2.2 Электронные вычислительные машины

На роль первой электронной вычислительной машины претендуют несколько разработок и проектов. Несомненно, что ЭВМ «Эдвак», созданная в 1946 году американцами Мочли, Экертом и фон Нейманом, является одним из первых и законченных проектов (скорость– 100 операций в секунду и построена на электронных лампах). В 1945 году фон Нейман опубликовал статью «Предварительный доклад о машине ЭДВАК», и это стало первой работой по цифровым электронным компьютерам, с которой познакомились широкие круги научной общественности. В этом докладе Нейман выделил и детально описал основные принципы построения компьютера. Компьютер должен обязательно иметь следующие устройства:

— арифметическо– логическое устройство (АЛУ);

— центральное устройство управления;

— запоминающее устройство или память;

— устройства ввода– вывода информации.

Выполнение операций должно производиться в электронной форме, последовательно одна за другой в двоичной системе счисления.

Позже Мочли и Экерт основали свою компанию и в 1951 году выпустили компьютер «Юнивак», который обрабатывал цифровую и алфавитную информацию и поступил в свободную продажу. Это был первый коммерческий проект для компьютеров.

Работы по созданию отечественных ЭВМ начались в нашей стране только после окончания войны. В 1949 году в нашу страну пришли сообщения, что в США в 1946 году была создана первая ЭВМ «ЭДВАК». Появились и другие сообщения в области разработки ЭВМ за рубежом. В целях развития работ по разработке ЭВМ были созданы: в Академии Наук– Институт точной механики и вычислительной техники ( ИТМ и ВТ ) ; в промышленности–Научно–исследовательский институт счетного машиностроения (НИИСЧЕТМАШ ), специальное конструкторское бюро (СКБ–245) и завод Счетно–аналитических машин (САМ). Согласно постановлению правительства, поручалось разработать две электронные вычислительные машины–одну ИТМ и ВТ, которая получила название БЭСМ (большая электронная счетная машина).

Создание второй машины было поручено СКБ–245 и «НИИСЧЕТМАШУ». Эта машина получила название «Стрела», над которой одновременно работали оба коллектива.

Генеральным конструктором БЭСМ был назначен С.А.Лебедев, «Стрелы»– Ю.А. Базилевский и Б.И.Рамеев. Это был 1950 год. В 1953 году обе машины были приняты в эксплуатацию.Производительность БЭСМ составляла 8–10 тысяч операций в секунду, «Стрелы»– 2 тысячи операций в секунду. В вычислительный центр АН СССР в 1955 году были переданы две ЭВМ– БЭСМ и «Стрела», которые работали круглосуточно и не могли справится с потоком задач. План расчетов на ЭВМ составлялся на неделю и утверждался Председателем правительства. Необходимо было создать ЭВМ более высокой производительности. Была создана ЭВМ М–20 с быстродействием 20 тысяч операций в секунду.

Вычислительные машины шестидесятых годов характеризуются, прежде всего, переходом элементной базы с ламп к полупроводниковым диодам и транзисторам, а также новыми решениями в структуре ЭВМ и программным обеспечением.

Первой ЭВМ, построенной полностью на полупроводниковых диодах и транзисторах, стала TRADIC. Машина состояла из 700 транзисторов и 10000 диодов и использовалась в качестве бортовой ЭВМ. Следует отметить полностью полупроводниковые ЭВМ ТХ–0 и PDP–1, которые были установлены в Массачусетском технологическом институте. Студенты МТИ с энтузиазмом осваивали неизвестные ранее устройства и искали самые разнообразные формы их применения. Они стали называть себя хакерами. Один из хакеров Стефан Пайфер написал программу для PDP–1, которая помогала студентам редактировать текст написанных ими программ, а также готовить курсовые проекты и задания. При подготовке письменных работ можно было вносить изменения в перфоленту, а затем считывать исправленный текст. Это была одна из первых программ для обработки текста.

В составе процессоров появились индексные регистры. С использованием индексного регистра, адрес элемента массива вычислялся как сумма адресной части команды и содержимого индексного регистра.

Появились процессоры ввода–вывода позволяющие освободить центральный процессор. В это время в СССР были разработаны и запущены в производство машины серии Урал, Минск, БЭСМ–4, М–40, и т.д. В США – IBM 7030.

В сфере программного обеспечения появились универсальные языки программирования Фортран (1956г.), Алгол (1958г.), Кобол (1959г.)

Семидесятые годы характеризуются массовым переходом от отдельных полупроводниковых элементов к интегральным схемам (ИС) и началом применения полупроводниковых запоминающих устройств.

В 1964г. Сеймур Крей построил вычислительную систему СDC 6600, в архитектуру которой впервые был заложен функциональный параллелизм. Благодаря наличию 10 независимых функциональных блоков, способных работать параллельно и 32 независимых модулей памяти удалось достичь быстродействия 1 миллион операций в секунду, а в 1969г. Крей создал CDC 7600 с конвейерными функциональными блоками и быстродействием 10 миллионов в секунду.

В 1964 году фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM–360,ставших первыми компьютерами, которые имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью. При создании моделей семейства использовался ряд новых принципов, что делало машины универсальными и позволило с одинаковой эффективностью применять их как для решения задач в различных областях науки и техники, так и для обработки данных в сфере управления и бизнеса. Число 360 в названии указывает на способность машин работать во всех направлениях — в пределах 360°.

Наиболее важные нововведения:

— операционная система, содержала трансляторы для наиболее распространенных языков программирования (Фортран, Кобол, RPG, Алгол 60, PL/1), причём имелась возможность включать в систему трансляторы для других языков;

— «универсальность» системы команд, которая обеспечивалась путём добавления дополнительных команд для различных целей и так называемой стандартной системой команд; — возможность подключения большого количества внешних устройств и стандартного сопряжения этих устройств с процессором через аппаратуру каналов связи (имелась возможность объединять несколько машин в одну вычислительную систему); — организация памяти, не зависящей от физической реализации, обеспечивающая простое перемещение и гибкую защиту программ;

— мощная система аппаратно–программных прерываний,

позволяющая организовать эффективную работу машин в реальном

масштабе времени.

Структура и архитектура этих машин с теми или иными изменениями в элементной базе были воспроизведены в ряде семейств ЭВМ многих стран. Первые образцы компьютеров семейства IBM/360 положили начало ЭВМ следующего поколения. Они поступили к заказчикам во второй половине 1965г., а к 1970г. было разработано 15 моделей, из которых самая малая(IBM/360–20–10) была примерно в 50 раз дешевле и в 100 раз менее

производительна по сравнению с самой большой IBM/360–95. Модульная операционная система ОS/360 имела уровни, предназначенные для самых разнообразных конфигураций аппаратной части. Главный разработчик операционной системы OS/360 Фред Брукс сравнил важность ее появления с тем значением, которое имели расщепление атома и запуск спутника.

В разработку семейств с универсальной масштабируемой архитектурой руководство IBM вложило 5 млрд. долларов – сумму, беспрецедентную для частной компании времен 1960–х годов. Этот проект полностью изменил отраслевые стандарты, да и всю компьютерную индустрию, сделав позиции IBM на рынках больших ЭВМ практически неуязвимыми. Логическая структура System 360 послужила основой для разработки в 1967г. семейства бортовых машин и почти десятка систем стратегического назначения. Наиболее знаменитые бортовые компьютеры IBM для космических аппаратов Gemeni и Apollo, а также машины для систем управления полётами в Хьюстоне. В 1969–71 годах компьютеры IBM обеспечивали высадку американских астронавтов на Луну, в 1973г. IBM выполнила заказ NASA на поставку компьютерного оборудования для программы «Союз– Аполлон». Впоследствии IBM приняла участие и в программе полётов космических челноков «Шаттл».

Владельцы System 360 могли в случаи необходимости модернизировать оборудование и программное обеспечение по частям, что давало существенную экономию средств. К концу 1960–х годов IBM господствовала на компьютерном рынке, объем сбыта ее продукции превысил 3 млрд. долларов.

Среди ЭBM, разработанных в этот период, необходимо отметить большую электронно–счетную машину БЭСМ–6, Генеральный конструктор академик Лебедев С.А. В электронных схемах БЭСМ–6 использовались 60 тысяч транзисторов и 180 тысяч диодов. В середине 1967г. машина была сдана в эксплуатацию и выпускалась промышленностью вплоть до 1990г. На основе БЭСМ–6 были созданы центры коллективного пользования, системы управления в реальном масштабе, системы телеобработки и т.д. Она использовалась для моделирования физических процессов и процессов управления, в системах автоматизированного проектирования и т.д. Продолжением ЭВМ серии М20 были М–220, М–222, выполнявшие до 200 тысяч операций в секунду. В 1970г. появилась ранняя версия операционной системы UNIX.

В истории развития отечественной вычислительной техники сыграло свою роль решение о создании Единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) по аналогии с семейством IBM 360, с опозданием почти на 5 лет — в 1967г. Специалисты до сих пор не едины в оценке принятого решения: одни считают, что копирование IBM 360 сильно затормозило развитие отечественной вычислительной техники, другие — что это привело к стандартизации выпуска вычислительной техники в стране.

Было принято решение по аналогии с IBM создать 6 моделей Единой системы-ЕС–1010, ЕС–1020, ЕС–1040, ЕС–1050, ЕС–1060, программно и аппаратно совместимых. Был создан Научно–исследовательский центр электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ). В 1972г. была выпущена первая модель ЕС–1010 с быстродействием 10–15 тысяч операций в секунду. Предполагалось, что ЕС–1060 будет иметь быстродействие 1 млн. операций в секунду. Предусматривалось, что по мере освоения этой серии машин, которые получили условное наименование ЕС ЭВМ «Ряд–1», будет продолжаться дальнейшая модернизация этого парка и выпуск моделей ЕС ЭВМ следующих поколений Ряд–2, Ряд–3 и т.д. Новые поколения превосходили модели Ряд–1 по быстродействию, объемам памяти, современными устройствами ввода–вывода и т.д.. Всего было выпушено с 1972–1990гг. около 17 тысяч вычислительных машин серии ЕС ЭВМ. Если оценивать эту работу в целом, то надо сказать, что учёные и инженеры, овладели новой технологией проектирования и изготовления ЭВМ,

разработали обширный комплекс периферийных систем и т.д.

На предыдущих этапах развитие вычислительной техники определялось прежде всего резкими технологическими прорывами в элементной базе (реле — электронные лампы — полупроводники — интегральные схемы — большие интегральные схемы и т.д.) Все эти стадии имели чётко выраженные отличия и вполне определённые хронологические рамки. Дальнейшие развитие вычислительной техники определяется результатами накопления отдельных частных достижений, главным образом в архитектуре вычислительных машин и систем (RISC, матричная, конвейерная, векторная и т.д.) и в несколько меньшей мере в сфере

технологий.