В 40-х годах, на заре компьютерной эры, многие даже весьма изобретательные инженеры по-прежнему полагались на перфокарточные устройства ввода данных просто потому, что они были испытанным средством; определенную роль здесь сыграла и приверженность им консервативного гиганта - фирмы IBM. Перфокарта представляла собой прямоугольник из жесткой бумаги, более жесткой, чем обычная писчая, но более тонкой и гибкой, чем картон. Как и в первой системе Холлерита, информация пробивалась на карте в виде небольших отверстий, которые располагались в строки и столбцы (на карте часто печатались также предупреждения, что во избежание искажения нанесенных данных ее не следует сгибать или мять).

В 1946 г. американские инженер-электронщик Дж. П. Эккерт и физик Дж. У. Моучли в Пенсильванском университете сконструировали, по заказу военного ведомства США, первую электронно-вычислительную машину - "Эниак" (Electronic Numerical Integrator and Computer), которая предназначалась для решения задач баллистики. Она работала в тысячу раз быстрее, чем "Марк-1", выполняя за одну секунду 300 умножений или 5000 сложений многоразрядных чисел. Размеры: 30 м. в длину, объём - 85 м³., вес - 30 тонн. Использовалось около 20000 электронных ламп и 1500 реле. Мощность ее была до 150 кВт.

В 1948г. году академик Сергей Алексеевич Лебедев предложил проект первой на континенте Европы ЭВМ – Малой электронной счетно-решающей машины (МЭМС). В 1951г. МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются вычислительные задачи. Машина оперировала с 20­разрядными двоичными кодами с быстродействием 50 операций в секунду, имела оперативную память в 100 ячеек на электронных лампах.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.
Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Машина электронная вычислительная общего назначения БЭСМ АН СССР (БЭСМ-1), разработанная в ИТМ и ВТ АН СССР, являлась самой быстродействующей машиной в Европе и одной из самых быстродействующих ЭВМ в мире — средняя производительность составляла 10 тыс. операций в секунду.
Область применения: крупные научные и производственные задачи.

В середине 70-х домашние компьютеры были редкостью. В 1975 году компания MITS выпустила один из первых коммерчески успешных ПК для дома — Altair 8800.
Компьютер не имел клавиатуры, монитора и мышки. Пользователь вводил данные с помощью тумблеров. В двоичной системе нижнее положение рычажка соответствовало 0 бит, верхнее — 1 бит. Результаты выводились на переднюю панель компьютера с помощью лампочек.
Для самостоятельной сборки нужно разбираться в электронике и уметь паять, но энтузиастов это не останавливало. В первый же месяц было продано несколько тысяч компьютеров.

В 1980-х гг. широко распространяются персональные компьютеры - теперь весь компьютер может уместиться на столе. Также появляются их портативные варианты, объединяющие в одном корпусе дисплей, системный блок, клавиатуру и прочие необходимые устройства - теперь компьютер можно взять с собой.
На иллюстрации представлена модель портативного компьютера 1990 года, совместимая с IBM PC AT, с монохромным дисплеем, накопителями на гибком и жестком магнитных дисках. Эта модель еще не имела встроенного аккумулятора и работала только от сети.

Несмотря на появление и распространение ПК, широко востребованы и микрокалькуляторы (МК) - сравнительно простые и доступные устройства, облегчающие расчеты в работе экономистов, инженеров и ученых.
На рисунке - МК 36 (середина 1980-х) - советский микрокалькулятор для инженерных расчетов с 12-разрядным дисплеем, интегральным процессором и аккумуляторными батареями.

Удобство в использовании и невысокая стоимость гибких магнитных дисков (дискет) обусловили легкость распространения и, как следствие, развития программного обеспечения.

Широко были распространены ленточные носители информации. Среди достоинств магнитной ленты - дешевизна, надежность, простота аппаратных средств для работы с ней. Но необходимость перемотки ленты к нужному месту сильно замедляла работу в сравнении с дисковыми накопителями.

В 1980-е гг. широкое распространение получают интегральные схемы, где в одном небольшом корпусе выполнены целые узлы вычислительной системы (например, арифметико-логическое устройство). Это позволило еще сильнее уменьшить габариты цифровых устройств и, при этом, повысить их надежность и эффективность.
На рисунке - все функции микрокалькулятора (такие как вычисления, вывод на дисплей, считывание клавиатуры), заключены в одной микросхеме.

Развитие компьютерных игр потребовало развития вариантов взаимодествия игрока с компьютером. Например, путем заимствования манипуляторов, имеющихся в различных отраслях техники. На рисунке - типичный атрибут "самолетных" симуляторов 1990-х гг.

В середине 1980-х гг. в школах начинает появляться информатика как учебный предмет и особую важность приобретает проблема компьютеризации школ. Решалась она частично за счет отечественной техники (ПК "Корвет", "Электроника УК-НЦ" и др.), а частично - за счет импортной. На рисунке - японский 8-битный ПК Yamaha YIS-503III, такие машины поставлялись в СССР в качестве комплектов учебной вычислительной техники (КУВТ). Эти компьютеры имели развитые графические и звуковые средства, объединялись в локальную сеть для обмена данными и рассылки учебных программ с "учительской" машины, имевшей дисководы. Основным языком программирования был BASIC, имелись компиляторы для Pascal, C, asm и др.

В 1990-х гг. дискеты, а позже и компакт-диски, практически полностью заменили магнитную ленту в качестве основного носителя информации в компьютерной технике. Но в некоторых областях, например, в резервном копировании информации, дешевизна и надежность ленты продолжают оставаться востребованными.
На рисунке - картридж с магнитной лентой информационным объемом 120 мегабайт. Для записи и чтения таких картриджей требовалось специальное устройство - ленточный стример.

В конце 1980-х на ПК все большее распространение приобретают псевдографические и графические интерфейсы, которые наиболее эффективны при применении "мыши" - ручного манипулятора, позволяющего быстро и точно располагать курсор в нужном месте экрана.
На рисунке - "мышь" с двумя кнопками и обрезиненным металлическим шариком внутри, движения которого обрабатываются встроенным интегральным контроллером и передаются в компьютер по проводу.

В 1980-х начинается взрывной рост популярности компьютерных игр, чему способствуют как распространение домашних компьютеров, так и развитие их вычислительных и мультимедийных средств.
На рисунке - аркадная "стрелялка" на экране учебного компьютера и джойстик для управления игровым объектом. Возможность поиграть после выполнения учебного задания до сих пор является хорошим активатором учебной активности на уроках информатики ;)

В начале 1990-х технология музыкальных компакт-дисков (CD Digital Audio) была адаптирована под хранение произвольных цифровых данных - CD-ROM. Это дало мощный толчок развитию мультимедиа на ПК - огромный по тем временам информационный объем CD позволял включать в программное обеспечение большое количество звуковых фрагментов, качественной графики, а позже - и видео. CD-ROM становится основным носителем для мультимедиа-энциклопедий, игр, программных продуктов. Дальнейшее развитие технологии позволило сделать диски записываемыми (CD-R) и перезаписываемыми (CD-RW).

Информатика как школьный предмет кроме компьютеров требовала и учебников. В те годы основное внимание уделялось алгоритмам и программированию.

Комплект учебной вычислительной техники 2 (КУВТ2). В составе каждого
комплекта - компьютерная сеть из 15-ти ученических мест и одного учительского. В
состав комплекта входил персональный компьютер «Ямаха» (Yamaha personal
computer) модель YIS-503IIIR. Он обычно использовался учениками или студентами, в то время как у учителя был YIS-805/128R2. Этот компьютер имеет русскую клавиатуру, он в Японии по заказу правительства Советского Союза. Он не продавался в магазинах и мог быть использован только в школах. В комплекте к нему монохромный чёрно-зелёный монитор EIZO 12 (EIZO 12 inch composite monochrome monitor). КУВТ-2 были установлены в компьютерном классе школы № 99 Орджоникидзевского района города Новокузнецка в 1990 году, до этого школьники изучали информатику только «на бумаге». Персональный компьютер «Ямаха» КУВТ-2, который использовался на уроках информатики вплоть до 2000 года, и сейчас находится в рабочем состоянии. На монохромном чёрно-зелёном мониторе вы можете увидеть результат работы программы, составленной Мухамадеевым Александром, учеником 9-го класса средней школы № 64, под руководством учителя информатики Кузнецовой Марины Васильевны. КУВТ-2 из личной коллекции Кузнецовой М. В. представлен на выставке по истории вычислительной техники в компьютерном классе МБОУ СОШ № 64 города Новокузнецка.

Можно с уверенностью утверждать, что компьютерные игры были едва ли не главным фактором прогресса графических средств ПК. Видеопроцессоры всего за несколько лет прошли путь от простых функций закраски плоских прямоугольных областей до отрисовки объемной почти фотореалистичной картинки, пытаясь удовлетворить все возрастающие требования разработчиков и пользователей игровых и мультимедийных программ.
На рисунке - стерео-очки с жидкокристаллическими затворами, с помощью которых в конце 1990-х создавалась полная иллюзия объемного изображения на экране обычного ЭЛТ-монитора.

До повсеместного распространения IBM PC-совместимых ПК существовало множество вариантов домашних компьютеров. Они были сравнительно недороги, использовали обычный телевизор в качестве монитора и обычный кассетный магнитофон как ленточный накопитель. Пожалуй, самым популярным домашним компьютером 1980-1990-х был Sinclair ZX-Spectrum, точнее множество близких к нему по архитектуре и более-менее программно совместимых компьютеров, производившихся во всем мире.
На рисунке - домашний ПК "Байт", выпускавшийся в Белоруси в начале-середине 1990-х. Компьютер мог выполнять большинство программ, написанных для "Спектрума", но, в отличие от прототипа, имел более удобную клавиатуру.

Развитие мультимедиа невозможно представить без возможности преобразования в цифровой вид текста и изображений с бумаги - книжных и журнальных иллюстраций, графиков, рисунков или схем. Для удовлетворения этой потребности появляются сканеры различных конструкций.
На рисунке - ручной сканер середины 1990-х, позволявший превратить в изображение газетную полосу или фотографию небольшого формата. Сканер размещался на бумажном оригинале и плавно перемещался рукой оператора. Специальная программа складывала строки изображения, переданные сканером, в картинку на экране ПК.

Программируемые калькуляторы совмещали возможность автоматических вычислений по программе, как в компьютере, при сравнительно доступной цене. В научно-популярной периодике того времени часто встречались коды программ для программируемых калькуляторов для решения тех или иных прикладных задач.
На рисунке - "Электроника МК-52" - программируемый калькулятор (1985 г.) с возможностью подключения дополнительных блоков памяти с различными программами (математическими, игровыми, навигационными и др.). Такие же калькуляторы в конце 1980-х имелись у штурманов советского военно-морского флота, а один даже летал в космос на "Союзе ТМ-7" в качестве резервного вычислителя траектории посадки.

В конце 1980-х начинают появляться электронные игры, которые были технически сильно проще "настоящих" компьютерных игр, но за счет простоты, доступности и небольших размеров стали достаточно популярными.
На идейно-технической основе устройств Game&Watch фирмы Nintendo, широко известной своими игровыми консолями, появилась мечта почти любого тогдашнего школьника - игра, где волк из "Ну, погоди!" ловил корзинкой яйца под ехидные усмешки зайца из того же мультфильма. Кроме того, устройство могло работать как электронные часы с будильником, чтобы не проспать школу - небольшой, но все же аргумент при уговаривании родителей купить такую штучку.

Поначалу графические возможности и объем памяти типичного ПК не позволяли эффективно работать с графическим интерфейсом пользователя. Впрочем, разработчики ПО нашли простой выход - путем введения в знакогенератор так называемых псевдографических символов (различных штриховок, элементов рамок, таблиц и т. п.), а также управлением их цветом, удалось при малых затратах памяти воспроизводить удобные для пользователя элементы интерфейса. Даже в наше время, когда доступные объемы памяти и возможности графики многократно увеличились, некоторые программы продолжают использовать псевдографику за ее лаконичность и простоту реализации.
На рисунке - псевдографический интерфейс антивирусного сканера Dr.Web версии 1996 года, работавшего в MS-DOS.

Эффективное применение компьютерной техники в обучении невозможно без специального обучающего ПО. В свою очередь, разработка и использование такого ПО требует новых методических и дидактических приемов, которые формировались в школьной практике.
На рисунке - популярный пакет учебных программ "Роботландия" на экране школьного компьютера КУВТ-2 (1989 г.).

Продолжающаяся микроминиатюризация позволила упаковать весь персональный компьютер, вместе с дисплеем и аккумуляторной батареей, в формат большого блокнота ("записной книжки" - англ. "notebook"). Работать можно там, где удобно - дома, на улице, в пути и т.п.
На рисунке - ноутбук середины 1990-х. На нем работает MS Windows 3.11, Word, Excel, можно подключить внешний модем и выйти в Интернет через браузер Netscape Navigator.

Развитие технологий станков с ЧПУ (числовым программным управлением) вместе с увеличением производительности персональных компьютеров позволили адаптировать промышленные аддитивные технологии к применению дома или в школе. Это, в свою очередь, стало стимулом к освоению энтузиастами и учащимися технологий компьютерного проектирования (CAD) и прототипирования.
На рисунке - типичный любительский 3D-принтер представляет собой платформу и раму, обеспечивающую перемещение в трех плоскостях сопла, подающего тонкую нить расплавленного пластика. Таким образом, слой за слоем, перемещением сопла по командам управляющего контроллера формируется объемный предмет. Управляющие команды формируются специальной программой - слайсером - из компьютерной 3D-модели.

Объединение в одном компактном устройстве USB-интерфейса и микросхем энергонезависимой постоянной памяти (Flash EEPROM) позволило создать исключительно удобный носитель информации, быстро вытеснивший дискеты и компакт-диски из повседневного обмена информацией. Совершенствование технологии (увеличение скорости работы и информационного объема) позволяет "флэшкам" уже много лет не терять актуальности.
На рисунке - "флэшка" со снятым корпусом, видна микросхема flash-памяти.

В начале 2000-х появляются удачные варианты карманных компьютеров, называемых иногда наладонниками (palm-top PC) или личными цифровыми помощниками (PDA - personal digital assistant). Их вычислительные возможности были скромнее, чем у настольных ПК, однако исключительная портативность (или, как стали говорить, мобильность) таких устройств способствовала их популярности. С их помощью можно было "на ходу" работать с текстами, и электронной почтой, вести план мероприятий, использовать адаптированные версии различных приложений. Со временем PDA обзавелись модулем для работы с сетями сотовой связи для выхода в Интернет и совершения звонков. В этом качестве их стали называть коммуникаторами, а позднее широко закрепился термин "смартфон" (англ. smart phone - умный телефон).
На рисунке - карманный ПК, выпущенный в 2005 г. Имеет 200 МГц ARM-процессор, 32 МБ оперативной памяти, ОС PalmOS 5, Bluetooth, разъем для SD-карты, цветной дисплей, весит 135 грамм. Ввод информации осуществляется посредством сенсорного экрана, в том числе поддерживается режим распознавания рукописного ввода (хотя знаки следует писать по определенным правилам).

Первые образцы таких накопителей появились еще в 1950-х годах. По современным меркам они были крайне неудобными - размером с холодильник, информационным объемом около 5 мегабайт и стоимостью в сотни тысяч долларов. Но на сегодняшний день, пройдя значительный путь технических усовершенствований, жесткий диск является необходимым компонентом практически любого компьютера. И хотя во второй половине 2010-х в бытовом и офисном сегменте у них появился серьезный конкурент в лице твердотельных накопителей (SSD), в области хранения и обработки больших объемов данных жесткие диски остаются непревзойденными по совокупности таких качеств как плотность записи, надежность и стоимость.
На рисунке - жесткий диск со снятой крышкой гермоблока. Видны пластины и коромысло с головками считывания-записи.

Микроминиатюризация электронных компонентов позволила в 2010-х создать маленькие, но производительные одноплатные компьютеры, нашедшие применение в системах автоматизации в быту и промышленности, в качестве "тонких клиентов" серверных приложений, а также учебных ПК.
На рисунке - один из самых популярных одноплатных компьютеров Raspberry Pi 3. Первые версии предназначались для создания экономичных учебных компьютеров для стран третьего мира, и имели достаточно скромные технические характеристики. Самая новая же на данный момент RPi 4 - это 4-ядерный ARM процессор, до 4 ГБ оперативной памяти, беспроводные интерфейсы Bluetooth и Wi-Fi, порты USB 3.0, поддержка двух HDMI-мониторов. Этого достаточно для успешной конкуренции с обычным офисным настольным ПК, но при существенно меньшей стоимости.

Традиционно очки виртуальной реальности - это довольно дорогое устройство, поскольку содержат аж два дисплея. Но повсеместное распространение смартфонов позволило предельно упростить конструкцию очков (в пределе - до картонной коробки и пары пластиковых линз). Всю работу по отрисовке картинки и отслеживанию движений головы также берет на себя смартфон. И хотя "настоящие" VR-устройства обладают преимуществами и по качеству изображения и по общему удобству пользования, небольшая стоимость "смартфонных" очков дает возможность оснастить ими целый класс и совместить путешествие в виртуальном мире с решением дидактических задач.

Подготовка 3D-модели для мультимедиа-программ или 3D-печати нередко требует затрат времени и большого опыта дизайнера. В некоторых случаях эту задачу можно поручить 3D-сканеру.
Принцип действия простого 3D-сканера основан на проецировании на сканируемый объект тонкой линии, формируемой лазером, и съемки искажений этой линии на цифровую камеру. Операция многократно повторяется для различных положений объекта (например, при его вращении), и результаты всех измерений преобразуются в облако точек, между которыми компьютер формирует элементы поверхности, получая в итоге компьютерную 3D-модель реального объекта.

Фотографирование того, что видно в окуляр микроскопа, требует терпения и аккуратности. А что, если встроить цифровую камеру прямо в микроскоп и выводить изображение на экран компьютера? Это позволяет совершенно поменять микроскопические исследования - компьютер автоматически сохраняет изображения, которые сразу пригодны для компьютерной обработки, а также может снимать видеоролики, показывая наблюдаемые процессы в динамике.
На рисунке - один из первых цифровых микроскопов для школьников Intel Play QX3, выпущенный в 2001 году. Микроскоп не имеет обычного окуляра, а подключается к компьютеру по USB-кабелю, по которому передается картинка и происходит управление лампами подсветки.

Если вычислительные ресурсы обычного компьютера оказываются слишком скромными для решения поставленной задачи, можно арендовать вычислительное время на большом компьютере, состоящем из десятков, сотен или тысяч вычислительных блоков, и тем самым многократно уменьшить время решения задачи или повысить точность ее решения.

Идея сделать персональный компьютер на браслете к настоящему времени получила несколько вполне функциональных реализаций. Часы-компьютер помогают планировать физические нагрузки, следят за сердечным ритмом и расходом калорий, помогают ориентироваться на местности с помощью технологий геопозиционирования, показывают сообщения с телефона. Список полезных функций постоянно расширяется.