Файл: Домеханический период.pdf

В конце 30-х годов 20 века был построен ряд релейных вычислительных систем, способных выполнять сложные научно-технические расчеты в автоматическом режиме и со скоростью, на порядок выше скорости работы арифмометров с электроприводом. Наиболее крупные проекты были выполнены в Германии и США.

- Изобретение Цузе.

Немецкий инженер Конрад Цузе (1910 – 1995) создал в 1938 году Z1, машину представляющую собой хитросплетение проводов и реле, имеющую клавиатуру для ввода данных. Результат вычислений появлялся на панели – для этого использовалось множество маленьких лампочек. Впоследствии ввод с клавиатуры Цузе заменил на ввод с помощью использованной 35-миллиметровой фотопленки. Пашина с перфолентой получила название Z2. А в 1941 году Конрад Цузе завершил постройку релейного компьютера Z3, где применялась двоичная система счисления. Уже в послевоенные годы Цузе построил Z22, которая поддерживала общие алгоритмы вычислений, могла работать с произвольными структурами данных, имела достаточный объем памяти.

Цузе оказал несомненное влияние на развитие европейских компьютерных технологий.

- Машины Дж. Стибица.

Математик Джордж Стибиц (1904 – 1995) разработал вычислительную машину «Bell-1» на электромагнитном реле, способную оперировать с комплексными числами. В 1942 году была сконструирована машина «Bell-2», автоматически управляемая программой. В этой машине впервые была применена встроенная система обнаружения ошибок. В 1942 – 1944 годах была построена вычислительная машина «Bell-3» с управлением с помощью программы, записанной на перфоленте., по образу которой был построен релейный калькулятор «Bell-4». Последней релейной машиной была «Bell-5». Она оперировала 7-разрядными десятичными числами и имела многопроцессорную систему.

- Машина Эйкена.

В 1937 году гарвардский математик Говард Эйкен (1900 – 1973) предложил проект создания большой счетной машины, проектирование которой началось в 1939 году. Машина была создана с использованием и релейных и механических элементов. Устройство управления машиной состояло из зубчатого колеса, которое перематывало перфорированную бумажную ленту с нанесенной программой. Компьютер не умел выполнять условные переходы, из-за чего каждая программа представляла собой довольно длинный ленточный рулон. Циклы организовались за счет замыкания начала и конца считываемой ленты.

Главным отличием компьютера «Марк 1» было то, что он был первой полностью автоматизированной вычислительной машиной, не требовавшей какого либо вмешательства человека в рабочий процесс.

Электронный период.

В течение механического, электромеханического и в начале электронного периода развития цифровая вычислительная техника оставалась областью техники, научные основы которой только закладывались.

1. Первые разработки.

-Машина Атанасова.

Первой попыткой создания ЭВМ была разработка американского физика Джона Атанасова (1903 – 1995). В 1939 году он опубликовал окончательный вариант своей концепции современной вычислительной машины: для работы использовалась двоичная система счиления, исходные данные вводились с помощью перфокарт в десятичной форме. Запоминающее устройство представляло собой барабан, на котором размещались конденсаторы и смонтирована матрица медных контактов для соединения запоминающего устройства со схемной частью машины. Внешняя память была выполнена на типовом оборудовании для ввода и вывода перфокарт, и это был самый надежный блок вычислительной машины.

2. Первое поколение ЭВМ (1946 – 1955)

Первое поколение электронно-вычислительных машин было основано на применении электронных ламп - электровакуумном приборе, работающем за счет управления интенсивностью потока электронов.

- ЭНИАК.

Роль ЭНИАК, собранной в 1945 году, в развитие вычислительной техники определяется прежде всего тем, что это была первая действующая машина, в которой для выполнения арифметических и логических операций , а так же запоминания информации использовались электронные схемы. Благодаря использованию электронных ламп работа осуществлялась очень быстро, таких скоростей нельзя было достичь при использовании механических или электромеханических элементов. В компьютере использовалось три типа электронных схем: схемы совпадения, сигнал на выходе которых появлялся только в том случае, если поступили сигналы на входы; собирательные схемы, сигнал на выходе которых появляется, если есть сигнал хотя бы на одном входе; триггеры, выполненные на двойных триодах.

Но из-за ряда недостатков, таких как: малый объем внутренней памяти, использование десятичной системы и прочие, использовать ЕМИАК в качестве универсального компьютера не стали.

-Инновационные идеи фон Неймана.

Математик Джон фон Нейман (1903 – 1957) оказал огромное влияние на развитие вычислительной техники в послевоенные годы. Фон Нейман понимал, что компьютер – это нечто большее, чем простой калькулятор и должен представлять собой универсальный инструмент для научных исследований. На основе критического анализа конструкции Эниак он предложил ряд новых идей организации ЭВМ. Чтобы компьютер был и эффективным, и универсальным инструментом, он должен включать в себя следующие структуры: арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции; устройство управления, организующее процесс выполнения программ; запоминающее устройство или память для хранения программ и данных; устройство ввода-вывода информации. И ряд принципов: двоичного кодирования, программного управления работой машины, однородности памяти или принцип хранимой информации, адресности, иерархичности запоминающих устройств, принцип параллельной организации вычислительного процесса. Эти принципы легли в основу многих ламповых ЭВМ.

- Яркие представители поколения.

Первая серийно выпускавшаяся ЭВМ – «Юнивак» (Универсальный автоматический компьютер). Разработчики Джон Мочли (1907- 1980) и Джон Преспер Эккер(1919 – 1995) . Представляла собой электронное устройство с хранимыми в памяти программами. Устройства ввода-вывода работали с носителями на магнитных лентах и перфокартах. «Юнивак» предназначался для обработки больших массивов коммерческой информации.

Первая советская ЭВМ – МЭСМ (малая электронная счетная машина) разработанная в 1948 году Сергеем Алексеевичем Лебедевым (1902 – 1974) и выпущенная в 1951 году. Состояла из электронных ламп, трехадресной системы команд, одного арифметического устройства параллельного действия на триггерных ячейках, запоминающего устройства, без внешнего устройства памяти. Служила для подготовки первых в стране программистов. В 1953 году С. А. Лебедев создал ЭВМ БЭСМ –Большая электронная счетная машина. В ее конструкцию уже входит внешняя память, состоящая из двух частей: четырех магнитных лент и двух магнитных барабанов.

Первая в СССР серийная ЭВМ – «Стрела». Составляющими частями были: электронные лампы; полупроводниковые диоды; запоминающее устройство высокого быстродействия , созданное на электронно-лучевых трубках; внешняя память, реализованной на магнитных лентах, устройства вывода информации на перфокарты и магнитные ленты. Так же «Стрела» имела широкоформатное печатающее устройство и совершенную и достаточно гибкую систему программирования.

В ходе использования машин первого поколения стало ясно, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета. Поэтому началась интенсивная разработка средств автоматизации программирования, создание систем обслуживания программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность ее использования.

3. Второе поколение ЭВМ (1955 – 1965).

Важное событие, определившее возможность перехода на новую элементную базу в производстве компьютеров, создание в 1948 году Джоном Бардином (1908 – 1991), Уолтером Брайттенов (1902 -1987) и Ульямом Шокли (1910 – 1989) первого точечного германиевого транзистора. Транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух элементов управляется третьим электродом. Дальнейшее исследование полупроводниковых материалов привели к созданию плоскостных кремниевых транзисторов.

Изобретенный транзистор позволил заменить элементную юазу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), а так же появились резисторы и конденсаторы более совершенной конструкции. Достоинства транзистора: один заменял сорок электронных ламп; работал с больше скоростью, чем электронная лампа; транзистор выделял очень мало тепла и почти не потреблял электроэнергии; срок службы превосходил продолжительность работы электронных ламп.

Изменилась технология элементов. Появились первые печатные платы – пластины из изоляционного материала, на которые специальной технологией наносился токопроводящий материал.

-Отечественные разработки.

ЭВМ «Сетунь» - это единственная в своем роде ЭВМ, не имеющая аналогов в истории вычислительной техники, работающая на магнитных логических элементах. Хотя она еще не относится к транзисторным машинам, в этой ЭВМ впервые использовалась троичная система счисления.

В 1963 году начинается производство ЭВМ «Минск -2» - первая универсальная советская ЭВМ второго поколения с возможностью обработки алфавитно-цифровой информации. У машины было две модификации – «Минск -22» и «Минск – 23». Основные характеристики ЭВМ «Минск-22»: быстродействие; оперативное запоминающее устройство на ферритах; внешняя память на магнитных лентах; ввод информации осуществлялся с перфокарт и перфолент, а так же с рулонного телетайпа; вывод информации – на перфокарты, перфоленты, телетайп и алфавитно-цифровое печатающее устройство. Характеристики «Минск -23»: восьмиразрядная символьная форма представления чисел и команд; двоично-десятичная система счисления; реализация аппаратного канала ввода/вывода.

«БЭСМ -6» - еще одна разработка С. А. Лебедева, в которой появилась виртуальная память. В структуру машины внесены несколько важных новшеств: разделили оперативную память на восемь блоков; реализовали буфер заказов к системе памяти; сделали системный КЭШ. Это первая советская суперэвм на полупроводниковых транзисторах.

- Зарубежные разработки.

С 1955 по 1961 год в США разрабатывался проект «Stretch», оказавший большое влияние на развитие структуры универсальных компьютеров. В этой ЭВМ были собраны практически все известные на тот момент достижения вычислительной техники, что позволило достичь небывалой производительности: использование принципов параллельной работы; большой набор команд; огромное количество высококачественных элементов.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем.

4. Третье поколение ЭВМ 1965 -1970.

Третье поколение компьютеров разрабатывается на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС). В 1958 году Джон Килби (1923 – 2005) впервые создал опытную интегральную схему, такие схемы могли содержать в себе десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов. Появление ИС явилось революцией в вычислительной технике и позволило значительно уменьшить размеры вычислительной техники, увеличить производительность.

На интегральных схемах в 1961 году был создан первый компьютер фирмой «Texas Instrument». Компьютер имел 15 команд, был одноадресным, емкость запоминающего устройства 30 чисел, для представления чисел использовалось одиннадцать двоичных разрядов.

В 1962 году компанией IBM были сформулированы два основных принципа разработки будущих компьютеров. Первый принцип – любая новая машина должна быть универсальной, т. е. справляться с широким спектром проблем. Второй принцип – новые компьютеры должны быть совместимы друг с другом. Так родилась «Система – 360» - это был первый ряд компьютеров, в котором проводилось четкое различие между архитектурой и реализацией. Создав эту системы, IBM открыла новую эру – эру расцвета технологии устройств ввода-вывода.

Благодаря широкому распространению IBM/360, изобретенные для нее 8-битные символы и 8-битный байт как минимально адресуемая ячейка памяти стали стандартом для всей компьютерной техники. Так же IBM/360 была первой 32-разрядной системой, и в ней впервые использовался микрокод для реализации отдельных команд процессора.