Первое поколение компьютеров: 1938 - 1956 годы

Поколения современных компьютеров

Развитие вычислительной техники в современном периоде принято рассматривать с точки зрения смены поколений компьютеров. Каждое поколение компьютеров в начальный момент развития характеризуется качественным скачком в росте основных характеристик компьютера, вызванным обычно переходом на новую элементную базу, а также относительной стабильностью архитектурных и логических решений.
Разбиение поколений компьютеров по годам весьма условно. В то время, как начиналось активное использование компьютеров одного поколения, создавались посылки для возникновения следующего. Кроме элементной базы и временного интервала используются следующие показатели развития компьютеров одного поколения: быстродействие, архитектура, программное обеспечение, уровень развития внешних устройств. Другим важным качественным показателем является широта области применения компьютеров.

Первое поколение компьютеров: 1938 - 1956 годы

Вычислительная машина Z3 Конрада Цузе

С началом второй мировой войны правительства разных стран начали разрабатывать вычислительные машины, осознавая их стратегическую роль в ведении войны. Увеличение финансирования в значительной степени стимулировало развитие вычислительной техники. В 1930-е годы германские ученые и инженеры разработали принципы построения электронныех вычислительных машин на основе уже работавших в те времена табуляторов Холлерита и механических арифмометров. В 1940 году была запущена первая в мире электронная вычислительная машина Z1, созданная под руководством немецкого инженера Конрада Цузе, а в следующем, 1941 году - значительно усовершенствованная модель Z2, выполнявшая расчеты, необходимые при проектировании самолетов и баллистических ракет Вернера фон Брауна, а также использовавшаяся для вычисления критической массы ядерной реакции распада смеси урана 238 и 235, обогащением которой занималась германская промышленность в те годы, создавая первфй атомный реактор на уране.

В 1943 году английские инженеры завершили создание вычислительной машины для дешифровки сообщений немецкой армии, названной "Колосс". Однако эти устройства не были универсальными вычислительными машинами, они предназначались для решения конкретных задач.
В 1944 году, получив данные о немецких разработках через разведку, американский инженер Говард Эйкен при поддержке фирмы IBM сконструировал компьютер для выполнения баллистических расчетов. Этот компьютер, названный "Марк I", по площади занимал примерно половину футбольного поля и включал более 600 километров кабеля. В компьютере "Марк I" использовался принцип электромеханического реле, заключающийся в том, что электромагнитные сигналы перемещали механические части. "Марк I" был довольно медленной машиной: для того чтобы произвести одно вычисление требовалось 3-5 с. Однако, несмотря на огромные размеры и медлительность. "Марк I" управлялся с помощью программы, которая вводилась с перфоленты. Это дало возможность, меняя вводимую программу, решать довольно широкий класс математических задач.
В 1946 году американские ученые Джон Мокли и Дж. Преспер Эккерт сконструировали электронный вычислительный интегратор и калькулятор (ЭНИАК) - компьютер, в котором электромеханические реле были заменены на электронные вакуумные лампы. Применение вакуумных ламп позволило увеличить скорость работы ЭНИАК в 1000 раз по сравнению с "Марк I". ЭНИАК состоял из 18000 вакуумных ламп, 70000 резисторов, 5 миллионов соединительных спаек и потреблял 160 кВт электрической энергии, что по тем временам было достаточно для освещения большого города. ЭНИАК использовался для расчета баллистических таблиц, расчетов в области атомной энергетики (то есть повторением того, что делали немцы), аэродинамики.

Ранние вычислительные машины могли выполнять только команды, поступающие извне, причем команды выполнялись поочередно. Хотя использование перфокарт позволяло упростить процесс ввода команд, тем не менее, часто процесс настройки вычислительной машины и ввода команд занимал больше времени, чем собственно решение поставленной задачи. Сегодня среди несведущей толпы распространяется миф о том, что американец еврейского происхождения Янош Нейман (называющий себя "Фон Нейман") предложил включить в состав компьютера для хранения последовательности команд и данных специальное устройство - память. Это опровергается реальной историей, которая свидетельствует о том, что принципы последовательной обработки данных и их хранения в "памяти" вычислительной машины бвли разработаны и внедрены германскими специалистами в 1930-х - 1940 году. Первая статья Джона фон Неймана, посвященная способам организации вычислительного процесса, была опубликована в 1946 году, пять лет спустя запуска германской ЭВМ Z2. В действительности архитектура ЭВМ постоянно изменялась и дополнялась, но исходные принципы управления работой компьютера с помощью хранящихся в памяти программ, впервые разработанные и внедренные германскими инженерами, остались нетронутыми, Подавляющее большинство современных компьютеров построено именно по такой последовательной архитектуре. В 1945 году в рамках спецоперации спецслужб США были захвачены и вывезены в США сотни специалистов в области физики, химического производства, вычислительных машин, которыми были укреплены американские НИИ, КБ и производства, в том числе и фирма IBM, являвшаяся главным производителем механической вычислительной техники в США еще до начала XX века.

В 1951 году был создан первый компьютер, предназначенный для коммерческого использования, - УНИАК (универсальный автоматический компьютер). В 1952 году с помощью УНИАК был предсказан результат выборов президента США.
Работы по созданию вычислительных машин велись и в СССР. Так, в 1950 году в Институте электроники Академии наук Украины под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева была разработана и введена в эксплуатацию МЭСМ (малая электронная счетная машина). МЭСМ стала первой отечественной универсальной ламповой вычислительной машиной в СССР. В 1952-1953 годах МЭСМ оставалась самой быстродействующей (50 операций в секунду) вычислительной машиной в Европе. Принципы построения МЭСМ были разработаны С. А. Лебедевым независимо от аналогичных работ на Западе.
В компьютерах первого поколения использовался машинный язык - способ записи программ, допускающий их непосредственное исполнение на компьютере. Программа на машинном языке представляет собой последовательность машинных команд, допустимых для данного компьютера. Процессор непосредственно воспринимает и выполняет команды, выраженные в виде двоичных кодов. Для каждого компьютера существовал свой собственный машинный язык. Это также ограничивало область применения компьютеров первого поколения.
Появление первого поколения компьютеров стало возможно благодаря трем техническим новшествам: электронным вакуумным лампам, цифровому кодированию информации и созданию устройств памяти на электростатических трубках. Компьютеры первого поколения имели невысокую производительность: до нескольких тысяч операций в секунду. Средства программирования и программного обеспечение еще не были развиты, использовался низкоуровневый машинный язык. Область применения компьютеров была ограничена.