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

2.2. Второе поколение ЭВМ

2.2.1. Особенности ЭВМ второго поколения

В 1947 г. специалистами фирмы «Bell Labs» был изобретен полупроводниковый прибор под названием «транзистор».

На смену лампам в машинах второго поколения (конец 50-х гг. XX в.) пришли транзисторы. Сначала лампы были заменены германиевыми диодами в оперативной памяти, затем в арифметическом и управляющем устройствах, позже в оперативной памяти стали применяться феррит-диодные ячейки, позволявшие реализовать логические функции управления памятью, а в арифметическом и управляющем устройствах – транзисторы.

В отличие от ламповых ЭВМ, транзисторные машины обладали большими быстродействием, емкостью оперативной памяти, надежностью. Существенно уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. Большим достижением явилось применение печатного монтажа, что повысило надежность электромеханических устройств ввода-вывода, удельный вес которых при этом увеличился. ЭВМ второго поколения выполняли последовательно-параллельный алгоритм и все еще обладали фиксированной логической структурой.

В период доминирования ЭВМ второго поколения [1, с. 93]:

– появились машины для решения научно-технических и экономических задач, управления производственными процессами и различными объектами (управляющие машины);

– стали внедряться АЛУ и УУ с более сложной структурой и функциональными возможностями;

– увеличение объема памяти привело к отказу от программирования в кодах машинных команд и широкому внедрению в практику программирования языков высокого уровня. Вследствие этого существенно упростился процесс подготовки задач к решению на ЭВМ и составление программ на этих языках стало под силу самим пользователям;

– стали развиваться методы и приемы программирования вычислений с минимальными затратами труда математиков-программистов;

– наряду с однопрограммными появились многопрограммные (мультипрограммные) ЭВМ. В отличие от однопрограммных машин, в которых программы выполняются только поочередно, в многопрограммных ЭВМ стала возможной совместная реализация нескольких программ за счет организации параллельной работы основных устройств машины.

Первой ЭВМ, выполненной полностью на полупроводниковых диодах и транзисторах, стала TRADIC (TRAnisitor DIgital Computer), построенная в «Bell Labs» no заказу военно-воздушных сил США как прототип бортовой вычислительной машины. Она состояла из 700 транзисторов и 10 тыс. германиевых диодов. За два года эксплуатации TRADIC отказали только 17 полупроводниковых элементов, что говорило о высокой надежности по сравнению с ламповыми ЭВМ [16, с. 77].

В конце 50-х гг. прошлого столетия ЭВМ малой мощности на новой элементной базе первыми выпустили фирмы «NCR» и «RCA». Вслед за ними выпуск компьютеров серии 7 000 освоила и компания «IBM». В этот же период (1957 г.) появился первый мини-компьютер фирмы «DEC» под названием PDP-1.

Структура типичного представителя ЭВМ второго поколения (вычислительный комплекс IBM 7094) представлена на рис. 3.

Рисунок 3 - Общая структура вычислительного комплекса IBM 7094

На структурном уровне здесь уже проявились отличия от ЭВМ IAS:

– каналы данных как независимые модули ввода-вывода, обладающие собственным процессором и собственной системой команд (эти команды хранятся в оперативной памяти, но выполняются процессором модуля ввода-вывода);

– мультиплексор, который играет роль центрального коммутатора (диспетчера доступа) при пересылке информации между каналами данных, центральным процессором и оперативной памятью и позволяет им работать независимо друг от друга.

2.2.2. Отечественные ЭВМ второго поколения

Наиболее известные отечественные ЭВМ второго поколения – БЭСМ-6, «Минск», «Урал», «МИР-1» и др.

БЭСМ-6 – электронная вычислительная машина общего назначения, разработана в 1967 г., главный конструктор – Герой Социалистического Труда, академик С.А. Лебедев. Область применения: универсальная ЭВМ для решения широкого круга задач науки и техники. В БЭСМ-6 нашли отражение многие оригинальные решения, определившие перспективу дальнейшего развития ЭВМ общего назначения и обеспечившие длительный период ее производства и эксплуатации в народном хозяйстве [7, с. 59].

В структуре машины впервые в отечественной практике и независимо от зарубежных ЭВМ (STRETCH фирмы «IBM») был широко использован принцип совмещения выполнения команд (до 14 одноадресных машинных команд могли находиться на разных стадиях выполнения). Этот принцип, названный С.А. Лебедевым принципом «водопровода», впоследствии стал широко использоваться для повышения производительности универсальных ЭВМ, получив в современной терминологии название конвейера команд.

Элементная база: транзисторные переключатели тока и диодно-резисторная комбинаторная логика. В электронных схемах БЭСМ-6 использовано 60 тыс. транзисторов и 180 тыс. полупроводников-диодов. Элементная база БЭСМ-6 по тем временам была совершенно новой, так как в ней были заложены основы схемотехники ЭВМ третьего и четвертого поколений [7, с. 71].

Технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ БЭСМ-6 представлены в табл. 2.

Применяемая в машине ассоциативная память на быстрых регистрах (типа кэш) позволяла автоматически сохранять в ней наиболее часто используемые операнды и тем самым сокращать число обращений к ферритной оперативной памяти. «Расслоение» оперативной памяти обеспечивало возможность одновременного обращения к разным ее модулям из разных устройств машины.

Структурная схема машины БЭСМ-6 показана на рис. 4 [17, с. 109], где: АЦПУ-128-3М – алфавитно-цифровое печатающее устройство; АУ – арифметическое устройство; БРУС – буферные регистры и устройства связи; КВУ – коммутатор внешних устройств; КМБ – коммутатор магнитных барабанов; МБ – магнитный барабан; МОЗУ – магнитное оперативное запоминающее устройство; НМЛ – накопитель на магнитной ленте; ПЛ-80/8 – ленточный перфоратор результатов; ПЭМ-80 – карточный перфоратор результатов; СТА-2М – телеграфный аппарат; УВВК-601 – устройство ввода с перфокарт; УУ – устройство управления; УУ ВУ – устройство управления внешними устройствами; FS-1500 – фотосчитывающее устройство с перфоленты.

Таблица 2

Технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ БЭСМ-6

На основе БЭСМ-6 были созданы центры коллективного пользования, системы управления в реальном масштабе времени, координационно-вычислительные системы телеобработки и т. д. Машина использовалась для моделирования сложнейших физических процессов и процессов управления, а также в системах проектирования для разработки математического обеспечения новых ЭВМ. БЭСМ-6 выпускалась промышленностью 17 лет [7, с. 72].

Рисунок 4 - Структурная схема машины БЭСМ-6

В июле 1975 г. управление первым совместным полетом американского и советского кораблей «Аполлон» и «Союз» осуществлялось посредством нового вычислительного комплекса, в состав которого входили БЭСМ-6 и другие мощные вычислительные машины отечественного производства. Если раньше сеанс обработки телеметрической информации длился около получаса, то на новом комплексе это делалось за одну минуту, вся информация обрабатывалась почти на полчаса раньше, чем у коллег в США.

ЭВМ семейства «Минск» – одна из первых серийных отечественных машин малого класса на электронных лампах, нашедшая наиболее широкое применение при решении разнообразных инженерных и научных задач, предназначенная для эксплуатации в научных и учебных институтах, вычислительных центрах, конструкторских бюро, на заводах. Технико-эксплуатационные характеристики семейства представлены в табл. 3.

«Урал-11» – первая ЭВМ ряда «Урал» («Урал-11», «Урал-14», «Урал-16»), выполненная на единой конструктивно-технологической базе «Урал-10». В СССР это была первая попытка проектирования не отдельной, а сразу целого семейства совместимых ЭВМ. Главное внимание при этом уделялось конструктивному и технологическому единству ЭВМ и их отдельных устройств [7, с. 73].

Таблица 3

Технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ семейства «Минск»

Область применения семейства ЭВМ «Урал» – решение широкого круга математических и информационно-логических задач в крупных вычислительных центрах НИИ, КБ и промышленных предприятиях.

Заметным событием данного периода стало появление в 1958 году машины М-20. В этой ЭВМ были реализованы частичное совмещение операций, аппаратные средства поддержки программных циклов, возможность параллельной работы процессора и устройства вывода.

Оперативная память емкостью 4 096 45-разрядных слов была выполнена на магнитных сердечниках. Характеристики ЭВМ приведены в табл. 4.

Таблица 4

Характеристики ЭВМ М-20

Продолжением линии М-20 стали полупроводниковые ЭВМ серий М-220 и М-222, выполненные на диодно-трансформаторных схемах на базе транзисторов П-401 и предназначенные для научно-технических расчетов на предприятиях и организациях народного хозяйства и Министерства обороны. Быстродействие машин составляло 28 тыс. оп./с.

ЭВМ «МИР-1» (машина для инженерных расчетов) была разработана Институтом кибернетики АН Украинской ССР под руководством академика В. М. Глушкова. Она предназначалась для автоматизации инженерных расчетов. В частности, на ней решались следующие задачи [7, с. 74]:

– системы линейных алгебраических уравнений до 20-го порядка;

– системы обыкновенных дифференциальных уравнений до 16-го порядка;

– дифференциальные уравнения в частных производных;

– системы нелинейных уравнений до 6-го порядка;

– интегральные уравнения;

– нахождение собственных векторов для матриц до 10-го порядка;

– нахождение максимальных собственных значений для матриц до 18-го порядка.

Для ЭВМ был разработан язык АЛМИР-65, который интерпретировала сама машина. Этот язык позволял записывать формулы с помощью общепринятых математических символов, включал операторы, заданные русскими словами («вычислить», «заменить», «если», «разрядность» и т. д.), и в то же время имел некоторые элементы традиционных процедурных языков. С точки зрения программиста, ЭВМ оперировала десятичными числами любой разрядности в пределах имеющегося объема памяти (требуемая разрядность указывалась в самой программе).

ЭВМ имела оперативную память объемом 4 096 12-разрядных ячеек, каждая из которых могла хранить один из символов входного языка, служебное слово или идентификатор стандартной функции.

В качестве внешней памяти использовалась восьмидорожечная перфолента (шесть дорожек – код символа, седьмая – признак буквы, восьмая – контрольная). Быстродействие машины при выполнении арифметических операций над 5-разрядными числами составляла 200–300 оп./с.

В 1969 г. в Киеве началось производство второй машины для инженерных применений – «МИР-2». Эта ЭВМ класса малых машин в скорости аналитических преобразований не уступала гораздо более мощным универсальным ЭВМ. А. Глушков вспоминал, что «МИРы были способны «щелкать» интегралы и внешне это выглядело очень убедительно, потому что далеко не всякий преподаватель мехмата может решать такие интегралы». Математические возможности ЭВМ «МИР-2» значительно превосходили возможности «МИР-1», и она пользовалась большой популярностью в учебных институтах, конструкторских бюро и физических лабораториях [7, с. 75].

В «МИР-2» впервые появилась возможность работать с машиной в режиме диалога. С помощью дисплея со световым пером инженер-пользователь мог вводить и получать на экране графическую ин- формацию и решать некоторые геометрические задачи.