Файл: История развития средств вычислительной техники ( Домеханический период).pdf

Алан Тьюринг участвовал в послевоенные годы в создании мощного компьютера – машины с хранимыми в памяти программами, ряд свойств которой он взял от своей гипотетической универсальной машины. Опытный образец компьютера АСЕ (Automatic Соmputing Engine – автоматическое вычислительное устройство) вступил в эксплуатацию в мае 1950 г.

4.2. ЭВМ первого поколения.

4.2.1. Зарубежные разработки ЭВМ.

Проект первой в мире ЭВМ был предложен в 1942 г. американцами
Дж. Моучли и Дж. Эккертом. Придя к выводу о необходимости использования в вычислительных устройствах электронных ламп, Дж. Эккерт представил проект электронной машины, названной «Эниак». Машина «Эниак» (ЕNIАС, аббревиатура от Electronic Numerical Integrator and Calculator – электронный цифровой интегратор и калькулятор), подобно «Марку-1» Г. Эйкена, также предназначалась для решения задач баллистики. Но в итоге она оказалась способной решать задачи из самых различных областей.

В 1944 г. Дж. Эккерт впервые выдвинул концепцию хранимой в памяти компьютера программы.

В 1945 г., когда «Эниак» был наконец собран и готов к проведению первого официального испытания. Для проверки машины были выбраны задачи выполнения расчетов для определения принципиальной возможности создания водородной бомбы. Сама задача указывала на то, что роль вычислительных машин в послевоенные годы не снижалась, а, скорее, возрастала.

Роль «Эниака» в развитии вычислительной техники определяется прежде всего тем, что это была первая работающая машина, в которой все действия – арифметические и логические операции, запоминание и хранение информации – были реализованы на электронных схемах.

«Архитектура фон Неймана»

Джон фон Нейман оказал огромное влияние на развитие вычислительной техники в послевоенные годы. Фон Нейман понимал, что компьютер – это нечто большее, чем простой калькулятор, что – по крайней мере, потенциально он представляет собой универсальный инструмент для научных исследований.

В июне 1945 г., меньше чем через год после того, как он присоединился к группе Дж. Мочли и Дж. Эккерта, фон Нейман подготовил отчет на 101 странице. На основе критического анализа конструкции «Эниак» он предложил ряд новых идей организации ЭВМ, в том числе концепцию хранимой программы, т.е. хранения программы в запоминающем устройстве. Этот отчет, названный «Предварительный доклад о машине "Эдвак"», представлял собой прекрасное описание не только самой машины, но и ее логических свойств. Нейман, отвлекшись от радиоламп и электрических схем, сумел описать формальную, логическую организацию компьютера. «Предварительный доклад» фон Неймана стал первой работой по цифровым вычислительным машинам, с которой познакомились широкие круги научной общественности.
С того момента ЭВМ был признан объектом, представлявшим научный интерес.

Согласно архитектуре фон Неймана, чтобы компьютер был и эффективным, и универсальным инструментом, он должен включать следующие структуры:

1) арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

2) устройство управления, организующее процесс выполнения программ;

3) запоминающее устройство или память для хранения программ и данных;

4) устройство ввода-вывода информации.

Данная архитектура используется во всех современных компьютерах.

4.2.2. Отечественные разработки ЭВМ.

История советской вычислительной техники началась в 1948 г.. В августе этого года появляется проект автоматической цифровой вычислительной машины, первый в СССР проект ЭВМ с жестким программным управлением. Его авторами были И. С. Брук и Б. И. Рамеев.
В проекте было дано описание принципиальной схемы машины, определены арифметические операции в двоичной системе счисления, предусматривалось управление работой машины от главного программного датчика. Датчик считывал программу, записанную на перфоленте, и обеспечивал выдачу результатов на такую же перфоленту или ввод с нее полученных чисел снова в машину для последующих вычислений.

17 декабря 1948 г. было подписано Постановление Совета Министров СССР № 4663-1829 о создании СКБ-245 при московском заводе Счетно-аналитических машин (САМ). Его задачей была разработка и обеспечение изготовления средств вычислительной техники для систем управления оборонными объектами. Именно здесь были созданы первые серийные ламповые машины «Стрела», «Полет», «Оператор», серии специальных тренажеров. Здесь появились первые машины «М-20», «Погода», «Кристалл», «М-205», «М-206».

Первое поколение ЭВМ – это время становления машин архитектуры фон Неймана, построенных на электронных лампах с быстродействием 10–20 тысяч арифметических операций в секунду. Программные средства были представлены машинным языком и языком ассемблера. В нашей стране к первому поколению относится первая отечественная вычислительная машина МЭСМ, созданная в 1951 г. в г. Киеве под руководством академика С. А Лебедева, серийные машины «Минск-1», «Стрела», БЭСМ, «Урал-1», «Урал-4» и др. Несмотря на ограниченность возможностей, ЭВМ первого поколения позволяли выполнять сложнейшие расчеты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др. Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета. Поэтому началась интенсивная разработка средств автоматизации программирования, создание систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность ее использования.

4.3. Второе поколение ЭВМ

4.3.1. Отечественные разработки ЭВМ.

Троичная машина «Сетунь».

В 1959 г. в МГУ завершилась разработка уникальной троичной ЭВМ «Сетунь». Ее главный конструктор – Николай Петрович Брусенцов.

«Сетунь» – это единственная в своем роде ЭВМ, не имеющая аналогов в истории вычислительной техники.

Над новой машиной работали 20 человек, которые изготовили опытный образец машины (он эксплуатировался в МГУ 15 лет). Наладка была выполнена очень быстро – за 10 дней. Новую ЭВМ назвали по имени речки, протекавшей недалеко от университета – «Сетунь».

В троичной цифровой вычислительной технике используются трехзначные сигналы и трехстабильные элементы памяти (триты). Трит может принимать три значения – минус 1, 0, плюс 1. Аналог байта – трайт (шестерка тритов). Очевидно, что по сравнению с двоичной в троичной машине элементы усложняются, но зато удается упростить создаваемые из них структуры и увеличить скорость обработки данных. На «Сетуни» решались задачи математического моделирования в физике и химии, оптимизации управления производством, краткосрочных прогнозов погоды, конструкторских расчетов, компьютерного обучения, автоматизированной обработки экспериментальных данных и т.д.

ЭВМ «Минск-2»

Производство ЭВМ «Минск-2» началось в 1963 г. «Минск-2» – первая универсальная советская ЭВМ второго поколения, предназначенная для решения общих научных и инженерных задач. «Минск-2» была первой в нашей стране ЭВМ с возможностью обработки алфавитно-цифровой информации. У машины «Минск-2» появились две модификации – «Минск-22» и «Минск-23».

Выпуск машины «Минск-2» и ее модификации «Минск-22» составил порядка 900 машин. Причем это были ЭВМ высокого качества, с богатым программным обеспечением, множеством архитектурных находок.

Вместе с ЭВМ «Минск-22» поставлялся обширный набор стандартных программ, в том числе транслятор с Фортрана и транслятор созданного в нашей стране языка программирования высокого уровня для экономических задач АЛГЭК – гибрида Алгола-60 и Кобола.

Основные характеристики ЭВМ «Минск-22»:

- быстродействие – 5 тыс. операций в секунду;

- оперативное запоминающее устройство на ферритах емкостью 8 тысяч чисел;

- внешняя память на магнитных лентах емкостью 1 600 000 000 чисел;

- ввод информации в машину осуществлялся с перфокарт и перфолент, а также с рулонного телетайпа;

- вывод информации – на перфокарты, перфоленты, телетайп и алфавитно-цифровое печатающее устройство.

Машина «Минск-23» была выпущена в количестве всего 28 штук («Минск-22» – 734 машины), однако в классическом учебнике Королева по структурам ЭВМ им уделено места в 6 раз больше, чем «Минск-22». Это была ЭВМ для «бизнес-применений» – обработки данных, планово-экономических задач, статистики, информационного поиска, управления производством. Структура и система команд этой машины полностью отличались от имевшихся к тому времени наработок.

«Минск-23» предназначалась исключительно для посимвольной обработки информации, поэтому:

1. Была взята символьная форма представления чисел и команд с восьмиразрядным байтом в качестве основной единицы информации.

2. Использовалась не двоичная, а двоично-десятичная система счисления.

3. Использовалась произвольная разрядность машинного слова.

4. Был реализован аппаратный канал ввода/вывода, который обеспечивал очень быстрый обмен данными с внешними устройствами.

4.3.2. Зарубежные разработки

В 1953 г. в Массачусетском технологическом институте был разработан первый экспериментальный компьютер на транзисторах ТХ-0.
В 1955 году он был введен в эксплуатацию.

В 1955 г. Bell Laboratories анонсировала первый полностью транзисторный компьютер TRADIC. TRADIC содержал 700–800 транзисторов и 10 000 диодов. TRADIC имел достаточно малые размеры и вес для установки на стратегических бомбардировщиках B-52 Stratofortress. По существу, это был компьютер специального назначения. Он мог выполнять 1 миллион логических операций в секунду.

В 1958 г. была создана система SAGE (Semi-Automatic Ground Environment), осуществлявшая объединение радарных станций США и Канады в первую крупномасштабную компьютерную сеть.

С 1955 по 1961 г. в США фирмой IBM разрабатывался проект «Stretch», оказавший большое влияние на развитие структуры универсальных компьютеров. В проекте были воплощены все известные к 1960 г. структурные принципы повышения производительности, такие как:

- совмещение операций, характерное для мультипрограммирования;

- разделение времени работы различных блоков и устройств, выполняющих одну команду;

- cовмещение во времени подготовки и выполнения нескольких команд одновременно;

- параллельное выполнение нескольких независимых программ.

Всего было выпущено пять экземпляров компьютера «Stretch».

Особенность второго периода – использование транзистора в качестве переключательного элемента (вместо вакуумной лампы) с быстродействием до сотен тысяч операций в секунду. Появились основная память на магнитных сердечниках и внешняя память на магнитных барабанах. В это же время были разработаны алгоритмические языки высокого уровня, такие как Алгол, Кобол, Фортран, которые позволили составлять программы, не учитывая тип машины. Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х г. наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

4.4. Третье поколение ЭВМ

Третье поколение компьютеров разрабатывалось с 1964 по 1974 г. на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).

Впервые идея создания интегральных схем – устройств, вмещающих в себя фрагменты электронных схем, начала активно обсуждаться в 1952 г. в Англии. Начало этому положил эксперт по радарам Дж. Даммер. В 1952 г. Дж. Даммер выдвинул идею создания монолитной полупроводниковой интегральной схемы. В 1958 г. Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему. Промышленное производство интегральных схем началось в 1962 г.

Появление интегральных схем означало подлинную революцию в вычислительной технике. Если один транзистор мог заменить 40 электронных ламп, то одна интегральная схема могла заменить тысячи и миллионы транзисторов. Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в сотни раз, а габариты значительно уменьшились.

Первый экспериментальный компьютер на интегральных схемах был создан фирмой «Texas Instruments» по контракту с ВВС США. Разработка велась 9 месяцев и была завершена в 1961 г. Компьютер имел 15 команд, был одноадресным, тактовая частота была 100 КГц, емкость запоминающего устройства 30 чисел, для представления чисел использовалось одиннадцать двоичных разрядов. Для создания компьютера использовалось 587 интегральных схем, потребляемая мощность составляла 16 Вт, вес 585 г, занимаемый объем 100 см³.

7 апреля 1964 г. представители фирмы IBM провели 77 прессконференций в 15 странах мира, сделав, как выразился глава фирмы Томас Уотсон-младший, «самое важное объявление за всю историю компании». IBM объявила о создании не одной какой-либо машины, а целого семейства машин. «Система-360» (IBM/360) – так была названа серия – дебютировала сразу 6 моделями, различавшимися по мощности и стоимости. По оценкам специалистов, на исследования, разработку и внедрение в производство одновременно 6 машин компания затратила около 5 миллиардов долларов.