Главная arrow Интегральные микросхемы arrow История создания ЭВМ
Как начинался компьютер
Компьютерная революция
Двоичный код
Разработки военных лет
Интегральные микросхемы
Микрокомпьютер
Персоны
Сеть
Язык компьютера
Развитие ПО
Гибкие системы
Средства разработки
Информатика
Вычислительная наука
Операционные системы
Искусственный интеллект
Предыстория
Поиск
Знания и рассуждения
Логика
Робототехника
 

 
История создания ЭВМ Печать

Когда говорят о техническом прогрессе в области электронных вычислительных машин, то обычно выделяют пять этапов, которые рассматривают во взаимосвязи с применяемом на каждом из них элементной базой: электронные лампы, полупроводниковые (дискретные) диоды и транзисторы, интегральные микросхемы различной степени интеграции.

Первые ЭВМ, изготовленные с использованием электронных ламп 1-е поколение ЭВМ, были созданы исключительно для выполнения объемных научно-технических расчетов. Эти установки имели гигантские по сегодняшним масштабам размеры, отличались большим энергопотреблением, требовали высоких капитальных и эксплуатационных расходов. Например, первая в мире ЭВМ «ЭНИАК» созданная в 1945 г. учеными Пенсильванского университета (США), весила 30 т, содержала 18000 электронных ламп и стоила почти 2,8 миллиона долларов по ценам того времени. При этом она выполняла около 5000 операций сложения или примерно 360 операций умножения в секунду.

Первые отечественные ламповые вычислительные машины МЭСМ и БЭСМ были созданы под руководством академика С. А. Лебедева. МЭСМ (малая электронная счетная машина), созданная в 1951 г., сыграла важную роль в подготовке первых в стране программистов, инженеров и конструкторов ЭВМ, интенсифицировала разработку электронных элементов специально для применения в ЭВМ. БЭСМ (большая электронная счетная машина), являясь в то время самой быстродействующей ЭВМ в мире (8000 опер/с), открыла серию машин, получивших широкое распространение в СССР. В первой половине 50-х гг. у нас в стране появились ЭВМ серий «Стрела» и «Урал», а в 60-х гг.— «Проминь», «Мир», «Минск», «Раздан». Эти машины могли справиться с широким кругом математических и логических задач, встречающихся при решении научных и сложных инженерных проблем.

Освоение и промышленный выпуск полупроводниковых приборов обеспечили замену «громоздких и горячих» электронных ламп «миниатюрными и теплыми» транзисторами. Это привело к созданию вычислительных устройств, характеризующихся более высокими быстродействием, надежностью и функциональными возможностями при меньших габаритах, стоимости и эксплуатационных расходах 2-е поколение.

Однако представить смену поколений ЭВМ лишь как замену элементной базы, приведшей к повышению технических характеристик, было бы неверно. Новые элементы преобразили «душу» ЭВМ. К этому времени она научилась «понимать» соответствующий язык, и любой человек, владеющий этим языком, мог «общаться» с машиной. Однако общение это осуществлялось, как правило, посредством операторов, обслуживающих устройства подготовки данных перфораторы и ЭВМ. В непосредственный контакт с машиной вступал лишь «привилегированный класс» операторов-программистов и инженеров по эксплуатации ЭВМ.

Серийные машины 2-го поколения «Минск-32» и «Урал-16» имели быстродействие порядка 250000 и 100000 опер/с. Их оперативная память удерживала соответственно 65 000 и500 000 чисел. ЭВМ «Минск-32», например, могла работать со 136 внешними устройствами, а управлял ею один оператор с помощью пишущей машинки.

Легенда отечественных ЭВМ: БЭСМ-6

Еще более совершенной была БЭСМ-6 (выпуск 1967 г.). Не быстродействие — 1 млн опер/с. Оперативная память машины позволяла хранить 128000 чисел, а промежуточная на магнитном барабане — 512000 чисел. Каждый из 32 подключаемых к ЭВМ магнитофонов обеспечивал хранение на магнитной ленте до миллиона машинных слов (5000 страниц текста). БЭСМ-6 отличает не только то, что она была одной из самых лучших в мире машин второго поколения, но и удивительная «живучесть», обеспечившая ее эксплуатацию до настоящего времени.

Появление быстродействующих устройств ввода (способных пропускать до 1000 перфокарт в минуту), алфавитно-цифровых печатающих устройств (АЦПУ), графопостроителей дало возможность гибко менять форму выдачи результатов, например печатать их в виде таблиц со словесным описанием приведенных величин либо оформлять в виде готовых графиков. Все это существенно облегчило обработку результатов, повысило производительность человеческого труда. При этом возникло понятие «машина для обработки данных». В отличие от ЭВМ для научно-технических расчетов эта машина должна обладать такими свойствами, как хранение (накопление, запоминание), ввод и вывод больших массивов чисел, тогда как процессы обработки (вычислительные операции) отступают на задний план.

На втором этапе развития ЭВМ были предприняты попытки использовать вычислительную машину для управления промышленными технологическими процессами, породившие так называемые управляющие вычислительные машины (УВМ). Такие ЭВМ в первую очередь наблюдали за измеряемыми показателями процессов, рассчитывали и вырабатывали управляющие воздействия либо помогали (что более характерно для ЭВМ второго поколения) оператору вести управление. При этом возникла новая для ЭВМ ситуация: результаты расчетов могли быть использованы лишь тогда, когда они не только верны, но и своевременно подготовлены для использования. Такой режим работы ЭВМ специалисты называют работой в реальном масштабе времени.

К концу 60-х гг. стало ясно, что для повышения эффективности использования ЭВМ при обработке данных и управлении необходимо создавать модели ЭВМ разной производительности, но одинаковые по своей организации и обладающие программной совместимостью. Последнее означает возможность использовать запас программ, написанных для одной ЭВМ, на машинах других • моделей, за счет чего снижаются затраты на обработку информации.

Принцип программной совместимости и технология интегральных схем положили начало третьему этапу развития ЭВМ. Для машин 3-го поколения характерно не только улучшение габаритно-стоимостных показателей, но и модульный принцип организации технических и программных средств, обеспечивший возможность составлять приспособленную для соответствующего конкретного назначения конфигурацию ЭВМ. Машины 3-го поколения обрабатывают не только числа, но и слова, тексты, т. е. оперируют буквенно-цифровой информацией. Изменилась и форма общения человека с машиной. Пользователи получили доступ к ЭВМ. Машина через выносной терминал «сама пришла» к человеку в его служебное помещение. Спираль развития вычислительной техники и ее использования человеком завершила очередной виток.

Начало создания универсальных машин третьего поколения положила фирма IBM (США), приступившая в 1966 г. к выпуску машин серии IBM-360. Выпуск машин данного класса, совместимых с IBM, в рамках единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) в странах — членах СЭВ начался в 1972 г.

ЭВМ: ЕС-1010
В ЕС ЭВМ приняты единые стандарты на технические характеристики всех устройств и узлов, на системы кодов, операций, средств программирования. Все модели ЕС ЭВМ имеют общий состав периферийных устройств, обеспечивающих ввод-вывод информации. В них предусмотрена возможность связи с абонентами по телефонно-телеграфным линиям с использованием терминальных пультов, включающих устройства алфавитно-цифрового и графического отображения данных на экранах электронно-лучевых трубок.

Каждая модель ЕС ЭВМ имеет свой собственный процессор, являющийся как бы ядром этой модели. Весь ряд таких моделей строится в порядке возрастания их быстродействия от нескольких тысяч (ЕС 1010, Венгрия) до миллионов (ЕС 1065, СССР) операций в секунду.

На третьем этапе линия управляющих ЭВМ частично снова сливается с линией ЭВМ для обработки данных. Однако отдельные ветви ЭВМ продолжают развиваться самостоятельно. Появились меньшие по объему установки. При этом возникли новые понятия: малые ЭВМ, малые управляющие ЭВМ, мини-ЭВМ. В 1974 г. страны — члены СЭВ, а также Куба и Румыния объединили свои усилия в области создания семейства малых ЭВМ (СМ ЭВМ), предназначенных для использования в информационно-измерительных и управляющих системах. С появлением малых ЭВМ возникло еще одно направление использования вычислительной техники: децентрализованная обработка данных и использование ЭВМ в непосредственной близости от рабочих мест (настольные ЭВМ).

На этом же этапе зародились суперЭВМ, целевой установкой при разработке которых было и остается достижение максимальной производительности вычислительных процессов (нескольких сотен миллионов операций в секунду). Их возникновение определено необходимостью решения научно-технических задач (например, современных задач аэродинамики и ядерной физики), предполагающих выполнение значительного числа операций (для указанного примера не менее 1013) за ограниченный промежуток времени. Очевидно, что суперЭВМ весьма сложны и дороги, а поэтому в настоящее время насчитывается немногим более 150 таких машин во всем мире.

Четвертое поколение ЭВМ служит еще одним примером перехода количества в качество. При их создании как будто не произошло ничего особенного. Просто интеграция электронных схем повысилась настолько, что стало технически возможным сосредоточить значительное число функциональных устройств в одной большой интегральной схеме (БИС) и, таким образом, изготовить по этой технологии большие (по функциональным возможностям) блоки или всю ЭВМ в целом.

Но появление БИС — это не только создание более совершенной элементной базы ЭВМ. Оно создало предпосылки для качественного изменения вычислительной техники. Применение БИС привело к новым представлениям о функциональных возможностях элементов и узлов ЭВМ. Разработка (1969 г., Intel, США) и промышленное освоение микропроцессоров (МП) обеспечили широкие возможности для децентрализации вычислительной мощности и встраивания вычислительных средств в оборудование и приборы.

До этого соотношение стоимости и производительности было в пользу больших вычислительных установок и потому господствовали тенденции возрастающих централизации и мощности ЭВМ. С появлением МП стоимость ЭВМ резко снизилась, что послужило толчком к развитию децентрализованного принципа построения вычислительных систем. Один из примеров — «Машина связи» (Thinking Machines, США). Эта машина с объемом 1,5 м3 может производить несколько миллиардов операций в секунду, т. е. превосходит в скорости гораздо более крупные суперЭВМ, будучи в четыре раза дешевле их.

При одной из демонстраций «Машина связи» за одну двадцатую долю секунды «прочитала» 16000 сообщений типа газетных новостей и за 3 мин рассчитала схему кристалла с 4000 транзисторов. Столь высокое быстродействие «Машины связи» объясняется тем, что она содержит более 65 000 МП, каждый из которых обладает собственной памятью небольшого объема. Более того, каждый МП прямо или косвенно соединен со всеми остальными узлами, так что схема машины может перестраиваться электронным путем в соответствии с особенностями задачи, которую в данный момент предстоит решить.

На базе МП строятся микроЭВМ и микроконтроллеры. МикроЭВМ содержит МП вместе с запоминающим устройством, устройством ввода-вывода информации и устройствами связи. Эти устройства могут выполняться в виде отдельных БИС либо на одном кристалле с процессором (однокристальные микроЭВМ).

Если МП выполняет функции управления, его называют контроллером (нельзя считать контроллер контролирующим устройством — это не контролёр, а устройство управления). В современных ЭВМ микропроцессоры управляют, например, работой внешних устройств: дисковой и магнитофонной памятью, печатающим устройством, графопостроителем и т. д.

Эволюция микропроцессорной техники 70-х гг.— МП, микроЭВМ, персональные ЭВМ — в основном напоминает пройденные в 60-е гг. этапы развития мини-ЭВМ: от встраиваемых контроллеров — к функциям универсальных ЭВМ в системах распределенной обработки данных. Однако впечатляет разница в масштабах: общий парк мини-ЭВМ составлял 200 тыс. экземпляров за первые 10 лет их производства, тогда как общий объем производства МП оценивался к 1984 г. на уровне 200 млн в год.

Мини-ЭВМ приобреталась для работы, если в ней были заинтересованы 10—30 сотрудников (например, исследовательская группа или лаборатория, технологический участок, небольшая контора и т. д.), а универсальная микроЭВМ по экономическим соображениям стала индивидуальным инструментом, так называемой персональной ЭВМ.

С середины 70-х активно прорабатываются основы для построения машин 5-го поколения. В настоящее время еще рано говорить о завершении этих работ, хотя уже подготовлен теоретический и технический базис, позволяющий создавать новую архитектуру и обеспечивать реализацию новых функций, направленных на интеллектуализацию ЭВМ.

Этот базис — развивающаяся технология сверхбольших интегральных схем (СБИС), создание памяти повышенного объема, возрастающие возможности высокоскоростных элементов, расширение исследований в области искусственного интеллекта и распознавания образов, а также совместное развитие коммуникационных систем и систем обработки информации.