Передумови розвитку ЕОМ

Протягом життя лише одного покоління поряд з людиною виріс дивний новий вигляд: обчислювальні та подібні їм машини, з якими, як він виявив, йому доведеться ділити світ.

Ні історія, ні філософія, ні здоровий глузд не можуть підказати нам, як ці машини вплинуть на наше життя в майбутньому, бо вони працюють зовсім не так, як машини, створені в еру промислової революції.

Марвін Мінський

Розглядаючи історію суспільного розвитку, марксисти стверджують, що''історія є не що інше, як послідовна зміна окремих поколінь''. Очевидно, це справедливо і для історії комп'ютерів.

Ось деякі визначення терміну''покоління комп'ютерів'', що взяті з 2-х джерел. ''Покоління обчислювальних машин - це склалося в останній час розбиття обчислювальних машин на класи, які визначаються елементної базою і продуктивністю''. (Паулін Г. Малий тлумачний словник з обчислювальної техніки: пер. З нім. М..: Енергія, 1975). ''Покоління комп'ютерів - нестрога класифікація обчислювальних систем по ступеню розвитку апаратних і останнім часом - програмних засобів''. (Тлумачний словник з обчислювальних систем: Пер. З англ. М.: Машиностроение, 1990).

Затвердження поняття приналежності комп'ютерів до того чи іншого покоління і поява самого терміну''покоління''відноситься до 1964 р., коли фірма IBM випустила серію комп'ютерів IBM/360 на гібридних мікросхемах (монолітні інтегральні схеми у той час ще не випускалися в достатній кількості), назвавши цю серію комп'ютерами третього покоління. Відповідно попередні комп'ютери - на транзисторах і електронних лампах - комп'ютерами другого і третього поколінь. Надалі ця класифікація, яка увійшла у вжиток, була розширена і з'явилися комп'ютери четвертого і п'ятого поколінь.

Для розуміння історії комп'ютерної техніки введена класифікація мала, принаймні, два аспекти: перший - вся діяльність, пов'язана з комп'ютерами, до створення комп'ютерів ENIAC розглядалася як передісторія; другий - розвиток комп'ютерної техніки визначалося безпосередньо в термінах технології апаратури і схем.

Другий аспект підтверджує і головний конструктор фірми DEC і один з винахідників міні-комп'ютерів Г. Белл, кажучи, що''історія комп'ютерної індустрії майже завжди рухалася технологією''.

Переходячи до оцінки і розгляду різних поколінь, необхідно насамперед помітити, що оскільки процес створення комп'ютерів відбувався і відбувається безперервно (в ньому беруть участь багато хто розробники з багатьох країн, які мають справу з рішенням різних проблем), важко, а в деяких випадках і марно, намагається точно встановити, коли те чи інше покоління починалося або закінчувалося.

У 1883 р. Томас Альва Едісон, намагаючись продовжити термін служби лампи з вугільною ниткою ввів в її вакуумний балон платиновий електрод і позитивна напруга, то у вакуумі між електродом і ниткою протікає струм.

Не знайшовши ніякого пояснення настільки незвичайному явищу, Едісон обмежується тим, що докладно описав його, про всяк випадок узяв патент і відправив лампу на Філадельфійську виставку. Про неї в грудні 1884 р. в журналі''Інженерінг''була замітка''Явище в лампочки Едісона''.

Американський винахідник не розпізнав відкриття виняткової важливості (по суті це було його єдине фундаментальне відкриття - термоелектронна емісія). Він не зрозумів, що його лампа розжарювання з платиновим електродом по суті була першою у світі електронної лампою.

Першим, кому прийшла в голову думка про практичне використання''ефекту Едісона''був англійський фізик Дж. А. Флемінг (1849 - 1945). Працюючи з 1882 р. консультантом Едісонової компанії в Лондоні, він дізнався про''явище''з перших вуст - від самого Едісона. Свій діод - двухелектродную лампу Флеймінг створив у 1904 р.

У жовтні 1906 р. американський інженер Лі де Форест винайшов електронну лампу - підсилювач, або аудіон, як він її тоді назвав, що мав третій електрод - сітку. Їм був уведений принцип, на основі якого будувалися всі подальші електронні лампи, - керування струмом, що протікає між анодом і катодом, за допомогою інших допоміжних елементів.

У 1910 р. німецький інженери Либен, Рейнс і Штраус сконструювали тріод, сітка в якому виконувалася у формі перфорованого листа алюмінію і містилася в центрі балона, а щоб збільшити емісійний струм, вони запропонували покрити нитку розжарення шаром окису барію або кальцію.

У 1911 р. американський фізик Ч. Д. Кулідж запропонував застосувати як покриття вольфрамової нитки розжарення окис торію - оксидний катод - і одержав вольфрамову дріт, яка здійснила переворот у ламповій промисловості.

У 1915 р. американський фізик Ірвінг Ленгмюр сконструював двухелектронную лампу - кенотрона, яка застосовується в якості випрямному лампи в джерелах живлення. У 1916 р. лампова промисловість стала випускати особливий тип конструкції ламп - генераторні лампи з водяним охолодженням.

Ідея лампи з двома сотками - тетрода була висловлена в 1919 р. німецьким фізиком Вальтером Шотткі і незалежно від нього в 1923 р. - американцем Е. У. Халлом, а реалізована ця ідея англійцем Х. Дж. раундом в другій половині 20 -х р.р.

У 1929 р. голландські вчені Г. Хольст і Б. Теллеген створили електронну лампу з 3-ма сітками - пентод. У 1932 р. було створено гептод, в 1933 - гексод і пентагрид, в 1935 з'явилися лампи в металевих корпусах .. Подальший розвиток електронних ламп йшов по шляху поліпшення їхніх функціональних характеристик, по шляху багатофункціонального використання.

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

Розробка першої електронної серійної машини UNIVAC (Universal Automatic Computer) почата приблизно в 1947 р. Еккертом і Маучлі, що заснували в грудні того ж року фірму ECKERT-MAUCHLI. Перший зразок машини (UNIVAC-1) був побудований для бюро перепису США і пущений в експлуатацію навесні 1951 р. Синхронна, послідовного дії обчислювальна машина UNIVAC-1 створена на базі ЕОМ ENIAC і EDVAC. Працювала вона з тактовою частотою 2,25 Мгц і містила близько 5000 електронних ламп. Внутрішній запам'ятовуючий пристрій у ємністю 1000 12-розрядних десяткових чисел було виконано на 100 ртутних лініях затримки.

Незабаром після введення в експлуатацію машини UNVIAC - 1 її розробники висунули ідею автоматичного програмування. Вона зводилася до того, щоб машина сама могла готувати таку послідовність команд, яка потрібна для вирішення даної задачі.

П'ятдесяті роки - роки розквіту комп'ютерної техніки, роки значних досягнень і нововведень як в архітектурному, так і в науково - технічному відношенні. Відмінні особливості в архітектурі сучасної ЕОМ у порівнянні з неймановской архітектурою вперше з'явилися в ЕОМ першого покоління.

Сильним стримуючим фактором у роботі конструкторів ЕОМ початку 50 - х р.р. була відсутність швидкодіючої пам'яті. За словами одного з піонерів обчислювальної техніки - Д. Еккерта,''архітектура машини визначається пам'яттю''. Дослідники зосередили свої зусилля на запам'ятовуючих властивостях феритових кілець, нанизаних на дротяні матриці.

У 1951 р. в 22 - му томі''Journal of Applid Phisics''Дж. Форрестер опублікував статтю про застосування магнітних сердечників для зберігання цифрової інформації. У машині''Whirlwind - 1''вперше була застосована пам'ять на магніт. Вона була 2 куба з 323217 серцевиною, які забезпечували зберігання 2048 слів для 16 - розрядних двійкових чисел з одним розрядом контролю на парність.

У розробку електронних комп'ютерів включилася фірма IBM. У 1952 р. вона випустила свій перший промисловий електронний комп'ютер IBM 701, який являв собою синхронну ЕОМ паралельної дії, що містить 4000 електронних ламп і 12000 германієвих діодів. Удосконалений варіант машини IBM 704 відрізнялася високою швидкістю роботи, в ній використовувалися індексні регістри і дані представлялися в формі з плаваючою комою.

Після ЕОМ IBM 704 була випущена машина IBM 709, яка в архітектурному плані наближалася до машин другого і третього поколінь. У цій машині вперше була застосована непряма адресація і вперше з'явилися канали введення - виведення.

У 1956 р. фірмою IBM були розроблені плаваючі магнітні головки на повітряній подушці. Винахід їх дозволило створити новий тип пам'яті - дискові ЗУ, значимість яких була повною мірою оцінена в наступні десятиліття розвитку обчислювальної техніки. Перші ЗУ на дисках з'явилися в машинах IBM 305 і RAMAC -

Остання мала пакет, що складався з 50 металевих дисків з магнітним покриттям, які оберталися зі швидкістю 12000 об/хв. НА поверхні диска розміщувалося 100 доріжок для запису даних, по 10000 знаків кожна.

Слідом за першим серійним комп'ютером UNIVAC - 1 фірма Remington - Rand в 1952 р. випустила ЕОМ UNIVAC - 1103, яка працювала в 50 разів швидше. Пізніше в комп'ютері UNIVAC - 1103 вперше були застосовані програмні переривання.

Співробітники фірми Remington - Rand використовували алгебраїчну форму запису алгоритмів під назвою''Short Cocle''(перший інтерпретатор, створений в 1949 р. Джоном Маучлі). Крім того, необхідно відзначити офіцера ВМФ США і керівника групи програмістів, у той час капітана (надалі єдина жінка у ВМФ-адмірала) Грейс Хоппер, яка розробила першу програму-компілятор А-О. (До речі, термін "компілятор" вперше ввела Г . ігри в 1951 р.). Ця компілюються програма виробляла трансляцію на машинний мову всієї програми, записаної в зручній для обробки алгебраїчної формі.

Фірма IBM також зробила перші кроки в області автоматизації програмування, створивши в 1953 р. для машини IBM 701 "Систему швидкого кодування". У нашій країні А. А. Ляпунов запропонував один з перших мов програмування. У 1957 р. група під керівництвом Д. Бекуса завершила роботу над став надалі популярним першою мовою програмування високого рівня, який отримав назву ФОРТРАН. Мова, реалізований вперше на ЕОМ IBM 704, сприяв розширенню сфери застосування комп'ютерів.

У Великобританії в липні 1951 р. на конференції в Манчестерському університеті М. Уілкс представив доповідь "Найкращий метод конструювання автоматичної машини", який став піонерської роботою з основ мікропрограммірованія. Запропонований ним метод проектування пристроїв управління знайшов широке застосування.

Свою ідею мікропрограммірованія М. Уілкс реалізував в 1957 р. при створенні машини EDSAC-2. М. Уілкс спільно з Д. Уїллер і С. Гілл у 1951 р. написали перший підручник по програмуванню "Складання програм для електронних рахункових машин" (російський переклад-1953 р.).

У 1951 р. фірмою Ferranti розпочато серійний випуск машини "Марк-1". А через 5 років фірма Ferranti випустила ЕОМ''Pegasus'', в якій вперше нащла втілення концепція регістрів загального призначення (РОН). З появою РОН усунено відмінність між індексними регістрами й акумуляторами, і в розпорядженні програміста виявився не один, а декілька регістрів - акумуляторів.

У нашій країні в 1948 р. проблеми розвитку обчислювальної техніки стають загальнодержавною задачею. Розгорнулися роботи зі створення серійних ЕОМ першого покоління.

У 1950 р. в Інституті точної механіки та обчислювальної техніки (ІТМ і ВТ) організований відділ цифрових ЕОМ для розробки і створення великий ЕОМ. У 1951 р. тут була спроектована машина БЕСМ (Велика Електронна Рахункова Машина), а в 1952 р. почалася її досвідчена експлуатація.

У проекті спочатку передбачалося застосувати пам'ять на трубках Вільямса, але до 1955 р. як елементи пам'яті в ній використовувалися ртутні лінії затримки. На ті часи БЕСМ була дуже продуктивною машиною - 800 оп/с. Вона мала трехадресную систему команд, а для спрощення програмування широко застосовувався метод стандартних програм, який надалі поклав початок модульному програмуванню, пакетам прикладних програм. Серійно машина стала випускатися в 1956 р. під назвою БЕСМ - 2.

У цей же період в КБ, керованому М. А. Лесечко, почалося проектування іншої ЕОМ, що отримала назву''Стріла''. Освоювати серійне виробництво цієї машини було доручено московському заводу САМ. Головним конструктором став Ю. А. Базилевський, а одним з його помічників - Б. И. рамі, надалі конструктор серії''Урал''. Проблеми серійного виробництва визначили деякі особливості''Стріли'': невисока в порівнянні з БЕСМ швидкодія, просторий монтаж і т.д. В машині в якості зовнішньої пам'яті застосовувалися 45 - дорожечние магнітні стрічки, а оперативна пам'ять - на трубках Вільямса. ''Стріла''мала велику розрядність і зручну систему команд.

Перша ЕОМ''Стріла''була встановлена у відділенні прикладної математики Математичного інституту АН (МІАН), а наприкінці 1953 р. почалося серійне її виробництво.

У лабораторії електросхем енергетичного інституту під керівництвом І. С. Брука в 1951 р. побудували макет невеликий ЕОМ першого покоління за назвою М-1.

У наступному році тут була созлана обчислювальна машина М - 2, яка поклала початок створенню економічних машин середнього класу. Одним з провідних розробників даної машини був М. А. Карцев, який зробив згодом великий внесок у розвиток вітчизняної обчислювальної техніки. У машині М - 2 використовувалися 1879 ламп, менше, ніж у''Стріла'', а середня продуктивність складала 2000 оп/с. Були задіяні 3 типи пам'яті: електростатична на 34 трубках Вільямса, на магнітному барабані і на магнітній стрічці з використанням звичайного для того часу магнітофона МАГ - 8.

У 1955 - 1956 р.р. колектив лабораторії випустив малу ЕОМ М - 3 з швидкодією 30 оп/з і оперативною пам'яттю на магнітному барабані. Особливість М - 3 полягала в тому, що для центрального пристрою управління був використаний асинхронний принцип роботи. Необхідно відзначити, що в 1956 р. колектив І. С. Брука виділився з складу енергетичного інституту і утворив Лабораторію управляючих машин і систем, що стала згодом Інститутом електронних керуючих машин (ІНЕУМ).

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

У 1955 р. був створений Обчислювальний центр Академії наук, призначений для ведення наукової роботи в області машинної математики і для надання відкритого обчислювального обслуговування іншим організаціям Академії.

У другій половині 50 - х р.р. в нашій країні було випущено ще 8 типів машин за вакуумно - лампової технології. З них найбільш вдалою була ЕОМ М - 20, створена під керівництвом С. А. Лебедєва, який у 1954 р. очолив ІТМ і ВТ.

Машина відрізнялася високою продуктивністю (20 тис. оп/с), що було досягнуто використанням зробленої елементної бази і відповідної функціонально - структурної організації. Як відзначають А. И. Єршов і М. Р. Шура - Бура,''ця солідна основа покладала велику відповідальність на розроблювачів, оскільки машина, а більш точно її архітектурі, стояло втілитися в декількох великих серіях (М - 20, БЕСМ - 3М , БЕСМ - 4, М - 220, М - 222)''. Серійний випуск ЕОМ М - 20 був початий в 1959 р.. У 1958 р. під керівництвом В. М. Глушкова (1923 - 1982) в Інституті кібернетики АН України була створена обчислювальна машина''Київ'', що мала продуктивність 6 - 10 тис. оп/с. ЕОМ''Київ''вперше в нашій країні використовувалася для дистанційного керування технологічними процесами.

У той же час в Мінську під керівництвом Г. П. Лопато і В. В. Пржиялковського почалися роботи зі створення першої машини відомого надалі сімейства''Мінськ - 1''. Вона випускалася мінським заводом обчислювальних машин в різних модифікаціях:''Мінськ - 1'',''Мінськ - 11'',''Мінськ - 12'',''Мінськ - 14''. Машина широко використовувалася в обчислювальних центрах нашої країни. Середня продуктивність машини складала 2 - 3 тис. оп/с.

При розгляді техніки комп'ютерів першого покоління, необхідно особливо зупинитися на одному з пристроїв введення - виведення. З початку появи перших комп'ютерів виявилася суперечність між високою швидкодією центральних пристроїв і низькою швидкістю роботи зовнішніх пристроїв. Крімтого, виявилося недосконалість і незручність цих пристроїв.