Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
После того как в машину введены исходные данные и программа вычислений, записанная в виде условного кода, полная автоматичность вычислительного процесса обеспечивается устройством управления. Введенные в машину коды переносятся в запоминающее устройство, разбитое на множество перенумерованных ячеек. Емкость запоминающего устройства во многом определяет способность машины решать разнообразные задачи.
Основными элементами первых электронных вычислительных машин были электронные реле, электронные вентили и счетчики импульсов. В качестве запоминающей ячейки применялись вакуумные электронные реле – триггерные ячейки. Из комбинаций отдельных деталей и отдельных стандартных ячеек составлялись блоки машины. Основными из них являлись следующие устройства.
Вводное (или входное) устройство служило для первоначального ввода исходных числовых данных и команд (программы вычислений).
Арифметическое устройство, объединяющее электронные счетные схемы, выполняло арифметические действия и логические операции. Оно приводило заданное действие в соответствие с заранее установленным кодом операции. Применение двоичной системы счисления позволяло все арифметические операции свести к операциям сложения и вычитания кодов чисел этой системы. Сложение и вычитание производилось электронным сумматором. Это устройство являлось важнейшим элементом электронной счетной машины.
Запоминающее устройство использовало электронные реле и различного типа линии задержки импульсов, а также магнитные ленты и барабаны, перфорированные ленты и т. п.
Устройство управления, превращало команды в систему импульсов и обеспечивало полную автоматичность всех вычислений по заданной программе.
Устройство контроля позволяло контролировать производимые машиной расчеты, правильность вычислений, сигнализировало о возникших в машине неисправностях и ошибках в вычислениях. Контроль над работой машины осуществлялся с центрального пульта управления.
Выводные (выходные) и печатающие устройства служили для фиксирования полученных результатов вычислений. Эти результаты записывались в виде импульсов кода, а специальные дешифрирующие печатающие устройства преобразовывали записанный код в цифры и печатали их.
Вслед за первым серийным компьютером UNIVAC-1 фирма «Ремингтон – Рэнд» в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее своего предшественника. Позже в компьютере UNIVAC-1103 впервые были применены программные прерывания.
Сотрудники фирмы «Ремингтон – Рэнд» использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием «Short Code». Это был первый интерпретатор, созданный в 1949 году Джоном Моучли. Капитан ВМФ США (в дальнейшем единственная в ВМФ женщина-адмирал) Грейс Хоппер разработала первую программу-компилятор А-0. Эта программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме.
В начале 1950-х годов 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 12 000 германиевых диодов. Усовершенствованный вариант этой машины – IBM-704 отличался высокой скоростью работы. В ней использовались индексные регистры и данные представлялись в форме с плавающей запятой.
После IBM-704 была выпущена машина IBM-709, которая в архитектурном плане приближалась к машинам второго и третьего поколений. В ней впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода – вывода.
В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Их изобретение позволило создать новый тип памяти – дисковые запоминающие устройства, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах IBM-305 и RAMAC.
RAMAC имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12 000 об/мин. На поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10 000 знаков каждая.
Фирма IBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 г. для машины IBM-701 «Систему быстрого кодирования».
В Советском Союзе в 1948 г. развитие вычислительной техники было объявлено 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 БЭСМ (Большая Электронная Счетная Машина), а в 1952 г. началась ее 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 операций в секунду. Она имела трехадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию и пакетам прикладных программ. Серийно эта 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».
Условия серийного производства предопределили некоторые особенности «Стрелы»: невысокое по сравнению с БЭСМ быстродействие, просторный монтаж и т. д. В этой машине в качестве внешней памяти применялись 45-дорожечные магнитные ленты, а оперативная память была на трубках Вильямса. «Стрела» имела большую разрядность и удобную систему команд. В конце 1953 г. началось ее серийное производство.
В лаборатории электросхем Энергетического института под руководством И. С. Брука в 1951 г. построили макет небольшой ЭВМ под названием М-1.
В следующем году здесь была создана вычислительная машина М-2, положившая начало созданию экономичных машин среднего класса.
В машине М-2 использовались 1879 ламп – меньше, чем в «Стреле», а средняя производительность составляла 2000 операций в секунду. Были задействованы 3 типа памяти: электростатическая на 34 трубках Вильямса, на магнитном барабане и на магнитной ленте с использованием магнитофона МАГ-8.
В 1955–1956 гг. коллектив лаборатории выпустил малую ЭВМ М-3 с быстродействием 30 операций в секунду и оперативной памятью на магнитном барабане. Особенность М-3 заключалась в том, что для центрального устройства управления был использован асинхронный принцип работы.
Разработка еще одной 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 году. Простота машины, удачная конструкция, невысокая стоимость обусловили ее широкое применение.
В 1958 г. под руководством В. М. Глушкова в Институте кибернетики Академии наук Украины была создана вычислительная машина «Киев», имевшая производительность 6–10 тыс. операций в секунду. Она впервые в СССР использовалась для дистанционного управления технологическими процессами.
В середине 1950-х годов в ЭВМ вместо электронных ламп стали применяться полупроводниковые приборы – диоды и транзисторы. Поскольку срок службы цифровых элементов на полупроводниках значительно выше, чем у электронных ламп, то с переходом на новую элементную базу возросла надежность ЭВМ и уменьшились их габариты. Это обусловило начало создания ЭВМ 2-го поколения. Машины этого поколения просуществовали с первой половины 50-х годов до первой половины 60-х годов. В ЭВМ 2-го поколения можно было использовать несколько языков программирования. Базовое программное обеспечение еще составлялось на языках, близких к машинно-ориентированным языкам, однако в пакетах прикладных программ уже использовались языки более высокого уровня.
Внедрение полупроводников позволило значительно повысить быстродействие ЭВМ: машины 1-го поколения имели максимальное быстродействие несколько десятков тысяч операций в секунду, первые транзисторные ЭВМ – примерно 5000 операций в секунду, затем они достигли уровня 10–15 млн операций в секунду.
В 1960-е годы произошло существенное изменение структуры ЭВМ, в результате которого их различные устройства получили возможность работать независимо друг от друга по разным программам. Это позволило одновременно решать на машине несколько задач. Работой ЭВМ и формированием потока задач занимается особая программа – операционная система. Мультипрограммный режим не ускоряет решение одной определенной задачи, но повышает общую производительность ЭВМ.
