Файл: История развития средств вычислительной техники (1. Основные этапы развития вычислительной техники).pdf

Анализ сильных и слабых сторон Эниак позволил американскому математику Дж. фон Нейману сформулировать основные принципы ЭВМ:

- использование двоичной системы,

- иерархическая организация памяти,

- наличие арифметического устройства на основе схем, реализующих операцию сложения;

- хранение программы, как и чисел, в памяти машины. [10]

«Компьютерная революция» в мире и поколения ПК. Появление Эниак отвечало потребностям растущей информатизации общества. Имеется в виду, прежде всего, увеличение темпов роста общей суммы знаний. Если до XIX в. она удваивалась каждые 50 лет, то с середины XX в. — каждые 5 лет, а после 1990 г. — на протяжении года;

Далее, это абсолютный и относительный рост численности специалистов, занятых сбором, обработкой и передачей информации. Если в 1870 г., когда был уже известен проект машины И. Бэббиджа, они составляли менее 5% трудоспособного населения США, то в 40-х гг. XX в. — около 30%.

Изучение функционирования электронных вычислительных средств, наряду с достижениями математики, информатики и физиологии нервной деятельности, в условиях растущих потребностей информационного обслуживания общества привели к возникновению кибернетики — науки об управлении в технических устройствах, живых организмах и человеческих организациях. Ее основные идеи и принципы были сформулированы в работе американского математика Н. Винера «Кибернетика или управление и связь в животном и машине», вышедшей в 1948 г.3.

Все это предопределило «компьютерную революцию» в мире. Росло не только количество ЭВМ (только в США в 1954 г. их насчитывалось 100, в 1974 — 215 тыс., в 1994 — более 30 млн.), но и заметно изменялись их качественные характеристики: увеличивались быстрота действия и объем оперативной памяти, повышалась степень интеграции элементов, улучшались внешние устройства и архитектура ЭВМ.совершенствовались методы их использования. Происходила смена поколений ЭВМ— совокупности их типов и моделей, созданных на основе одних и тех же научных и технических принципов. [5]

Машины первого поколения (вторая половина 40-х — середина 50-х гг.), работавшие на электронных лампах, были очень больших размеров и могли выполнять небольшое количество элементарных операций. В бывшем СССР — это ЭВМ, созданные под руководством академика С. А. Лебедева, и прежде всего БЭСМ-1 — самая быстродействующая в то время машина в Европе; в Беларуси, на Минском заводе ЭВМ им. Г.К. Орджоникидзе, — серийная Минск-22 и др. Основными пользователями первых ЭВМ были инженеры-программисты, занимавшиеся сложными расчетами, а также ученые, работавшие в различных областях физики, и др. Программу выполнения действий и данные пробивали вручную на перфоленте или перфокартах, посредством которых эти сведения вводились в ЭВМ. Затем производили «отладку», в процессе которой выявлялись ошибки и перебивались перфокарты. Этот процесс тянулся неделями и месяцами. Когда все было выверено, машина за несколько минут выдавала результат счета.

Машины второго поколения (конец 50-х — первая половина 60-х гг.), работавшие на транзисторах, были меньших размеров, более надежны в работе и могли выполнять до миллиона операций в секунду. Среди них — СТРЕЧ (США), АТЛАС (Англия), БЭСМ-6 (Россия); «Минск-32» [9]

(Беларусь) и др. БЭСМ-6 поставлялась на экспорт и оказалась «долгожительницей». Корректировку и выполнение программ на них производили операторы ЭВМ. Машины третьего поколения (вторая половина 60-х — 70-е гг.) уже были собраны на интегральных схемах. Это машины IBM-360 (фирмы InternationalBusinessMashineCorporation, США), а среди отечественных — серии ЕС (единой системы). Их мощность позволяли решать не только вычислительные, но и экономические задачи, когда приходилось вводить и выводить огромные объемы данных. Только на этих машинах стало возможным эффективно обрабатывать и нечисловую информацию, т.е. вести поиск, работать в режиме «вопрос-ответ», реализующем человеко-машинный диалог. Многопрограммный режим работы в сочетании с режимом разделения времени обеспечил взаимодействие таких машин с автоматизированными классами, оснащенными алфавитно-цифровыми дисплеями. А поскольку за различными дисплеями могли решаться различные задачи, программисты вновь получили доступ к машинам.

Машины четвертого поколения (с 80-х гг.) в качестве элементной базы имели большие и сверхбольшие интегральные схемы (ILLIAC-4, ЕС-1060, 1065; «Эльбрус»-1,2 и др.). Их рекордная продуктивность (у ILLIAC-4 до 200 млн. операций в сек.) обеспечивала решение целого круга больших задач. ЭВМ стали объединяться в многомашинные комплексы и сети с использованием для этой цели телефонной кабельной и спутниковой связи. Тем самым пользователь получил доступ к различной информации большого объема.

С другой стороны, успехи микроэлектроники привели к «новой революции» — микрокомпьютерной. Появились персональные компьютеры (ПК) — небольшие по размерам универсальные ЭВМ, предназначенные для индивидуального пользования и, в ряде случаев, не уступающие по своим характеристикам большим ЭВМ. [7]

Отцом микроЭВМ по праву считается американский инженер С. Джобс. Свою первую машину он построил вместе с С. Возняком в 1977 г. Она строилась в гараже на средства, вырученные Джобсом от продажи своего личного автомобиля «Фольксваген».

Профессиональная карьера С. Джобса началась с момента основания им фирмы APPLE. Сразу же возникли и непредвиденные проблемы. Обнаружилось, что такое же название и очень похожий фирменный знак имеет рок-группа «Битлз». Возникла путаница, приведшая к судебным разбирательствам. Хотя они и стали неотъемлемой частью жизни Джобса, ему все же сопутствовала удача. Популярность разработанных его фирмой микрокомпьютеров Apple — Macintosh и Lisa — с каждым годом росла, и в первую очередь среди студентов, преподавателей и научных сотрудников американских университетов.

И все же начало эпохи персональных компьютеров связано фирмой IBM. В 1981 г. она выпустила свой первый компьютер ЮМ РС (PersonalComputer — персональный компьютер). Затем стала выпускать более современную модель на основе микропроцессора Intel 808i которая была названа ЮМ PC XT (буквы XT взяты из слова еХТга). 1984 г. она выпустила новую модель на основе Intel 80286 — IBM-28( которая стала называться ЮМ PC AT (AdvancedTechnology — передовая технология). IBM AT, хотя и была совместима аппаратно и программно с IBM XT, превосходила последнюю по производительности более чем в 10 раз и была способна хранить значительно больший объем информации. [4]

Вскоре на рынке появились компьютеры, совместимые с IBM AT, но с торговой маркой других фирм. Среди них оказались и отечественные ПК, в т.ч. ЕС-1840. 1841. 1842, 1849 и др. Во второй половине 80-х гг. были выпущены новые модели:

IBM-386, способная реализовать сложные программы автоматизированного проектирования и искусственного интеллекта; PS/2 (PersonalSistem/2), аналогичная XT и AT; IBM-486, производительность которой была в 2-3 раза больше, чем у IBM-386. В 1994 г. появился Pentium (IBM-586).

Благодаря ему в Лондоне наконец-то удалось обыграть чемпиона мира по шахматам Гари Каспарова. А на горизонте уже предвиделись новые «гуманизированные» компьютеры — не просто более мощные, а и более компактные, удобные и безопасные.

На пути к пятому поколению происходит поиск ЭВМ с высоким показателем отношения производительности машин к их себестоимости. При этом немалые надежды возлагаются на микроэлектронику с большой степенью интеграции и динамическую топографию.

Разрабатываются «биокомпьютеры», реализующие принципы обработки и хранения информации, присущие живым организмам, «нейроком-пьютеры» — системы нечисловой информационно-логической обработки, различные ассоциативные запоминающие устройства. Мощная волна «микрокомпьютерной» революции приводит к быстрому решению и этих задач.

Глава 2. История развития отечественной вычислительной техники

2.1 Развитие отечественной вычислительной техники

История не знает сослагательного наклонения. Тем не менее, вопросы возможной эволюции цивилизации и основных ее достижений всегда были в сфере внимания общества. Действительно, как изменились бы географические карты, если бы ацтекам было известно колесо? Или, например, Наполеон обратил бы внимание на предложение одного из изобретателей использовать возможности пара. А если бы Эдисон не только запатентовал лампу с тремя электродами и открытый им эффект электронной эмиссии, но и догадался использовать свое открытие?

Но все это касается эпизодов уже сравнительно далекой истории. Многие изобретения и открытия длительное время постепенно преобразовывали окружающий мир. Их значение не всегда по достоинству оценивали даже спустя сто лет. Однако существуют научно-технические изделия, которые оказали огромное влияние на развитие цивилизации практически сразу после своего появления. К ним относятся электронные вычислительные машины.

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появились первые электронные вычислительные машины (ЭВМ). За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений ЭВМ.

Разработанные первоначально исключительно для военных целей, электронные вычислительные машины в последующие годы стали использоваться практически во всех сферах человеческой деятельности — от сложнейших оборонных задач и промышленного назначения до образования, медицины и досуга. В соответствии с широким диапазоном применения вычислительных устройств они отличаются сложностью, элементной базой и, конечно, ценой. Начало же было положено сравнительно примитивными по нынешним меркам устройствами, созданными на основе электронных ламп в середине уже прошлого двадцатого века.

В 1942 году американский физик Джон Моучли представил собственный проект вычислительной машины — ЭВМ ENIAC (ElectronicNumericalIntegratorandComputer — электронный числовой интегратор и калькулятор). Весной 1945 года эта ЭВМ была построена, а в феврале 1946 года рассекречена. ЭВМ ENIAC содержала 178468 ламповых триодов, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов, занимала площадь в 300 кв. метров и в 1000 раз превосходила по быстродействию релейные вычислительные машины.

Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы, представленные для первых ЭВМ диодами (спираль накаливания, катод и анод) и триодами (спираль накаливания, катод, анод и управляющая потоком электронов, а следовательно, и анодным током сетка). Данные вычислительные машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач.

Параллельно с развитием элементной базы и совершенствованием схемотехнических решений осуществлялось развитие основополагающих научно-технических концепций. Так, в 1944 году американский инженер Джон Эккерт впервые выдвинул концепцию хранимой в памяти компьютера программы. А в 1946 году Джон фон Нейман предложил ряд новых идей организации ЭВМ. В результате реализации идей фон Неймана фактически была создана архитектура ЭВМ. Эта архитектура во многих чертах сохранилась до настоящего времени.

Однако реализация новейших концепций требовала соответствующих технических решений и, конечно, элементной базы. И такой случай представился для разработчиков ЭВМ. Связан он с открытием в области полупроводников. Сотрудники BellTelephoneLaboratories Джон Бардин и Уолтер Бремен 23 декабря 1947 года впервые продемонстрировали свое изобретение, получившее название “транзистор”. А спустя несколько лет были предприняты первые попытки разработки вычислительных устройств, созданных на основе этих элементов. Однако лампы еще долгое время продолжали господствовать в качестве основной элементной базы.

Следует отметить, что появление новых концепций, лежащих в основе архитектуры вычислительных машин, происходило на всем пути совершенствования данных устройств. Развивалась и схемотехника, и программное обеспечение. На этом пути мир узнал много славных имен. Однако было бы ошибкой связывать все достижения только с иностранными специалистами. Наше Отечество не осталось в стороне от глобального процесса компьютеризации мировой цивилизации.

Кстати, обоснование принципов построения ЭВМ с хранимой в памяти программой было осуществлено Сергеем Александровичем Лебедевым, независимо от Джона фон Неймана.

В 1948 году коллектив, руководимый С. А. Лебедевым, разработал и предложил первый проект отечественной цифровой электронной вычислительной машины. В дальнейшем под руководством академика С. А. Лебедева и В. М. Глушкова разрабатываются отечественные ЭВМ. Сначала это была МЭСМ — малая электронная счетная машина (1951 год, Киев), затем БЭСМ — быстродействующая электронная счетная машина (1952 год, Москва). Параллельно с ними создавались “Стрела”, “Урал”, “Минск”, “Раздан”, “Наири”, серия “М”. Это только несколько первых из многих десятков наименований вычислительных машин, созданных в СССР.

2.2 Развитие вычислительных машин

А примеров реализации достижений отечественной мысли довольно много. Вот лишь некоторые вехи истории развития вычислительных машин. На этот раз основными элементами стали полупроводниковые элементы.

1959 г. - созданы опытные образцы ЭВМ М-40, М-50 для систем противоракетной обороны (ПРО).

1959 г. - начало выпуска в Минске ЭВМ "Минск-1", которая применялась в основном для решения инженерных, научных и конструкторских задач математического и логического характера.