История вычислительной техники

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)

была начата примерно в 1947 г. Эккертом  и  Маучли.  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.

      По сравнению с США, СССР  и Англией развитие электронной  вычислительной

техники в Японии, ФРГ и Италии задержалось. Первая японская машина  "Фуджик"

была введена  в эксплуатацию в 1956 году, серийное  производство  ЭВМ  в  ФРГ

началось лишь в 1958 году.

      Возможности машин первого   поколения  были  достаточно  скромны.  Так,

быстродействие  их по нынешним понятиям было  малым:  от  100  («Урал-1»)  до

20 000 операций в  секунду (М-20 в  1959  году).  Эти цифры определялись  в

первую очередь  инерционностью вакуумных ламп и  несовершенством  запоминающих

устройств. Объем  оперативной памяти был крайне мал  – в среднем  2 048  чисел

(слов), этого не  хватало даже для размещения  сложных  программ,  не  говоря

уже  о  данных.  Промежуточная  память  организовывалась  на  громоздких   и

тихоходных магнитных  барабанах сравнительно небольшой  емкости (5 120 слов  у

БЭСМ-1). Медленно работали и печатающие  устройства,  а  также  блоки  ввода

данных. Если же  остановиться  подробнее  на  устройствах  ввода-вывода,  то

можно  сказать,  что  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.

      ЭВМ первого поколения, эти   жесткие  и  тихоходные  вычислители,  были

пионерами компьютерной техники. Они довольно быстро сошли  со сцены, так  как

не нашли  широкого  коммерческого применения  из-за  ненадежности,  высокой

стоимости, трудности  программирования. 
 

Транзисторы. ЭВМ 2-го поколения. 

      Элементной базой второго поколения  стали полупроводники. Без сомнения,

транзисторы можно  считать одним из наиболее впечатляющих чудес XX века.

      Патент на открытие транзистора  был выдан в 1948  году  американцам   Д.

Бардину и У.Браттейну, а через восемь лет они вместе с теоретиком  В.  Шокли

стали  лауреатами  Нобелевской  премии.  Скорости  переключения  уже  первых

транзисторных  элементов  оказались  в  сотни  раз   выше,   чем   ламповых,

надежность и  экономичность – тоже. Впервые  стала широко  применяться  память

на ферритовых  сердечниках  и  тонких  магнитных  пленках,  были  опробованы

индуктивные элементы – параметроны.

      Первая бортовая ЭВМ  для   установки  на  межконтинентальной  ракете  –

«Атлас» –  была  введена  в  эксплуатацию  в  США  в  1955  году.  В  машине

использовалось 20 тысяч транзисторов и диодов, она  потребляла  4  киловатта.

В  1961  году  наземные  компьютеры  «стретч»  фирмы   «Бэрроуз»   управляли

космическими полетами ракет  «Атлас»,  а  машины  фирмы  IBM  контролировали

полет  астронавта  Гордона  Купера.  Под  контролем  ЭВМ  проходили   полеты

беспилотных кораблей типа «Рейнджер» к Луне в 1964  году,  а  также  корабля

«Маринер» к Марсу. Аналогичные функции выполняли  и советские компьютеры.

      В 1956 г. фирмой IBM были разработаны  плавающие магнитные  головки   на

воздушной подушке. Изобретение их  позволило  создать  новый  тип  памяти  –

дисковые запоминающие устройства, значимость  которых  была  в  полной  мере

оценена в последующие  десятилетия развития  вычислительной  техники.  Первые

запоминающие устройства 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.

      Первые серийные универсальные ЭВМ на транзисторах были выпущены в 1958

году одновременно в США, ФРГ и Японии.

      В Советском Союзе  первые  безламповые  машины  «Сетунь»,  «Раздан»  и

«Раздан-2»  были  созданы  в  1959-1961  годах.  В  60-х   годах   советские

конструкторы  разработали  около  30  моделей   транзисторных   компьютеров,

большинство которых  стали выпускаться серийно.  Наиболее  мощный  из  них  –

«Минск-32» выполнял 65 тысяч операций в секунду. Появились  целые  семейства

машин: «Урал», «Минск», БЭСМ.

      Рекордсменом  среди  ЭВМ  второго  поколения  стала  БЭСМ-6,   имевшая

быстродействие  около  миллиона  операций  в  секунду  –   одна   из   самых

производительных  в мире. Архитектура и многие  технические  решения  в  этом

компьютере были настолько прогрессивными и опережающими свое время,  что он

успешно использовался  почти до нашего времени.

      Специально  для  автоматизации   инженерных   расчетов   в   Институте

кибернетики Академии наук УССР  под  руководством  академика  В.М.  Глушкова

были разработаны  компьютеры МИР (1966) и МИР-2 (1969).  Важной  особенностью

машины МИР-2 явилось  использование  телевизионного  экрана  для  визуального

контроля  информации  и  светового  пера,  с  помощью  которого  можно  было

корректировать  данные прямо на экране.

      Построение таких систем, имевших в своем составе около 100  тысяч

переключательных  элементов, было бы просто невозможным  на  основе  ламповой

техники.  Таким  образом  второе  поколение  рождалось  в  недрах   первого,

перенимая многие его черты. Однако к  середине  60-х  годов  бум  в  области

транзисторного  производства достиг максимума –  произошло  насыщение  рынка.

Дело в том, что  сборка электронного оборудования представляла  собой  весьма

трудоемкий и  медленный  процесс,  который  плохо  поддавался  механизации  и

автоматизации.  Таким  образом,  созрели  условия  для  перехода   к   новой

технологии, которая  позволила бы приспособиться к  растущей  сложности  схем

путем исключения традиционных соединений между их элементами. 
 

Интегральные  схемы. ЭВМ 3-го поколения 

      Приоритет в изобретении интегральных  схем,  ставших  элементной  базой

ЭВМ третьего поколения,  принадлежит  американским  ученым  Д.  Килби  и  Р.

Нойсу, сделавшим  это открытие независимо  друг  от  друга.  Массовый  выпуск

интегральных схем начался в 1962 году, а в 1964 начал  быстро  осуществляться

переход от дискретных элементов к  интегральным.  Упоминавшийся  выше  ЭНИАК

размерами 9(15 метров в 1971 году мог бы  быть  собран  на  пластине  в  1,5

квадратных    сантиметра.    Началось    перевоплощение    электроники     в

микроэлектронику.

      Несмотря на успехи интегральной  техники и появление мини-ЭВМ,  в  60-х

годах  продолжали  доминировать  большие  машины.  Таким   образом,   третье

поколение компьютеров, зарождаясь внутри второго,  постепенно  вырастало  из

него.

      Первая  массовая  серия  машин   на   интегральных   элементах   стала

выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта серия, известная  под названием  IBM-

360, оказала значительное  влияние на развитие вычислительной техники  второй

половины  60-х  годов.  Она  объединила  целое  семейство  ЭВМ   с   широким

диапазоном производительности, причем совместимых друг с  другом.  Последнее

означало, что машины стало возможно  связывать  в  комплексы,  а  также  без

всяких переделок  переносить программы, написанные для  одной  ЭВМ,  на  любую

другую из этой серии.  Таким  образом,  впервые  было  выявлено  коммерчески

выгодное требование стандартизации аппаратного  и  программного  обеспечения

ЭВМ.

      В СССР первой серийной ЭВМ на интегральных схемах была машина  «Наири-

3», появившаяся  в 1970 году. Со второй половины 60-х  годов  Советский   Союз

совместно со странами СЭВ приступил  к  разработке  семейства  универсальных

машин,  аналогичного  системе  ibm-360.  В  1972  году   началось   серийное

производство стартовой, наименее мощной модели  Единой  Системы  –  ЭВМ  ЕС-

1010, а еще через  год – пяти других моделей.  Их быстродействие находилась  в

пределах от десяти тысяч (ЕС-1010) до двух миллионов  (ЕС-1060)  операций  в

секунду.

      В рамках третьего поколения  в США  была  построена   уникальная  машина

«ИЛЛИАК-4»,  в  составе  которой  в  первоначальном  варианте  планировалось

использовать 256  устройств  обработки  данных,  выполненных  на  монолитных

интегральных схемах. Позднее проект  был  изменен,  из-за  довольно  высокой

стоимости  (более  16  миллионов  долларов).  Число   процессоров   пришлось

сократить до 64, а  также перейти к  интегральным  схемам  с  малой  степенью

интеграции.  Сокращенный  вариант  проекта был завершен   в   1972   году,

номинальное быстродействие «ИЛЛИАК-4» составило  200  миллионов  операций  в

секунду. Почти  год этот компьютер был рекордсменом в скорости вычислений.

      Именно в  период  развития  третьего  поколения  возникла  чрезвычайно

мощная индустрия  вычислительной техники, которая начала выпускать в  больших

количествах ЭВМ  для массового коммерческого  применения. Компьютеры все  чаще

стали  включаться  в   информационные   системы   или   системы   управления

производствами. Они  выступили  в  качестве  очевидного  рычага  современной

промышленной революции. 
 

Сверхбольшие  интегральные схемы (СБИС). ЭВМ 4-го поколения 

      Начало 70-х годов знаменует переход  к компьютерам четвертого поколения

– на сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Другим  признаком  ЭВМ  нового