Файл: История развития средств вычислительной техники.(Счет в древнем мире).pdf

Нойс сам себя считал отменным лентяем. И главное изобретение жизни сделал, по его собственным словам, также из лени. Ему надоело наблюдать, как при изготовлении микромодулей пластины кремния сначала разрезали на отдельные транзисторы, а затем опять соединяли друг с другом в единую схему. Процесс был трудоемким (все соединения паялись вручную под микроскопом) и дорогостоящим. И в 1958 году Нойс наконец сообразил, как изолировать друг от друга отдельные транзисторы в кристалле. Так родились всем знакомые микросхемы – пластинки с графическим лабиринтом «дорожек» из алюминиевых напылений, отделенных друг от друга изолирующим материалом.

На первых порах микросхемы с трудом пробивали себе дорогу на рынок. Но в начале 1970-х все резко изменилось: после того, как в 1969 году Fairchild Superconductor продала определенный тип микрочипов (предсказанных Бардиным еще во время работы в Bell Telephone Laboratories) на $15 млн. Спустя два года объем продаж той же продукции подскочил до $100 млн.

Однако успехи «вундеркиндов» омрачили обычные в таких случаях приоритетные дрязги. Дело в том, что Джек Килби подал заявку на патент микросхемы в феврале 1959 года, а Нойс сделал это только спустя пять месяцев. Тем не менее он получил патент первым – в апреле 1961-го, а Килби – только через три года. После этого между конкурентами развязалась десятилетняя «приоритетная война», закончившаяся мировым соглашением: Апелляционный суд США подтвердил претензии Нойса на первенство в технологии, но одновременно постановил считать Килби создателем первой работающей микросхемы.

Роберт Нойс не дожил до положенной ему по праву Нобелевской премии 2000 года ровно десять лет – в 63-летнем возрасте он скончался в своем рабочем кабинете от сердечного приступа.

Но до этого он основал вместе с Муром еще одну знаменитую компанию. Бросив в 1968 году налаженный бизнес в Fairchild Semiconductor, друзья решили назвать свое новое детище без затей: Moore Noyce. Однако по-английски это звучало более чем двусмысленно – почти как more noise («больше шума»), и компаньоны остановились на более официальном, зато содержательном названии: Integrated Electronics. Затем их компания неоднократно меняла имя, и сегодня каждый пользователь «персоналок» ежедневно лицезреет ее логотип с нынешним названием, коротким и звучным – Intel. Который «внутри».

Так спустя два десятилетия после открытия Бардина, Браттейна и Шокли завершилась Великая кремниевая революция.

В случае с Джоном Бардиным члены Шведской академии в первый и пока единственный раз в более чем вековой истории Нобелевских премий пошли на нарушение ее статута. Один из его пунктов запрещает присуждать премии дважды в одной номинации. Однако отметить успех сотрудников Бардина (очевидный для членов комитета и всего мирового научного сообщества) и при этом проигнорировать главного виновника торжества было бы просто неприлично, и американскому физику сделали исключение.

«Вчера Bell Telephone Laboratories впервые продемонстрировала изобретенный ею прибор под названием «транзистор», который в ряде случаев можно использовать в области радиотехники вместо электронных ламп. Прибор был применен в схеме радиоприемника, не содержащего обычных ламп, а также в телефонной системе и телевизионном устройстве. Во всех случаях прибор работал в качестве усилителя, хотя фирма заявляет, что он может применяться и как генератор, способный создавать и передавать радиоволны. Транзистор, имеющий форму маленького металлического цилиндра длиной около 13 миллиметров, совсем не похож на обычные лампы, в нем нет ни полости, из которой откачан воздух, ни сетки, ни анода, ни стеклянного корпуса. Транзистор включается практически мгновенно, не требуя разогрева, поскольку в нем отсутствует нить накала. Рабочими элементами прибора являются лишь две тонкие проволочки, подведенные к куску полупроводника величиной с булавочную головку, припаянному к металлическому основанию. Полупроводник усиливает ток, подводимый к нему по одной проволочке, а другая отводит усиленный ток».

12 Поколения ЭВМ

Каждый этап развития определялся тем материалом, из которого они изготавливались, элементной базой. И на каждом этапе более современные модели ЭВМ быстро вытесняли старые. При этом область применения компьютеров постоянно расширялось. Поэтому принято говорить о поколениях ЭВМ.

Первое поколение

К первому поколению обычно относят ЭВМ, созданные на рубеже 1950-х годов и построенные на электронных лампах, хотя первая такая ЭВМ – ENIAC (английская аббревиатура, означающая «электронный цифровой интегратор и вычислитель») – была построена в США Дж. Моучли и Дж. Эккертом еще в 1945 году. По скорости вычислений она значительно превосходила релейные счетные машины того времени, но программировалась аппаратным способом – при помощи штеккерно-коммутационной панели (программа формировалась путем соответствующего соединения проводами тех или иных блоков машины). Только в 1949 году была построена первая ЭВМ с архитектурой фон Неймана (с программой, хранящейся в памяти в виде последовательности закодированных команд) – английская ЭВМ EDSAC, а годом позже появилась аналогичная американская машина EDVAC. Однако эти две ЭВМ существовали в единственных экземплярах, и лишь в 1950-х годах в развитых странах мира началось серийное производство ЭВМ первого поколения.

В СССР первая ЭВМ такого типа была создана в 1951 году академиком С.А. Лебедевым, эта машина называлась МЭСМ (аббревиатура, означающая «малая электронная счетная машина»). Позже под руководством академика Лебедева в 1950-х годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1 («большая электронная счетная машина»), БЭСМ-2, М-20.

Компьютеры первого поколения стали значительным шагом вперед по сравнению с ранними моделями механических и электрических релейных счетных машин, прежде всего благодаря реализации идеи программного управления вычислениями – путем ввода в память требуемой последовательности кодов команд, но без изменения каждый раз структурной схемы ЭВМ. Для ввода-вывода программ и данных обычно использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и алфавитно-цифровые печатающие устройства. Но машины на электронных лампах имели огромные размеры и низкую надежность, потребляя при этом большое количество электроэнергии. Приобретение такого компьютера было по силам только крупным государственным учреждениям или фирмам.

Хотя компьютеры первого поколения обеспечивали быстродействие около 10-20 тысяч операций в секунду, набор команд для написания программ в них был небольшим, а какое-либо стандартное программное обеспечение практически отсутствовало. Более того, еще практически не существовало сколько-нибудь стандартных языков программирования – программы нужно было писать на языке машинных кодов, в соответствии с числовыми кодами команд процессора конкретной модели ЭВМ, так что программы, написанные для одного компьютера, невозможно было использовать на компьютере другой модели.

Как правило, ЭВМ первого поколения предназначались для решения каких-либо специальных задач (например, для расшифровки перехваченных вражеских радиограмм во время Второй мировой войны) или для выполнения расчетов для целых производственных и исследовательских коллективов. Желающие воспользоваться возможностями такой ЭВМ в своей работе должны были передавать задания математикам-программистам, формализующим задачи и составляющим программы, после чего созданная программа вводилась операторами с пульта управления машиной, а затем производились ее отладка и исполнение. Процесс отладки был достаточно длительным и носил итерационный (многошаговый) характер, а если получивший результаты расчетов специалист обнаруживал в постановке задачи ошибку или требовалось изменить исходные данные, то весь процесс приходилось производить заново.

Опыт использования машин первого поколения выявил существенный разрыв между значительным временем, затрачиваемым на разработку программ, и сравнительно небольшим временем выполнения расчетов по ним компьютером. Для решения этой проблемы потребовалась разработка средств автоматизации программирования и различных обслуживающих программ, упрощающих работу с ЭВМ, придающих ей характер диалога оператора с компьютером.

Второе поколение

Второе поколение ЭВМ представляют компьютеры, созданные в 1955–1965 годах с использованием как электронных ламп, так и отдельных транзисторных логических элементов. Они оснащались устройствами оперативной памяти на магнитных сердечниках, стал расширяться диапазон используемого периферийного оборудования ввода-вывода программ и данных – появились устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски. Быстродействие ЭВМ второго поколения достигало сотен тысяч операций в секунду, емкость памяти – нескольких десятков тысяч байтов.

Чтобы упростить создание программ, был создан язык программирования Ассемблер, позволяющий задать всю необходимую последовательность действий при помощи некоторого набора текстовых команд, понятных оператору и обычно представляющих собой аббревиатуры английских названий соответствующих действий. Соответственно, для преобразования текста программы (листинга), написанного на Ассемблере, в необходимую последовательность команд процессора компьютер должен быть оснащен специальной программой – транслятором.

Появился также широкий набор стандартных («библиотечных») программ для решения различных математических задач, были созданы мониторные системы, реализующие диалоговый режим трансляции, отладки и исполнения программ, а для некоторых машин второго поколения были созданы первые операционные системы. Однако ЭВМ второго поколения были несовместимы между собой по командам процессора, так что возможность создания универсальных, машинно-независимых программ все еще отсутствовала. А значительная сложность программирования на Ассемблере по-прежнему требовала при общении между пользователем и ЭВМ специалиста-оператора в качестве «посредника».

Третье поколение

ЭВМ третьего поколения были созданы после 1960 года на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС), или микросхемах. Такие схемы представляют собой цельные микрокристаллы полупроводника, на которых при помощи целого ряда высокоточных микроопераций вытравливаются или напыляются сверхминиатюрные аналоги обычных транзисторов и иных полупроводниковых элементов. Первые ИС содержали в себе десятки, а позже – сотни, диодов, транзисторов, резисторов и пр.

Первой ЭВМ третьего поколения считается серийно выпускавшаяся со второй половины 1960-х годов американской фирмой IBM машина IBM/360. Немного позже, в 1970-х годах, в СССР и других европейских социалистических странах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ («Единая система ЭВМ») по образцу IBM/360. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду; активно стал применяться новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски, появились новые типы устройств ввода-вывода: цветные графические дисплеи и графопостроители.

Вместе с тем переход к третьему поколению связан прежде всего с существенными изменениями архитектуры ЭВМ. Машины третьего поколения – это семейства компьютеров с единой архитектурой, то есть полностью программно-совместимых между собой в пределах данного семейства. Появилась также возможность одновременного (точнее, параллельного) выполнения нескольких программ на одной машине; такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным). Кроме того, ЭВМ третьего поколения уже оснащались развитыми операционными системами, обеспечивающими решение задач управления памятью, устройствами и ресурсами компьютера.

В 1970-е годы появились и быстро стали популярными малые (мини) ЭВМ. Типичным их представителем была машина серии PDP-11 американской фирмы DEC. Ее советскими аналогами стали серия СМ ЭВМ («Семейство малых ЭВМ»), а позже – хорошо всем известные семейства: ДВК, БК-0010 – БК-0011М, УКНЦ и пр. Решающим преимуществом мини-ЭВМ стали их небольшие размеры и стоимость, а также более высокая надежность по сравнению с «большими» машинами, поэтому уже во второй половине 1970-х годов мини-ЭВМ обогнали их по объемам производства. Существенно расширились и области применения ЭВМ – появились базы данных, первые системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ).

Чтобы упростить создание программ, появились так называемые языки высокого уровня, позволяющие задать всю необходимую последовательность действий при помощи некоторого стандартного, машинно-независимого набора команд, понятных оператору и обычно представляющих собой английские названия соответствующих действий или записи математических выражений в общепринятом виде. Соответственно, для преобразования листинга программы на языке высокого уровня в исполняемые программы для конкретного типа процессора потребовались более сложные программы-трансляторы, чем для Ассемблера. Однако для ЭВМ третьего поколения все еще оставалась нерешенной проблема программной совместимости (для исполняемых программ, по наборам команд процессоров) между разными семействами ЭВМ.