https://samlib.ru/b/bykow_walerij_aleks … tory.shtml

    Аннотация:
    Рассмотрел некоторые вопросы о том почему СССР отстал в области компьютеров ещё до второй мировой войны и очень сильно. И рассмотрел принципы работы компьютеров и архитектуру, а также историю развития компьютеров и видеокарт в наши дни. Такой исторический труд с появления первых компьютеров по наши дни. Хотя меня интересовала не столько история, сколько просто ход развития компьютеров в принципе.

       История компьютерной логики.
       
       Странная тема, которая может показаться интересной любителям истории развития компьютерного железа. Хотя в этой статье я уделяю больше внимания не столько самой истории, сколько логике бинарной архитектуры и причинам, почему современные компьютеры работают именно так, а не иначе. Меня не столько интересует сама история, сколько принципы работы компьютерного железа, и цели почему всё именно так работает и скомпоновано, а не по-другому, а также мысли о том как это можно было бы улучшить, и почему никто не улучшает.
       
       Начнём с самого начала, с изобретения самых первых бинарных вычислительных устройств, а изобретены они были не много ни мало, а в начале 19ого века, то есть очень давно и в Англии (и даже раньше). Как вы понимаете это были нихрена не компьютеры, они были не полупроводниковыми, и вообще даже не электрическими. Речь идёт о самых первых механических калькуляторах, использовавших бинарную логику для простейших арифметических вычислений. Надо сказать, что хотя самое первое устройство было именно калькулятором, сами калькуляторы не прижились. Денег в те времена у всех было мало, а стоимость такого устройства была очень высока, и использовать его для того чтобы сложить два трёхзначных числа размером до 256 было слишком дорого, и это можно было сделать самому, намного быстрее и дешевле. Тем не менее, сам принцип сумматора работал уже тогда. Надо сказать, что история бинарных устройств не закончилась на первом механическом калькуляторе, просто потому что с 1840ых годов Англия и другие западные державы вступили в эпоху прогресса, и им понадобились сложные управляющие устройства в самых разных областях, и прежде всего в военной. В частности некоторые крупные морские суда Англии, первые дредноуты уже тогда наводили свои пушки на цель не на глазок, а используя механические расчётные системы, в основе которых и была положена бинарная логика. Также очень быстро появились различные управляющие электромеханические устройства, позволяющие управлять самыми разными системами боевых кораблей, самых первых электростанций и много чем ещё. Такие устройства часто состояли из 4 или 8 переключателей ВКЛЮЧЕНО и ВЫКЛЮЧЕНО, как в современной бинарной логике 0 и 1, и выполняли супер простые функции что-то включить или выключить. При этом 4 переключателя могли находиться в коробочке размером 10х10х10см и работать со скоростью одно действие раз в две секунды, при этом чтобы действие произошло человек должен был нажать кнопку. То есть, по моему мнению, развитие компьютеров началось уже тогда, с появления первых простейших электромеханических устройств управления чем-либо. Просто это период когда люди впервые стали работать с самими вычислительными устройствами и думать как их сделать, чтобы вообще что-то работало.
       
       Уже в конце 19ого века стала бурно развиваться самая разная электротехника, появились электростанции, первые автомобили, сложные системы управления железными дорогами. И если где-то в России всё было просто и примитивно и управлялось человеком, то в железных дорогах Англии в конце 19ого века уже была масса электромеханических устройств управляющих движением поездов, по типу того как сейчас, только гораздо примитивнее. Но суть в том, что поезда уже не всегда управлялись чисто человеком, и появились электрические системы контроля, прообраз современных железнодорожных систем. Тут речь даже не о том, в какой степени эти устройства управляли железнодорожным движением, может и в совсем маленькой, не как сейчас. А в том, что производство таких электромеханических устройств вообще массово началось, серийно. И это уже были самые разные виды переключателей, которые могли что-то где-то переключить без участия человека. А также появились люди, которые учились делать такие устройства, получали образование в этой области, и даже кафедры электромеханики в университетах Англии. И вот тут важно заметить, что минимум половина этих устройств использовала самую простейшую бинарную логику, и уже тогда, в начале 20ого века, ещё до первой мировой войны, уже появились упрощённые электрические калькуляторы, которые стояли в щитке ЖД транспорта и что-то там считали. Транзистор и всё остальное ещё не было изобретено. Но уже была изобретена коробочка в которой было 8 переключателей, работающих точно также как включается и выключается свет в обычном ручном переключателе у вас дома. И эти 8 или даже 16 логических переключателей уже могли рассчитать что-то очень простое, и принять одно из 8 возможных решений, предусмотренных их схемой расположения. То есть это было простейшее управляющее бинарное устройство. Пока ещё очень большое медленное, и ничего не умеющее, кроме как сделать выбор из нескольких вариантов. Но оно уже было компьютером, просто очень и очень примитивным, это даже не компьютер, а его самый первый и примитивный предок. Я рассказываю про всё это, чтобы указать на то, что сама логика переключения чего-то бинарно была создана очень давно. И если честно первые механические калькуляторы появились даже не в 19ом веке и не в Англии, а ещё намного раньше, просто это не имеет смысла обсуждать.
       
       Так вот дальше в 1930ые годы компьютеров ещё не было, но началось бурное развитие электротехники в целом. Появились электрические громкоговорители, радио, первое телевидение, системы связи военных, в Англии перед войной создали первые радио радары. В западном мире в Англии и США в быт вошло множество электроприборов, а сами системы управления везде и всем, даже светофоры, стали сложнее, и свет в светофоре переключался уже без участия человека. В 1930ые годы в США и Англии появились первые телефонные станции, в которых переключение между номерами при звонке происходило автоматически, без участия девочки телефонистки, которой надо было говорить, куда ты звонишь с кем соединить, при каждом звонке. То есть в мире появилось множество электроприборов, которые использовали логические управляющие элементы, в основе которых были электромеханические переключатели. Использовать для этой цели полупроводники и микрочипы, изготовленные по нано технологиям, ещё никто не додумался, да и нано технологий не было. А вот логические переключатели размером в несколько миллиметров и даже меньше, уже стали нормой, по крайней мере в развитых странах. Лидерами электронной отрасли в тот период были США и Англия, надо сказать Германия развивала другие области военной промышленности связанные больше с военной сферой, чем с экономикой, производство танков и авиации. И следует добавить что к концу 1930ых годов, такие системы как радары Англии, управлялись уже устройствами довольно сложными, в них было не 8 логических переключателей а гораздо больше. Да и телевизоры появились в начале 1930ых и даже в них было дофига электронных деталей и переключателей, и не 8 и даже не 128, а побольше. И хотя эти переключатели не были полупроводниковыми, а кто-то скажет что там были радиолампы, сути это не меняет. Вся логика везде была бинарной, аналоговые схемы именно для управления использовались редко, не путать с телесигналом, да сигнал в телевещании или по радиосвязи был аналоговым, но не устройства управления. И я просто подвожу вопрос к тому, что ещё до появления самых первых компьютеров появилась очень сложная микроэлектронная база для изготовления самой разной довольно сложной электротехники. И это самое главное. Причём эту электронную базу уже производили не где-то в тайной лаборатории в количестве двух штук в год, а она была массово внедрена в жизнь, в виде телевизоров, радио, телефонов, телефонных станций, реле управления железных дорог, военных радаров, электрических систем управления тяжёлыми и дорогими боевыми морскими кораблями. И если где-то в СССР всё это отставало от запада лет на двадцать, потому что там сделали акцент на производство танков и артиллерии, что накануне войны было более важно, то в Англии и США уровень развития производства микроэлектронных компонентов уже тогда был очень высоким, и качественно и количественно.
       Просто сегодня очень часто звучит мысль о том, что в отставании СССР в компьютерах виноват Сталин, который после войны объявил кибернетику лженаукой, и только поэтому мы отстали, а так бы мы ОГОГО показали бы им буржуям. Так вот это неправда, да компьютеры стали массово внедряться в жизнь после войны, а в США и Англии самые первые компьютеры были созданы в военные годы. На самом деле тотальное отставание по производству любых микроэлектронных компонентов у СССР началось ещё с 1890ого года, ещё задолго до СССР и продолжалось постоянно. И в 1939ом году, СССР в основном был озабочен производством танков и самолётов, и выплавкой стали. То есть никакого достаточно массового и масштабного производства электронных компонентов не было. Те микроэлектронные компоненты, что производились в СССР в 1939ом году или в 1941ом году до войны, их производилось очень мало, и они производились как копирование западных образцов пяти или десяти летней давности, то есть с заведомо отставанием, и это был абсолютно необходимый минимум и только. СССР практически не имел собственной электронной базы, не имел собственной базы разработки нового на конкурентном уровне, не создавал ничего своего, и в основном пытался наладить производство западных компонентов. Причём руководство СССР не считалось микроэлектронику приоритетом в 1939ом году, и во время индустриализации были совсем другие приоритеты, строительство танков, железных дорог и армии. Поэтому когда в Англии и США в период с 1930ого по 1941ый год шло бурное развитие микроэлектроники, и буквально каждый год выпускалось новое поколение более совершенных микроэлектронных компонентов, и оборудования для их производства. В это время СССР направлял в эти области минимальное финансирование и в основном покупал чужое, и был не в состоянии создать своё, и даже не стремился к этому. То есть объёмы и масштабы развития микроэлектронной базы в США и Англии уже тогда не шли ни в какое сравнение с Германией или СССР. И кстати хочу подчеркнуть, что в Германии дела в этой области были не так печальны как в СССР, но тоже не всё хорошо. В основном электрооборудование в Германии хоть и было развитым, но касалось не управляющих устройств телевидения и микроэлектроники, а в основном это было промышленное оборудование скажем так, а это немного другая область, тоже не то, что надо, не компьютеры. Хотя, учитывая 9 мая 1945ого года, что было у Германии не так уж важно на самом деле.
       Поэтому когда война закончилась, США и Англия уже имели сверхразвитую микроэлектронную базу, целую промышленность, опыт разработки, сеть научно исследовательских центров и опытных специалистов, которые занимались этим вопросом десятки лет. Это были люди, которые сами создали все устройства с нуля, всему научились, имели хорошее образование и опыт, а не те вчерашние крестьяне и рабочие от станка из СССР которым государство купило чужую устаревшую детальку и сказало "изучайте и сделайте такую же через 5 лет". Притом что эта деталька уже на момент покупки была устаревшей, и на западе выпускали новое поколение таких деталей каждый год. То есть западный мир в лице Англии и США после войны имел развитую научную и производственную базу в области микроэлектроники, в которой работали сотни тысяч людей, с опытом и образованием, а в СССР всего этого не было. Никакого равенства в области создания компьютеров не было. У СССР изначально на старте не было шанса догнать противника, а сделать компьютер по нано технологии на коленке очевидно нельзя никак, тут молоток и зубило не помогут. Пока в СССР одно единственное опытное производство на всю страну собирало самый первый компьютер очень маленькой мощности, из подручных средств и мусора и не имея даже опыта работы в микроэлектронике. В США уже налаживали массовое производство компьютеров на основе бинарной логики. СССР изначально на старте очень и очень сильно отставал от западных стран в области всех микроэлектронных устройств, их производства, специалистов и так далее. Да в СССР были сделаны большие усилия, чтобы догнать, но догнать в итоге так и не удалось. Была программа минимального импортозамещения, чтобы как-то вооружить армию оружием способным вообще воевать, ракетами ПВО, радарами и так далее, примерно как в России сейчас. Но СССР отставал изначально, отставал тотально по всем направлениями и на много лет. Отставал сам фундамент, отставал до такой степени что у СССР этого фундамента практически не было вовсе. Не стоит думать что какие-то маленькие шарашки и лаборатории электроники 1946ого года могли что-то там догнать, в то время как в США развивалась целая супер индустрия. В СССР в 1946ом году было много проблем, только что кончилась война, людям жилые дома надо было в разрушенных городах строить, срочно создавать ядерное оружие, а позже запускать в космос Гагарина. Никто не был готов вливать 10% ВВП страны в микроэлектронику, чтобы реально догнать запад. Причём в те времена ещё не было компьютеров, никто не знал будущее и никто не знал как это важно иметь развитую микроэлектронику.
       Хотя если честно, моё историческое мнение, чем развивать космос и лететь на Луну, было бы лучше ещё в 1950ом году всё бросить на развитие микроэлектроники и догонять запад в этой области до тех пор, пока не догнали бы. Хотя это историческое мнение, основанное на знании результата, ясно, что в те времена люди иначе видели мир и по другому понимали приоритеты, никто не знал что будет через 80 лет.
       
       Надо сказать, что самые первые компьютеры в США появившееся в годы войны, в основном были представлены логическими переключателями, такими же как те что включают и выключают свет. То есть их задача замыкать и размыкать цепь, и таких переключателей было много. В первых компьютерах были десятки тысяч таких переключателей, они работали с частотой 100 герц и быстро перегорали. Но это были первые 4 разрядные или 8 разрядные схемы, способные работать точно также как современный компьютер. Они были очень большими и работали очень медленно. США потратили очень много времени и денег, чтобы уменьшить размер этих систем. Полноценные суперкомпьютеры небольшой мощности в США появились сразу после войны, однако не было технологий их сборки и массового производства, а монтаж и изготовление очень большого количества переключателей осуществлялись вручную, поэтому компьютеры были очень дорогими, и их было мало. Уже тогда появились самые первые ПК, но они тоже изготавливались полностью вручную, и маленький компьютер той же мощности часто стоил гораздо дороже, чем большой, а это важное отличие от современных компьютеров. Поскольку изготавливать и обслуживать очень маленькие схемы вручную дороже, чем более крупные, то многие первые компьютеры никто и не старался особо уменьшать. Работать вручную со слишком маленьким устройством, ремонтировать это слишком маленькое устройство, намного сложнее и дороже чем большое. Тем более что ломались такие схемы постоянно, а не как сейчас, когда поставил компьютер на шкаф, сделал андервольт и он работает 15 лет без ремонта. При этом компьютер со слишком маленьким количеством переключателей ничего считать не может, а большое количество переключателей стоит дорого. Примерно лет десять компьютеры в США производились чисто ручной сборкой на всех этапах, и это резко ограничивало их количество, ручная сборка это очень дорого. Каждый байт оперативной памяти стоил денег, буквально каждый байт. Поэтому отставание в микроэлектронике хоть и было, но не играло большой роли, как сейчас. В те времена на всю США было несколько десятков больших и дорогих компьютеров незаменимости у которых не было. Я не буду рассказывать про тайные программы компьютеров США и их реальные наработки тех лет, я просто не хочу, чтобы меня обвинили в лженаучности и лжеистории, поэтому рассматриваю вопрос поверхностно и официально, не будем говорить про успехи Года.
       С середины 1950ых годов в США наконец наладили производство компьютеров микро штамповкой, это было колоссальный шаг вперёд, микро штамповка по сути чем-то очень удалённо похожа на современную литографию. Суть в том что микросхема не производится вручную человеком, а некоторые фрагменты микросхем стали штамповать штампом, причём штамп был очень сложным и совершал множество ударных операций, выпечатывая на плате микросхему. Штамп работал ненадёжно, давал большую погрешность и вероятность ошибки, позволял печатать устройства размером порядка 100мкм, а потом и меньше, что очень много по современным меркам, но это было колоссальный рывок вперёд по сравнению с полностью ручной сборкой. Потому что попробуйте-ка вручную выточить микросхемку на 256 элементов с точностью 0,1миллиметра, или 100мкм. То есть микроштамповка сделала то, что было не под силу человеку, она резко увеличила производство электронных компонентов и уменьшила их размер и стоимость во много раз. Компоненты были всё ещё слишком дороги, чтобы продавать геймерские ПК с топовыми видеокартами на гражданском рынке. Но в этот момент впервые появились компьютеры современного типа, в том смысле что сама микросхема усложнилась настолько, что вручную изготовить столь сложную схему уже невозможно. Это позволило США совершить огромный рывок в военной микроэлектронике и производству компьютеров вообще.
       Пока СССР в 1960ом году собирал свои компьютеры вручную, используя проводки диаметром 1 миллиметр, потому что человек с более маленькими проводками работать просто не может. И на весь СССР было всего несколько суперкомпьютеров очень маленькой мощности. В это время глупые американцы уже развернули массовое производство микроэлектронных компонентов с печатью 50мкм и даже 25мкм, или как-то так. И на истребители США уже ставились микроэлектронные устройства, которые уже можно назвать почти компьютерами, в СССР ничего такого не было.
       И да в 1960ом и даже 1962ом году компьютеры всё ещё были слишком дорогими для массового производства, но в США компьютеры уже были и использовались, а авиации и имелось их массовое производство. А на всё СССР было только несколько гигантских суперкомпьютеров очень маленькой мощности сверх устаревшей архитектуры, и никаких методов производства устройств размером 25мкм, отставание уже тогда было тотальным. Чёбы там не говорила партия и горе патриоты, в то время когда в СССР на всю страну было несколько огромных горе компьютеров, которые собрали просто кой как из мусора, и ни о каком массовом производстве никто даже не думал. В США уже ставили на всю военную технику весьма продвинутую микроэлектронику серийного производства по технологии 100мкм или даже 25мкм. Мы уже тогда очень сильно от них отставали в этой области, и это изначальное историческое отставание. Просто в те времена компьютеры ещё не вошли в нашу жизнь так сильно как сейчас, и это было не так заметно, и никто толком не понимал всю важность этого отставания как сейчас. Ведь в 1960ом году никто не знал, что править миром будет страна, которая производит самые лучшие в мире компьютеры, а само умение делать микроэлектронику столь важно.
       В 1965ом году в США появились самые первые в мире электронные литографы, на которых печатались самые первые в мире электронные микросхемы по той же технологии что и сейчас. Спустя всего пять лет удалось довести технологию до уровня массового производства, и началась эра массово производства дешёвых компьютеров.
       В 1971ом году был презентован самый первый самый важный, вошедший в историю процессор Intel4004 это было четырёх разрядный процессор мощностью 740килогерц, который выполнял одну инструкцию за 8 тактов, то есть скорость его работы была всего 90 килогерц. Этот процессор вошёл в историю, потому что он был очень мощным и быстрым, он стоил 60 долларов за штуку, что для процессора в те времена было просто невозможно дёшево. Этот процессор был очень маленьким, по размеру даже меньше современных процессоров ПК, намного меньше, просто маленькая микросхемка на 90килогерц за 60 долларов. Фактически Интел 4004 просто порвал рынок, в том смысле что с его появлением стало возможно массовое производство и продаже персональных компьютеров, потому что он был маленьким, умеренно дешёвым и достаточно мощным, на нём даже можно было делать компьютерные игры. И он использовался не только в играх, а абсолютно везде, в управляющих устройствах светофоров, в самых разных областях, заменяя ручной труд на автоматизированное управление. Мы сейчас не всегда понимаем, что значит важность автоматизации труда, потому что у нас уже давно производятся или закупаются устройства автоматического управления различными системами в государстве от водопровода до телефонных АТС. Но в 1970ые годы во всём мире многие функции управления инфраструктурой государства выполняли люди, и ИНТЕЛ4004 позволил заменить человека, или даже несколько человек, на всего один компьютер, что резко повысило производительность труда в стране. Там где раньше круглосуточно и в три смены работал женский коллектив, который круглосуточно сидел и вручную переключал тумблеры управлявшие ГЭС, АТС, водопроводов, газопроводов, энергосистемами, и многими другими областями, американцы поставили один единственный компьютер на процессоре ИНТЕЛ4004 и огромное количество людей в хорошем смысле слова пошло искать новую работу, и это имело хорошие экономические последствия, ненужный монотонный труд был успешно автоматизирован, глобально стране в долгосрочной перспективе это выгодно, это снизило расходы и освободило рабочие руки для других задач. Американцы сделали это первыми, а многие другие страны ещё много лет делали всё вручную, и некоторые делают всё вручную до сих пор.
       На первый взгляд 90 килогерц это дико мало, даже процессор приставки Денди в 1991ом году имел скорость 3,7МГц что намного больше. Но для управления многими промышленными процессами больше и не требуется. А рассматривая сам термин компьютерная игра, я не имею ввиду игры на большом цветном мониторе с высоким разрешением, как вы представляете себе сегодня. Процессор Интел4004 позволил выпускать дешёвые ПК на которых можно было печатать текст, а также играть в супер примитивные игры с разрешением 60х45 пикселей, игры могли быть двухцветными чёрный и белый, персонаж с разрешением 3х5 пикселей. Массово появились аркадные автоматы, а также игрушки, работавшие с частотой 4 ФПС, но где не требовалась высокая частота обновления экрана. А также игры представленные игровыми автоматами где процессор управлял фигурками(куклами), а не картинкой на экране как сейчас. В СССР в конце 1980ых годов было полно игровых автоматов, где очень слабый процессор аналог украденного у США ИНТЕЛ4004 или ИНТЕЛ8008 управлял игровыми фигурками, процессору не нужно было рисовать графику, он бы с этим не справился, он управлял фигурками игрового автомата и делал это неплохо, и можно было нормально поиграть. Всё это было невозможно до появления ИНТЕЛ4004, потому что даже те персональные компьютеры, которые появились в широкой продаже двумя годами ранее в 1969ом году, до появления ИНТЕЛ4004 имели убожески маленькую мощность и при этом стоили выше уровня финансовых возможностей большинства обеспеченных американцев тех лет, по цене дорогого автомобиля и даже дороже. А вот ИНТЕЛ4004 и компьютеры на его основе стоили настолько дёшево, что их можно было купить в каждый дом. Появились первые игровые приставки, очень примитивные видеоигры, которые можно было запустить на телевизоре. Эти приставки имели процессор ИНТЕЛ4004 и его аналоги 2 килобайта оперативной памяти, и всё, а запуск приставки осуществлялся с носителя информации встроенного в саму приставку объёмом несколько килобайт. Нельзя было даже купить новые игры, на приставке просто было установлено четыре игры и всё, и они были очень простыми, и даже такие приставки были популярны, хотя они были намного примитивнее денди, зато появились в начале 1970ых годов. Это был теннис, где в качестве теннисной ракетки была просто линия и всё. Или что-то другое очень простое, даже не бомбермэн и не Марио, скажу более, это был даже не тетрис. Но практика показала, что индустрия игр стала быстро развиваться и толкать всю компьютерную промышленность. А люди очень хотели играть и покупали даже самые простые игровые приставки, и им всегда хотелось купить приставку с играми получше. Тоже самое касалось и компьютеров, именно в начале 1970ых годов стали массово официально появляться самые первые гражданские игровые разработки рассчитанные именно на продажу. В это время в СССР в области компьютеров был полный...
       
       Что такое четырёх разрядный процессор, и что такое 1 разрядный процессор? И может ли вообще существовать одно разрядный процессор?
       Вся современная микроэлектроника устроена гениально, в её основе одноразрядный процессор, простейший сумматор способный работать только с 0 и 1. Одноразрядный процессор за один герц может выполнить суммирование 0 и 1 или выбор, а если таких процессоров несколько, то вместе они могут выполнять и другие функции, потому что каждый процессор выполняет свою задачу, один процессор суммирует 0 и 1, другой решает складывать или вычитать, третий одноразрядный процессор делает что-то ещё. Ну это общий принцип, конечно одноразрядные процессоры могут работать только в теории, и это будет происходить дико медленно, потому что для выполнения одной инструкции им пришлось бы отработать тысячи герц. Однако одноразрядный процессор это элементарная ячейка процессора вообще, и она лежит в основе архитектуры абсолютно всех процессоров на Земле выпущенных когда-либо и используемых сегодня.
       
       Как ни странно 2х разрядный процессор имеет в 4 раза больше переключателей, чем одноразрядный и способен работать с целыми числами от 0 до 3, но это всё ещё слишком мало, чтобы работать нормально. То есть он за одно действие может сложить или вычесть число от 0 до 3. При этом если брать именно 2х разрядный процессор, то число 4 он не понимает, и поэтому работать в 10ричной системе счисления не сможет НИКАК, поэтому на самом деле сложить какие-то числа на 2х разрядном процессоре будет крайне сложно, или придётся придумывать долбанутую систему позволяющую ему работать с числами которых он не понимает, например с числом 4 или 5.
       
       Развивая тему дальше, мы можем заметить что 3х разрядный процессор может работать с целыми числами от 0 до 7. То есть он имеет такое количество логических переключателей, которые соединены таким образом, что в один такт может быть рассчитано целое число от 0 до 7. И если присобачить к нему второй 3х разрядный контур, или выполнить операцию в 2 герца, то он сможет не только складывать целые числа от 0 до 7, но и вычитать, и ещё потратив 2 герца можно сравнить два числа от 0 до 7, равно или не равно. Однако мы видим что в 3х разрядном процессоре не хватило места на восьмёрку и девятку и поэтому он не понимает что такое число 8 или 9. Опять же будет довольно сложно перевести его в десятиричную систему счисления потому что он не знает числа 8 и 9. И хотя сделать так, чтобы он понимал число 8 и 9 можно, например, разбив 10ричную систему на два раза по 5. Но такой подход приведёт к тому что 3х разрядный процессор на действие с числом 8 и 9 потратит примерно 100 операций вместо 1, то есть работать будет медленно сложно и через заднее место.
       
       Именно поэтому самый первый в мире коммерческий процессор ИНТЕЛ4004 созданный специально для персональный компьютеров, был 4х разрядным, он умел работать с целыми числами от 0 до 15. То есть 4х разрядный процессор в самом примитивном варианте может сложить или вычесть два целых числа размером от 0 до 15, и, кстати, надо две схемы, отдельно на сложение, отдельно на вычитание. И схема вычитания намного сложнее, чем сложения. Его сделали максимально простым и дешёвым. 2х разрядный процессор это 4 одноразрядных. Трёхразрядный процессор это 16 одноразрядных процессоров.
       4х разрядный процессор это 64 одноразрядных процессора работающих вместе, соединённых в единую систему логических переключателей, и да такая система достаточно большая. А поскольку ИНТЕЛ4004 должен уметь работать с предыдущими незаконченными инструкциями, а ещё он должен уметь складывать, вычитать, умножать столбиком, делить уголком, работать с дробями, иметь оператор ИФ, то есть простейшую логику, иметь функции сравнения больше и меньше и равно, и кой что ещё. То на самом деле такой процессор получился довольно большим, и общее количество транзисторов в даже таком самом примитивном самом бюджетном процессоре составило 2300 штук. На первый взгляд 2300 штук это не так уж много, но если бы вы попробовали сделать эти транзисторы вручную в 1946ом году, да ещё по технологии печати 10микрометров, я думаю люди, пытающиеся собрать такой микропроцессор просто офигели бы. Потому что даже такой супер примитивный абсолютно минимальный по функционалу процессор это 2300 транзисторов напечатанных с печатью 10мкм, то есть 0,01 миллиметра. Вряд ли человек сможет вручную работать с деталькой размером в 0,01мм и разместить её в нужной точке с точностью 0,001мм. При этом в отличие от многих других процессоров изготовленных ранее, полупроводниковый ИНТЕЛ4004 был очень надёжен и работал без сбоев, по сравнению с предыдущими микрочипами, что тоже очень важно. И он мог работать без сбоев очень долго, не перегреваясь, что очень важно, если он управляет где-то каким-то промышленным устройством или объектом инфраструктуры.
       Отсюда можно сделать простой вывод, даже создание процессора ИНТЕЛ4004 потребовало невероятно сложных производственных линий и технологий на разработку которых у США ушло примерно пол века, если брать с самого начала когда началось более менее массовая отработка процессов создания микроэлектроники. А самими компьютерами к тому моменту США занимались уже 25 лет.
       То есть у СССР и его рабочих и крестьян в 1971ом году не было никаких шансов собрать вручную устройство на 2300 транзисторов с печатью 10мкм, как бы они не старались. Даже тайно купив это чудо науки в США и доставив его в СССР для изучения, у учёных СССР не было ни малейшего шанса скопировать и развернуть его производство на собственном оборудовании.
       Как я уже говорил даже самый простой 4х разрядный процессор это 64 одноразрядных схемы, плюс группа переключателей, которые отвечают за все другие необходимые логические операции кроме сложения и вычитания целых чисел от 0 до 15. То есть это довольно таки сложная система взаимосвязанных переключателей, которые, получив строго определённые данные на входе, дают строго определённый выход. По сути, система переключателей это группа сумматоров 0 и 1, которые соединены сложным образом так, что все вместо могут рассчитать число намного большее чем 0 и 1, при этом они соединены системно, и такую систему очень просто масштабировать, чтобы работать с более крупными числами. Сама система, обеспечивающая расчёт, сложна и гениальна, но её все понимают и все умеют работать с ней, потому что придумать простое было очень сложно, но она проста по своей сути и позволяет работать с числами любого размера, но дальнейшее масштабирование системы требует увеличение числа логических переключателей, что делает процессор очень большим, с точки зрения количества переключателей. Я думаю, все вы слышали про то как компании ИНТЕЛ и АМД хвалятся на мировом рынке тем, что они смогли разместить миллионы транзисторов на одном квадратном сантиметре подложки. Смысл в том, что те волшебные способности компьютера считать и логически мыслить, на самом деле начинаются с самого простого одноразрядного сумматора, просто таких сумматоров в современном 64 разрядном процессоре со всеми его дополнительными основными функциями просто дохрена.
       Надо сказать, после того как был выпущен ИНТЕЛ4004, уже спустя год был выпущен следующий намного более совершенный процессор ИНТЕЛ8008, он уже был 8 разрядным, а значит мог в одно действие сложить целые числа от 0 до 255, и кроме того у него было намного больше сложных логических команд, которые он мог быстрее выполнить чем у его предка.
       Скорость процессора ИНТЕЛ4004 составляет 0,74МГц, а скорость процессора ИНТЕЛ8008 составляет 1МГц, на первый взгляд разница небольшая, но из-за низкой разрядности ИНТЕЛ4004 вынужден выполнять все операции в несколько действий, минимум 8 герц на одну операцию. А если операция сложная, то он может потратить на её выполнение даже десятки тысяч герц. Таким образом, он выполняет всего несколько десятков или сотен сложных инструкций в секунду и 90тысяч простых инструкций в секунду. Процессор ИНТЕЛ8008 способен выполнять многие простые инструкции за 1 герц, то есть он выполняет миллион простых инструкций в секунду, а это в 11 раз больше, и при этом он может выполнить до 100тысяч сложных инструкций в секунду, а это значит что он за 1 секунду выполняет более чем в тысячу раз больше сложных инструкций чем его предок ИНТЕЛ4004. То есть при фактической разнице частоты всего в 30% на самом деле разница в скорости выполнения сложных инструкций в 1000 раз, а простых в 11 раз. Естественно, что цена такой высокой скорости и производительности 8 разрядного ИНТЕЛА8008 по сравнению с ИНТЕЛ4004 это 3500 транзисторов. Тем не менее, мы видим, что более сложная схема, всего в 1,5 раза более сложная, которая по частоте всего на 30% быстрее, на самом деле способна работать во много раз быстрее, чем упрощённая версия, потому что слишком простому процессору нужно совершить много операций там, где более сложному нужна всего одна операция. Это заметил не только я, потому что все следующие годы шла тенденция по усложнению разрядности процессоров.
       
       Многие просто не понимают, как развивалась вся отрасль производства процессоров с 1971ого по 1995ый год. Потому что многие скажут что ИНТЕЛ8008 выпущенный в 1972ом году работал на частоте 1МГц, а в 1995ом году выпускали процессоры на 60-200МГц, такие как пентиум1, и разница всего в 60 раз. Но на самом деле процессор, выпущенный в 1995ом годы был 64 разрядным, и он мог в одно действие посчитать 15 значное число с плавающей запятой. А это значит, что при расчёте сложных операций, например тригонометрических функций для расчёта 3Д графики, процессор образца 1995ого года мог потратить всего один герц там, где процессору ИНТЕЛ8008 пришлось бы потратить 1000 герц, а это значит что фактическая разница в их производительности при расчёте любых сложных операций, таких как тригонометрические функции, ответ на вопрос чему равен синус 35,54 градусов пентиум1 мог выполнить в тысячи раз быстрее чем ИНТЕЛ8008 а вовсе не в 60 раз. И это не считая скорости работы КЭШа, системы стека, которые обеспечивают обмен данными между процессором и оперативной памятью, у первых процессоров все эти скорости были маленькими, а время отклика высоким. Надо сказать, что в 1995ом году был достигнут потолок разрядности, который завершился поколением 486.
       
       ВАЖНО: официально вы можете прочитать что модернизация процессоров шла и дальше, и 486ой процессор вовсе не последний, сама градация поколений процессоров, конечно идёт и дальше. Но смысл в том что 486ое поколение было последним, потому что дальше не менялась архитектура процессора с точки зрения расположения переключателей отвечающих за принятие решений. На процессоры делались разные примочки отвечающие за количество потоков, скорость, охлаждение, количество ядер, но его архитектура с точки зрения механизма расчёта инструкции оставалась прежней.
       Вы может прочитать что выпуск 486ых начался с 1989ого года, то есть это примерный срок когда началось производство 64разрядных 32битных процессоров и не только ИНТЕЛ80486 хотя архитектура называлась 486ой везде, вне зависимости ИНТЕЛ это был или нет. Но когда я называю срок 1995ый год, я имею ввиду, что это примерная дата, после которой было полностью прекращено производство процессоров более ранних версий. То есть 1994 или 1995ый год, это год полного прекращения производства 32разрядных ЦП компьютеров, поскольку они уже были просто никому не нужны, но это касается компьютеров, а не всего остального. Видеокарты, процессоры приставок, промышленные микрочипы всё это до сих пор может иметь любую разрядность.