Как появились компьютеры

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 ещё 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 четвёртого и пятого поколений.

Для понимания истории компьютерной техники введённая 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 нём 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 ввёл в её 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 изобрёл

электронную лампу - усилитель, или аудион, как он её тогда назвал, имевший

третий электрод - сетку. Им был введён 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 учёные 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 развёртывания 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 ёмкостью 1000 12 -разрядных десятичных

чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки.

Вскоре после ввода в эксплуатацию машины UNVIAC - 1 её 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.

[pic]

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

32[pic]32[pic]17 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для

16 - разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на чётность.

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

Счётная Машина ), а в 1952 г. началась её 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 трёхадресную 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 её 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, внёсший

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 ).

Ещё 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 её

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 ещё 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 её

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.

Первым носителем данных в компьютерах, как известно, была перфокарта.

Затем появились перфорационные бумажные ленты или просто перфоленты. Они

пришли из телеграфной техники после того, как в начале XIX в. отец и сын из

Чикаго Чарлз и Говард Крамы изобрели телетайп. Перфоленты стали заменять

перфокарты в табуляторах, а затем в первых компьютерах - в релейных

машинах Д. Штибитца и Г. Айкена, в английских машинах ’’ Колосс ’’ из

Блетчи - Парка и др.

Первые нововведения в системах ввода - вывода были отмечены в машине

’’ Whirlwind - 1 ’’ Идспользовались 2 устройства : электронно - лучевая