Ключевые этапы развития информатики и вычислительной техники в XX веке (кратко и по порядку):
- Механические и электромеханические устройства (начало — первая половина XX века): перфокарты и табуляторы Холлерита, релейные машины Конрада Цузе (например, Z3 — $1941$).
- Вакуумные лампы и первые электронные компьютеры (середина 1940-х — начало 1950-х): Colossus ($1943$) и ENIAC ($1945$) — массивы вакуумных ламп (ENIAC ~$17,468$ ламп), реализация быстрых арифметических операций, зарождение архитектуры программируемых ЭВМ.
- Переход к хранимой программе и теоретическим основам (середина 1940-х — 1950-е): публикация концепции фон Неймана, развитие языков низкого уровня и первых компиляторов.
- Транзисторизация (1950-е — 1960-е): изобретение транзистора ($1947$), замена ламп транзисторами — меньшее энергопотребление, меньший размер, выше надежность; коммерческие транзисторные ЭВМ и мини-ЭВМ (DEC PDP-серия).
- Интегральные схемы и массовая интеграция (конец 1950-х — 1970-е): изобретение ИС (Kilby $1958$, Noyce), развитие MOS-технологии ($1959$) и планарного процесса — рост числа транзисторов на кристалле и снижение стоимости на транзистор.
- Микропроцессоры и персональные компьютеры (1970-е — 1980-е): первые микропроцессоры (Intel 4004 — $1971$, ~$2,300$ транзисторов), появление Altair ($1975$), Apple II ($1977$), IBM PC ($1981$) — начало массового распространения ПК.
- Сеть и программная экосистема (1960-е — 1990-е): ARPANET и сетевые стандарты, рост коммерческого ПО, графических интерфейсов и массовых приложений.
Факторы, стимулировавшие переход от вакуумных ламп к интегральным схемам и массовому распространению ПК
1) Технологические факторы
- Надежность и долговечность: транзисторы и ИС имели существенно более высокий MTBF по сравнению с вакуумными лампами — меньше сбоев и обслуживания.
- Энергопотребление и тепловыделение: транзисторы и ИС потребляли намного меньше энергии и требовали меньшего охлаждения.
- Миниатюризация и интеграция: MOS/CMOS и планарный процесс позволили увеличивать плотность элементов (закон Мура — предсказание удвоения числа компонентов на кристалле, впервые озвученное в $1965$) и уменьшать размеры систем.
- Стоимость производства: с развитием полупроводниковых фабрик удельная стоимость транзистора и логического элемента резко падала, что делало массовое производство экономически оправданным.
- Стандартизация процессов и интерфейсов: единые технологии изготовления и интерфейсы упростили проектирование и тиражирование.
2) Экономические факторы
- Военные и государственные заказы: большие инвестиции в расчёты, навигацию, управление и разведку во время и после Второй мировой и в период Холодной войны.
- Коммерческий спрос: автоматизация учёта, банковских операций, промышленного управления требовала доступных и надёжных машин.
- Эффект масштаба и снижение себестоимости: рост спроса и фабричное производство снизили цену устройств, открыв доступ рынку ПК.
- Конкуренция и предпринимательство: появление специализированных полупроводниковых компаний (Fairchild, Intel) и стартапов стимулировало инновации и снижение цен.
3) Социальные факторы
- Научно-образовательная база: университеты стали центрами разработки и подготовки специалистов; доступ к вычислительной технике стимулировал дальнейшее применение.
- Государственные программы (космос, оборона, исследования): финансирование ускоряло разработки аппаратуры и ПО.
- Хобби и сообщество энтузиастов: клубы и журналы (DIY-культура $1970$-х) ускорили появление домашних компьютеров.
- Появление доступного ПО и приложений: текстовые редакторы, бухгалтерия, игры — мотивация для массового проникновения ПК в быт и бизнес.
- Социальная потребность в обработке информации и коммуникации: рост информационных объёмов в науке, бизнесе и государственном управлении.
Короткий вывод
Техническое совершенствование полупроводников (транзистор → ИС → MOSFET → микропроцессор), подкреплённое масштабными инвестициями (военные, государственные, коммерческие), снижением себестоимости производства и социальными изменениями (образование, хобби, новые приложения) сформировали экономическую и технологическую базу перехода от громоздких вакуумных систем к компактным, дешёвым и массово доступным ПК.