Дальнейшее развитие электронно-вычислительных машин

Первое поколение ЭВМ (1948–1958) создавалось на основе вакуумных электроламп, машина управлялась с пульта и перфокарт с использованием машинных кодов. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы.

Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы – диоды и триоды. Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. К этому поколению ЭВМ можно отнести: МЭСМ, БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, «Стрела», Минск-1, Урал-1, Урал-2, Урал-3, М-20, «Сетунь», БЭСМ-2, «Раздан» (рис. 2.1).

ЭВМ первого поколения были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2–3 тысячи операций в секунду, емкость оперативной памяти – 2 кб или 2048 машинных слов (1 кб = 1024) длиной 48 двоичных знаков.

Второе поколение ЭВМ (1959–1967) появилось в 60-е гг. ХХ века. Элементы ЭВМ выполнялись на основе полупроводниковых транзисторов (рис. 2.2, 2.3). Эти машины обрабатывали информацию под управлением программ на языке Ассемблер. Ввод данных и программ осуществлялся с перфокарт и перфолент.

^а

^б

^в

Рис. 2.1. ЭВМ первого поколения: а – МЭСМ; б – БЭСМ-1; в – «Стрела»

Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития ПО.

Рис. 2.2. ЭВМ второго поколения «Наири»

Рис. 2.3. ЭВМ второго поколения МИР-2

Третье поколение ЭВМ (1968–1973). Элементная база ЭВМ – малые интегральные схемы (МИС), содержавшие на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ и резко снизить цены на аппаратное обеспечение. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличенное быстродействие, повышенную надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.

Четвертое поколение ЭВМ (1974–1982). Элементная база ЭВМ – большие интегральные схемы (БИС). Наиболее яркие представители четвертого поколения ЭВМ – персональные компьютеры (ПК). Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с применением языков высокого уровня.

Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что привело к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее ПО. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (ОС) (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека (рис. 2.4).

Рис. 2.4. ЭВМ четвертого поколения СМ-1420

Пятое поколение ЭВМ (1990 – настоящее время) создано на основе сверхбольших интегральных схем (СБИС), которые отличаются колоссальной плотностью размещения логических элементов на кристалле.

В соответствии с [5] основную концепцию ЭВМ пятого поколения можно сформулировать следующим образом:

– компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы;

– компьютеры с многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы.

Шестое и последующие поколения ЭВМ. Электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Леонид Павлов

Человечеству с незапамятных времен хотелось быстро считать. Счет на пальцах и вычисления письменным способом казались недостаточными еще до нашей эры. Тогда же мудрые латиняне придумали слово computo — вычисляю, к которому, транзитом через английский, и восходит название самой востребованной машины современности. Древнейшим предшественником компьютера были счеты, изобретенные, если верить археологам, пять тысяч лет назад в Древнем Вавилоне. До XVII века никакой альтернативы этому немудреному устройству не было, хотя Леонардо да Винчи и создал (правда, только в виде чертежа) арифмометр — в наши дни проверяли, машина могла работать. В 1642-м Блез Паскаль (не зря его именем впоследствии назвали один из самых известных компьютерных языков) смастерил-таки первую функционировавшую механическую счетную машину, скромно названную "Паскалином". Последний вариант паскалевского чуда оперировал числами с восемью десятичными разрядами. В 1673 году Лейбниц построил механический калькулятор, удивлявший современников не меньше нынешних компьютеров: машине оказались по силам все четыре действия арифметики.

Первое значение слова "компьютер", если верить Оксфордскому словарю 1897 года издания, и есть "механическое вычислительное устройство". Подобные чудеса техники уже к концу XVIII века умели многое. Калькулятор военного инженера из Германии Иоганна Мюллера 1786 года изготовления при скромных параметрах (13x30 см) лихо управлялся с арифметическими действиями над цифрами с 14 разрядами. Неудивительно, что уже в 1820 году во Франции предприимчивый Тома де Кальмар начал промышленный выпуск арифмометров. Это и было началом компьютерной индустрии и вторжения счетных машин в повседневную жизнь человека.

Цифры весом в тонну

У нас при советской власти слово "компьютер" заменялось аббревиатурой ЭВМ — электронно-вычислительная машина. Это сокращение хорошо сочеталось с другим — НТР (научно-техническая революция). Первые успехи по части ЭВМ в СССР появились в начале пятидесятых, поэтому версия о том, что машину изобрели именно в стране самой передовой науки и техники, распространения не получила. На самом деле первая ЭВМ появилась в 1941 году в Германии — это была Z3 молодого инженера Конрада Цузе. Но удивить мир было суждено не гражданину поверженного во Второй мировой Рейха, а американцам из Пенсильванского университета, которые 15 февраля 1946 года запустили 30-тонную ЭВМ ENIAC. Это чудовище пожирало 150 киловатт электроэнергии, требовало 135 квадратных метров и нескольких десятков служителей компьютерного культа. Со своими задачами первая работающая ЭВМ справлялась успешно — американскому ядерному проекту было необходимо огромное количество вычислений, причем быстро.

Первым массовым персональным компьютером стал "Альтаир 8800", выброшенный на рынок в 1975 году. Его оперативная память составляла всего 256 байт

Механические вычислительные системы эффективно соединились с шагавшей семимильными шагами электроникой. ENIAC и его преемники, в том числе созданная в СССР академиком Лебедевым в 1952 году БЭСМ, работали на электронных лампах — в американском монстре их было почти 18 тыс. Чудо на первых порах казалось исключительным, а тогдашний глава IBM Томас Уотсон полагал, что весь мировой рынок больших компьютеров ограничится пятью экземплярами. Даже когда таковых оказалось больше, сохранялось устойчивое мнение, что компьютером может обладать исключительно какая-то большая структура — если не государство, то как минимум крупная корпорация.

Конечно, большие ЭВМ собирались "подсократить" — журнал Popular Mechanics в 1949 году мечтал о том, что когда-нибудь масса компьютеров уменьшится аж до полутора тонн. Прошло 16 лет, и фирме Digital удалось соорудить мини-ЭВМ размером с холодильник. Меньше, уверяли пионеры научно-технического прогресса, никак невозможно, а шеф Digital Кен Олсон и в 1977 году заявлял: "Не существует причин, по которым кому-нибудь захотелось бы иметь дома компьютер". Дома не дома, но по линии НАСА уже через два года, в 1979-м, для программы "Шаттл" был сооружен первый в мире ноутбук.

Прогнозы не поспевали за торжеством технического прогресса. На смену ламповым ЭВМ после 1956 года пришли транзисторные, способные выполнять громадное по тем временам число операций — более миллиона в секунду. Советские газеты и журналы к очередному съезду партии радостно писали об успехах отечественной электроники — сегодня об этом можно вспоминать разве что с улыбкой: самый обычный современный компьютер средней руки, стоящий на столе у самого обычного гражданина, превосходит по своей вычислительной мощности все ЭВМ, созданные во всем мире до 1965 года. К тому же он в пять-десять раз мощнее тогдашней суперсовременной вычислительной системы, созданной для пилотируемого полета на Луну в 1969 году.

Один из основателей компании Intel, Гордон Мур, оказался провидцем — еще в 1965 году он предсказал, что количество транзисторов в электронных компонентах вычислительных машин (и прежде всего в процессоре) будет удваиваться каждые полтора года — закон исправно работал 30 лет, а в 1995-м тот же Мур заявил, что удвоение отныне будет происходить каждые два года. Техника и вправду неслась вперед стремительно: транзисторные ЭВМ сменили вычислительные устройства на микросхемах, а настоящая революция случилась с появлением в 1971 году первого микропроцессора от Intel — и продолжается по сей день. Именно применение микропроцессоров привело к резкому снижению габаритов, массы и потребляемой мощности ЭВМ, повысило их быстродействие и надежность.

Они были первыми

К началу семидесятых все необходимое для создания персонального компьютера "для дома, для семьи" было уже придумано. Помимо транзисторов, микросхем и микропроцессоров любознательные американцы изобрели и все остальное. Дуглас Энгельберт из Стэнфорда в 1963 году соорудил первую компьютерную мышь, а в 1966-м представил публике целую систему, состоявшую из двух клавиатур — буквенной и цифровой, мыши и программы, поддерживающей вывод информации на экран, включавшей и текстовой редактор. Двумя годами раньше Джон Кемени и Томас Кюрц изобрели язык программирования BASIC, вскоре обретший повсеместную популярность. К концу шестидесятых американское военное ведомство подключило четыре узла сети ARPAnet — так именовался дедушка современного интернета. Мысль о том, что компьютеры должны быть соединены прочной сетью, реализовали в 1973-м в компании Xerox. Укоренилось и само понятие "персональный компьютер" — этот неологизм впервые всплыл в 1962 году на страницах "Нью-Йорк Таймс".

Оставалось только грамотно вывести все эти находки на рынок. Претендентов на звание компьютерных пионеров сегодня не меньше, чем фаворитов у Екатерины Великой, но точно известно одно: это не акула рынка компания IBM, в августе прошлого года с помпой отметившая 25-летие своего первого PC. По мнению большинства специалистов, первым массовым персональным компьютером стал "Альтаир 8800", придуманный инженером-электронщиком Эдвардом Робертсом и выброшенный на рынок компанией MITS в 1975 году. "Альтаир" обладал просто смешной оперативной памятью — всего 256 байт — и вдобавок выпускался в разобранном виде, как конструктор, и не имел ни клавиатуры, ни экрана. Пользователи вводили программы и данные в двоичной форме, щелкая набором маленьких ключей, которые могли занимать два положения — вверх и вниз; результаты считывали также в двоичных кодах — по светящимся и темным лампочкам. Но эту модель можно было до бесконечности модифицировать, чем занялся, в частности, юный Билл Гейтс, придумавший вместе со своим приятелем Полом Алленом программу, позволявшую использовать на "Альтаире" язык BASIC. Так родилась знаменитая Microsoft. А в июле 1975-го в западной части Лос-Анджелеса открылся первый в мире магазин по продаже компьютеров для личного пользования.

Чудеса техники обещали не просто хороший, а сверхприбыльный бизнес. Неудивительно, что во второй половине семидесятых производство "персоналок" превратилось в стремительно растущую отрасль промышленности. В 1976 году появился персональный компьютер Apple на базе микропроцессора фирмы Motorola, который имел большой коммерческий успех и положил начало компьютерам серии Macintosh. Примечательно, что машины главных конкурентов РС от IBM — Macintosh и Amiga, — позволявших себе альтернативную гейтсовским MSDOC и Windows компьютерную архитектуру, впоследствии пытались лишить права именоваться персональными компьютерами, хотя именно таковыми они являлись и внутренне, и внешне. Более того, на рынке под именем персонального компьютера первой появилась модель 1977 года Apple II. Эта машина обладала всеми отличительными признаками современного компьютера, кроме одного: ее розничная цена превышала стоимость среднего автомобиля. Такую роскошь простые американцы позволить себе не могли.