Компьютер - универсальное средство

Устройство компьютера
Современный персональный компьютер может быть настольным, портативным или карманным, при этом его устройство может быть отображено с помощью одной и той же функциональной схемы.

История возникновения
История развития вычислительной техники уходит корнями в глубь веков, к тем временам, когда наши далекие предки начали вести товарно-денежные взаимоотношения. Тогда им и потребовался какой-либо инструмент для ведения вычислений.
Слово 'компьютер' означает 'вычислитель', т.е. устройство для вычислений. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использоваться счеты.

Первая настоящая счетная машина появилась лишь в 1642г. Её изобрел французский математик Паскаль. Построенная на основе зубчатых колёс, она могла суммировать десятичные числа. В 1673г. немецкий математик Лейбниц изобрел машину, которая выполняла все четыре арифметические действия. Она стала прототипом арифмометров, использовавшихся с 1820г. до 60-х годов ХХ века. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия - счетчик - человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно - даже десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и месяцев. Причина проста - при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

Первая идея программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройства управления, ввода и печати (хотя и использующей десятичную систему счисления), была выдвинута в 1822г. английским математиком Бэббиджем. Его проект опережал технические возможности своего времени и не был реализован. Английский математик попытался построить универсальное вычислительное устройство - аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий), и иметь память для запоминания данных и промежуточных результатов. Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины - она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако он разработал все основные идеи, и в 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX в. - электромеханических реле - смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием 'Марк-1'. Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.
Лишь в 40-х годах ХХ века удалось создать программируемую счетную машину, причем на основэлектромеханических реле, которые могут пребывать в одном из двух устойчивых состояний: 'включено' и 'выключено'. Это технически проще, чем пытаться реализовать десять различных состояний, опирающихся на обработку информации на основе десятичной, а не двоичной системы счисления. Во второй половине 40-х годов появились первые электронно-вычислительные машины, элементной базой которых были электронные лампы.
С появлением в 80-х годах первых персональных компьютеров, темпы развития резко возросли. Практически каждый день появляются новые разработки, и ПК становится все более доступен и все более необходим. В настоящее время нет ни одной сферы деятельности, где не использовались бы компьютеры.

К началу XX века времени потребность в автоматизации вычислений, особенно для военных нужд - баллистики, криптографии стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных Эйкеном и Цузе одновременно работало несколько групп исследователей.
В 1943 г. группа американских специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ENIAC, работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Для упрощения процесса задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине.
Этот доклад стал всемирно известным, так, как в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но они соответствуют тем принципам, которые изложил в своем докладе в 1945 г Джон фон Нейман..

Все о компьютере
Окинув взглядом, столетие компьютерной истории, мы увидим множество совершенно непохожих друг на друга устройств: от громоздких ламповых компьютеров начала пятидесятых до крохотных современных ноутбуков.
Однако все они носят название компьютеров и работают по одной и той же схеме – пусть и воплощается она в каждом устройстве по-разному. И нет никакого сомнения, что этой классической схеме будут отвечать и компьютеры, созданные через десять, двадцать и даже сто лет!
Какое именно устройство мы можем назвать компьютером, какие именно элементы и блоки должны входить в его состав?
Впервые ответ на этот вопрос был сформулирован американским ученым Джоном фон Нейманом в виде его знаменитой модели.

«Компьютер фон Неймана» включает в себя четыре основных типа устройств :
1. Вычисляющее логическое устройство. К этому классу относится процессор, а также все дополнительные микросхемы, размещенные на специализированных платах (процессоры видеокарты, звуковой платы и т. д.).
2. Устройство управления. Эту функцию тоже выполняет процессор, а также — набор микросхем материнской платы (чипсет).
3. Запоминающее устройство — накопитель для хранения компьютерной информации. В первую очередь это жесткий диск (винчестер), а также накопители CD-ROM и DVD.
4. Внешние устройства (периферия). Принтер, сканер, внешний модем, монитор, колонки — словом, все устройства, необходимые для ввода и вывода информации.

Устройство, удовлетворяющее всем этим требованиям, появилось лишь в начале 50-х годов (хотя «первым компьютером» в литературе чаще всего называют «вычислитель» EN1AC, созданный в 1946 году).
Однако история вычислительной техники началась задолго до создания EN1AC: первые считающие устройства были созданы еще в XVII веке. За «точку отсчета» чаще всего принимают дату создания Джоном Непером «счетных палочек» — прообраза логарифмической линейки.
С этого момента в мире сменилось всего шесть поколений вычислительных устройств:
Механические устройства. От первых «считающих машин» Однера, Паскаля, Лейбница и Бэббиджа — до коммерческих арифмометров. Устройства этого типа были построены на основе механических элементов — зубчатых колес и валиков — и предназначались для выполнения арифметических операций. Механические «вычислители» окончательно сошли со сцены лишь в 40-х годах XX столетия (хотя в России они применялись гораздо дольше).
Электромеханические устройства. В этих вычислителях «первую скрипку» по-прежнему играла механическая начинка, однако ее помощником стал электрический двигатель. По этому принципу был устроен «табулятор» американского инженера Германа Холлерита, а также — великое множество его преемников. Электромеханические вычислители активно использовались с начала до середины XX века. Первые «компьютеры» 30—40-х годов были построены на основе электромеханических реле.
Электронные устройства. В середине 40-х годов электромеханические реле были заменены электронными переключателями (лампами) — и с этого момента берет отсчет история нового типа компьютеров, к которому принадлежат и все современные вычислительные устройства.

В компьютерной истории принято выделять пять поколений электронных компьютеров, в зависимости от типа использованного в них вычислительного элемента:

1) 1943—1950. Вычислительный элемент — электронные лампы. Быстродействие — до нескольких десятков тысяч операций в секунду. «Большие» ЭВМ. Первые запоминающие устройства (перфокарты, перфолента).
2) 1950—1964. Вычислительный элемент — транзисторы. Быстродействие — до 1—2 млн. операций в секунду. Мини-ЭВМ.
3) 1964—1971. Вычислительный элемент — интегральные схемы. Быстродействие — до 300 млн. операций в секунду. Микро-ЭВМ, предназначенные для работы с одним пользователем. Первые операционные системы.
4) 1971—... Вычислительный элемент — микропроцессоры. Быстродействие — миллиарды операций в секунду. Персональные ЭВМ. Готовые прикладные программы, графический интерфейс, использование технологии мультимедиа. Глобальные компьютерные сети.

Основные типы современных компьютеров
В свое время, лет двадцать назад, фантазия причислить компьютер к «бытовым» устройствам «для дома, для семьи» могла возникнуть лишь в очень умной – и слегка нездоровой голове. Это же просто смешно: серьезное вычислительное устройство, орудие для настоящих профессионалов – и в одной куче с какими-нибудь скороварками!
Но в кузове грузовичка прогресса, трясущегося по ухабам истории, как в миксере, перемешиваются и перемалываются любые понятия и законы. И вот, смотрите-ка, - сегодня бесчисленные воплощения компьютерной идеи вполне уместны не только в рабочем кабинете, но и на кухне. И чем отличается компьютер от прочей домашней утвари, еще надобно понять.… Сегодня, несмотря на двадцатилетний стаж в качестве «домашнего» устройства, компьютер продолжает оставаться волнующей экзотикой. И более того, ухитряется даже подчинять себе все вокруг, от прочей техники до своего хозяина-человека. Горы книг и фильмов, толстенный пласт лексических нововведений, новые культы и философские концепции, болезни и откровения духа... Согласитесь, ни одна выдумка человечества не смогла породить вокруг себя столько шума!

Так чем же таким особым выделяется компьютер, в чем его отличие от прочей техники?
Новички ответят — разносторонностью, умением, сложностью. Ценой, наконец. Это понятно и очевидно даже для невооруженного глаза... Бывалый же компьютерщик, оторвав на секунду мутный взгляд от запотевшего монитора, скажет: своенравием, непредсказуемостью, характером. Умные дяди психологи грозят пальцем: не стоит «очеловечивать» компьютер — железо все равно остается мертвым и бездушным. Что ж, материальная часть, «железо» (или, по-английски, hardware) — первый и самый важный компонент любого компьютера. Но все умения и капризы ПК одним «железом» не объяснишь. Как вы думаете, почему два одинаковых, с «железной» точки зрения, компьютера работают неодинаково?
И уже тянет руку отличник с первой парты, — а про программы забыли? Все правильно, и про программное обеспечение (software) пару теплых слов сказать надобно. Ведь именно благодаря программам и реализуются все возможности вашего «железа», а компьютер «оживает» — точно так же, как «оживает» машина в руках водителя. Программы управляют компьютером, распоряжаются всей его мощью, наделяют каждое компьютерное «тело» уникальной и неповторимой «душой»...
Классическая схема взаимодействия мужского и женского начал, пассивного порядка и активного хаоса, единство и борьба противоположностей. И над всей этой философской катавасией Господом Богом царит Пользователь, сдабривая «коктейль» из «железа» приправой из пресловутого «человеческого фактора».
Вот и удивляйся после этого загадкам компьютера — этой единой и непредсказуемой системы...

Платформы современных компьютеров
Первый признак, по которому разделяются компьютеры, — платформа. Для компьютеров это то же самое, что раса в человеческом мире.
Сегодня на рынке представлено несколько основных платформ персональных компьютеров, каждая из которых отличается как по назначению, так и по типу использованного «железа» и программ. Как правило, различные платформы компьютеров несовместимы между собой, — хотя в отдельных случаях программы, написанные для компьютеров одного типа, можно запустить на другом с использованием специальных «эмуляторов».

Платформа IBM
Платформа IBM-совместимых компьютеров включает громадный спектр САМЫХ различных компьютеров, от простеньких домашних персоналок до сложных серверов. Именно с IBM-совместимыми компьютерами вам придется сталкиваться в абсолютном большинстве случаев. И вполне закономерно, что именно они описаны в этой книге. Кстати, совершенно необязательно, что лучшие IBM-совместимые компьютеры изготовлены фирмой IBM — породивший этот стандарт «голубой гигант» сегодня лишь один из великого множества производителей ПК.
С момента появления на свет ПК (начиная с середины 70-х годов) в мире существовало (и существует) множество видов этих устройств. Однако сейчас подавляющее большинство персональных и домашних компьютеров относятся к типу «IBM PC-совместимых».
Сам этот термин достаточно парадоксален. Ведь вот уже добрый десяток лет, как фирма IBM — создатель первого в мире подлинно массового персонального компьютера — утратила свое господство в этой области: ныне она серьезно уступает в битве производителей ПК другим фирмам, например, Dell или Compaq. Да и мало кто помнит сегодня ту, первую успешную модель IBM — компьютер типа PC...
Что и говорить, со времен господства IBM техника ушла далеко вперед. И большинством нововведений мы обязаны отнюдь не могучему некогда «Голубому гиганту». Поэтому сегодня на Западе все чаще говорят не об «IBM-совместимых компьютерах», а о «платформе «WIntel», подразумевая под этим сочетание аппаратного обеспечения — процессоров фирмы Intel и «программной начинки» — операционной системы Windows.
Главная заслуга IBM — в выработке и утверждении единого стандарта на основные части компьютера — комплектующие. До этого каждый производитель ПК стремился создать собственное, уникальное «железо» — ведь в результате он становился монополистом на сборку и обслуживание собственных устройств. Желание почетное и вполне закономерное. Однако в итоге рынок был перенасыщен несовместимыми друг с другом аппаратами, для каждого из которых нужно было создавать собственные программы. Представьте, что произошло бы, если бы для каждой автомашины нужен был свой, особый сорт бензина, смазочных масел и так далее — вплоть до особой жидкости для протирки стекол?

В период становления рынка персональных компьютеров (или сокращенно ПК) устройство каждого персонального компьютера было особо охраняемой тайной фирмы-производителя, и ни о каком копировании одной фирмой изделия другой в массовых масштабах просто не могло быть и речи.
Заслуга фирмы IBM и состоит именно в том, что она посягнула на этот казавшийся незыблемым принцип. Главное нововведение, которому и был обязан своей популярностью компьютер IBM PC, — принцип открытой архитектуры: IBM решила не делать свой новый компьютер «вещью в себе», а широко оповестила всех об особенностях его конструкции, поощряя при этом производство совместимых с IBM PC компьютеров других фирм. Разумеется, в итоге IBM быстро лишилась «лидерской майки»: конкуренты производили клоны дешевле оригинального IBM PC, а в ряде случаев — и намного. Но стандарт прижился, и сегодня мы нет-нет, да и употребляем словосочетание «IBM PC-совместимый».
Современный IBM-совместимый ПК похож на детский конструктор типа «сделай сам». Каждое из входящих в его состав устройств можно свободно поменять на другое — того же типа, но более совершенное. Благодаря этому становятся возможными две веши — быстрая сборка компьютера непосредственно «под клиента» в любой, даже самой маленькой компьютерной фирме, а также простая (в большинстве случаев — силами самого пользователя) модернизация.
Сегодня уже нет ни одной детали, которая не была бы представлена четырьмя-пятью фирмами одновременно. Даже основа основ — процессоры — выпускаются сегодня не только знаменитой на весь мир корпорацией Intel, но и другими фирмами, — например, AMD. А где же IBM? Она по-прежнему поставляет компьютеры — как офисные, так и домашние. Некоторые модели этой фирмы даже достигали статуса «бестселлеров», однако за лидерами рынка, такими как Compaq, Acer или Dell, «голубому гиганту», похоже, уже не угнаться...

Платформа Apple
Специалисты по компьютерной истории отдают приоритет в создании персональных компьютеров именно компании Apple. С середины 70-х годов эта фирма представила несколько десятков моделей персональных компьютеров — начиная с Apple I и заканчивая современным iMac, — и уверенно противостояла мошной корпорации IBM. В середине 80-х компьютеры серии Macintosh стали самыми популярными «персоналками» в мире — и сегодня компьютеры от Apple частенько называют «Маками», несмотря на то, что сам Apple Macintosh давно уже стал частью компьютерной истории (как, впрочем, и его конкурент IBM PC).
В отличие от IBM, компания Apple всегда делала ставку на «закрытую» архитектуру — комплектующие и программы для этих компьютеров выпускались лишь небольшим числом «авторизованных» производителей. За счет этого «Маки» всегда стоили несколько дороже своих PC-совместимых коллег — что, впрочем, компенсировалось их высокой надежностью и удобством.
Именно на компьютерах Apple впервые появились многие новинки, со временем ставшие неотъемлемой частью персонального компьютера: графический интерфейс и мышь, звуковая подсистема и компьютерное видео... Собственно говоря, и интерфейс самой Windows был частично скопирован с одной из ранних операционных систем Apple, созданной для компьютера Lisa (справедливости ради стоит отметить, что специалисты самой Apple точно так же скопировали разработки лаборатории компании Xerox).
Работа с графикой и сегодня остается основным козырем Apple — вот почему «Макинтоши» по-прежнему незаменимы в таких областях, как издательское дело, подготовка и дизайн полноцветных иллюстраций, обработка видео и звука. В этом качестве компьютеры Apple и используются сегодня в России (в Америке же новые модели Apple с успехом используются и дома).
Несмотря на значительное падение интереса к Apple в начале 90-х, к концу десятилетия «Маки» вновь вернули себе былую славу после выхода моделей с новым, уникальным дизайном, рассчитанным на домашнего пользователя (настольной модели iMac и портативной — iBook). Кстати — фирменный «Маковский» дизайн очень быстро собезьянничали производители IBM PC-совместимых компьютеров. И если вы увидите в магазине полупрозрачный, голубоватого оттенка корпус, мышку или даже принтер, помяните добрым словом дизайнеров из Apple…

Платформа Amiga
Компьютер Amiga, созданный одноименной компанией, в середине 80-х успешно конкурировал с обеими платформами-«гигантами». Пик популярности Amiga пришелся на 1985 год, когда компания Commodore (купившая за год до этого все права на «Подругу») представила знаменитую модель Amiga 1000 — фактически, первый мультимедийный компьютер, оснащенный полноцветным дисплеем и звуковой подсистемой. Успех этого компьютера был настолько велик, что интерес к его потомкам сохранялся до начала 90-х годов.
В отличие от компьютеров IBM и Apple, Amiga изначально была рассчитана не на профессионалов, а на домашних пользователей. Игры, яркий и сочный цвет, видео — вот что привлекало покупателей в этом компьютере (не случайно его продвижением занималась «игровая» компания Commodore!). Неудивительно, что именно Amiga стала любимой игрушкой для творческих людей, — ее преимущества сразу же оценили мастера «демо» (коротких анимированных роликов, сочетавших трехмерную графику, анимацию и звук).
Однако таланты Amiga лежали не только в игровой области — по своим возможностям в обработке графики, звука и видео этот компьютер легко конкурировал даже с Apple Macintosh. Для Amiga было выпущено множество мощных и вполне профессиональных пакетов, включая графические, звуковые редакторы, а также инструменты программирования.
К тому же Amiga обладала большими возможностями расширения, — для этого использовалась система специальных плат-«ускорителей». Благодаря им, многие модели Amiga, выпущенные ещё. В начале 90-х годов, продолжают с успехом работать и сегодня.
К сожалению, в середине прошлого десятилетия интерес к Amiga резко снизился: рынок захватили PC-совместимые компьютеры, оттеснив на обочину даже мощный Macintosh. 1995 год ознаменовался банкротством Amiga, после чего выпуск новых компьютеров этой марки был прекращен.
Казалось бы, эту платформу можно спокойно списывать в архив... Однако требования сотен тысяч пользователей Amiga, сохранявших верность любимой платформе в течение десяти лет, сделали свое дело. Как ожидается, в этом году компания Eyetech начнет выпуск новой версии Amiga — AmigaOne, мощного компьютера, использующего самые мощные процессоры PowerPC. Точно такие же процессоры содержат новые компьютеры Apple, — однако вряд ли новая Amiga станет клоном iMac. Другое дело — сможет ли «реинкарнация» легендарного компьютера воскресить славу своего предшественника...