Как появились компьютеры
Работа из раздела: «
Программирование и комп-ры»
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
