Рубрика: Історія

Рассказываем о том, как развивалась самая совершенная операционная система в мире. Демонстрируя первый iPhone, Стив Джобс назвал устройства конкурентов детскими. Смартфон Apple, в свою очередь, перевернул индустрию и показал, каким должен быть по-настоящему умный телефон. 

Уже в первой версии iOS (на тот момент iPhone OS) было много продвинутых функций и возможностей. Но, если взглянуть на них сейчас, то покажется, что это не смартфон, а просто игрушка. 

Стив Джобс всегда верил, что развитие программного обеспечения нужно начинать с малого и концентрироваться на мощном фундаменте для внедрения новых функций в дальнейшем. Количество нововведений росло из года в год, превратив iOS в самый продвинутый карманный компьютер.В этом материале рассмотрим основные изменения, случившиеся с операционной системой с момента ее анонса в 2007 году.

iPhone OS 1

Анонсирована 9 января 2007 года Вышла 29 июня 2007 года

Поддерживаемые устройства: iPhone, iPod touch

Оригинальная iPhone OS была фундаментальным достижением Apple. Первый смартфон корпорации работал на модифицированной версии OS X, и сотрудникам компании пришлось весьма непросто во время ее адаптации под мобильный процессор и сенсорный экран.

Сорвав овации публики, Джобс долгое время заигрывал с ней, рассказывая про iPhone:

«Сегодня мы представим вам сразу три новых устройства. Первое – широкоэкранный iPod с сенсорным управлением. Второе – революционный мобильный телефон. Третье – инновационный интернет-коммуникатор. Итак, три устройства. Широкоэкранный iPod с сенсорным управлением, революционный мобильный телефон и инновационный интернет-коммуникатор. iPod, телефон и интернет-коммуникатор. iPod, телефон … Вы уже поняли, к чему я веду? Это не три отдельных устройства – это одно устройство, и мы называем его … iPhone».

В первой версии операционной системы было всего несколько приложений. В нижнем нередактируемом доке находились:

• Телефон с голосовой почтой.
• Почта.
• Safari.
• iPod – музыкальный плеер. 

На единственном, неизменяемом рабочем столе можно было увидеть:

• Сообщения – Календарь – Фото – Камеру.
• YouTube – Калькулятор – Акции – Карты Google – Погоду.
• Заметки – Часы – Настройки.

Сейчас это выглядит смешно, но это все, что было в iPhone, когда тот был впервые продемонстрирован Стивом Джобсом со сцены MacWorld. 

Бывший глава компании был сторонником скевоморфизма, поэтому интерфейс iOS местами напоминал физические объекты. Например, заметки были очень похожи на реальный блокнот. Впрочем, и другие элементы оформления ОС копировали что-то реально существующее, осязаемое, имеющее вес. 

В iPhone OS было заложено много возможностей, прославивших iPhone и знакомых основной массе пользователей до сих пор. Жест Slide to unlock, жест приближения фотографий двумя пальцами (Pinch to zoom) и так далее. При этом отсутствовали многие привычные и важные элементы. Например, MMS, поиск по контактам, функция копирования и вставки. Все это появится только в следующих версиях системы. Также на тот момент не существовало облака iCloud, поэтому все данные на смартфон переносились через iTunes. Все это начало кардинально меняться с выходом новых моделей iPhone.

iPhone OS 2

Анонсирована в марте 2008 года Вышла 11 июля 2008 года

Поддерживаемые устройства: iPhone, iPhone 3G, iPod touch, iPod touch 2

Главным отличием новой операционной системы от предыдущей стало появление магазина приложений App Store. Разработчики получили инструменты для создания собственных программ, работающих на новом смартфоне Apple. На момент запуска в App Store было всего 500 приложений. Сегодня же там их несколько миллионов. Кстати, это обновление стоило 9 долларов для пользователей iPod touch. Владельцы iPhone могли загрузить его бесплатно.

Также среди значимых нововведений можно выделить:

• Поддержку PUSH-уведомлений в почте.
• Загрузку картинок из Safari.
• Родительский контроль. 
• Отдельное приложение «Контакты» с поиском. 
• Возможность просматривать документы iWork и MS Office.

iPhone OS 3/iOS 3

Анонсирована в марте 2009 года Вышла 17 июня 2009 года

Поддерживаемые устройства: iPhone, iPhone 3G, iPhone 3GS, iPod touch, iPod touch 2, iPod Touch 3, iPad

Это обновление особенно примечательно. В ходе развития третьей версии мобильной операционной системы Apple выпустила iPad, после чего программная платформа была переименована в iOS. Одним из ключевых изменений стало появление возможности копировать и вставлять текст. 

Также в планшетах и смартфонах компании появился поиск Spotlight. Количество рабочих столов увеличилось до 11. Они вмещали в себя 180 приложений. В смартфоне Apple появилась поддержка MMS. В iPhone 3GS инженеры корпорации активировали автофокус при съемке видео. 

Карты обзавелись поддержкой пошаговой навигации, помогающей ориентироваться на ходу, не отслеживая маршрут от начала до конца. iOS 3 стала первой версией системы, в которой можно было обрезать снимки. 

Тем не менее многие из этих нововведений были недоступны на оригинальном iPhone. Первый смартфон Apple получил ограниченный набор функций. Собственно, это было очевидно, так как в оригинальном iPhone было установлено очень слабое “железо”.

iOS 4

Анонсирована в марте 2010 года Вышла 21 июня 2010 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 3G, iPhone 3GS, iPhone 4, iPod touch 2, iPod Touch 3, iPod Touch 4, iPad, iPad 2, Apple TV 2

С этого релиза Apple начала выпускать заметно урезанные версии iOS для старых гаджетов, а также отказываться от поддержки устаревших устройств. Например, с выходом iOS 4 пропала поддержка первых моделей iPhone и iPod Touch.

В этой версии операционной системы наконец-то начали зарождаться первые признаки многозадачности. Появилась возможность проигрывать в фоне музыку и быстро переключаться между последними использованными приложениями. 

Из других значимых изменений стоит отметить:

• FaceTime – программу для совершения видеозвонков. Только для устройств Apple.
• Поддержка протокола AirPlay для трансляции аудио и видео на фирменную ТВ-приставку.
• Поддержка беспроводных принтеров AirPrint. 

iOS 5 

Анонсирована 6 июня 2011 года Вышла 12 октября 2011 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 3GS, iPhone 4, iPhone 4s, iPod touch 2, iPod Touch 3, iPod Touch 4, iPad 2, iPad 3, Apple TV 2, Apple TV 3

Слоган: Опережает время и не стоит на месте

Ключевым нововведением стало появление голосового ассистента Siri. Тогда помощница была в статусе бета, но на нее возлагали много надежд. К сожалению, им не суждено было сбыться и Siri быстро достигла статуса самого тупого и бесполезного ассистента из всех существующих. 

В пятой ревизии iOS появился Центр уведомлений, скопированный с Android. Также в нем располагались кнопки для быстрого создания постов в Twitter и Facebook. Снизилась зависимость iPhone, iPod и iPad от компьютера. Новую прошивку впервые можно было загрузить «по воздуху», минуя iTunes. 

Также стоит отдельно выделить:

• Новые жесты для управления планшетом. 
• Клавиша для запуска камеры с экрана блокировки.
• Мессенджер iMessage. 
• Облачное хранилище iCloud для синхронизации заметок, контактов, закладок, напоминаний и так далее. 

iOS 6

Анонсирована 11 июня 2012 года Вышла 19 сентября 2012 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 3GS, iPhone 4, iPhone 4s, iPhone 5, iPod touch 2, iPod Touch 3, iPod Touch 4, iPad 2, iPad 3, Apple TV 3

Слоган: Самая совершенная в мире мобильная операционная система

Одно из самых скучных и неудачных обновлений мобильной платформы Apple. Шестая ревизия iOS печально известная из-за фирменного приложение «Карты», которое было разработано с целью избавиться от сервисов Google. Продукт получился низкокачественным и даже опасным. Некоторых пользователей картографический сервис Apple заводил в дебри, из которых было непросто выбраться. За это главе корпорации (на тот момент Тиму Куку) пришлось извиняться. 

Никаких существенных изменений представлено больше не было. Появилось приложение Passbook (сейчас Wallet), а Siri перекочевала в планшеты и плееры. 

iOS 7

Анонсирована 10 июня 2013 года Вышла 18 сентября 2013 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 4, iPhone 4s, iPhone 5, iPhone 5c, iPhone 5s, iPod Touch 5, iPad 2, iPad 3, iPad mini, iPad 4, iPad Air, iPad mini 2, Apple TV 3

Слоган: Мобильная ОС в совершенно новой перспективе

Выход седьмого поколения iOS ознаменовал эру нового дизайна. Плоскость и обилие белого цвета сменили скевоморфизм и «осязаемость». Джони Айв полностью переосмыслил систему и переработал все на свой вкус. Многим интерфейс не понравился. К тому же пользователей жутко раздражало обилие новых анимаций, которые значительно снижали производительность.

Тем не менее нельзя отрицать, что в этой версии операционной системы появилось множество очень важных изменений, повысивших удобство работы с iPhone и iPad. Среди них стоит выделить:

• AirDrop для передачи данных по Bluetooth и Wi-FI.
• CarPlay – версия iOS для автомобильных бортовых компьютеров. 
• Новое меню многозадачности, вызываемое двойным кликом по кнопке «Домой».
• Пункт управления с быстрым доступом к некоторым функциям системы.
• Черный список контактов. 
• Радио iTunes.
• Аудиозвонки в FaceTime.

И это только часть всех изменений, появившихся в iOS 7. 

iOS 8

Анонсирована 2 июня 2014 года Вышла 17 сентября 2014 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 4s, iPhone 5, iPhone 5s, iPhone 5c, iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPod Touch 5, iPad 2, iPad 3, iPad mini, iPad 4, iPad Air, iPad mini 2, iPad Air 2, iPad mini 3, Apple TV 3

Слоган: Огромные возможности для разработчиков. Еще больше для вас

Если седьмая версия iOS была крупным косметическим и функциональным обновлением для пользователей, то восьмая стала отличным релизом и для разработчиков. У них появилась возможность создавать расширения и виджеты, повышающие функциональность их приложений. Расширения располагались в меню “Поделиться”, а виджеты в Центре уведомлений.

Появилась тесная взаимосвязь между всеми устройствами Apple за счет Handoff и возможности звонить/писать СМС с планшета и компьютера, не прикасаясь к смартфону. Также заработали новые сервисы корпорации: Apple Pay и Apple Music. Компания вышла на рынок стриминга музыки и позволила владельцам фирменной техники использовать iPhone и Apple Watch в качестве кошелька. 

Apple разработала собственную систему управления умным домом, открыв производителям соответствующей техники специализированные инструменты для интеграции жалюзей и лампочек с гаджетами корпорации. В восьмой версии iOS появилась программа «Здоровье», где можно хранить данные о физическом состоянии пользователя. 

И даже это еще не все. Отдельно стоит упомянуть:

• Предиктивный ввод.
• Поддержку сторонних клавиатур.
• Фирменное облако iCloud Drive
• Голосовые сообщения в iMessage.

iOS 9

Анонсирована 8 июня 2015 года Вышла 16 сентября 2015 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 4s, iPhone 5, iPhone 5c iPhone 5s, iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPod Touch 5, iPod Touch 6, iPad 2, iPad 3, iPad mini, iPad 4, iPad Air, iPad mini 2, iPad Air 2, iPad mini 3, iPad Pro, iPad mini 4, Apple TV 3

Слоган: Самая серьезная мобильная операционная система. Теперь еще серьезнее

Масштабное обновление для iPad, после которого многие ненавистники планшета решили обратить на него внимание из-за того, что на нем появилась полноценная многозадачность. Возможность запускать сразу несколько программ одновременно значительно повлияла на пользовательский опыт, повысив производительность владельцев гаджета. 

Помимо многозначности в iPad Apple ввела множество других менее значимых изменений. Впервые с момента релиза iPhone обновилось приложение «Заметки». С этого момента в них можно было рисовать. В новых смартфонах была активирована функция 3D Touch, а в более поздних релизах Apple включила Night Shift – особый режим изображения на дисплее устройства, снижающий нагрузку на глаза. 

Также стоит выделить:

• Проактивную Siri, работающую в качестве полноценного секретаря (она добавляла события в календарь и рассказывала об интересных местах вокруг пользователя).
• Блокировщики рекламы для Safari.
• Отдельное приложение для iCloud Drive.

iOS 10

Анонсирована 13 июня 2016 года Вышла 13 сентября 2016 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 5, iPhone 5c, iPhone 5s, iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPhone 7, iPhone 7 Plus, iPhone SE, iPod Touch 5, iPod Touch 6, iPad Air, iPad mini 2, iPad Air 2, iPad mini 3, iPad Pro, iPad mini 4, Apple TV 4

Слоган: Больше мощи. Больше развлечений. Больше вашего

В юбилейной iOS сильно поменялся дизайн экрана блокировки. Теперь на нем отображаются интерактивные уведомления, а при жесте смахивания вправо вызывается экран с виджетами. Появилась долгожданная возможность «удалять» стандартные приложения (на самом деле они просто скрывались). Полностью изменился внешний вид приложений «Музыка» и «Карты». В новых смартфонах компании также появилась возможность снимать портреты. Ну и самое важное изменение – магазин App Store со стикерами для iMessage.

Никаких других ярких новшеств в iOS 10 не было. 

iOS 11

Анонсирована 5 июня 2017 года Вышла 19 сентября 2017 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 5s, iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPhone 7, iPhone 7 Plus, iPhone SE, iPhone 8, iPhone 8 Plus, iPhone X, iPod Touch 6, iPad Air, iPad mini 2, iPad Air 2, iPad mini 3, iPad Pro, iPad mini 4, Apple TV 4

Слоган: Большой шаг для iPhone. Гигантский скачок для iPad

Последняя на сегодня версия iOS. Это обновление привнесло огромное количество новых функций для простых пользователей и инструментов для разработчиков. Apple полностью изменила дизайн магазина приложений. Ввела новые правила построения интерфейса для сторонних разработчиков. 

В США заработала функция отправки денег через фирменный мессенджер корпорации. Была значительно усовершенствована функция создания скриншотов. В системе появилось приложение «Файлы», ставшее аналогом Finder в macOS. 

Также разработчики Apple обновили портретный режим камеры в iPhone с двумя объективами, добавив имитацию студийного освещения. 

Масштабные изменения коснулись планшетов. В iPad появился док с приложениями и новые жесты для управления программами в режиме многозадачности. К тому же появилась долгожданная возможность перемещать объекты между приложениями, как на компьютере. 

iOS 12 

Будет анонсирована 4 июня 2018 года Выйдет осенью 2018 года

Поддерживаемые устройства: iPhone 5s, iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPhone 7, iPhone 7 Plus, iPhone SE, iPhone 8, iPhone 8 Plus, iPhone X, iPod Touch 6, iPad Air, iPad mini 2, iPad Air 2, iPad mini 3, iPad Pro, iPad mini 4, Apple TV 4

Естественно, о новой версии операционной системы почти ничего неизвестно. Судя по слухам, это обновление будет включать лишь исправления существующих ошибок. Вероятно, оно будет похоже на iOS 6, которая в свое время предвещала масштабные изменения в системе. Взято с macdigger.ru

Холдинг «Российские космические системы» выложил в открытый доступ эскизный проект системы радиосвязи с автоматической межпланетной станцией «Луна-1», известной также как объект Е-1. Уникальный документ, составленный в 1958 году, описывает создание первой в истории человечества системы связи с Луной, которая обеспечивала возможность обмена данными на расстоянии до 400 тысяч километров.

Космические аппараты типа Е-1 разрабатывались в СССР с 1957 года. Запуск автоматической межпланетной станции Е-1 №1 состоялся в сентябре 1958 года, но аппарат был утрачен при разрушении ракеты-носителя, что случилось и со станциями Е-1 №2 и №3 в октябре и декабре того же года. В январе 1959 года состоялся запуск станции Е-1 №4 и он оказался успешным. После выхода станции на траекторию полёта к Луне её назвали «Космическая ракета», а затем переименовали в «Луну-1».Спустя двое суток после запуска аппарат Е-1 №4 прошёл на расстоянии 5900 километров от поверхности Луны и вышел на гелиоцентрическую орбиту. Радиосвязь с автоматической межпланетной станцией продолжалась 62 часа до полного разряда аккумуляторов. Хотя целью полёта было достижение лунной поверхности, «Луна-1» стала первым в мире космическим аппаратом, который развил вторую космическую скорость, преодолел притяжение Земли и стал искусственным спутником Солнца.Линия связи с аппаратом была разработана в московском НИИ-885 (сегодня — ФГУП «Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н. А. Пилюгина») в рекордные сроки — менее чем за год! — в условиях нехватки информации о Луне и возможных помехах в радиообмене. Инженеры предполагали, что ионосфера вокруг Луны может нарушить корректность радиоизмерений координат Е-1 и скорости аппарата.Для организации дальней космической связи за основу были взяты немецкая радиолокационная станция «Большой Вюрцбург», вместе с комплектом конструкторской документации вывезенная из Германии, и американская SCR-627, полученная из США по договору ленд-лиза. У них инженеры взяли поворотные устройства, допускающие вращение антенн по азимуту и углу места, а сами антенны предполагалось существенно доработать.Комплекс связи с «Луной-1» планировали разместить в крымском городе Симеиз, где были установлены два рефлектора эффективной площадью 70 и 120 квадратных метров, а также радиолокационная станция «Большой Вюрцбург». Аппаратуру измерения дальности, скорости и приёма телеметрии должны были установить на горе Кошка. Приёмная часть комплекса связи должна была остаться стационарной, а передающая — мобильной на грузовиках ЗиЛ-151. Взято с popmech.ru

Современного потребителя электроники очень сложно удивить. Мы уже привыкли к тому, что наш карман законно занимает смартфон, в сумке лежит ноутбук, на руке послушно отсчитывают шаги «умные» часы, а слух ласкают наушники с активной системой шумоподавления.

Забавная штука, но мы привыкли носить с собой не один, а сразу два, три и более компьютеров. Ведь именно так можно назвать устройство, у которого есть процессор. И вовсе неважно, как выглядит конкретный девайс. За его работу отвечает миниатюрный чип, преодолевший бурный и стремительный путь развития.

Почему мы подняли тему процессоров? Все просто. За последние десять лет произошла настоящая революция в мире мобильных устройств.

Между этими устройствами всего 10 лет разницы. Но Nokia N95 тогда нам казалась космическим девайсом, а на ARKit сегодня мы смотрим с определенным недоверием

А ведь все могло бы сложиться иначе и потрепанный Pentium IV так бы и остался пределом мечтаний рядового покупателя.

Мы постарались обойтись без сложных технических терминов и рассказать, как работает процессор, и выяснить, за какой архитектурой будущее.

1. С чего все началось

Первые процессоры были абсолютно не похожи на то, что вы можете видеть, приоткрыв крышку системного блока вашего ПК.

Вместо микросхем в 40-е годы XX века использовались электромеханические реле, дополненные вакуумными лампами. Лампы выполняли роль диода, регулировать состояние которого можно было за счет понижения или повышения напряжения в цепи. Выглядели такие конструкции так:Для работы одного исполинского компьютера нужны были сотни, иногда тысячи процессоров. Но, при этом, вы не смогли бы запустить на таком компьютере даже простенький редактор, как NotePad или TestEdit из штатного набора Windows и macOS. Компьютеру банально не хватило бы мощности.

2. Появление транзисторов

Первые полевые транзисторы появились еще в 1928 году. Но мир изменился лишь после появления так называемых биполярных транзисторов, открытых в 1947-м.

В конце 40-х физик-экспериментатор Уолтер Браттейн и теоретик Джон Бардин разработали первый точечный транзистор. В 1950 его заменил первый плоскостной транзистор, а в 1954 году небезизвестный производитель Texas Instruments анонсировал уже кремниевый транзистор.

Но настоящая революция наступила в 1959 году, когда ученый Жан Энри разработал первый кремниевый планарный (плоский) транзистор, который стал основой для монолитных интегральных схем.

Да, это немного сложно, поэтому давайте копнем немного глубже и разберемся с теоретической частью.

3. Как работает транзистор

Итак, задача такого электрического компонента как транзистор заключается в управлении током. Проще говоря, этот немного хитрый переключатель, контролирует подачу электричества.

Основное преимущество транзистора перед обычным переключателем в том, что он не требует присутствия человека. Т.е. управлять током такой элемент способен самостоятельно. К тому же, он работает намного быстрее, чем вы бы самостоятельно включали или отключали электрическую цепь.Из школьного курса информатики вы, наверняка, помните, что компьютер «понимает» человеческий язык за счет комбинаций всего двух состояний: «включено» и «выключено». В понимании машины это состояние «0» или «1».

Задача компьютера заключается в том, чтобы представить электрический ток в виде чисел.

И если раньше задачу переключения состояний выполняли неповоротливые, громоздкие и малоэффективные электрические реле, то теперь эту рутинную работу взял на себя транзистор.

С начала 60-х транзисторы стали изготавливать из кремния, что позволило не только делать процессоры компактнее, но и существенно повысить их надежность.

Но сначала разберемся с диодом

Вдыхаем!

Кремний (он же Si – «silicium» в таблице Менделеева) относится к категории полупроводников, а значит он, с одной стороны, пропускает ток лучше диэлектрика, с другой, – делает это хуже, чем металл.Хочется нам того или нет, но для понимания работы и дальнейшей история развития процессоров придется окунуться в строение одного атома кремния. Не бойтесь, сделаем это кратко и очень понятно.

Задача транзистора заключается в усилении слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

У атома кремния есть четыре электрона, благодаря которым он образует связи (а если быть точным – ковалентные связи) с такими же близлежащими тремя атомами, формируя кристаллическую решетку. Пока большинство электронов находятся в связи, незначительная их часть способна двигаться через кристаллическую решетку. Именно из-за такого частичного перехода электронов кремний отнесли к полупроводникам.

Но столь слабое движение электронов не позволило бы использовать транзистор на практике, поэтому ученые решили повысить производительность транзисторов за счет легирования, а проще говоря – дополнения кристаллической решетки кремния атомами элементов с характерным размещением электронов.

Так стали использовать 5-валентную примесь фосфора, за счет чего получили транзисторы n-типа. Наличие дополнительного электрона позволило ускорить их движение, повысив пропуск тока.

При легировании транзисторов p-типа таким катализатором стал бор, в который входят три электрона. Из-за отсутствия одного электрона, в кристаллической решетке возникают дырки (выполняют роль положительного заряда), но за счет того, что электроны способны заполнять эти дырки, проводимость кремния повышается в разы.

Предположим, мы взяли кремниевую пластину и легировали одну ее часть при помощи примеси p-типа, а другую – при помощи n-типа. Так мы получили диод – базовый элемент транзистора.Теперь электроны, находящиеся в n-части, будут стремится перейти в дырки, расположенные в p-части. При этом n-сторона будет иметь незначительный отрицательный, а p-сторона – положительный заряды. Образованное в результате этого «тяготения» электрическое поле –барьер, будет препятствовать дальнейшему перемещению электронов.

Если к диоду подключить источник питания таким образом, чтобы «–» касался p-стороны пластины, а «+» – n-стороны, протекание тока будет невозможно из-за того, что дырки притянутся в минусовому контакту источника питания, а электроны – к плюсовому, и связь между электронами p и n стороны будет утеряна за счет расширения объединенного слоя.Но если подключить питание с достаточным напряжением наоборот, т.е. «+» от источника к p-стороне, а «–» – к n-стороне, размещенные на n-стороне электроны будут отталкиваться отрицательным полюсом и выталкиваться на p-сторону, занимая дырки в p-области.Но теперь электроны притягивает к положительному полюсу источника питания и они продолжаются перемещаться по p-дыркам. Это явление назвали прямым смещением диода.

Диод + диод = транзистор

Сам по себе транзистор можно представить как два, состыкованных друг к другу диода. При этом p-область (та, где размещены дырки) у них становится общей и именуется «базой».

У N-P-N транзистора две n-области с дополнительными электронами – они же «эмиттер» и «коллектор» и одна, слабая область с дырками – p-область, именуемая «базой».

Если подключить источник питания (назовем его V1) к n-областям транзистора (независимо от полюса), один диод получит обратное смещение и транзистор будет находиться в закрытом состоянии.

Но, как только мы подключим еще один источник питания (назовем его V2), установив «+» контакт на «центральную» p-область (базу), а «–» контакт на n-область (эмиттер), часть электронов потечет по вновь образованной цепи (V2), а часть будет притягиваться положительной n-областью. В результате, электроны потекут в область коллектора, а слабый электрический ток будет усилен.

Выдыхаем!

4. Так как все-таки работает компьютер?

Как автор данного материала, я хочу сразу извиниться за утомительное объяснение несколькими абзацами выше. Но именно понимание принципа работы транзистора даст вам понимание того, как работает компьютер.

А теперь самое главное.

В зависимости от подаваемого напряжения, транзистор может быть либо открыт, либо закрыт. Если напряжение недостаточное для преодоления потенциального барьера (того самого на стыке p и n пластин) – транзистор будет находится в закрытом состоянии – в состоянии «выключен» или, говоря языком двоичной системы – «0».
При достаточно напряжении транзистор открывается, а мы получаем значение «включен» или «1» в двоичной системе. 
Такое состояние, 0 или 1, в компьютерной индустрии назвали «битом».

Т.е. мы получаем главное свойство того самого переключателя, который открыл человечеству путь к компьютерам!

В первом электронном цифровом вычислителе ЭНИАК, а проще говоря – первом компьютере, использовалось около 18 тысяч ламп-триодов. Размер компьютера был сопоставим с теннисным кортом, а его вес составлял 30 тонн.

Для понимания работы процессора нужно понять еще два ключевых момента.

Момент 1. Итак, мы определились с тем, что такое бит. Но с его помощью мы можем лишь получить две характеристики чего-либо: или «да» или «нет». Для того, чтобы компьютер научился понимать нас лучше, придумали комбинацию из 8 битов (0 или 1), которую прозвали байтом.

Используя байт можно закодировать число от нуля до 255. Используя эти 255 чисел – комбинаций нулей и единиц, можно закодировать все что угодно.

Момент 2. Наличие чисел и букв без какой-либо логики нам бы ничего не дало. Именно поэтому появилось понятие логических операторов.

Подключив всего два транзистора определенным образом, можно добиться выполнения сразу нескольких логических действий: «и», «или». Комбинация величины напряжения на каждом транзисторе и тип их подключения позволяет получить разные комбинации нулей и единиц.Стараниями программистов значения нулей и единиц, двоичной системы, стали переводить в десятичную для того, чтобы мы могли понять, что именно «говорит» компьютер. А для ввода команд привычные нами действия, вроде ввода букв с клавиатуры, представлять в виде двоичной цепи команд.

Проще говоря, представьте, что есть таблица соответствия, скажем, ASCII, в которой каждой букве соответствует комбинация 0 и 1. Вы нажали кнопку на клавиатуре, и в этот момент на процессоре, благодаря программе, транзисторы переключились таким образом, чтобы на экране появилась та самая, написанная на клавише буква.

Это довольно примитивное объяснение принципа работы процессора и компьютера, но именно понимание этого позволяет нам двигаться дальше.

5. И началась транзисторная гонка

После того, как в 1952 году британский радиотехник Джеффри Дамер предложил размещать простейшие электронные компоненты в монолитном кристалле полупроводника, компьютерная индустрия сделал семимильный шаг вперед.

От интегральных схем, предложенных Дамером, инженеры быстро перешли на микрочипы, в основе которых использовались транзисторы. В свою очередь, нескольких таких чипов уже образовывали сам процессор.

Разумеется, что размеры таких процессоров мало чем схожи с современными. К тому же, вплоть до 1964 года у всех процессоров была одна проблема. Они требовали индивидуального подхода – свой язык программирования для каждого процессора.

А дальше началась гонка техпроцессов. Задачей чипмейкеров стало в производственных масштабах как можно плотнее разместить транзисторы друг возле друга, добившись уменьшенного технологического процесса.

• 1964 год IBM System/360. Компьютер, совместимый с универсальным программным кодом. Набор инструкций для одной модели процессора мог использоваться и для другой.
• 70-e годы. Появление первых микропроцессоров. Однокристальный процессор от Intel. Intel 4004 – 10 мкм ТП, 2 300 транзисторов, 740 КГц.
• 1973 год Intel 4040 и Intel 8008. 3 000 транзисторов, 740 КГц у Intel 4040 и 3 500 транзисторов при 500 кГц у Intel 8008.
• 1974 год Intel 8080. 6 мкм ТП и 6000 транзисторов. Тактовая частота около 5 000 кГц. Именно этот процессор использовался в компьютере Altair-8800. Отечетсвенная копия Intel 8080 – процессор КР580ВМ80А, разработанный Киевским НИИ микроприборов. 8 бит.
• 1976 год Intel 8080. 3 мкм ТП и 6500 транзисторов. Тактовая частота 6 МГц. 8 бит.
• 1976 год Zilog Z80. 3 мкм ТП и 8500 транзисторов. Тактовая частота до 8 МГц. 8 бит.
• 1978 год Intel 8086. 3 мкм ТП и 29 000 транзисторов. Тактовая частота около 25 МГц. Система команд x86, которая используется и сегодня. 16 бит.
• 1980 год Intel 80186. 3 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Тактовая частота – до 25 МГц. 16 бит.
• 1982 год Intel 80286. 1,5 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Частота – до 12,5 МГц. 16 бит.
• 1982 год Motorola 68000. 3 мкм и 84 000 транзисторов. Этот процессор использовался в компьютере Apple Lisa.
• 1985 год Intel 80386. 1,5 мкм тп и 275 000 транзисторов.Частота – до 33 МГц в версии 386SX.

Казалось бы, продолжать список можно было бы до бесконечности, но тут инженеры Intel столкнулись с серьезной проблемой.

6. Закон Мура или как чипмейкерам жить дальше

На дворе конец 80-х. Еще в начале 60-х один из основателей компании Intel Гордон Мур формулировал так называемый «Закон Мура». Звучит он так:

Каждые 24 месяца количество транзисторов, размещенных на кристалле интегральной схемы, удваивается.

Назвать этот закон законом сложно. Вернее будет окрестить его эмпирическим наблюдением. Сопоставив темпы развития технологий, Мур сделал вывод, что может сформироваться подобная тенденция.

Но уже во время разработки четвертого поколения процессоров Intel i486 инженеры столкнулись с тем, что уже достигли потолка производительности и больше не могут разместить большее количество процессоров на той же площади. На тот момент технологии не позволяли этого.

В качестве решения был найден вариант с использованием рядом дополнительных элементов:

• кэш-памяти;
• конвейера;
• встроенного сопроцессора;
• множителя.

Часть вычислительной нагрузки ложилась на плечи этих четырех узлов. В результате, появление кэш-памяти с одной стороны усложнило конструкцию процессора, с другой – он стал значительно мощнее.Процессор Intel i486 состоял уже из 1,2 млн транзисторов, а максимальная частота его работы достигла 50 МГц.

В 1995 году к разработке присоединяется компания AMD и выпускает самый быстрый на тот момент i486-совместимый процессор Am5x86 на 32-битной архитектуре. Изготавливался он уже по 350 нанометровому техпроцессу, а количество установленных процессоров достигло 1,6 млн штук. Тактовая частота повысилась до 133 МГц.

Но гнаться за дальнейшим наращиванием количества установленных на кристалле процессоров и развитии уже утопической архитектуры CISC (Complex Instruction Set Computing) чипмейкеры не решились. Вместо этого американский инженер Дэвид Паттерсон предложил оптимизировать работу процессоров, оставив лишь самые необходимые вычислительные инструкции.

Так производители процессоров перешли на платформу RISC (Reduced Instruction Set Computing]. Но и этого оказалось мало.

В 1991 году выходит 64-битный процессор R4000, работающий на частоте 100 МГц. Через три года появляется процессор R8000, а еще через два года – R10000 с тактовой частотой вплоть до 195 МГц. Параллельно развивался рынок SPARC-процессоров, особенностью архитектуры которых стало отсутствие инструкций умножения и деления.

Вместо борьбы за количество транзисторов, производители чипов стали пересматривать архитектуру их работы. Отказ от «ненужных» команд, выполнение инструкций в один такт, наличие регистров общего значения и конвейеризация позволили оперативно наращивать тактовую частоту и мощность процессоров, не извращаясь с количеством транзисторов.

Вот лишь некоторые из появившихся с период с 1980 по 1995 год архитектур:

• SPARC;
• ARM;
• PowerPC;
• Intel P5;
• AMD K5;
• Intel P6.

В их основе лежала платформа RISC, а в некоторых случаях и частичное, совмещенное использование CISC-платформы. Но развитие технологий вновь подталкивало чипмейкеров продолжить наращивание процессоров.

В августе 1999 года на рынок выходе AMD K7 Athlon, изготовленный по 250 нанометровому техпроцессу и включающий 22 млн транзисторов. Позднее планку подняли до 38 млн процессоров. Потом до 250 млн.

Увеличивался технологический процессор, росла тактовая частота. Но, как гласит физика, всему есть предел.

7. Конец транзисторных соревнований близко

В 2007 году Гордон Мур выступил с весьма резким заявлением:

Закон Мура скоро перестанет действовать. Устанавливать неограниченное количество процессоров до бесконечности невозможно. Причина тому — атомарная природа вещества.

Невооруженным глазом заметно, что два ведущих производителям чипов AMD и Intel последние несколько лет явно замедлили темпы развития процессоров. Точность технологического процесса выросла всего до нескольких нанометров, но размещать еще больше процессоров невозможно.

И пока производители полупроводников грозятся запустить многослойные транзисторы, проводя параллель с 3DNand памятью, у упершейся в стену архитектуры x86 еще 30 лет назад появился серьезный конкурент.

8. Что ждет «обычные» процессоры

«Закон Мура» признан недействительным еще с 2016 года. Об этом официально заявил крупнейший производитель процессоров Intel. Удваивать вычислительную мощность на 100% каждые два года чипмейкеры больше не состоянии.

И теперь у производителей процессоров есть несколько малоперспективных вариантов.

Первый вариант – квантовые компьютеры. Попытки построить компьютер, который использует для представления информации частицы, уже были. В мире существует несколько подобных квантовых устройств, но они способны справляться лишь с алгоритмами небольшой сложности.

К тому же, о серийном запуске подобных устройств в ближайшие десятилетия не может идти и речи. Дорого, неэффективно и… медленно!

Да, квантовые компьютеры потребляют намного меньше энергии, чем их современные коллеги, но при этом работать они будут медленнее до тех пор, пока разработчики и производители комплектующих не перейдут на новую технологию.

Второй вариант – процессоры со слоями транзисторов. О данной технологии всерьез задумались и в Intel, и в AMD. Вместо одного слоя транзисторов планируют использовать несколько. Похоже, что в ближайшие годы вполне могут появится процессоры, в которых будут важны не только количество ядер и тактовая частота, но и количество транзисторных слоев.

Решение вполне имеет право на жизнь, и таким образом монополистам удастся доить потребителя еще пару десятков лет, но, в конце концов, технология опять-таки упрется в потолок.

Сегодня же, понимая стремительное развитие ARM-архитектуры, Intel провела негромкий анонс чипов семейства Ice Lake. Процессоры будут изготавливаться по 10-нанометровому технологическому процессу и станут основой для смартфонов, планшетов и мобильных устройств. Но произойдет это в 2019 году.

9. Будущее за ARM

Итак, архитектура x86 появилась в 1978 году и относится к типу платформы CISC. Т.е. сама по себе она предполагает наличие инструкций на все случаи жизни. Универсальность – главный конек x86.

Но, в тоже время, универсальность сыграла с этими процессорами и злую шутку. У x86 есть несколько ключевых недостатков:

• сложность команд и откровенная их запутанность;
• высокое потребление энергии и выделение теплоты.

За высокую производительность пришлось попрощаться с энергоэффективностью. Более того, над архитектурой x86 сейчас трудятся две компании, которых можно смело отнести к монополистам. Это Intel и AMD. Производить x86-процессоры могут только они, а значит и правят развитием технологий только они.

В тоже время разработкой ARM (Arcon Risk Machine) занимаются сразу несколько компания. Еще в 1985 году в качестве основы для дальнейшего развития архитектуры разработчики выбрали платформу RISC.

В отличие от CISC, RISC предполагает разработку процессора с минимально необходимым количеством команд, но максимальной оптимизацией. Процессоры RISC намного меньше CISC, более энергоэффективны и просты.

Более того, ARM изначально создавался исключительно как конкурент x86. Разработчики ставили задачу построить архитектуру, более эффективную чем x86.Еще с 40-х годов инженеры понимали, что одной из приоритетных задач остается работа над уменьшением габаритов компьютеров, а, в первую очередь — самих процессоров. Но вряд ли почти 80 лет назад кто-либо мог предположить, что полноценный компьютер будет меньше спичечного коробка.

Архитектуру ARM в свое время поддержала компания Apple, запустив производство планшетов Newton на базе семейства ARM-процессоров ARM6.

Продажи стационарных компьютеров стремительно падают, в то время как количество ежегодно реализуемых мобильных устройств уже исчисляется миллиардами. Зачастую, помимо производительности, при выборе электронного гаджета пользователя интересуют еще несколько критериев:

• мобильность;
• автономность.

x86 архитектура сильна в производительности, но стоит вам отказаться от активного охлаждения, как мощный процессор покажется жалким на фоне архитектуры ARM.

10. Почему ARM – неоспоримый лидер

Вряд ли вы будете удивлены, что ваш смартфон, будь то простенький Android или флагман Apple 2016 года в десятки раз мощнее полноценных компьютеров эпохи конца 90-х.

Но во сколько мощнее тот же айфон?

Само по себе сравнение двух разных архитектур – штука очень сложная. Замеры здесь можно выполнить лишь приблизительно, но понять то колоссальное преимущество, что дает построенные на ARM-архитектуре процессоры смартфона, можно.

Универсальный помощник в таком вопросе – искусственный тест производительности Geekbench. Утилита доступна как на стационарных компьютерах, так и на Android и iOS платформах.Средний и начальный класс ноутбуков явно отстает от производительности iPhone 7. В топовом сегменте все немного сложнее, но в 2017 году Apple выпускает iPhone X на новом чипе A11 Bionic.

Там, уже знакомая вам архитектура ARM, но показатели в Geekbench выросли почти вдвое. Ноутбуки из «высшего эшелона» напряглись.

А ведь прошел всего один год.

Развитие ARM идет семимильными шагами. Пока Intel и AMD год за годом демонстрируют 5 – 10% прирост производительности, за тот же период производители смартфонов умудряются повысить мощность процессоров в два – два с половиной раза.

Скептически настроенным пользователям, которые пройдутся по топовым строчкам Geekbench лишь хочется напомнить: в мобильных технологиях размер – это то, что прежде всего имеет значение.

Установите на стол моноблок с мощным 18-ядерный процессором, который «в клочья разрывает ARM-архитектуру», а затем положите рядом iPhone. Чувствуете разницу?

11. Вместо вывода

Объять 80-летнюю историю развития компьютеров в одном материале невозможно. Но, прочитав данную статью, вы сможете понять как устроен главный элемент любого компьютера – процессор, и чего стоит ждать от рынка в последующие годы.

Безусловно, Intel и AMD буду работать над дальнейшим наращиванием количества транзисторов на одном кристалле и продвигать идею многослойных элементов.

Но нужна ли вам как покупателю такая мощность?

Вряд ли вас не устраивает производительность iPad Pro или флагманского iPhone X. Не думаю, что вы недовольны производительностью расположившейся на кухне мультиварки или качеством картинки на 65-дюймовом 4K-телевизоре. А ведь во всех этих устройствах используются процессоры на ARM-архитектуре.

Windows уже официально заявила, что с интересом смотрит в сторону ARM. Поддержку этой архитектуры компания включила еще в Windows 8.1, а ныне активно работает над тандемом с ведущим ARM-чипмейкером Qualcomm.

На ARM успела посмотреть и Google – операционная система Chrome OS поддерживает эту архитектуру. Появились сразу несколько дистрибутивов Linux, которые также совместимы с данной архитектурой. И это только начало.

И лишь попробуйте на минутку представить, каким приятным будет сочетание энергоэффективного ARM-процессора с графеновым аккумулятором. Именно эта архитектура позволит получить мобильные эргономичные гаджеты, которые смогут диктовать будущее. Взято с iphones.ru