История ЭВМ

Благодаря фирме IBM идеи фон  Неймана реализовались в виде широко распространенного в наше время принципа открытой архитектуры  системных блоков компьютеров. Согласно этого принципа компьютер не является единым неразъемным устройством, а состоящим из независимо изготовленных частей, причем методы сопряжения устройств с компьютером не являются секретом фирмы-производителя, а доступны всем желающим. Таким образом, системные блоки можно собирать по принципу детского конструктора, то есть менять детали на другие, более мощные и современные, модернизируя свой компьютер ( апгрейд , upgrade — "повышать уровень"). Новые детали полностью взаимозаменяемы со старыми. «Открыто архитектурными» персональные компьютеры делает также системная шина, это некая виртуальная общая дорога или жила, или канал, в который выходят все выводы ото всех узлов и деталей системного блока. Надо сказать, что большие компьютеры (не персональные) не обладают свойством открытости, в них нельзя просто так что-то заменить другим, более совершенным, например, в самых современных компьютерах могут отсутствовать даже соединительные провода между элементами компьютерной системы: мышью, клавиатурой ("keyboard"– "клавишная доска") и системным блоком. Они могут общаться между собой при помощи инфракрасного излучения, для этого в системном блоке есть специальное окошко приема инфракрасных сигналов (по типу пульта дистанционного управления телевизора).

В настоящее время обычный  персональный компьютер представляет собой комплекс, состоящий из:

•основной электронной платы (системной, материнской), на которой  размещены те блоки, которые осуществляют обработку информации вычисления;

•схем, управляющих другими  устройствами компьютера, вставляемых  в стандартные разъемы на системной  плате – слоты;

•дисков хранения информации;

•блока питания, от которого подводится электропитание ко всем электронным  схемам;

•корпуса (системный блок), в котором все внутренние устройства компьютера устанавливаются на общей  раме;

•клавиатуры;

•монитора;

•других внешних устройств.

В 1946 году была построена  первая ЭВМ с архитектурой Неймана-английская машина EDSAC, а годом позже появилась американская ЭВМ EDVAC. EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) — одна из первых электронных вычислительных машин. В отличие от своего предшественника ЭНИАКа, это был компьютер на двоичной, а не десятичной основе. Как и ЭНИАК, EDVAC был разработан в Институте Мура Пенсильванского Университета для Лаборатории баллистических исследований  Армии США командой инженеров и ученых во главе с Джоном Преспером Экертом (англ.) и Джоном Уильямом Мокли при активной помощи математика фон Неймана и Германа Голдстайна.

Великая роль академика С.А. Лебедева в создании отечественных  компьютеров. Под его руководством в 50-ч годах были построены серийные ламповые ЭВМ БЭСМ-1, БЭСМ-2, М-20. В  то время эти машины были одними из лучших в мире.

В шестидесятых годах наша промышленность начала массовый выпуск полупроводниковых приборов, что  позволило перейти на новую элементную базу. Разработка полупроводниковых  машин, которой руководил С. А. Лебедев, развивалась по двум основным направлениям. Первое — перевод наиболее совершенных  ламповых машин на полупроводниковую  элементную базу с сохранением структуры  и быстродействия, но с повышением надежности, уменьшением размеров и  энергопотребления. Ламповая машина М-20 стала в полупроводниковом варианте БЭСМ-ЗМ, БЭСМ-4 и М-220.

Первое поколение ЭВМ (1948 — 1958 гг.)

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”, M-20, "Сетунь", БЭСМ-2, "Раздан". Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2—3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти—2К или 2048 машинных слов (1K=1024) длиной 48 двоичных знаков. В 1958 г. появилась машина M-20 с памятью 4К и быстродействием около 20 тысяч операций в секунду. В машинах первого поколения были реализованы основные логические принципы построения электронно-вычислительных машин и концепции Джона фон Неймана, касающиеся работы ЭВМ по вводимой в память программе и исходным данным (числам). Этот период явился началом коммерческого применения электронных вычислительных машин для обработки данных. В вычислительных машинах этого времени использовались электровакуумные лампы и внешняя память на магнитном барабане. Они были опутаны проводами и имели время доступа 1х10-3 с. Производственные системы и компиляторы пока не появились. В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках. Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой.

 

Второе поколение ЭВМ (1959 — 1967 гг.)

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  увеличело 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 программного обеспечения. Появились также специализированные машины, например ЭВМ для решения экономических задач, для управления производственными процессами, системами передачи информации и т.д.

 К ЭВМ второго поколения относятся:

•ЭВМ М-40, -50 для систем противоракетной обороны;

•Урал -11, -14, -16 - ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение  инженерно-технических и планово-экономических  задач;

•Минск -2, -12, -14 для решения  инженерных, научных и конструкторских  задач математического и логического  характера;

•Минск-22 предназначена для решения научно-технических и планово-экономических задач;

•БЭСМ-3 -4, -6 машин общего назначения, ориентированных на решение  сложных задач науки и техники;

•М-20, -220, -222 машина общего назначения, ориентированная на решение сложных  математических задач;

•МИР-1 малая электронная  цифровая вычислительная машина, предназначенная  для решения широкого круга инженерно-конструкторских  математических задач,

•"Наири" машина общего назначения, предназначеная для решения широкого круга инженерных, научно-технических, а также некоторых типов планово-экономических и учетно-статистических задач;

•Рута-110 мини ЭВМ общего назначения;

и ряд других ЭВМ.

Вычислительные машины этого  периода успешно применялись  в областях, связанных с обработкой множеств данных и решением задач, обычно требующих выполнения рутинных операций на заводах, в учреждениях и банках. Эти вычислительные машины работали по принципу пакетной обработки данных. По существу, при этом копировались ручные методы обработки данных. Новые  возможности, предоставляемые вычислительными  машинами, практически не использовались.

Именно в этот период возникла профессия специалиста по информатике, и многие университеты стали предоставлять  возможность получения образования  в этой области.

 

Третье поколение ЭВМ (1968 — 1973 гг.)

Элементная база ЭВМ - малые  интегральные схемы (МИС). 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. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличилось быстродействие, повысилась надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились. В СССР в 70-е годы получают дальнейшее развитие АСУ. Закладываются основы государственной и межгосударственной, охватывающей страны - члены СЭВ (Совет Экономической Взаимопомощи) системы обработки данных. Разрабатываются универсальные ЭВМ третьего поколения ЕС, совместимые как между собой (машины средней и высокой производительности ЕС ЭВМ), так и с зарубежными ЭВМ третьего поколения (IBM-360 и др. - США). В разработке машин ЕС ЭВМ принимают участие специалисты СССР, Народной Республики Болгария (НРБ), Венгерской Народной Республики (ВНР), Польской Народной Республики (ПНР), Чехословацкой Советской Социалистической Республики (ЧССР) и Германской Демократической Республики (ГДР). В то же время в СССР создаются многопроцессорные и квазианалоговые ЭВМ, выпускаются мини-ЭВМ "Мир-31", "Мир-32", "Наири-34". Для управления технологическими процессами создаются ЭВМ сериии АСВТ М-6000 и М-7000 (разработчики В.П.Рязанов и др.). Разрабатываются и выпускаются настольные мини-ЭВМ на интегральных микросхемах М-180, "Электроника -79, -100, -125, -200", "Электроника ДЗ-28", "Электроника НЦ-60" и др.

 К машинам третьего поколения относились "Днепр-2", ЭВМ Единой Системы (ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060 и несколько их промежуточных модификаций - ЕС-1021 и др.), МИР-2, "Наири-2" и ряд других. Применение распределенных вычислительных систем явилось базой для децентрализации решения задач, связанных с обработкой данных на заводах, в банках и других учреждениях. Вместе с тем для данного периода характерным является хронический дефицит кадров, подготовленных в области электронных вычислительных машин. Это особенно касается задач, связанных с проектированием распределенных вычислительных систем и систем реального времени.

 

Четвертое поколение ЭВМ (1974 — 1982 гг.)

Элементная база ЭВМ - большие  интегральные схемы (БИС). Машины предназначались  для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствует увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее программное обеспечение. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (или монитора)—набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека. К этому поколению можно отнести ЭВМ ЕС: ЕС-1015, -1025, -1035, -1045, -1055, -1065 (“Ряд 2”), -1036, -1046, -1066, СМ-1420, -1600, -1700, все персональные ЭВМ (“Электроника МС 0501”, “Электроника-85”, “Искра-226”, ЕС-1840, -1841, -1842 и др.), а также другие типы и модификации. К ЭВМ четвертого поколения относится также многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус". "Эльбрус-1КБ" имел быстродействие до 5,5 млн. операций с плавающей точкой в секунду, а объем оперативной памяти до 64 Мб. У "Эльбрус-2" производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мслов ( слово 72 разряда), максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода - 120 Мб/с.