第一世代のコンピューター：歴史、特性、ソフトウェア、ハードウェア - 歴史 - 2025

コンピュータの第1世代は、1940年から1956年までの期間、これらの電子機器が使用された最初のフェーズでした。コンピュータは、計算と保管と制御の両方の目的で真空管技術を使用しました。

初期の第1世代コンピューターでは、真空管の概念が使用されていました。これらはガラス製で、内部にフィラメントが含まれていました。コンピュータの進化は、16世紀から始まり、今日のコンピュータの見方へと変わりました。しかし、今日のコンピュータも過去50年間で急速な変化を遂げています。

ENIACコンピュータ出典：Wikimedia Commonsを介した米陸軍写真（パブリックドメイン）

コンピュータの進化が起こったこの期間は、コンピュータ世代として知られているスイッチング回路のタイプに応じて、いくつかの異なるフェーズに分けることができます。

したがって、コンピューター世代は、電子回路、ハードウェア、ソフトウェア、プログラミング言語、およびその他の技術開発の進化におけるさまざまな段階です。

初期状況

最初の電子計算機は1940年代に作られ、それ以来、電子工学には多くの急進的な進歩がありました。

これらのコンピュータは非常に大きいため、部屋全体を占めていました。操作を実行するには、コンピューターが理解できる最低レベルのプログラミング言語である機械語を使用し、一度に1つの問題しか解決できませんでした。

真空管は作業効率がはるかに低い電子部品でした。そのため、優れた冷却システムがないと正常に機能せず、損傷しません。

第一世代コンピュータの入力媒体はパンチカードをベースにしており、出力はプリントで表示されました。新しい問題を解決するために配線を調整するのに、オペレーターは数日から数週間もかかりました。

初代の起源と歴史

Atanasoff-Berryコンピュータ

数学者であり物理学者でもあるジョンアタナソフは、方程式を自動的に解く方法を模索し、1937年に彼の考えを明確にし、電子計算機の基本的な特性を書き留めました。

プログラムできなかったが、この機械は方程式を解いた。クリフォード・ベリーのサポートを得て制作されました。

コンピューティングは電子化

第二次世界大戦は、現代の電子コンピュータの誕生の助産師としての役割を果たしました。計算に対する軍事的要求と高い戦争予算もイノベーションを刺激しました。

最初の電子コンピュータは、特定のタスク用に構築されたマシンでした。それらを設定するのは面倒で時間がかかりました。

ENIACと呼ばれる最初の電子コンピュータは、第二次世界大戦の終わりに機密解除され、同等またはより優れたコンピュータを構築する方法について世界中のエンジニアから問い合わせがありました。

ENIACで働いたチームは、プログラムをコンピューター内に保存するという概念の重要性を最初に認識した人でした。

これらの初期のマシンは一般に、マザーボードに接続された配線または紙テープにエンコードされた一連のアドレスによって制御されていました。

したがって、これらのマシンは明らかにプログラム可能でしたが、プログラムはコンピューターの内部に保存されていませんでした。

ジョン・フォン・ノイマン

この数学者は、ストアドプログラムコンピュータの概念的なフレームワークを確立するレポートを書きました。

彼はIAS（Institute for Advanced Study）に理論的な研究だけでなく、実際のコンピューターを作成することでそれを実践できるようにすることを奨励しました。

ムーアスクール

この学校は1946年に一連の講義を行いました。参加者は、ENIAC、コンピューターを構築するための一般的な手法、および誰もまだ行っていないプログラムをメモリに保存するという新しいアイデアについて学びました。

アシスタントの1人であるモーリスウィルクスは、1949年にケンブリッジにEDSACを建設したイギリスのチームを率いていました。

一方、リチャードスナイダーはムーアスクールでEDVACを修了したアメリカのチームを率いていました。

フォンノイマンによって開発されたストアドプログラムコンピュータは、1951年に運用可能になりました。IASは彼の設計を自由に利用できるようにしました。これにより、同様のマシンが世界中に広まった。

初代コンピューターの特徴

一度に1つの問題のみを解決する

第1世代コンピューターは、コンピューターが使用されるタスクを実行するために操作指示が特別に作成されたという事実によって定義されました。

使用するテクノロジー

これらのコンピューターは、CPU回路に真空管を使用し、データストレージに磁気ドラムを使用し、さらに電気スイッチングデバイスを使用しました。

磁気コアメモリがメインメモリとして使用されました。入力デバイスは紙テープまたはパンチカードでした。

処理速度

CPU速度は非常に低かった。精度が低いため、処理が遅く、非効率的で、信頼性がありませんでした。単純で直接的な数値計算しか実行できませんでした。

費用

コンピュータの実行には非常に費用がかかりました。この世代のコンピュータは非常に大きく、部屋と同じ大きさのスペースを占めていました。

さらに、彼らは大量の電力を使用し、大量の熱を発生させ、それが原因で故障することが多かった。

プログラミング言語

第1世代のコンピューターは、機械語（0および1）または電気的なオン/オフ信号を介して命令を受け取りました。プログラミング言語はありませんでした。

その後、第1世代コンピューターで使用するためにアセンブリ言語が開発されました。

コンピュータプログラムが内部に保存されていることを世界が見ると、その利点は明白でした。すべての大学、研究所、研究所が独自の1つを求めていました。

ただし、プログラムを格納した商用の電子コンピュータメーカーはありませんでした。必要な場合は、ビルドする必要がありました。

これらの初期のマシンの多くは、公開された設計に基づいていました。その他は独自に開発しました。

ソフトウェア

最初の電子コンピュータをプログラムするために、指示は彼らが容易に理解できる言語で与えられました。それは機械またはバイナリ言語でした。

この言語の命令は、1と0のシーケンスの形で与えられます。シンボル1は電気パルスの存在を表し、0は電気パルスの不在を表します。

1と0の文字列（11101101など）は、2進数のように見えますが、コンピュータには特定の意味があります。

機械語でプログラムを書くのは非常に面倒だったので、それは専門家によってのみ行われました。すべての指示とデータは、バイナリ数値形式でコンピュータに送信されました。

低レベルのプログラミング

これらのマシンは、低レベルの操作を目的としています。システムは一度に1つの問題しか解決できませんでした。アセンブリ言語もオペレーティングシステムソフトウェアもありませんでした。

したがって、第1世代コンピューターとのインターフェースは、パッチパネルと機械語を介して行われていました。技術者は、多数のワイヤをコンセントに接続して電気回路を配線しました。

その後、それらは特定のパンチカードに入れられ、数千の真空管のそれぞれがこのプロセス中に損傷しないことを信頼しながら、ある種の計算が何時間も待機されたため、この手順を再度実行する必要がなくなりました。

コンピュータ作業はバッチで行われたため、1950年代にはオペレーティングシステムはバッチ処理システムと呼ばれていました。

内部に保存されたプログラム

最初のコンピューターは計算を非常に高速に組み合わせましたが、プログラムを構成する慎重なプロセスの後でのみでした。

コンピュータのメモリに何をすべきかを指示する命令を保存する革新的なソリューションをだれが考案したのか誰も知りません。それ以来、すべてのコンピュータで使用されていたソフトウェアの誕生です。

マンチェスターの実験用マシンは、メモリからプログラムを実行する最初のコンピューターでした。

このコンピュータが17命令プログラムを実行するために使用した時間は52分でした。このようにして、1948年にプログラム内蔵型コンピュータが誕生しました。

ハードウェア

何千もの抵抗器とコンデンサーに加えて、第1世代のコンピューターは18,000本を超える真空管を使用していました。つまり、コンピューティング施設は部屋全体をカバーしていました。

空のチューブ

第一世代コンピューターの主要な技術は真空管でした。1940年から1956年まで、真空管はコンピュータで広く使用され、その結果、第1世代のコンピュータが誕生しました。

これらのコンピューターは、信号の増幅と切り替えのために真空管を使用していました。管は、電球のサイズと同じ大きさの密封されたガラス容器でできていました。

密封されたガラスにより、フィラメントから金属板に無線で電流を流すことができました。

真空管は1906年にリー・ド・フォレストによって発明されました。この技術は、テレビ、レーダー、X線装置、その他のさまざまな電子機器の製造に使用されたため、20世紀の前半には不可欠でした。

真空管は、接続または切断されたときにオンとオフを切り替えることにより、回路を開始および終了しました。

出入りの手段

出入りは、パンチカード、磁気ドラム、タイプライター、パンチカードリーダーを使用して行われました。当初、技術者は手動でカードに穴を開けました。これは後でコンピュータを使用して行われました。

紙テープまたはパンチカードリーダーに書き込むようにプログラムされた電子タイプライターがレポートの印刷に使用されました。

この世代の注目のコンピューター

エニアック

ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）と呼ばれる最初の汎用操作電子コンピューターは、1943年から1945年の間に建てられました。18,000本の真空管と70,000個の抵抗器を使用しました。

これは、機械的なコンポーネントにブレーキされることなく、電子的に動作する最初の大型コンピュータでした。

重さは30トン。長さは約30メートルで、設置には広いスペースが必要でした。彼は毎秒1,900の合計のレートで計算できます。マザーボードに差し込まれた配線でプログラムされました。

以前の電気機械式コンピュータよりも1,000倍高速でしたが、再プログラムしようとすると少し遅くなりました。

ペンシルベニア大学のムーアスクールオブエンジニアリングで、エンジニアのジョンモークリーとプレスパーエッカートによって設計および構築されました。

ENIACは、原爆の建設を支援するための計算など、戦争関連の計算を実行するために使用されました。天気予報にも。

EDSAC

このコンピューターはイギリスで開発されました。それは1949年に最初の非実験的なストアドプログラムコンピュータになりました。

それは多くの第一世代コンピューターにメモリーを提供した水銀遅延線のメモリーを使用しました。

ACEパイロットモデル

このマシンは、1950年に英国のアランチューリングによって完成しました。テストコンピュータとして構築されましたが、5年間正常に動作していました。

UNIVAC

UNIVACは、最初の商業用コンピュータでした。画像ソース：Wikimedia.org

UNIVAC（Universal Automatic Computer）は、非軍事用の商用目的で設計された最初のコンピューターです。一般人口を数えるために、1951年に商業顧客である米国国勢調査局に発行されました。

ENIACよりも毎秒10倍以上の合計を実行できます。現在のドルで、UNIVACの価格は4,996,000ドルでした。

その後、給与や記録の管理に使用され、1952年の大統領選挙の結果を予測するためにも使用されました。

ENIACの18,000本の真空管とは異なり、UNIVAC Iは5,000本を超える真空管しか使用しませんでした。また、前身の半分のサイズで、約50台を販売しました。

長所と短所

利点

-真空管技術の利点は、デジタル電子コンピューターの製造が可能になったことです。当時、真空管は唯一の電子機器であり、コンピューティングを可能にしました。

-これらのコンピューターは、当時の最速のコンピューティングデバイスでした。ミリ秒単位でデータを計算する機能がありました。

-彼らは複雑な数学の問題を効率的に実行できました。

短所

-コンピュータのサイズが非常に大きかった。重さは約30トン。したがって、それらはまったくポータブルではありませんでした。

-彼らはすぐに損傷を受けた真空管に基づいていました。数千の真空管が原因で、コンピュータが非常に速く過熱していました。したがって、大きな冷却システムが必要でした。電子放出金属は真空管内で容易に燃焼します。

-彼らは少量の情報を保存することができます。データストレージがほとんどない磁気ドラムが使用されました。

-彼らの商業生産は非常に高価だったので、彼らは商業用途が限られていた。

・作業効率が低かった。計算は非常に低速で実行されました。

-パンチカードはエントリーに使用されました。

-彼らは非常に限られたプログラミング機能を持っていました。使用できるのは機械語のみです。

・消費電力が大きい。

-彼らはあまり信頼できませんでした。一定のメンテナンスが必要で、彼らは非常に貧弱に働いていました。

参考文献

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