроцессоры и микроконтроллеры принадлежали к серии 8xxx. Серии 6xxx и 9xxx не использовались.
Вторая цифра обозначала тип продукции: 0 — процессоры, 1— микросхемы RAM, 2 — контроллеры, 3 — микросхемы ROM, 4 — сдвиговые регистры, 5 — микросхемы EPLD, 6 — микросхемы PROM, 7 — микросхемы EPROM, 8 — чипы наблюдения и схемы синхронизации в генераторах импульсов, 9 — чипы для телекоммуникаций.
Третья и четвёртая цифры соответствовали порядковому номеру изделия, а так как для работы первого процессора требовалось ещё три специализированные микросхемы (микросхемы ROM, RAM и расширитель ввода-вывода), которые были выпущены раньше, чем 4004, то микропроцессор получил имя 4004.
Коммерческий путь и итоговые характеристики
15 ноября 1971 года вышла микросхема 4004 — первый микропроцессор, который при стоимости 200 долларов реализовывал на одном кристалле функции процессора большой ЭВМ. Первый в мире микропроцессор был анонсирован в ноябре 1971 года в журнале Electronic News. Микропроцессор 4004 выпускался в 16-контактном корпусе типа DIP, размеры кристалла были 12 мм². Процессор мог выполнять 60 000 в среднем, а максимально - до 93 000 инструкций в секунду. Фирма Intel предугадала решающее значение микропроцессоров в миниатюризации компьютеров и поэтому выкупила у фирмы Busicom авторские права на микропроцессор 4004 и его усовершенствованные версии за 60 000 долларов.
Однако в 1971 году процессор так и не стал хитом продаж. Стратегия фирмы Intel была направлена на то, что сбыт 4004 расширяет рынок намного более популярных микросхем памяти 1101/1103. Популярностью стал пользоваться только микропроцессор 8080 — электронный «правнук» 4004.
Первый графический процессор: S3 Graphics 86C911
Графический процессор или видеокарта - это специализированная электросхема, предназначенная для быстрого манипулирования и изменения памяти с целью ускорения создания изображений в буфере кадров, предназначенных для вывода на устройство отображения.
Самый первый графический процессор вышел в1989 году: 2D-ускоритель S3 Graphics 86C911. 1 Мб видеопамяти, поддержка разрешения 800х600 и 16-битного цвета. Эта «железка» открыла миру комфортную работу с графикой, а компьютер перестал быть скучным: на таком железе уже можно было более-менее работать с графикой
Хотя и видеокарта появилась в 1989 году, до неё существовали компьютеры. В них на вывод шла только текстовая информация в основном ч/б или з/ч цветах\
Устройства вывода изображения или Первый монитор
Благодаря исследованиям, проведённым в 1960-е годы Дагом Энгельбартом в научно-исследовательском институте Стэнфорда, был изобретён графический интерфейс пользователя.
Впоследствии концепция GUI была перенята учёными из исследовательской лаборатории Xerox PARC в 1970-х. В 1973 году в лаборатории Xerox PARC собрали молодых учёных и дали свободу исследований. В результате, кроме всего прочего, на свет появляется концепция графического интерфейса WIMP и в рамках этой концепции создаётся компьютер Alto
Именно благодаря достижениям этих людей, у нас есть не только компьютеры для вычисления, но и для работы, поддержки серверов различных сайтов программ, игровые компьютеры. Компьютеры помогают в сложных математических и не только вычислениях. Благодаря развитию компьютерных у нас появился Искусственный интеллект, который мы наблюдаем в быту (Роботы пылесосы, “умные” кухонные машины, розетки и т.п. ), но и в науке (Протезы, манипуляторы автопилоты и т.п.). Прогресс не стоит на месте, например сейчас мы можем наблюдать графику схожую с тем, как мы видим наш мир. Раньше о такой графике могли только мечтать.
Прогресс не стоит на месте, уже не редкость электромобили, искусственный интеллект, встроенный в них, или полёты в космическое пространство космических кораблей с различными телескопами и роботами за пределы нашей солнечной системы. Кто знает, может через пару лет мы колонизируем другие тела нашей солнечной системы или же так и останемся на том уровне развития, лишь с небольшим прогрессом.