Предпосылки развития ЭВМ

Предпосылки развития ЭВМ На протяжении жизни всего лишь одного поколения рядом с человеком вырос странный новый вид вычислительные и подобные им машины, с которыми, как он обнаружил, ему придется делить мир. Ни история, ни философия, ни здравый смысл не могут подсказать нам, как эти машины повлияют на нашу жизнь в будущем, ибо они работают совсем не так, как машины, созданные в эру промышленной революции. Марвин Минский Рассматривая историю общественного развития, марксисты утверждают, что история есть

ни что иное, как последовательная смена отдельных поколений . Очевидно, это справедливо и для истории компьютеров. Вот некоторые определения термина поколение компьютеров , взятые из 2-х источников. Поколения вычислительных машин - это сложившееся в последнее время разбиение вычислительных машин на классы, определяемые элементной базой и производительностью .

Паулин Г. Малый толковый словарь по вычислительной технике пер. с нем. М Энергия, 1975 . Поколения компьютеров - нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и в последнее время - программных средств . Толковый словарь по вычислительным системам Пер. с англ. М. Машиностроение, 1990 . Утверждение понятия принадлежности компьютеров к тому или иному поколению

и появление самого термина поколение относится к 1964 г когда фирма IBM выпустила серию компьютеров IBM 360 на гибридных микросхемах монолитные интегральные схемы в то время ещ не выпускались в достаточном количестве, назвав эту серию компьютерами третьего поколения. Соответственно предыдущие компьютеры - на транзисторах и электронных лампах - компьютерами второго и третьего поколений. В дальнейшем эта классификация, вошедшая в употребление, была расширена и появились

компьютеры четвртого и пятого поколений. Для понимания истории компьютерной техники введнная классификация имела, по крайней мере, два аспекта первый - вся деятельность, связанная с компьютерами, до создания компьютеров ENIAC рассматривалась как предыстория второй - развитие компьютерной техники определялось непосредственно в терминах технологии аппаратуры и схем. Второй аспект подтверждает и главный конструктор фирмы

DEC и один из изобретателей мини-компьютеров Г.Белл, говоря, что история компьютерной индустрии почти всегда двигалась технологией . Переходя к оценке и рассмотрению различных поколений, необходимо прежде всего заметить, что поскольку процесс создания компьютеров происходил и происходит непрерывно в нм участвуют многие разработчики из многих стран, имеющие дело с решением различных проблем , затруднительно, а в некоторых случаях и бесполезно, пытается точно установить, когда то или иное поколение начиналось или

заканчивалось. В 1883 г. Томас Альва Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью ввл в е вакуумный баллон платиновый электрод и положительное напряжение, то в вакууме между электродом и нитью протекает ток. Не найдя никакого объяснения столь необычному явлению, Эдисон ограничивается тем, что подробно описал его, на всякий случай взял патент и отправил лампу на Филадельфийскую выставку. О ней в декабре 1884 г. в журнале

Инженеринг была заметка Явление в лампочке Эдисона . Американский изобретатель не распознал открытия исключительной важности по сути это было его единственное фундаментальное открытие - термоэлектронная эмиссия.Он не понял, что его лампа накаливания с платиновым электродом по существу была первой в мире электронной лампой. Первым, кому пришла в голову мысль о практическом использовании эффекта

Эдисона был английский физик Дж. А. Флеминг 1849 - 1945 . Работая с 1882 г. консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он узнал о явлении из первых уст - от самого Эдисона. Свой диод - двухэлектродную лампу Флейминг создал в 1904 г. В октябре 1906 г. американский инженер Ли де Форест изобрл электронную лампу - усилитель, или аудион,

как он е тогда назвал, имевший третий электрод - сетку. Им был введн принцип, на основе которого строились все дальнейшие электронные лампы управление током, протекающим между анодом и катодом, с помощью других вспомогательных элементов. В 1910 г. немецкий инженеры Либен, Рейнс и Штраус сконструировали триод, сетка в котором выполнялась в форме перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, а чтобы увеличить эмиссионный

ток, они предложили покрыть нить накала слоем окиси бария или кальция. В 1911 г. американский физик Ч. Д. Кулидж предложил применить в качестве покрытия вольфрамовой нити накала окись тория - оксидный катод - и получил вольфрамовую проволоку, которая произвела переворот в ламповой промышленности. В 1915 г. американский физик Ирвинг Ленгмюр сконструировал двухэлектронную лампу - кенотрон, применяемую в качестве выпрямительной

лампы в источниках питания. В 1916 г. ламповая промышленность стала выпускать особый тип конструкции ламп - генераторные лампы с водяным охлаждением. Идея лампы с двумя сотками - тетрода была высказана в 1919 г. немецким физиком Вальтером Шоттки и независимо от него в 1923 г американцем Э. У. Халлом, а реализована эта идея англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х г.г. В 1929 г. голландские учные

Г. Хольст и Б. Теллеген создали электронную лампу с 3-мя сетками - пентод. В 1932 г. был создан гептод, в 1933 - гексод и пентагрид, в 1935 появились лампы в металлических корпусах Дальнейшее развитие электронных ламп шло по пути улучшения их функциональных характеристик, по пути многофункционального использования. Проекты и реализация машин Марк - 1 , EDSAC и EDVAC в Англии и США , МЭСМ в СССР заложили основу для развртывания работ по созданию

ЭВМ вакуумноламповой технологии - серийных ЭВМ первого поколения. Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC Universal Automatic Computer начата примерно в 1947 г. Эккертом и Маучли, основавшими в декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец машины UNIVAC-1 был построен для бюро переписи

США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство в мкостью 1000 12 -разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки. Вскоре после ввода в эксплуатацию машины UNVIAC - 1 е разработчики выдвинули идею автоматического программирования.

Она сводилась к тому, чтобы машина сама могла подготавливать такую последовательность команд, которая нужна для решения данной задачи. Пятидесятые годы - годы расцвета компьютерной техники, годы значительных достижений и нововведений как в архитектурном, так и в научно - техническом отношении. Отличительные особенности в архитектуре современной ЭВМ по сравнению с неймановской архитектурой впервые появились в

ЭВМ первого поколения. Сильным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 50 - х г.г. было отсутствие быстродействующей памяти. По словам одного из пионеров вычислительной техники - Д. Эккерта, архитектура машины определяется памятью . Исследователи сосредоточили свои усилия на запоминающих свойствах ферритовых колец, нанизанных на проволочные

матрицы. В 1951 г. в 22 - м томе Journal of Applid Phisics Дж. Форрестер опубликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации. В машине Whirlwind - 1 впервые была применена память на магнит. Она представляла собой 2 куба с сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16 - разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на чтность.

В разработку электронных компьютеров включилась фирма IBM. В 1952 г. она выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM 701, который представлял собой синхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12000 германиевых диодов. Усовершенствованный вариант машины IBM 704 отличалась высокой скоростью работы, в ней использовались индексные регистры и данные представлялись

в форме с плавающей запятой. После ЭВМ IBM 704 была выпущена машина IBM 709, которая в архитектурном плане приближалась к машинам второго и третьего поколений. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода - вывода. В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать новый тип памяти - дисковые

ЗУ, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах IBM 305 и RAMAC- Последняя имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12000 об мин. НА поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10000 знаков каждая. Вслед за первым серийным компьютером

UNIVAC - 1 фирма Remington - Rand в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC - 1103, которая работала в 50 раз быстрее. Позже в компьютере UNIVAC - 1103 впервые были применены программные прерывания. Сотрудники фирмы Remington - Rand использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием Short Cocle первый интерпретатор, созданный в 1949 г.

Джоном Маучли . Кроме того, необходимо отметить офицера ВМФ США и руководителя группы программистов, в то время капитана в дальнейшем единственная женщина в ВМФ- адмирала Грейс Хоппер, которая разработала первую программу- компилятор А- О. Кстати, термин компилятор впервые ввела Г. Хоппер в 1951 г Эта компилирующая программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной

для обработки алгебраической форме. Фирма IBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 г. для машины IBM 701 Систему быстрого кодирования . В нашей стране А. А. Ляпунов предложил один из первых языков программирования. В 1957 г. группа под руководством Д. Бэкуса завершила работу над ставшим в последствии популярным первым языком программирования высокого уровня, получившим название

ФОРТРАН. Язык, реализованный впервые на ЭВМ IBM 704, способствовал расширению сферы применения компьютеров. В Великобритании в июле 1951 г. на конференции в Манчестерском университете М. Уилкс представил доклад Наилучший метод конструирования автоматической машины, который стал пионерской работой по основам микропрограммирования. Предложенный им метод проектирования устройств управления нашел широкое применение. Свою идею микропрограммирования

М. Уилкс реализовал в 1957 г. при создании машины EDSAC-2. М. Уилкс совместно с Д. Уиллером и С. Гиллом в 1951 г. написали первый учебник по программированию Составление программ для электронных счетных машин русский перевод- 1953 г В 1951 г. фирмой Ferranti начат серийный выпуск машины Марк-1. А через 5 лет фирма Ferranti выпустила ЭВМ

Pegasus , в которой впервые нащла воплощение концепция регистров общего назначения РОН . С появлением РОН устранено различие между индексными регистрами и аккумуляторами, и в распоряжении программиста оказался не один, а несколько регистров - аккумуляторов. В нашей стране в 1948 г. проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей. Развернулись работы по созданию серийных ЭВМ первого поколения.

В 1950 г. в Институте точной механики и вычислительной техники ИТМ и ВТ организован отдел цифровых ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. В 1951 г. здесь была спроектирована машина БЭСМ Большая Электронная Счтная Машина , а в 1952 г. началась е опытная эксплуатация. В проекте вначале предполагалось применить память на трубках

Вильямса, но до 1955 г. в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линии задержки. По тем временам БЭСМ была весьма производительной машиной - 800 оп с. Она имела трхадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию, пакетам прикладных программ. Серийно машина стала выпускаться в 1956 г. под названием

БЭСМ - 2. В этот же период в КБ, руководимом М. А . Лесечко, началось проектирование другой ЭВМ, получившей название Стрела . Осваивать серийное производство этой машины было поручено московскому заводу САМ. Главным конструктором стал Ю. А. Базилевский, а одним из его помощников - Б. И. Рамеев, в дальнейшем конструктор серии Урал .

Проблемы серийного производства предопределили некоторые особенности Стрелы невысокое по сравнению с БЭСМ быстродействие, просторный монтаж и т. д. В машине в качестве внешней памяти применялись 45 - дорожечные магнитные ленты, а оперативная память - на трубках Вильямса. Стрела имела большую разрядность и удобную систему команд. Первая ЭВМ Стрела была установлена в отделении прикладной математики

Математического института АН МИАН , а в конце 1953 г. началось серийное е производство. В лаборатории электросхем энергетического института под руководством И. С. Брука в 1951 г. построили макет небольшой ЭВМ первого поколения под названием М-1. В следующем году здесь была созлана вычислительная машина М - 2, которая положила начало созданию экономичных машин среднего класса.

Одним из ведущих разработчиков данной машины был М. А. Карцев, внсший впоследствии большой вклад в развитие отечественной вычислительной техники. В машине М - 2 использовались 1879 ламп, меньше, чем в Стреле , а средняя производительность составляла 2000 оп с. Были задействованы 3 типа памяти электростатическая на 34 трубках

Вильямса, на магнитном барабане и на магнитной ленте с использованием обычного для того времени магнитофона МАГ - 8. В 1955 - 1956 г.г. коллектив лаборатории выпустил малую ЭВМ М - 3 с быстродействием 30 оп с и оперативной памятью на магнитном барабане. Особенность М - 3 заключалась в том, что для центрального устройства управления был использован асинхронный принцип работы. Необходимо отметить, что в 1956 г. коллектив

И. С. Брука выделился из состава энергетического института и образовал Лабораторию управляющих машин и систем, ставшую впоследствии Институтом электронных управляющих машин ИНЭУМ . Ещ одна разработка малой вычислительной машины под названием Урал была закончена в 1954 г. коллективом сотрудников под руководством Рамеева Эта машина стала родоначальником целого семейства

Уралов , последняя серия которых Урал -16 , была выпущена в 1967 г. Простота машины, удачная конструкция, невысокая стоимость обусловили е широкое применение. В 1955 г. был создан Вычислительный центр Академии наук, предназначенный для ведения научной работы в области машинной математики и для предоставления открытого вычислительного обслуживания другим организациям Академии. Во второй половине 50 - х г.г. в нашей стране было выпущено ещ 8 типов машин по вакуумно -

ламповой технологии. Из них наиболее удачной была ЭВМ М - 20, созданная под руководством С. А. Лебедева, который в 1954 г. возглавил ИТМ и ВТ. Машина отличалась высокой производительностью 20 тыс. оп с , что было достигнуто использованием совершенной элементной базы и соответствующей функционально - структурной организации. Как отмечают А. И. Ершов и М. Р. Шура - Бура, эта солидная основа возлагала большую ответственность

на разработчиков, поскольку машина, а более точно е архитектуре, предстояло воплотиться в нескольких крупных сериях М - 20, БЭСМ - 3М, БЭСМ - 4, М - 220, М - 222 . Серийный выпуск ЭВМ М - 20 был начат в 1959 г В 1958 г. под руководством В. М. Глушкова 1923 - 1982 в Институте кибернетики АН Украины была создана вычислительная машина

Киев , имевшая производительность 6 - 10 тыс. оп с. ЭВМ Киев впервые в нашей стране использовалась для дистанционного управления технологическими процессами. В то же время в Минске под руководством Г. П. Лопато и В. В. Пржиялковского начались работы по созданию первой машины известного в дальнейшем семейства Минск - 1 . Она выпускалась минским заводом вычислительных машин в различных модификациях

Минск - 1 , Минск - 11 , Минск - 12 , Минск - 14 . Машина широко использовалась в вычислительных центрах нашей страны. Средняя производительность машины составляла 2 - 3 тыс. оп с. При рассмотрении техники компьютеров первого поколения, необходимо особо остановиться на одном из устройств ввода - вывода. С начала появления первых компьютеров выявилось противоречие между высоким быстродействием

центральных устройств и низкой скоростью работы внешних устройств. Кроме того, выявилось несовершенство и неудобство этих устройств.