Тема 1. История компьютерной техники

1.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет «ЛЭТИ»
Факультет электротехники и автоматики
Информационные технологии
и компьютерная безопасность
Тема 1. История компьютерной
техники
Шевченко Алексей Владимирович
Кафедра РАПС
Санкт-Петербург, 2024 г.

2.

История развития информатики и компьютерной техники
IV в. до н. э.
1950
1960
2020
1970
1980
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
2

3.

Истоки вычислительной техники
IV в. до н. э. – абак (счёты). Передвигаемые
костяшки соответствуют числам, а линейки разрядам.
Счётные палочки – ещё одно из самых
древних приспособлений для счета. Было
популярно в странах Азии – Китае, Японии,
Вьетнаме, Корее.
Логарифмическая линейка – ручное
аналоговое вычислительное устройство,
позволяющее выполнять несколько
математических операций, в том числе
умножение и деление чисел, возведение в
степень и вычисление квадратных и
кубических корней, вычисление логарифмов,
тригонометрических и гиперболических
функций и другие операции.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
3

4.

Механические вычислительные устройства
В 1623 году Вильгельм Шиккард придумал
«Считающие часы» – первый механический
калькулятор, умевший выполнять четыре
арифметических действия. Считающими часами
устройство было названо потому, что как и в
настоящих часах работа механизма была основана на
использовании звёздочек и шестерёнок.
Суммирующая машина Паскаля (1642) представляла
собой механическое устройство в виде ящичка с
многочисленными связанными одна с другой
шестерёнками. Складываемые числа вводились в
машину при помощи соответствующего поворота
наборных колёсиков.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
4

5.

Машина Жаккарда
В 1804 году Жозеф Мари Жаккар разработал
ткацкий станок, в котором вышиваемый узор
определялся перфокартами. Серия карт могла
быть заменена, и смена узора не требовала
изменений в механике станка. Это было
важной вехой в истории программирования.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
5

6.

Арифмометр
Примерно в 1820 году Чарльз Томас создал первый серийно
выпускаемый механический калькулятор – арифмометр,
который мог складывать, вычитать, умножать и делить.
Механические калькуляторы, считающие десятичные числа,
использовались до 1970-х.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
6

7.

Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа
Чарльз Бэббидж
1791 - 1871
Ада Лавлейс
1815 - 1852
В 1835 г. Чарльз Бэббидж описал свою аналитическую машину. Это был проект
компьютера общего назначения с десятичной системой счисления, с
применением перфокарт в качестве носителя входных данных и программы, а
также парового двигателя в качестве источника энергии. Одной из ключевых
идей было использование шестерней для выполнения математических функций.
Воплотить проект в жизнь автору не удалось.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
7

8.

Электромеханические цифровые компьютеры
В 1936 г. немецкий инженер Конрад
Цузе начал работу над вычислителем
серии Z, имеющим память и
возможность программирования.
Созданная в 1938 г. на базе двоичной
логики и механических операций,
модель Z1 так и не заработала.
Третья машина Цузе была завершена в
1941 г. Она называлась Z3 и была
построена на телефонных реле. Z3 стала
первым управляемым программой
компьютером, в ней впервые был
представлен ряд новшеств, таких как
арифметика с плавающей запятой.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
8

9.

Компьютер Атанасова-Берри
В 1939 г. Джон Атанасов и Клиффорд Берри разработали компьютер ABC,
названный по их инициалам. Это был первый в мире электронный
цифровой компьютер, конструкция которого насчитывала более 300
электровакуумных ламп, а в качестве памяти использовался вращающийся
барабан.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
9

10.

Шифровальная машина «Энигма»
«Энигма» (от нем. Enigma – загадка) – переносная
роторная электромеханическая машина, использовавшаяся для шифрования и расшифрования секретных
сообщений. Создана в 1918 году Артуром Шербиусом.
На основе её конструкции было создано целое
семейство электромеханических роторных машин под
тем же названием, применявшихся с 1920-х годов в
сфере коммерческой и военной связи во многих
странах мира, но наибольшее распространение
получили в Германии во время Второй мировой войны.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
10

11.

Дешифровальная машина «Turing Bombe»
Первое устройство для расшифровки кода Энигмы – «криптологическая бомба» –
было создано польскими математиками накануне Второй мировой войны. Затем в
Англии был сконструирован более «продвинутый» агрегат, целью которого было
нахождение ежедневных настроек машины «Энигма» в различных немецких
военных соединениях: в частности, позиции роторов, которые определяют ключ
зашифрованного сообщения.
Принцип работы разработанного Тьюрингом дешифратора состоял в переборе
возможных вариантов ключа шифра и попыток расшифровки текста, если была
известна структура дешифруемого сообщения или часть открытого текста.
Первая Turing Bombe была запущена 18 марта 1940 года. Машина состояла из 108
вращающихся электромагнитных барабанов и ряда других вспомогательных блоков.
Она была 3 м длиной, 2.1 м высотой, 0.61 м шириной и массой 2.5 тонны.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
11

12.

Компьютер Mark I
«Марк I» (англ. Harvard Mark I) – одна из первых вычислительных машин с
возможностью программирования. Разработан и построен в США в 1944 году по
договору с IBM группой инженеров под руководством Говарда Эйкена на основе
наработок британского учёного Чарльза Бэббиджа. Компьютер содержал около
765 тысяч деталей (электромеханических реле, переключателей и т. п.), достигал в
длину почти 17 м (машина занимала в Гарвардском университете площадь в
несколько десятков квадратных метров), в высоту – более 2.5 м и весил около 4.5
тонны. Общая протяжённость соединительных проводов составляла почти 800 км.
Основные вычислительные модули синхронизировались механически при
помощи 15-метрового вала, приводившегося в движение электрическим
двигателем мощностью в 5 л. с.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
12

13.

Первый «BUG»
В отношении программной ошибки этот термин впервые был применен 9
сентября 1947 г. Грейс Хоппер, которая работала в Гарвардском университете.
Проследив возникшую ошибку в работе программы до электромеханического
реле машины, она нашла между замкнувшими контактами сгоревшего
мотылька. Извлечённое насекомое было вклеено скотчем в технический
дневник с сопроводительной ироничной надписью: «Первый реальный случай
обнаружения жучка».
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
13

14.

Компьютер ENIAC
Созданный в 1945 г. американский ENIAC называют первым электронным
компьютером общего назначения. Он потреблял приблизительно 160 кВт и
делал несколько тысяч операций в секунду.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
14

15.

Поколения компьютеров
Шевченко А. В.
1950
Первое поколение – электровакуумные лампы
1960
Второе поколение – транзисторы
1970
Третье поколение – интегральные микросхемы
1980
Четвертое поколение – микропроцессоры
2020
Пятое поколение – квантовая оптика
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
15

16.

Первое поколение компьютеров
В 1951 г. в компании Remington Rand был создан UNIVAC, который стал первым
массово производимым компьютером, было выпущено 46 экземпляров.
Компьютер состоял из 5200 электровакуумных ламп, и потреблял 125 кВт энергии.
Использовались ртутные линии задержки, хранящие 1000 слов памяти, каждое по
11 десятичных цифр плюс знак (72-битные слова).
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
16

17.

Первое поколение компьютеров
Первой советской серийной ЭВМ стала «Стрела» (1953 г.), относящаяся к классу
больших универсальных ЭВМ. «Стрела» имела быстродействие 2–3 тыс. опер./с. В
качестве внешней памяти использовались два накопителя на магнитной ленте
емкостью 200 тыс. слов, объем оперативной памяти – 2048 ячеек по 43 разряда.
Компьютер состоял из 6200 ламп, 60 тыс. полупроводниковых диодов и потреблял
150 кВт энергии.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
17

18.

Второе поколение компьютеров
В 1959 г. на основе транзисторов IBM выпустила мэйнфрейм IBM 7090 и машину
среднего класса IBM 1401. Последняя использовала перфокарты и стала самым
популярным компьютером общего назначения того времени (было произведено
более 100 тыс. экземпляров).
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
18

19.

Второе поколение компьютеров
В 1960 г. фирма DEC выпустила свою первую модель – PDP-1, предназначенную
для использования техническим персоналом в лабораториях и для исследований.
На PDP-1 цикл обращения к памяти занимал 5 мкс; большинство инструкций
требовали 10 мкс.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
19

20.

Второе поколение компьютеров
Лучшей отечественной ЭВМ 2-го поколения считается созданная в 1966 г. БЭСМ-6 с
производительностью 1 млн опер./с и с оперативной памятью 192 Кбайт.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
20

21.

Третье поколение компьютеров
Фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ – серию совместимых друг с
другом компьютеров – от небольших до самых мощных и дорогих моделей.
Наибольшее распространение получило 32-битное семейство System/360,
аналогом которого в СССР стала серия ЕС ЭВМ.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
21

22.

Третье поколение компьютеров
Чтобы не проиграть в конкурентной борьбе, фирма DEC создала 16-битный
миникомпьютер PDP-11. Многочисленные инновации, в числе которых общая
шина UNIBUS, сделали архитектуру PDP-11 лидером компьютерной индустрии.
Первой моделью стала PDP-11/20, которая затем была заменена на
высокопроизводительные модели 11/30, 11/45 и 11/70. Эти машины имели
быстродействие в 1 млн опер./с и ОЗУ емкостью 256 Кбайт. В СССР аналогом PDP11 была серия СМ ЭВМ.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
22

23.

Четвертое поколение компьютеров
Intel 8086
Motorola 68000
Zilog Z80
1978
1979
1976
Первый в мире коммерчески успешный микропроцессор Intel 4004 был создан в
1971. Он включал 2300 транзисторов. Вскоре был разработан 8-разрядный Intel
8008 . В 1974 году был представлен первый по-настоящему универсальный
микропроцессор Intel 8080, а в 1978 году – 16-разрядный процессор Intel 8086. В
1985 году началось продвижение на рынок процессора 80386, который позволял
обрабатывать несколько программ одновременно, имел 32-битную архитектуру и
вмещал 275 тысяч транзисторов. Следующая модель, 80486, представленная в
1989 году, вмещала 1,2 млн транзисторов и имела встроенный математический
сопроцессор. В 1993 году был представлен процессор пятого поколения Pentium с
3,1 млн транзисторов и быстродействием более 100 млн операций в секунду.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
23

24.

Четвертое поколение компьютеров
IBM PC. 1981 г. Процессор Intel
8088, ОЗУ 16-640K. Дисководы
для гибких дисков.
CRAY-2 1985 г. Производительность
1,9 Гфлопс. Жидкостное охлаждение.
Стоимость 18 млн. долларов.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
24

25.

Пятое поколение компьютеров
Квантовый компьютер — вычислительное
устройство, которое использует явления квантовой
механики (квантовая суперпозиция, квантовая
запутанность) для передачи и обработки данных.
Квантовый компьютер (в отличие от обычного)
оперирует не битами (способными принимать
значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими
значения одновременно и 0, и 1. Теоретически это
позволяет обрабатывать все возможные состояния
одновременно, достигая существенного
преимущества (квантового превосходства) над
обычными компьютерами в ряде алгоритмов.
2017 – IBM испытала прототип процессора 50 кубит.
2018 – Google построила 72-кубитный процессор.
2019 – IBM представила коммерческий квантовый компьютер IBM Q System One.
2022 – IBM представила квантовый процессор Osprey c 433 кубитами.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
25

26.

Классификация компьютерной техники
Суперкомпьютеры
Компьютеры
Серверы
Персональные
компьютеры
Контроллеры
Микроконтроллеры
Настольные
компьютеры
Ноутбуки
Промышленные
контроллеры
Планшеты
Смартфоны
Интерактивные
устройства
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
26

27.

Настольные компьютеры
IBM PC. Год выпуска – 1981.
Процессор Intel 8088 с частотой 4.77
МГц, ОЗУ 64 Кбайт. 1 или 2 флоппидисковода ёмкостью 160 Кбайт.
Apple Macintosh. Год выпуска – 1984.
Процессор Motorola 68000 5-8 МГц,
ОЗУ 128 Кбайт.
NeXT Computer. Год выпуска – 1989.
Процессор Motorola 68030 25 МГц,
ОЗУ 8-64 Mбайт. Жёсткий диск 330
Мбайт.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
27

28.

Лэптопы и ноутбуки
В 1982 году по заказу NASA компания Grid
Systems создала первый в мире
ноутбук Grid Compass (оперативная память
340 Кб, процессор Intel 8086 с тактовой
частотой 8 МГц, люминесцентный экран).
Данный ноутбук использовался в
программе Space Shuttle.
С 2006 года фирма Apple выпускает линейку
ноутбуков MacBook Pro. Модель 2018 имеет
6-ядерный процессор Intel Core i7, 32 Гб
памяти, 15-дюймовый монитор.
Основные производители ноутбуков: Acer, Apple, ASUS, Dell, Fujitsu, Gateway,
HCL, HP Inc., Lenovo, LG, MSI, Panasonic, Samsung, Sony, Toshiba.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
28

29.

Карманные персональные компьютеры и планшеты
Карманный персональный компьютер —
портативное вычислительное устройство,
обладающее широкими функциональными
возможностями и предназначенное для
использования в качестве электронных
органайзеров. Получило распространение
устройство ввода – стилос. Известные марки
карманных компьютеров: Palm, HP.
В 2002 компания Microsoft представила
платформу планшетных компьютеров Microsoft
Tablet PC. Для планшетных компьютеров
характерно использование тактильных экранов.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
29

30.

Коммуникаторы и смартфоны
Коммуникатор – карманный
персональный компьютер, дополненный
функциональностью мобильного
телефона.
Смартфон – мобильный телефон,
дополненный функциональностью
персонального компьютера.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
30

31.

Интерактивные устройства
Значительное число персональных устройств,
таких как электронные книги, фотоаппараты,
видеокамеры, навигаторы, регистраторы и др.
используют компьютерные технологии.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
31

32.

Промышленные контроллеры
Программируемый логический контроллер
(ПЛК; англ. PLC) – специализированный
компьютер, построенный по модульному
принципу, имеющий большое число устройств
ввода-вывода. Чаще всего ПЛК используют
для автоматизации технологических процессов и
управления в режиме реального времени.
Ведущие производители: Siemens, Omron, Allen-Bradley
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
32

33.

Микроконтроллеры
Микроконтроллер – микросхема,
предназначенная для управления электронными
устройствами. Отличается от микропроцессора
интегрированными в микросхему устройствами
ввода-вывода, таймерами и другими
периферийными устройствами.
Известные семейства
ARM (ARM limited)
AVR (Atmel)
STM8 (STMicroelectronics)
MCS51 (Intel)
MSP430 (TI)
PIC (Microchip)
RISC-V (открытая система)
STM32 (STMicroelectronics)
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
33

34.

Платформы для создания микроконтроллерных систем
Arduino – торговая марка аппаратно-программных средств построения и
прототипирования простых систем, моделей и экспериментов в области
электроники, автоматики, автоматизации процессов и робототехники.
Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE) для
написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная
часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, продающихся как
официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью
открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять
линейку продукции Arduino.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
34

35.

Серверы
Сервер – компьютер, выделенный для
выполнения какой-либо сервисной задачи без
непосредственного участия человека. Серверное
оборудование, как правило, предназначено для
обеспечения работы сервисов в режиме 24/7,
поэтому часто применяется дублирование,
позволяющее обеспечить высокий уровень
надёжности.
Файловый
сервер
Почтовый
сервер
Шевченко А. В.
Сервер
базы данных
Сервер
приложений
Вебсервер
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
35

36.

Суперкомпьютеры
Первый в мире суперкомпьютер CDC 6600,
создан американской компанией Control Data
Corporation в 1963 году под руководством
инженера-электроника Сеймура Крэя.
В 1972 Крэй создает собственную фирму Cray
Research, которая в 1976 выпускает
суперкомпьютер Cray-1. Пиковая
производительность машины – 133 Мфлопса.
В 1985 Cray Research выпускает
суперкомпьютер Cray-2. Пиковая
производительность машины – 1.9 Гфлопс.
Остаётся самым быстрым компьютером до
1990 года.
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
36

37.

Рейтинг самых мощных суперкомпьютеров (июнь 2025)
Шевченко А. В.
Информационные технологии и компьютерная безопасность. Тема 1. История компьютерной техники
37