Как появились компьютеры




                                                                    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