Файл: История развития средств вычислительной техники 9Ручные механические вычислительные приспособления и устройства).pdf

В 1949 году сотрудник Гарвардского университета Ан Ванг изобрёл сдвиговый регистр на ферритовых сердечниках, а в 1950 году сотрудник Массачусетского технологического института (далее в тексте МТИ) Джей Форрестер разработал оперативную память на этих же сердечниках. Эта технология так же позволила уменьшить размеры компьютеров^[33].

В 1955 году учёные в Лаборатории Линкольна (при МТИ) создали первый полностью построенный на транзисторах компьютер. Он назывался TX-0 (Transistorized Experimental computer zero) и предназначался для тестирования более крупного компьютера TX-2^[34]. (Прил. 2, фото 14, фото 15).

Примерно в это же время появились компьютерные языки программирования: Фортран (который предназначался для математических алгоритмов) и Кобол (предназначенный для обработки финансово-экономических данных)^[35].

Машина ТХ-2 не имела большого значения, но один из инженеров из этой лаборатории, Кеннет Ольсен, в 1957 году основал компанию DEC (Digital Equipment Corporation — корпорация по производству цифровой аппаратуры), чтобы производить серийную машину, сходную с ТХ-0. Эта машина, PDP-1, появилась только через четыре года главным образом потому, что капиталисты, финансирующие DEC, считали производство компьютеров невыгодным. Поэтому компания DEC продавала в основном небольшие электронные платы. PDP-1 появился только в 1961 году. У него было 4 Кбайт слов по 18 битов и время цикла 5 микросекунд. Этот параметр был в два раза меньше, чем у IBM-7090 (транзисторного аналога IBM-709), но PDP-1 стоил 120 тысяч долларов, a IBM-7090 стоил миллионы. Компания DEC продала десятки компьютеров PDP-1, это можно считать началом появления компьютерной промышленности. Одну из первых машин модели PDP-1 отдали в МТИ, где она сразу привлекла внимание некоторых молодых исследователей, подающих большие надежды. Одним из нововведений PDP-1 был дисплей с размером 512 на 512 пикселей, на котором можно было рисовать точки^[36]. (Прил. 2, фото 16).

Через несколько лет в DEC разработали модель PDP-8, 12-битный компьютер. Первая модель PDP-8 была анонсирована 22 марта 1965 года^[37]. PDP-8 стоил гораздо дешевле, чем PDP-1 ($16000). Главное нововведение — одна шина (Omnibus). Шина — это набор параллельно соединенных проводов для связи компонентов компьютера. Это нововведение сильно отличало PDP-8 от IAS. Такая структура с тех пор стала использоваться во всех компьютерах. Компания DEC продала 50000 компьютеров модели PDP-8 и стала лидером на рынке миникомпьютеров. (Прил. 2, фото 17).

Как уже было написано, IBM построила транзисторную версию IBM-709 — IBM-7090, а позднее — IBM-7094. Время цикла у неё составляло 2 микросекунды, а память состояла из 32 тысячи слов по 16 битов. IBM-7090 и IBM-7094 были последними компьютерами типа ENIAC, но они широко использовались для научных расчетов в 60-х годах прошлого века^[38]. (Прил. 2, фото 18, фото 19).

Разработанная в 1958-1962 годах ламповая (8000 ламп), но с ферритовой памятью ЭВМ «Эпос» (EPOS, Elektronický POčítací Stroj) была первой в Чехословакии электронной ЭВМ и первой в мире модулярной (основанной на системе остаточных классов) ЭВМ. (Прил. 2, фото 20).

В 1960-1965 годах в Чехословакии была разработана более совершенная и экономичная транзисторная версия ЭВМ EPOS-2 с производительностью до сорока тысяч операций в секунду. Два варианта EPOS-2 под названиями ZPA-600 и ZPA-601 серийно выпускались до 1973 года, всего было выпущено 30 комплектов ЭВМ^[39]. (Прил. 2, фото 21).

В СССР тоже заинтересовались системой остаточных классов (СОК). Первым на неё обратил внимание главный инженер КБ-1 (конструкторское бюро) Фёдор Викторович Лукин. Вскоре его назначили директором и научным руководителем НИИ-37 ГКРЭ (Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи (НИИДАР)) и он пригласил Давлета Юдицкого и Израиля Акушского для разработки ЭВМ. Д. И. Юдицкий стал начальником отдела, а И. Я. Акушский начальником лаборатории в этом отделе. Первой задачей Д. И. Юдицкого в НИИ-37 было завершение неудачной разработки ЭВМ «А-340А»^[40].

В 1962 году появилась 20-разрядная ЭВМ с быстродействием 5000 операций в секунду А340А. Опытным заводом при НИИДАР, начиная с 1962 года, было изготовлено 24 таких ЭВМ. Они применялись в РЛС «Дунай-2», «Дунай-3», «Дунай-3УП» и других системах, разработанных в НИИДАР^[41].

После успешного завершения работ над А340А, возглавляемый Д. Юдицким коллектив в 1960-1963 годах разработал первую в стране реально работавшую модулярную ЭВМ. В институте в 1960 году был сделан макетный (сокращённый) образец ЭВМ, а затем в 1962 году опытный завод при НИИДАР по эскизной документации изготовил ЭВМ под именем Т340А. Теория и практика варианта модулярной арифметики и принципы построения ЭВМ Т340А на их основе были разработаны И.Я. Акушским, Д.И. Юдицким и Е.С. Андриановым. ЭВМ была построена на основе феррит-транзисторной логики, реализованной на дискретных транзисторах и ферритовых сердечниках^[42].

Полученные при её настройке и первом опыте эксплуатации результаты были использованы при создании в 1963-1966 годах комплекта конструкторской документации для серийного производства ЭВМ, но уже под именем К340А. К этому времени Д.И. Юдицкий и И.Я. Акушский с группой специалистов по приглашению Ф.В. Лукина перешёл на работу в создаваемый в будущем Зеленограде Центр микроэлектроники, а разработкой К340А занимался оставшийся коллектив под руководством Л.В. Васильева. ЭВМ была освоена в серийном производстве и стала базовой для РЛС, разрабатываемых в те годы в НИИ-37. Всего было выпущено 50 комплектов. Практически Т340А и К340А – это одна ЭВМ на разных этапах её создания^[43]. ЭВМ обладала невиданным в те времена быстродействием — 1,25 миллиона двойных операций в секунду (т.е. 2,5 млн оп/с в обычном тогда исчислении). Типовое быстродействие ЭВМ измерялось десятками или сотнями тысяч операций в секунду. Такую производительность удалось получить благодаря применению СОК и ряда других приемов^[44]. ЭВМ потребляла 33 кВт и занимала 20 шкафов по 900x700x2200 мм каждый. Т340А/К340А принадлежит несколько мировых рекордов. Это первая в мире однопроцессорная ЭВМ с быстродействием более 1 миллиона операций в секунду. Это самая высокопроизводительная в мире ЭВМ среди машин второго поколения (на дискретных транзисторах). Ни в каких доступных ныне источниках не удалось обнаружить информации об ЭВМ второго поколения с более высокой производительностью. Не выявлено и ЭВМ, обнаруживающих ошибки при выполнении операций в арифметическом устройстве машины – до сих пор это единственная в мире из серийно выпускавшихся^[45]. (Прил. 2, фото 22).

В 1964 году компания CDC (Control Data Corporation) выпустила машину 6600, которая работала на порядок быстрее, чем IBM-7094. Этот компьютер для сложных расчетов пользовался большой популярностью, и компания CDC пошла в гору. Секрет столь высокой скорости работы заключался в том, что внутри ЦПУ (центрального процессора) находилась машина с высокой степенью параллелизма. У нее было несколько функциональных устройств для сложения, умножения и деления, и все они могли работать одновременно. Для того чтобы машина быстро работала, нужно было составить хорошую программу, приложив некоторые усилия, можно было сделать так, чтобы машина выполняла 10 команд одновременно. Внутри машины CDC-6600 было встроено несколько маленьких компьютеров. Центральный процессор, таким образом, производил только подсчёт чисел, а остальные функции (управление работой машины, а также ввод и вывод информации) выполняли маленькие компьютеры. Некоторые принципы устройства CDC-6600 используются и в современных компьютерах^[46]. (Прил. 2, фото 23).

Третье поколение ЭВМ

В 1958 году Джек Килби и Роберт Нойс практически одновременно изобрели кремниевую интегральную схему^[47]. Это дало возможность помещать десятки транзисторов на одну небольшую микросхему. Компьютеры на интегральных схемах были меньшего размера, работали быстрее и стоили дешевле, чем их предшественники на транзисторах^[48].

К 1964 году компания IBM лидировала на компьютерном рынке, но существовала одна большая проблема: компьютеры IBM-7094 и IBM-1401, которые она выпускала, были несовместимы друг с другом. Один из них предназначался для сложных расчетов, в нём использовалась двоичная арифметика на регистрах по 36 битов, а во втором использовалась десятичная система счисления и слова разной длины. У многих покупателей были оба компьютера, и им не нравилось, что они совершенно несовместимы. (Прил. 2, фото 24).

Когда пришло время заменить эти две серии компьютеров, компания IBM сделала решительный шаг. Она выпустила серию компьютеров на транзисторах, System/360, которые были предназначены и для научных, и для коммерческих расчётов. System/360 содержала много нововведений. Это было целое семейство компьютеров с одним и тем же языком (ассемблером). Каждая новая модель была больше по размеру и по мощности, чем предыдущая. Компания могла заменить IBM-1401 на IBM-360 (модель 30), a IBM-7094 на IBM-360 (модель 75). Модель 75 была больше по размеру, работала быстрее и стоила дороже, но программы, написанные для одной из них, могли использоваться для другой. На практике программы, написанные для маленькой модели, выполнялись большой моделью без особых затруднений, но в случае переноса программного обеспечения с большой машины на маленькую могло не хватить памяти. И всё же создание такой серии компьютеров было большим достижением. Идея создания семейств компьютеров вскоре стала очень популярной, и в течение нескольких лет большинство компьютерных компаний выпустило целые серии сходных машин с разной стоимостью и функциями^[49].

Ещё одно нововведение в IBM-360 — мультипрограммирование. В памяти компьютера могло находиться одновременно несколько программ, и пока одна программа ждала, когда закончится процесс ввода-вывода, другая выполнялась. IBM-360 была первой машиной, которая могла полностью имитировать работу других компьютеров. Маленькие модели могли имитировать IBM-1401, а большие — IBM-7094, поэтому программисты могли оставлять свои старые программы без изменений и использовать их в работе с IBM-360.

IMB-360 удалось разрешить дилемму между двоичной и десятичной системой: у этого компьютера было 16 регистров по 32 бита для бинарной арифметики, но память состояла из байтов, как у IBM-1401. В ней использовались такие же команды для перемещения записей разного размера из одной части памяти в другую, как и в IBM-1401^[50]. (Прил. 2, фото 25).

Мир компьютеров сделал большой шаг вперёд в третьем поколении вместе с производством серии компьютеров PDP-11, последователей PDP-8 со словами по 16 битов. Во многих отношениях PDP-11 был младшим братом IBM-360, a PDP-1 - младшим братом IBM-7094. И у IBM-360, и у PDP-11 были регистры, слова, память с байтами, и в обеих сериях были компьютеры разной стоимости и с разными функциями^[51]. (Прил. 2, фото 26).

В целом, данный период развития вычислительной техники характеризуется применением для создания компьютеров транзисторов и памяти на ферритовых сердечниках, увеличением быстродействия компьютеров до нескольких сотен тысяч операций в секунду, возникновением новых технологий программирования, языков программирования высокого уровня, операционных систем^[52].

Четвёртое поколение ЭВМ

Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС) в 80-х годах позволило помещать на одну плату сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец, миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров меньшего размера и с более высокой скоростью работы. До появления PDP-1 компьютеры были настолько большие и дорогостоящие, что компаниям и университетам приходилось иметь специальные отделы (вычислительные центры). К 80-м годам цены упали так сильно, что возможность приобретать компьютеры появилась не только у организаций, но и у отдельных людей. Началась эра персональных компьютеров^[53].

В 1975 году Эд Робертс решил, что его компания MITS будет продавать наборы для сборки простейшего компьютера. Стоимость его не должна была превышать 400 долларов, чтобы каждый радиолюбитель мог его купить. Он смог договориться с компанией Intel и приобрёл партию их новых тогда процессоров 8080 по 75 долларов за один, хотя они стоили 360. Так появился компьютер Altair 8800. У него было 256 байт памяти. Клавиатура или другое устройство ввода информации не предусматривалось, вводить данные или команды нужно было при помощи тумблеров. Для отображения информации на экране специалисты из Xerox PARC придумали графический интерфейс пользователя, Altair мог выдавать ответы только в двоичной форме, для чего мигал лампочками на передней панели. Для крупных производителей он не был привлекателен, но радиолюбители высоко оценили его. Впервые в истории компьютер стал доступен широкому кругу потребителей. Позднее Билл Гейтс скажет: «Думаю, что Altair – первая ЭВМ, которая по праву может называться персональным компьютером»^[54]. (Прил. 2, фото 27).

В 1976 году Стив Джобс и Стив Возняк собрали первую модель персонального компьютера и назвали ее Apple I^[55]. Он стал чрезвычайно популярен среди отдельных покупателей, а также широко использовался в школах, и это сделало компанию Apple серьёзным конкурентом IBM^[56]. (Прил. 2, фото 28).

В 1977 году компания Apple представила следующую модель персонального компьютера – Apple II^[57]. (Прил. 2, фото 29).

Персональные компьютеры не привлекали крупные компании до 1979 года. В конце 70-х годов распространение персональных компьютеров даже привело к некоторому снижению спроса на большие и миникомпьютеры. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM – ведущей компанией по производству больших компьютеров и в 1979 году фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Компанией было решено не конструировать персональный компьютер «с нуля», а использовать узлы, изготовленные другими фирмами. В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Программное обеспечение было поручено разработать тогда ещё небольшой фирме Microsoft.

В 1981 году новый компьютер под названием IBM PC (персональный компьютер фирмы IBM) был представлен публике и вскоре приобрел большую популярность у пользователей. Если бы IBM PC был сделан так же, как другие существовавшие в то время компьютеры, он бы устарел через 2–3 года и о нем бы давно уже забыли, но так фирма IBM собрала компьютер из независимо изготовленных узлов и не стала держать в секрете способы их соединения, то принципы конструкции IBM PC были доступны всем желающим. Это подход, называемый принципом открытой архитектуры, обеспечил потрясающий успех IBM PC, хотя и лишил фирму IBM возможности единолично пользоваться плодами этого успеха. Перспективность и популярность IBM PC сделало весьма привлекательным производство различных комплектующих и дополнительных устройств для него^[58]. (Прил. 2, фото 30).

Конкуренция между производителями привела к удешевлению комплектующих и устройств. Очень скоро многие фирмы стали сами собирать компьютеры, совместимые с IBM PC. Поскольку этим фирмам не требовалось нести огромные издержки как фирме IBM, они смогли продавать свои компьютеры значительно дешевле. Пользователи получили возможность самостоятельно модернизировать свои компьютеры. Все это привело к удешевлению IBM PC-совместимых компьютеров, стремительному улучшению их характеристик и, как следствие, росту их популярности^[59].