История компьютеров - это увлекательное путешествие через столетия, начавшееся задолго до появления электроники и микропроцессоров. Основы вычислительной техники были заложены ещё в XVII веке, когда мыслители начали создавать первые механические устройства для автоматизации расчётов. От деревянных механизмов Шиккарда до абстрактных машин Тьюринга и теоретической архитектуры фон Неймана - каждый шаг приближал нас к созданию универсальных, программируемых устройств, которые сегодня управляют всем: от смартфонов до космических аппаратов.

Механические вычисления: начало пути

# Вильгельм Шиккард (Wilhelm Schickard) - первый шаг к калькулятору (1623)

Немецкий астроном и математик Вильгельм Шиккард считается изобретателем одного из первых в истории механических вычислительных устройств. В 1623 году он построил "вычисляющий часы" (Calculating Clock) - механическое устройство, способное выполнять сложение и вычитание, а при некоторых условиях - умножение и деление.

  • Устройство состояло из шестерёнок, связанных друг с другом, и использовало десятичную систему счисления.
  • Оно имело автоматический перенос значений между разрядами.
  • Шиккард создал своё устройство для своего друга, астронома Иоганна Кеплера, чтобы облегчить расчёты в астрономии.

К сожалению, оригинальное устройство было утеряно, а о нём стало известно только спустя несколько столетий из писем, найденных историками.

# Блез Паскаль (Blaise Pascal) - Pascaline (1642)

Французский математик, физик и философ Блез Паскаль в 1642 году, в возрасте 19 лет, изобрёл Pascaline - механический калькулятор, предназначенный для помощи своему отцу, сборщику налогов.

  • Устройство выполняло сложение и вычитание с использованием зубчатых колёс.
  • Pascaline имела до 8 десятичных разрядов и могла производить перенос между ними.
  • Хотя она не была коммерчески успешной, Pascaline стала известным примером ранней вычислительной техники и вдохновила будущие разработки.

# Готфрид Вильгельм Лейбниц (Gottfried Wilhelm Leibniz) - шаг к универсальной машине (1673)

Лейбниц, немецкий философ, логик и математик, пошёл дальше Паскаля и изобрёл "Степенную машину" (Stepped Reckoner) - механическое устройство, способное выполнять умножение, деление, сложение и вычитание.

  • Он также предложил использовать двоичную систему счисления, которую считал более естественной для машин - идея, получившая развитие только в XX веке.
  • Его машина использовала уникальный цилиндрический механизм с зубцами разной длины - "ступенчатое колесо Лейбница".
  • Хотя устройство было слишком сложным и не работало без сбоев, оно стало важным шагом к автоматизации вычислений.

XIX век - эра программируемых машин

# Чарльз Бэббидж (Charles Babbage) - отец компьютеров

Чарльз Бэббидж, английский математик и изобретатель, в первой половине XIX века предложил идеи, опередившие своё время на столетия.

- Разностная машина (Difference Engine, 1822)

  • Была предназначена для вычисления и печати таблиц математических функций (например, логарифмов).
  • Использовала метод конечных разностей.
  • Финансировалась британским правительством, но проект был закрыт из-за технических сложностей.

- Аналитическая машина (Analytical Engine, 1837)

  • Первый проект программируемого универсального компьютера.
  • Включала все основные компоненты современного компьютера: арифметическое устройство, память, устройство ввода (перфокарты) и вывода.
  • Принцип работы вдохновлён текстильными автоматами с перфокартами (Жакаровый ткацкий станок).
  • К сожалению, машина так и не была построена при жизни Бэббиджа, но его идеи легли в основу современной компьютерной архитектуры.

# Ада Лавлейс (Ada Lovelace) - первая программистка

Августа Ада Кинг, графиня Лавлейс, дочь поэта Байрона, стала известна как первая в мире программистка.

  • В 1842 году она перевела и расширила статью итальянского инженера Луиджи Менабреа о аналитической машине Бэббиджа.
  • В своих примечаниях (объёмом в три раза больше оригинальной статьи) она описала алгоритм вычисления чисел Бернулли (Note G), который считается первой компьютерной программой.
  • Она предсказала, что аналитическая машина может использоваться не только для чисел, но и для обработки текстов, музыки, изображений - тем самым предвосхитив идею универсального компьютера.

XX век - эра логики, алгоритмов и электронных компьютеров

# Алан Тьюринг (Alan Turing) - теоретические основы компьютеров

Алан Тьюринг, британский математик, логик и криптограф, оказал огромное влияние на теорию вычислений и искусственный интеллект.

- Машина Тьюринга (1936)

  • Абстрактная модель вычислительной машины, способная выполнять любые алгоритмические операции.
  • Стала фундаментом теории алгоритмов и основной моделью вычислений в информатике.
  • Понятие "Тьюринг-полноты" применяется к языкам программирования и архитектурам, которые могут моделировать поведение машины Тьюринга.

- Вклад в криптоанализ (Вторая мировая война)

  • Во время войны Тьюринг сыграл ключевую роль в взломе немецкой машины "Энигма", что значительно ускорило окончание войны.
  • Он разработал электромеханическое устройство "Бомба" (Turing Bombe), помогавшее находить ключи к зашифрованным сообщениям.

Архитектура современных компьютеров

# Джон фон Нейман (John von Neumann) - архитектура хранимой программы (1945)

Джон фон Нейман, выдающийся математик венгерского происхождения, внёс решающий вклад в создание архитектуры универсального компьютера.

- Принципы архитектуры фон Неймана:

  • Единая память для данных и инструкций.
  • Последовательное выполнение команд.
  • Разделение на 5 компонентов: арифметико-логическое устройство (ALU), управление, память, ввод, вывод.
  • Эти принципы легли в основу практически всех компьютеров с середины XX века до наших дней.

- EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)

  • Один из первых электронных компьютеров с реализованной архитектурой фон Неймана.
  • Проект разработан после войны на основе доклада фон Неймана и послужил образцом для множества последующих машин.

Эпоха электронных вычислений (1940 - 1960-е)

Переход от механических к электронным устройствам стал революцией в вычислительной технике. Если Бэббидж и Тьюринг заложили теоретические основы, то инженеры середины XX века воплотили эти идеи в реальные работающие машины.

# Поколение вакуумных ламп: ENIAC и первые ЭВМ

- ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer, 1946)

  • Разработан в Пенсильванском университете Джоном Мочли (John Mauchly) и Преспером Эккертом (Presper Eckert).
  • Это был первый электронный универсальный компьютер, способный выполнять сложные расчёты с огромной скоростью для своего времени.
  • Состоял из 18 000 вакуумных ламп, весил около 30 тонн и занимал целый зал.

Особенности:

  • Выполнял около 5000 операций в секунду - невообразимо быстро по сравнению с механическими машинами.
  • Программы вводились вручную - переключателями и кабелями.
  • Использовался для баллистических расчётов армии США и для научных вычислений.

EDVAC и появление концепции хранимой программы

ENIAC не имел внутреннего хранения программ - именно поэтому проект его преемника EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) под руководством фон Неймана стал таким значимым.

Он реализовал принцип хранения данных и инструкций в одной памяти, что стало стандартом для всех последующих машин.

# Второе поколение - транзисторы (1950-е)

- Изобретение транзистора (1947)

  • Создан в Bell Labs тремя физиками: Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттейном.
  • Транзистор заменил ненадёжные вакуумные лампы, был меньше, дешевле, надёжнее и энергоэффективнее. 

- Компьютеры второго поколения

  • IBM 1401, PDP-1 - представители новой эпохи вычислений.
  • Появились языки программирования высокого уровня:
    - FORTRAN (1957, Джон Бэкус) - для научных расчётов.
    - COBOL (1959, Грейс Хоппер) - для бизнес-приложений.

Эти языки позволили программистам мыслить алгоритмически, а не машинно, и заложили основу программной инженерии.

# Третье поколение - интегральные схемы (1960–1970-е)

- Интегральная схема (1958)

  • Изобретена независимо Джеком Килби (Texas Instruments) и Робертом Нойсом (Fairchild Semiconductor).
  • Позволила объединить десятки и сотни транзисторов на одном кристалле.

Результат - резкое уменьшение размеров и стоимости компьютеров и появление мэйнфреймов (больших корпоративных ЭВМ) и мини-компьютеров, доступных университетам и лабораториям.

Рождение персональных компьютеров (1970 - 1980-е)

К середине 1970-х вычислительная техника перестаёт быть исключительно научным инструментом - она приходит в дома. Этому способствовало миниатюризация электроники и развитие микропроцессоров.

# Микропроцессор - компьютер на кристалле

- Intel 4004 (1971)

  • Первый коммерческий микропроцессор, созданный инженером Федерико Фадзином в компании Intel.
  • Вмещал на одном чипе функции центрального процессора.
  • Это ознаменовало рождение четвёртого поколения компьютеров.

# Появление персональных компьютеров

- Altair 8800 (1975)

  • Конструкторский набор с процессором Intel 8080.
  • Считается первым персональным компьютером для энтузиастов.
  • Именно для него Билл Гейтс и Пол Аллен написали первую версию Microsoft BASIC, положив начало компании Microsoft.

- Apple I и Apple II (1976 - 1977)

  • Разработаны Стивом Джобсом и Стивом Возняком.
  • Apple II стал первым массовым персональным компьютером, готовым "из коробки", с клавиатурой, цветным дисплеем и простыми программами.

- IBM PC (1981)

  • IBM вступает на рынок персональных компьютеров.
  • Использует процессор Intel 8088 и операционную систему MS-DOS, разработанную Microsoft.
  • Благодаря открытой архитектуре IBM PC стал стандартом индустрии.

# Эпоха графического интерфейса (GUI)

- Xerox PARC (1973)

Исследовательский центр Xerox создал революционные идеи:

  • оконный интерфейс,
  • мышь,
  • иконки и файлы.

- Apple Macintosh (1984)

  • Первый коммерчески успешный компьютер с графическим интерфейсом и мышью.
  • Популяризировал понятие "пользовательского опыта".

- Microsoft Windows (1985)

  • Конкурирующая платформа, построенная поверх MS-DOS.
  • Впоследствии стала доминирующей операционной системой персональных компьютеров.

Сети и Интернет (1960 - 2000-е)

- ARPANET - прародитель Интернета (1969)

  • Создан по заказу Министерства обороны США (ARPA).
  • Объединял университеты и исследовательские центры для обмена данными.
  • Использовал идею пакетной передачи данных, предложенную Полом Бараном.
  • В 1971 году по сети было отправлено первое электронное письмо.

- Переход к TCP/IP (1983)

  • Унифицированный протокол связи, созданный Винтоном Серфом и Робертом Каном.
  • Именно он сделал возможным глобальное объединение сетей в единый Интернет.

- Всемирная паутина (World Wide Web, 1989)

  • Изобретена Тимом Бернерсом-Ли в CERN.
  • Ввела ключевые технологии:
    - HTTP - протокол передачи данных,
    - HTML - язык гипертекста,
    - URL - универсальные адреса.

В 1993 году появился первый браузер Mosaic, а затем - Netscape, что открыло эру Интернета для широкой публики.

- Эра массового Интернета (1990 - 2000-е)

  • Появление поисковых систем (Yahoo, Google).
  • Социальные сети (MySpace, Facebook).
  • Электронная коммерция (Amazon, eBay).
  • Сеть стала платформой для коммуникаций, знаний и развлечений.

Доминирование персональных компьютеров

  • В начале 2000-х ПК оставались основным инструментом работы и учёбы.
  • Появились 64-битные операционные системы: Windows XP (2001) и Mac OS X (2001) улучшили стабильность и поддержку многозадачности.
  • Процессоры Intel Pentium 4 и AMD Athlon обеспечивали высокую производительность, а появление многоядерных CPU (Core Duo, 2006) положило начало новой эре многопоточных вычислений.

- Особенности:

  • Массовое распространение интернет-сервисов и программного обеспечения (MS Office, Adobe Creative Suite).
  • Рост популярности игровых ПК и графических ускорителей NVIDIA и ATI/AMD.

Интернет и веб 2.0

- Взрыв веб-сервисов

  • Появление веб 2.0 изменило подход к взаимодействию с интернетом: пользователи стали создателями контента, а не только потребителями.
  • Ключевые сервисы:
    - Wikipedia (2001) - свободная энциклопедия, полностью создаваемая пользователями.
    - YouTube (2005) - массовое видео, революция в медиа.
    - Facebook (2004) и Twitter (2006) - социальные сети, новые формы общения.

- Развитие облачных технологий

  • Появление платформ как Amazon Web Services (2006) позволило хранить данные и запускать приложения через интернет.
  • Это стало первым шагом к современной эре облачных вычислений, когда ресурсы перестают зависеть от локального ПК.

Мобильные технологии

- Ранние смартфоны

  • В 2000-х на рынке доминировали Nokia, BlackBerry и Windows Mobile.
  • Смартфоны использовались для почты, календарей и звонков, но возможности интернета были ограничены.

- Революция iPhone (2007)

  • Apple представила iPhone - первый массовый смартфон с полнофункциональным сенсорным экраном, мультитачем и удобным интерфейсом.
  • Важное новшество: App Store (2008), открывший платформу для разработчиков мобильных приложений.
  • Смартфоны стали мини-компьютерами, способными запускать сложные программы и работать с мультимедиа.

Распространение ноутбуков и нетбуков

  • В 2000-х ноутбуки стали дешевле и мощнее, благодаря процессорам Intel Core и улучшенным аккумуляторам.
  • Нетбуки (мини-ноутбуки с маленьким экраном и низким энергопотреблением) появились около 2007 года и стали популярны как устройства для интернета и базовой работы.

Виртуализация и дата-центры

  • В 2000 - 2010-х активно развивалась виртуализация серверов: VMware, Microsoft Hyper-V.
  • Позволяла запускать несколько виртуальных машин на одном физическом сервере, экономя ресурсы.
  • Это стало фундаментом для облачных сервисов, SaaS и распределённых вычислений.

Начало эпохи больших данных (Big Data)

  • С ростом интернета и веб-сервисов количество информации стало экспоненциальным.
  • Появились технологии хранения и анализа больших массивов данных: Hadoop, NoSQL-базы данных.
  • Компании начали использовать данные для аналитики, рекомендаций и рекламы.

Сегодня компьютер - не просто инструмент, а спутник человеческого интеллекта, помогающий нам моделировать Вселенную, создавать искусственный разум и заглядывать за пределы возможного.

Source: Orkhan Alishov's notes