Передумови розвитку ЕОМ

Предпосылки розвитку ЕОМ.

На протязі життя лише одного покоління поруч із людиною виріс дивний нового вигляду: обчислювальні і подібні їм машини, із якими, як і виявив, йому доведеться ділити світ.

Ні історія, ні філософія, ні здоровий глузд що неспроможні підказати нам, щоб ці машини вплинуть наше життя у майбутньому, оскільки вони спрацьовують негаразд, як машини, створені в еру промислової революції.

Марвин Мінський.

Розглядаючи історію у суспільному розвиткові, марксисти стверджують, що '' історія їсти, ні що інше, як послідовна зміна окремих поколінь ''. Вочевидь, це справедливе й для історії комп’ютерів.

Ось лише деякі визначення терміна ''покоління комп’ютерів'', узяті з 2-х джерел. '' Покоління обчислювальних машин — це що склалося останнім часом розбивка обчислювальних машин на класи, зумовлені елементної базою і продуктивністю ''.(Паулин Р. Малий тлумачний словник по обчислювальної техніки: перекл. з ньому. М.: Енергія, 1975). '' Покоління комп’ютерів — нестрогая класифікація обчислювальних систем за рівнем розвитку апаратних й у останнім часом — програмних засобів ''.(Тлумачний словник по обчислювальним системам: Пер. з анг. М.: Машинобудування, 1990).

Твердження поняття приналежності комп’ютерів до того що чи іншому поколінню й поява сам термін '' покоління '' належить до 1964 р., коли фірма IBM випустила серію комп’ютерів IBM / 360 на гібридних мікросхемах (монолітні інтегральні схеми тоді не виготовлялися достатню кількість), назвавши цю серію комп’ютерами третього покоління. Відповідно попередні комп’ютери — на транзисторах і електронні лампи — комп’ютерами другого і третього поколінь. Надалі ця класифікація, вона до вживання, розширили і де з’явилися комп’ютери четвертого і п’ятого поколінь.

Для історії комп’ютерна техніка введённая класифікація мала, по крайнього заходу, два аспекти: перший — вся діяльність, що з комп’ютерами, аж до створення комп’ютерів ENIAC розглядали як передісторія; другий — розвиток комп’ютерна техніка визначалося у термінах технології апаратури і схем.

Другий момент свідчить і головний конструктор фірми DEC і з винахідників мини-компьютеров Г. Белл, кажучи, що '' історія комп’ютерної індустрії майже завжди рухалася технологією''.

Переходячи до оцінювання і розгляду різних поколінь, необхідно передусім помітити, що позаяк процес створення комп’ютерів відбувався й відбувається безупинно (у ньому беруть участь багато розробники із багатьох країн, мають працювати з рішенням різних проблем), важко, а окремих випадках і марно, намагається точно встановити, коли те чи інше покоління починалося чи закінчувалося.

У 1883 р. Томас Альва Едісон, намагаючись продовжити термін їхньої служби лампи із вугільною ниткою і запровадив у її вакуумний балон платиновий електрод позитивне напруга, то вакуумі між електродом і ниткою протікає струм.

Не знайшовши жодного пояснення настільки незвичному явища, Едісон обмежується тим, що докладно описав його, про всяк випадок взяв патент і відправлена лампу на Филадельфийскую виставку. Про неї у грудні 1884 р. у журналі ''Инженеринг'' була замітка '' Явище в лампочці Едісона''.

Американський винахідник не розпізнав відкриття виняткової ваги (власне було його єдине фундаментальне відкриття — термоэлектронная эмиссия).Он не зрозумів, що його лампа розжарювання з платиновим електродом сутнісно була найпершою у світі електронної лампою.

Першим, кому спала на думку думка про практичному використанні '' ефекту Едісона '' був англійський фізик Дж. А. Флемінг (1849 — 1945). Працюючи з 1882 р. консультантом эдисоновской компанії, у Лондоні, він знав про '' явище '' з рук — від самої Едісона. Свій діод — двухэлектродную лампу Флейминг створив 1904 р.

У 1906 р. американський інженер Лі де Форест винайшов електронну лампу — підсилювач, чи аудион, як і її тоді назвав, мав третій електрод — сітку. Їм був введений принцип, з урахуванням якого будувалися всі подальші електронні лампи, — управління струмом, протекающим між анодом і катодом, з допомогою інших допоміжних елементів.

У 1910 р. німецький інженери Либен, Рейнс і Штраус сконструювали триод, сітка у якому виконувалася у вигляді перфорованого аркуша алюмінію і поміщалася у центрі балона, а щоб емісійний струм, вони запропонували покрити нитку напруження шаром окису барію чи кальцію.

У 1911 р. американський фізик Ч. Д. Кулидж запропонував застосувати як покриття вольфрамової волоски розжарення ще окис торію — оксидный катод — і невдовзі одержав вольфрамовую дріт, яка здійснила переворот в лампової промисловості.

У 1915 р. американський фізик Ірвінг Ленгмюр сконструював двухэлектронную лампу — кенотрон, застосовується як выпрямительной лампи у поновлюваних джерелах харчування. У 1916 р. лампова промисловість стала випускати особливий тип конструкції ламп — генераторные лампи з водяником охолодженням.

Ідея лампи з цими двома сотками — тетрода пролунала в 1919 р. німецьким фізиком Вальтером Шоттки навіть від нього на 1923 р. — американцем Еге. У. Халлом, а реалізовано цю ідея англійцем Х. Дж. Раундом у другій половині 20-х рр.

У 1929 р. голландські вчені Р. Хольст і Б. Теллеген створили електронну лампу з 3-мя сітками — пентод. 1932;го р. створили гептод, в 1933 — гексод і пентагрид, в 1935 з’явилися лампи в металевих корпусах. Подальший розвиток електронних ламп йшло шляхом поліпшення функціональних характеристик, шляхом багатофункціонального використання.

Проекти і реалізація машин '' Марк — 1 '', EDSAC і EDVAC в Англії й США, МЕЛМ у СРСР заклали основу для розгортання робіт зі створення ЕОМ вакуумноламповой технології - серійних ЕОМ першого покоління.

Розробка першої електронної серійної машини UNIVAC (Universal Automatic Computer) розпочато приблизно 1947 р. Эккертом і Маучли, основавшими у грудні цього року фірму ECKERT-MAUCHLI. Перший зразок машини (UNIVAC-1) побудували для бюро перепису навіть пущений в експлуатацію навесні 1951 р. Синхронна, послідовного дії обчислювальну машину UNIVAC-1 створена з урахуванням ЕОМ ENIAC і EDVAC. Працювала вона із тактовою частотою 2,25 МГц і містила близько 5000 електронних ламп. Внутрішнє запам’ятовуючий пристрій в ёмкостью 1000 12 -розрядних десяткових чисел було реалізоване на 100 ртутних лініях затримки.

Невдовзі по входження у експлуатацію машини UNVIAC — 1 її розробники висунули ідею автоматичного програмування. Вона зводилася до того, щоб машина сама могла готувати таку послідовність команд, необхідна на вирішення даного завдання.

П’ятдесяті роки — роки розквіту комп’ютерна техніка, роки значимих досягнень і нововведень як і архітектурному, і у науково — технічному відношенні. Відмітні особливості в архітектурі сучасної ЕОМ проти неймановской архітектурою вперше з’явилися торік у ЕОМ першого покоління.

Сильним стримуючим чинником у роботі конструкторів ЕОМ початку 50 — x рр. була відсутність швидкодіючої пам’яті. За словами однієї з піонерів обчислювальної техніки — Д. Эккерта, '' архітектура машини визначається пам’яттю ''. Дослідники зосередили свої зусилля на запам’ятовувальних властивості ферритовых кілець, нанизаних на дротові матриці.

.

У 1951 р. в 22 — м томі '' Journal of Applid Phisics '' Дж. Форрестер статтю про застосування магнітних сердечників для зберігання цифрової інформації. У машині '' Whirlwind — 1 '' вперше застосували пам’ять на магніт. Вона являла собою 2 куба з 323217 сердечниками, що забезпечували зберігання 2048 слів для 16 — розрядних двійкових чисел з однією розрядом контролю на чётность.

У розробку електронних комп’ютерів включилася фірма IBM. У 1952 р. вона випустила свій «перший промисловий електронний комп’ютер IBM 701, який був синхронну ЕОМ паралельного дії, що містить 4000 електронних ламп і 12 000 германієвих діодів. Удосконалений варіант машини IBM 704 відрізнялася високої швидкістю роботи, у ній використовувалися індексні регістри і такі представляли у вигляді з плаваючою коми.

Після ЕОМ IBM 704 було випущено машина IBM 709, що у архітектурному плані наближалася до машин другого і третього поколінь. У цьому машині вперше застосували непряма адресація і вперше з’явилися канали введення — виведення.

У 1956 р. фірмою IBM розробили плаваючі магнітні голівки на повітряної подушці. Винахід їх дозволило створити новим типом пам’яті - дискові ЗУ, значимість яких було повною мірою поцінована в час наступні десятиліття розвитку обчислювальної техніки. Перші ЗУ на дисках з’явилися торік у машинах IBM 305 і RAMAC;

Последняя мала пакет, що складалася з 50 металевих дисків з магнітним покриттям, які оберталися зі швидкістю 12 000 про / хв. НА поверхні диска розміщувалося 100 доріжок для записи даних, по 10 000 знаків кожна.

Після першим серійним комп’ютером UNIVAC — 1 фірма Remington — Rand в 1952 р. випустила ЕОМ UNIVAC — 1103, яка працювала у 50 раз швидше. Пізніше, у комп’ютері UNIVAC — 1103 уперше були застосовані програмні переривання.

Співробітники фірми Remington — Rand використовували алгебраїчну форму записи алгоритмів під назвою '' Short Cocle '' (перший інтерпретатор, створений 1949 р. Джоном Маучли). З іншого боку, слід зазначити офіцера ВМФ навіть керівника групи програмістів, тоді капітана (надалі єдина жінка в ВМФадмірала) Грейс Хоппер, яка розробила першу програмукомпілятор АПро. (До речі, термін «компілятор «вперше запровадила Р. Хоппер 1951;го р.). Ця компилирующая програма виробляла трансляцію на машинний мову всієї програми, записаній в зручною в обробці алгебраїчній формі.

Фірма IBM також зробила перші кроки у сфері автоматизації програмування, створивши 1953 р. для машини IBM 701 «Систему швидкого кодування ». У нашій країні А. А. Ляпунов запропонував з перших мов програмування. У 1957 р. група під керівництвом Д. Бэкуса завершила роботу над який став згодом популярним першим мовою програмування високого рівня, який отримав назву ФОРТРАН. Мова, реалізований вперше на ЕОМ IBM 704, сприяв розширенню сфери застосування комп’ютерів.

У Великобританії на липні 1951 р. на конференції у Манчестерському університеті М. Уилкс представив доповідь «Найкращий метод конструювання автоматичної машини », який став піонерської зусиль для основам микропрограммирования. Запропонований ним метод проектування пристроїв управління знайшов широке застосування.

Свою ідею микропрограммирования М. Уилкс реалізував 1957 р. під час створення машини EDSAC-2. М. Уилкс що з Д. Уиллером і З. Гиллом 1951;го р. написали перший підручник з програмування «Упорядкування програм для електронних рахункових машин «(російський переклад- 1953 р.).

У 1951 р. фірмою Ferranti розпочато би серійний випуск машини «Марк-1 ». А 5 років фірма Ferranti випустила ЕОМ '' Pegasus '', у якій вперше нащла втілення концепція регістрів загального призначення (РОН). З появою РОН усунуто різницю між індексними регістрами і акумуляторами, й у розпорядженні програміста опинився один, а кілька регістрів — акумуляторів.

У нашій країні 1948 р. проблеми розвитку обчислювальної техніки стають загальнодержавної завданням. Розгорнулися робота зі створення серійних ЕОМ першого покоління.

1950;го р. сьогодні в Інституті точної механіки та обчислювальної техніки (ИТМ і ЗТ) організований відділ цифрових ЕОМ і розробити і шляхом створення великий ЕОМ. У 1951 р. тут було спроектована машина БЭСМ (Велика Електронна Рахункова Машина), а 1952 р. почалася її досвідчена експлуатація.

У проекті спочатку передбачалося застосувати пам’ять на трубках Вільямса, але до 1955 р. як елементи пам’яті у ній використовувалися ртутні лінії затримки. На той час БЭСМ була дуже продуктивної машиною — 800 вп / з. Вона мала трёхадресную систему команд, а спрощення програмування широко застосовувався метод стандартних програм, який надалі поклав початок модульному програмування, пакетів прикладних програм. Серійно машина стала випускатися в 1956 р. під назвою БЭСМ — 2.

У цей самий період КБ, керованому М. А. Лесечко, почалося проектування інший ЕОМ, що отримала назву '' Стріла ''. Освоювати серійне виробництво цієї машини доручили московському заводу САМ. Головний конструктор став Ю. А. Базилевський, а однією з його помічників — Б. І. Рамеев, надалі конструктор серії '' Урал ''. Проблеми виробництва визначили деякі особливості '' Стріли '': невисока проти БЭСМ швидкодія, просторий монтаж тощо. буд. У машині як зовнішньої пам’яті застосовувалися 45 — дорожечные магнітні стрічки, а оперативна пам’ять — на трубках Вільямса. '' Стріла '' мала велику розрядність і зручне систему команд.

Перша ЕОМ '' Стріла '' встановили відділенні прикладної математики Математичного інституту АН (МИАН), тож під кінець 1953 р. почалося серійне її виробництво.

У лабораторії электросхем енергетичного інституту під керівництвом І. З. Брука 1951;го р. побудували макет невеличкий ЕОМ першого покоління під назвою М-1.

Наступного року тут було созлана обчислювальну машину М — 2, яка започаткувала створенню економічних машин середнього класу. Однією з провідних розробників даної машини був М. А. Карцев, внёсший згодом великий внесок у розвиток вітчизняної обчислювальної техніки. У машині М — 2 використовувалися 1879 ламп, менше, ніж у '' Стрілі '', сама ж середня продуктивність становила 2000 вп / з. Було задіяно 3 типу пам’яті: электростатическая на 34 трубках Вільямса, на магнітному барабані і магнітної стрічці з допомогою звичайного на той час магнітофона МАГ — 8.

У 1955 — 1956 рр. колектив лабораторії випустив малу ЕОМ М — 3 з швидкодією 30 вп / сек. і оперативної пам’яттю на магнітному барабані. Особливість М — 3 в тому, що з центрального устрою управління було використаний асинхронний принцип роботи. Слід зазначити, що у 1956 р. колектив І. З. Брука виділився зі складу енергетичного інституту та утворив Лабораторію управляючих машин і систем, що стала згодом Інститутом електронних управляючих машин (ИНЭУМ).

Ще одна розробка малої обчислювальної машини під назвою '' Урал '' скінчилася 1954 р. колективом співробітників під керівництвом Рамеева. Ця машина стала родоначальником цілого сімейства '' Уралів '', остання серія яких ('' Урал -16 ''), була випущена 1967 р. Простота машини, вдала конструкція, невисока вартість зумовили її широке застосування.

У 1955 р. створили Обчислювальний центр Академії наук, готовий до ведення наукової праці у сфері машинної математики надання відкритого обчислювального обслуговування інших організацій Академії.

У другій половині 50 — x рр. нашій країні випустили ще 8 типів машин по вакуумно — лампової технології. У тому числі найвдалішою була ЕОМ М — 20, створена під керівництвом З. А. Лебедєва, що у 1954 р. очолив ИТМ і ЗТ.

Машина відрізнялася високої продуктивністю (20 тис. вп / з), що було використанням досконалої елементної бази й відповідної функціонально — структурної організації. Як зазначають А. І. Єршов і М. Р. Шура — Бура, '' ця поважне підгрунтя покладала велику відповідальність на розробників, оскільки машина, ні тим більше точно її архітектурі, потрібно було втілитися у великих серіях (М — 20, БЭСМ — 3 М, БЭСМ — 4, М — 220, М — 222) ''. Серійний випуск ЕОМ М — 20 було розпочато в 1959 р. У 1958 р. під керівництвом У. М. Глушкова (1923 — 1982) сьогодні в Інституті кібернетики НАН України було створено обчислювальну машину '' Київ '', мала продуктивність 6 — 10 тис. вп / з. ЕОМ '' Київ '' вперше у нашій країні використовувалася для дистанційного управління технологічними процесами.

У той самий час у Мінську під керівництвом Р. П. Лопато і У. У. Пржиялковского почалися робота зі створення першої машини відомого надалі сімейства '' Мінськ — 1 ''. Вона випускалася мінським заводом обчислювальних машин різних модифікаціях: '' Мінськ — 1 '', '' Мінськ — 11 '', '' Мінськ — 12 '', '' Мінськ — 14 ''. Машина широко використовувалася в обчислювальних центрах нашої країни. Середня продуктивність машини становила 2 — 3 тис. вп / з.

Зблизька техніки комп’ютерів першого покоління, необхідно особливо зупинитися ось одному з пристроїв введення — виведення. З початку появи перших комп’ютерів виявилося протиріччя між високим швидкодією центральних пристроїв і низької швидкістю роботи зовнішніх пристроїв. З іншого боку, виявилося недосконалість і незручність цих пристроїв.