Файл: История развития средств вычислительной техники ( Механический и электромеханический этапы развития вычислительной техники).pdf

По мнению академика А. Глушкова, в МИРах разработчикам удалось реализовать «примитивный искусственный интеллект», т.е. приблизить машинный язык к человеческому, но не к разговорному, а к математическому.

2.3. Третье поколение ЭВМ

2.3.1. Особенности ЭВМ третьего поколения

В 1958 г. была изобретена интегральная микросхема, которая представляла собой законченный функциональный логический блок, соответствующий достаточно сложной транзисторной схеме.

Третье поколение ЭВМ (конец 60-х – начало 70-х гг. XX в.) характеризуется широким применением интегральных схем (ИС). Благодаря использованию ИС удалось существенно улучшить технические и эксплуатационные характеристики машин. Этому способствовало также применение многослойного печатного монтажа.

Технология производства интегральных микросхем основана на том, что все базовые электронные компоненты – транзисторы, резисторы и конденсаторы – изготавливаются из одного и того же полу- проводникового материала, в качестве которого, как правило, используется кремний. С помощью специальной процедуры металлизации между сформированными компонентами на пластине кремния образуются электрические связи.

Третье поколение ЭВМ выполняло последовательно-параллельный алгоритм вычислений и позволяло вручную изменять структуру.

К третьему периоду развития ЭВМ относят [1, с. 47]:

– появление закона Мура. Один из основателей фирмы «Intel», Гордон Мур, в 1965 г. подметил тенденцию, состоящую в том, что каждый год количество транзисторов в одном чипе (чип – одна из ячеек размером несколько миллиметров на размеченном монокри-сталле кремния) удваивается. Начиная с 70-х гг. прошлого века плотность упаковки компонентов удваивалась в среднем каждые 18 месяцев. Закон сохраняет свою силу и до настоящего времени;

– увеличение объема оперативной памяти и ее быстродействия; расширение набора различных электромеханических устройств для ввода и вывода информации;

– увеличение производительности за счет использования элементной базы с лучшими динамическими характеристиками;

– дальнейшее развитие программного обеспечения, особенно операционных систем. Развитые операционные системы многопрограммных машин, снабженных периферийными устройствами ввода-вывода с автономными пультами абонентов, обеспечивают управление работой ЭВМ в различных режимах (пакетной обработки, разделения времени, запрос – ответ и др.);

– существенное расширение возможностей по обеспечению не- посредственного доступа к ним со стороны абонентов, находящихся на различных, в том числе и значительных (десятки и сотни километров), расстояниях. Удобство общения абонента с машиной достигается за счет развитой сети абонентских пунктов, связанных с ЭВМ информационными каналами связи, и соответствующего программного обеспечения [9, с. 123].

– применение различных методов автоматизации проектирования при разработке машин третьего поколения. Основной объем документации, необходимой для монтажа, разрабатывается также с помощью ЭВМ.

Типичными представителями ЭВМ третьего поколения считают большой компьютер семейства System/360 корпорации «IBM» и миникомпьютер PDP-8 корпорации «DEC» (рис. 5).

Важным решением при создании ЭВМ данного поколения стало то, что для PDP-8 была разработана структура с системной магистралью, которая в настоящее время является фактическим стандартом при проектировании подавляющего большинства мини- и микрокомпьютеров. Системная магистраль Omnibus состояла из 96 сигнальных линий, по которым передавались управляющие сигналы, коды адресов и данных. Процесс управления работой магистрали возложили на центральный процессор. Архитектура с центральной магистралью обеспечивает необходимую гибкость при комплектовании вычислительных комплексов разной конфигурации из стандартных компонентов.

Рисунок 5 - Структура ЭВМ PDP-8 с системной магистралью

Серия System/360 была первым семейством компьютеров, имеющим единую архитектуру при различных комплектациях, производительности и цене. Такой подход позволил перекрыть широкий диапазон коммерческих потребностей потенциальных пользователей и в течение десятилетия фирма IBM удерживала около 70 % всего компьютерного рынка (кроме стран социалистического лагеря) [15, с. 235]. Основные отличия этого семейства компьютеров от других ЭВМ:

- идентичная или подобная система команд, что позволяло эксплуатировать программу, написанную для одной модели, на других моделях семейства;

- идентичная или подобная операционная система, применяемая на всех моделях семейства с дополнительными функциями для старших моделей;

- возрастающая производительность при переходе от младших моделей к старшим;

- увеличение количества портов ввода-вывода при переходе от младших моделей к старшим для расширения номенклатуры подключенного оборудования;

- увеличение объема оперативной памяти и ее быстродействия при переходе от младших моделей к старшим;

- возрастание цены как логическое следствие усложнения и расширения комплектации.

Архитектура, структурная организация и программное обеспечение семейства System/360 многократно копировались другими изготовителями вычислительной техники, как в США, так и в других странах, в том числе в СССР. В машинах этого семейства нашли воплощение многие новые для того периода идеи: предварительная выборка команд, отдельные блоки для операций с фиксированной и плавающей запятыми, конвейеризация команд, кэш-память. Сравнительные характеристики серии System/360 приведены в табл. 5 [15, с. 237].

Таблица 5

Сравнительные характеристики серии System/360

К третьему поколению относятся также первые параллельные вычислительные системы SOLOMON корпорации «Westinghause» и ILLIAC IV – совместная разработка Иллинойского университета и компании «Burroughs». В этот же период появились первые конвейерно-векторные вычислительные системы TI-ASC (Texas Instruments Advanced Scientific Computer) и STAR-100 фирмы «СВС» [16, с. 81].

2.3.2. Отечественные ЭВМ третьего поколения

В СССР и странах Варшавского договора была создана и получила дальнейшее развитие ЕС ЭВМ – Единая система электронных вычислительных машин, созданная совместными усилиями коллективов стран СССР, НРБ, ВНР, ГДР, ПНР и ЧССР. Исходная предпосылка появления ЕС ЭВМ – необходимость в совместимых системах ЭВМ в наиболее широком диапазоне производительности для народного хозяйства СССР и интеграции со странами Варшавского договора. В период 1966 – 67 гг. выбрать для этих целей за основу какой-либо отечественный вычислительный комплекс по различным причинам не удалось. Результатом обсуждения проблем совместимых ЭВМ стало решение комиссии по ВТ АН СССР и ГКНТ от 27 января 1967 г. под председательством академика А. А. Дородницына, которым было предложено принять для типовых вычислительных комплексов архитектуру IBM-360 «с целью возможного использования того задела программ, который можно полагать имеющимся для системы 360» [3, с. 307].

ЕС ЭВМ представляет собой семейство (ряд) программно- совместимых машин, построенных на единых элементной базе, конструктивно-технологической основе, с едиными структурой, системой программного обеспечения, унифицированным набором внешних устройств. Архитектура машин ЕС ЭВМ была заимствована у компьютеров IBM 360/370. Промышленный выпуск первых моделей ЕС ЭВМ был начат в 1972 г.

Модельный ряд вычислительных машин этой серии включал семейства:

– ЕС ЭВМ-1 (ЭВМ ЕС 1020, 1022, 1030, 1033, 1050, 1052);

– ЕС ЭВМ-2 (ЭВМ ЕС 1035, 1045, 1060, 1061, 1065);

– ЕС ЭВМ-3 (ЭВМ ЕС 1036, 1046, 1066, 1087.20, 1007);

– ЕС ЭВМ-4 (ЭВМ ЕС 1130, 1181, 1195, 1220).

Семейства третьей и четвертой очередей развития относятся уже к четвертому поколению ЭВМ, построенных на больших интегральных схемах различной степени интеграции [9, с. 125].

Всего за период с начала разработки в 1970 и по 1997 гг. было выпущено более 15 тыс. ЕС ЭВМ различной комплектации.

Тем не менее, основной курс страны на производство серий ЕС ЭВМ заключался не в отмене, а в частичном сокращении отечественных разработок. Оригинальные разработки продолжались в некоторых научных институтах. Одним из них был московский Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ), в котором велась разработка и создание семейства отечественных суперкомпьютеров типа «Эльбрус».

В табл. 6. приведены краткие характеристики некоторых машин серии ЕС ЭВМ всех четырех семейств.

Для решения сравнительно небольших задач управления различными процессами применялись ЭВМ с упрощенной системой команд, например СМ-1–СМ-4, «Электроника 100» и др.

Таблица 6

Сравнительные характеристики машин серии ЕС ЭВМ

2.4. Четвертое поколение ЭВМ

2.4.1. Особенности ЭВМ четвертого поколения

Для машин четвертого поколения (конец 70-х гг. ХХ в.) характерно применение больших интегральных схем (БИС). ЭВМ четвертого поколения выполняли параллельно-последовательные алгоритмы вычислений и имели возможность автоматически (программным способом) изменять структуру вычислительных средств [9, с. 127].

БИС называют микросхемы высокой степени интеграции, которые содержат более 1 тыс. компонентов в микросхеме (чипе), сверхбольшие БИС (СБИС) имеют свыше 10 тыс. компонентов.

В настоящее время СБИС включают десятки миллионов компонентов. Например, СБИС процессора Intel Itanium 2 содержит 410 млн транзисторов.

В результате применения БИС и СБИС для построения ЭВМ достигнуто следующее:

– появилась возможность поместить на один кристалл не только все элементы процессора, но и всю вычислительную машину с памятью, процессором и системой ввода-вывода;

– увеличилась плотность компоновки электронной аппаратуры;

– повысились надежность и быстродействие;

– снизилась стоимость.

Все это, в свою очередь, оказало существенное воздействие на логическую структуру ЭВМ и ее программное обеспечение. Взаимозависимость структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы, при этом становится более тесной.

С созданием в США в 1971 г. микросхемы фирмы «Intel» под обозначением «4004», чип которой содержал все компоненты процессора в одном корпусе, появился новый класс устройств – микропроцессоры.

Первый микропроцессор 4004 выполнял сложение двух 4-разрядных чисел, а умножение выполнялось путем многократного сложения.

Микропроцессор обладал рабочей частотой всего 108 кГц и содержал 2 300 транзисторов. Шина данных имела 4 разряда, при этом процессор адресовал 640 байт памяти. Производительность первого микропроцессора составляла 60 тыс. арифметических операций в секунду. Процессор 4004 использовался в схемах управления светофоров, в анализаторах крови, в межпланетной научно- исследовательской станции «Пионер 10» и т. п. [10, с. 57].

Блок-схема микропроцессора 4004 показана на рис. 6.

Наиболее существенное событие для развития микропроцессоров произошло в 1974 г. в связи с выпуском микропроцессора общего назначения модели 8080. Прежние модели годились только для построения процессоров специализированных ЭВМ, тогда как процессор 8080 предназначался для ЭВМ самого широкого применения. Можно сказать, что с этого момента начал развиваться новый класс вычислительных машин – микроЭВМ, наименование которых со временем преобразовалось в персональные ЭВМ (ПЭВМ).