CC BY
222
Вашкевич Н.П., Волчихин В.И., Пащенко В.Г., Пащенко Д.В.
К ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Нет необходимости убеждать кого-либо в большом значении ЭВМ в обеспечении выпуска качественной и надёжной продукции. Электронные компьютеры прочно заняли своё место практически вол всех сферах жизни цивилизованного общества. А между тем недавно исполнилось 65 лет первой электронной ВМ (1939), 60 лет известного доклада (1945) Дж. фон Неймана, который ясно и просто впервые сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, приближается 55-летие первой отечественной ЭВМ (1950), 30 лет первой американской персональной ЭВМ (1975) и 15
лет после выпуска первой отечественной персональной ЭВМ (1990). Вторая мировая война скрыла завесой военной тайны имена создателей и даты создания первых ЭВМ. И только прошедшие годы открыли путь публикациям на эту тему. Конечно, необходимо отдать должное тем учёным, которые разработали идеологию автоматических «вычислителей» и реализовали её в виде механических и электромеханических машин. Это Ч. Беббидж (1843 г.), Г. Эйкен, К. Цузе (сороковые годы прошлого века) и многие другие. Интересно, что вычислительная машина на электромагнитных реле Говарда Эйкена была построена фирмой 1ВМ в 194 3 году. А К. Цузе свою вычислительную машину на реле построил в 1941 году в Германии. Но эти машины были ненадёжны, они только помогли проверить идеологию построения автоматических вычислителей, электронная вычислительная техника их к тому времени уже обогнала.
Электронная вычислительная машина, или компьютер (вычислитель) стала символом второй половины прошлого века наряду с атомной бомбой и ракетной техникой. Собственно владение этими тремя составляющими и предопределила понятие сверхдержава, то есть держава, обладающая самым мощным вооружением. По этой причине вычислительная техника и работа над ней (как, впрочем, и по двум другим составляющим триады этого вооружения) были глубоко засекречены. Только в 7 0-е годы прошлого века завеса секретности стала открываться.
Первую электронную вычислительную машину в 193 9 году разработал болгарин Атанасов, который волею судьбы оказался в те годы в США. Вследствие этого своего изобретения он стал засекреченным и «невыездным» из Соединённых Штатов человеком. Толь ко в 60-х годах прошлого века он возвратился в Болгарию, где был удостоен за свою давнюю разработку звания Героя Болгарии.
Машину Атанасова с учётом разработок Цузе и Эйкена стала усовершенствовать группа американских специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта. Бизнес-проект работ по созданию электронно-вычислительной машины был написан в 1946 году. Результатом этой работы стала ламповая ЭВМ, названная ЭНИАК (см. фографии: коммуникационная панель ЭНИАК и Д.П. Эккерт у панели управления ЭНИАК). Машина весила 3 0 тонн и имела 18 тысяч электронных ламп и выполняла 5 тысяч операций сложения в секунду. Она была примитивна по меркам сегодняшнего времени, так, например, программа вычислений задавалась переключением многих проводов, это было утомительное занятие. Джон фон Нейман участвовал в этой работе и его знаменитый доклад базировался на анализе её результатов. Доклад был разослан многим знаменитым учёным того времени с целью привлечения их к работе над новыми ЭВМ.
К
Первым компьютером, где в достаточно полной мере были учтены положения доклада фон Неймана, стала ЭВМ ЭДСАК, построенная англичанином Морисом Уилксом в 194 9 году. Затем появились компьютеры БИНАК (1948 г., фирма Мочли и Экарта) и СЕАК (1950), Мк-1 (Англия, 1951), ЭДВАК, ИАС и МАНИАК (все США, 1952). Компьютеры находили всё большее применение, особенно в военной сфере.
В Советском Союзе работы по созданию ЭВМ начались в 1947 году в лаборатории моделирования и вычислительной техники института электротехники АН УССР под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева (см. фото). Им был создан коллектив ученых и инженеров, организован теоретический
семинар, на котором в ходе широкого обсуждения были разработаны математические характеристики будущей машины, структурная схема и методы аппаратной реализации универсальной ЭВМ с параллельной обработкой кодов. Была разработана система ламповых импульсно-потенциальных элементов, включавшая в себя триггеры и схемы И и ИЛИ.
В ноябре 1950 года состоялся пуск первой отечественной ЭВМ, которая получила название МЭСМ (малая электронно-счётная машина). Это была трехадресная синхронная ЭВМ с быстродействием 50 операций в секунду. Команды и числа представлялись с фиксированной запятой с длиной слова 17 двоичных разрядов. Смонтирована она была в шкафах, а пульт управления - на обычном канцелярском столе (см. фото). Впечатляет потребляемая мощность - 25 кВт. МЭСМ была алгоритмически универсальной
ЭВМ, что коренным образом отличало её от специализированных ЭВМ зарубежных образцов того времени. Машина имела принтер (телеграфный аппарат РТ), ЗУ на магнитном барабане (5 тыс. слов), ЗУ на магнитной ленте (магнитофон). Затем МЭСМ была усовершенствована и далее (с 25 декабря 1951 года) использовалась для решения сложных задач, которые готовились известными учёными М.В. Келдышем, М.А. Лаврентьевым, А.А. Ляпуновым и др. МЭСМ стала наряду с рядом зарубежных ЭВМ прототипом для мирового цифрового математического машиностроения и положила начало программированию.
Для С.А. Лебедева МЭСМ была экспериментальной моделью - подготовительным этапом для создания быстродействующих ЭВМ (БЭСМ). В период создания МЭСМ уже проектировались и испытывались узлы будущей БЭСМ, монтаж и отладка которой были завершены в 1953 году в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР с участием переехавшего в Москву киевского коллектива сотрудников (на фото: С.А. Лебедев за настройкой БЭСМ). Быстродействие БЭСМ составляло 8 тыс. операций в секунду, она имела электронно-лучевое ОЗУ (запоминающие электронно-лучевые трубки), внешние ЗУ на магнитных барабанах и магнитных лентах. Ряд технических решений БЭСМ нашёл применение в ЭВМ второго поколения.
Далее последовали следующие машины серии БЭСМ: БЭСМ-2, БЭСМ-3, БЭСМ-4, БЭСМ-5, БЭСМ-6. До 7 0х годов разработанная С.А. Лебедевым и его сотрудниками БЭСМ-6 была самой быстродействующей ЭВМ в мире (1 млн. операций в секунду). Тогда же были разработаны ЭВМ более простого класса М-20 и М-22 0, положившие начало серии ЭВМ, выпускавшимся в г. Минске. После БЭСМ-6 в 60-х годах была разработана сверхбыстродействующая многопроцессорная ЭВМ «Стрела», которая, наряду с БЭСМ-6 была задействована в обеспечении космических полётов и была самой быстродействующей ЭВМ того времени.
ЭВМ «Минск» (выпускались в Минске) и «Урал» (много лет выпускались на заводе ВЭМ в г. Пензе) были предназначены для решения различных народно-хозяйственных задач и достаточно широко использовались на различных предприятиях страны. Для решения более простых задач в СССР выпускались машины «Сетунь», «Проминь», «Мир» в различных модификациях. Машины «Минск» и «Урал» первоначально выпускались в ламповых модификациях, а затем стали полупроводниковыми (ЭВМ «Урал-1» с заводским № 1 была установлена в Пензенском политехническим институте - будущем ПГУ, впоследствии её сменили полупроводниковые «Урал-14» и «Урал-17»). Г. Пенза стал одним из главных центров компьютерного производства в СССР.
В те годы основным производителем ЭВМ за рубежом стала фирма 1ВМ. Ею было найдено удачное конструктивное решение, позволившее на едином конструктиве выпускать и модернизировать ЭВМ различной мощности. Это было весьма перспективным решением для того времени. ЭВМ серий «1ВМ-2 60» и «1ВМ-37 0» получили широкое распространение в мире. С учётом этого руководством СССР было принято не вполне оправданное решение создать в стране аналоги ЭВМ фирмы 1ВМ. В результате в 7 0-х годах появились отечественные вычислительные машины ЕС (Серия «Ряд) и последовавшие за ними многопроцессорные ЭВМ «Эльбрус» и «Чегет», созданные, в основном, на тех же конструктивах, что и ЕС. Но создание этих машин потребовала времени, в результате чего западные компьютерные фирмы сумели, опередив отечественных разработчиков, создать и наладить выпуск компьютеров, рассчитанных на массового потребителя и базирующихся на микропроцессорах, микросхемах высокой степени интеграции и развитом парке периферийных устройств, использующих новые физические принципы работы (оптика, мелкодисперсные порошки и жидкости, жидкие кристаллы, электростатику, высокотемпературную микроэлектронику и др.) . В производстве отечественных ЭВМ наметился и углубился разрыв между созданием программного обеспечения, схемотехнического проектирования с одной стороны и конструирования и технологии производства с другой. Использование типовых конструктивов и технологии производства ЭВМ серии ЕС стало причиной того, что наша страна потеряла профессиональный уровень конструкторов и технологов. Стало некому заниматься опытно-конструкторскими работами в сфере новых вычислительных машин. Кроме этого высокий уровень стандартизации комплектующих для ЭВМ серии ЕС заставил разделить их производство по разным ведомствам. В таких условиях практически невозможно было создавать новые электронные комплектующие и периферийные изделия под разработки новых ЭВМ. Это не позволяло сделать принципиально новый шаг в создании принципиально новых компьютеров.
Что происходило в это время в США. Там пять специалистов, работавших в фирме «Форчилд» получили патент на технологию, которую их фирма не захотела у них покупать. Но эти специалисты решили действовать самостоятельно. Они в 1968 г. сложили свои капиталы, купили небольшое здание (говорят, что это был старый сарай), наняли менеджера и для начала стали заниматься производством электронных игрушек, калькуляторов, электронной памяти и затем перешли к проектированию и производству принципиально новых микроэлектронных изделий - микропроцессоров. Так появилась всемирно известная фирма «Интел» (кстати, от слова «интеллект»), так появилась на юго-западе США знаменитая «Силиконовая долина» - признанный центр микроэлектронного производства, так появилась новая элементная база, которая обеспечила создание принципиально новых ЭВМ.
В 1975 году в США Стивен Возняк предложил своему приятелю (оба в то время были техниками фирмы игральных автоматов) в складчину заняться производством электронных игровых автоматов, использующих микропроцессоры и телевизоры (в качестве современных дисплея). Они закупили на 2,5 тыс. долларов электронных комплектующих деталей и гараже собрали первый персональный компьютер. Они «обучили» его различным играм и стали показывать приятелям. Назвали изобретённое ими устройство «Яблочко». К сожалению, изобретатели не до конца поняли значение их изобретения, для них оно поначалу оставалось только игрушкой. Поначалу нее заметили нового изделия и крупные американские фирмы. Действовало правило, сформулированное ещё Г. Фордом: «Хорошая идея должна давать прибыль». Этой
прибыли фирмы поначалу и не увидели. Первой заметила прибыльность идеи фирма !ВМ - ведущий производитель вычислительной техники в США. Взяв за основу идею «техников из гаража», специалисты фирмы разработали персональный компьютер программно и конструктивно трансформируемый, что позволяло потенциальным покупателям этих компьютеров наращивать его мощность, использовать новое программное обеспечение. Так в США появилась поговорка, что «все персональные компьютеры произошли от !ВМ». Это не совсем так. Вышеупомянутое «Яблочко» заинтересовало фирму «Макинтош» и эта фирма купила его у «С. Возняк и Ко» и вслед за !ВМ выбросила на рынок свои компьютеры «Apple», которые не имели свойств трансформируемости (то есть обладали жёсткими конструктивными и программными средствами). Но эти компьютеры отличались высокой программной и конструктивной надёжностью. Для персональных компьютеров была создана и создаётся своя периферия. Это «винчестеры», гибкие диски, матричные, лазерные и струйные принтеры (включая цветную печать), сканеры, флэш-память, СD, плазменные панели - экраны дисплеев и др. К сожалению отечественные предприятия к этой работе практически в последние годы не приступали, если не считать работ, которые были проведены в Пензе по созданию запоминающих устройств на оптических дисках.
Дальнейшее развитие ЭВМ пошло двумя путями. Первый - это дальнейшее совершенствование персональных компьютеров. Второй - повышение технических характеристик (быстродействия) компьютеров. Последний путь был вызван потребностями научных и военных исследований. К тому времени ЭВМ традиционной архитектуры (фон Неймана) достигли фундаментального предела быстродействия, ограниченного конечными скоростями распространения электрических сигналов. Единственным способом дальнейшего увеличения быстродействия была разработка ЭВМ параллельной архитектуры. Такой была БЭСМ-6 - 4
процессора, такими были отечественные ЭВМ «Эльбрус» и «Чегет». Но проблему могли решить компьютеры, имевшие десятки тысяч процессоров. Эта идея была предложена Даниэлом Хиллисом в 1981 г. - в то время бывшего выпускником Массачусетского технологического института (МТИ). Им, при помощи и участии Марвина Мински (специалист по искусственному интеллекту), Ричарда Феймана (Нобелевский Лауреат), Джерома Вигнера (Президент МТИ), в 1986 годы была создана ЭВМ «Коннекшн машин» с 65536 процессорами (это 216). Эта машина выполняла до 7 млрд. операций в секунду, что превысило быстродействие параллельно созданной другими специалистами ЭВМ «Крэй-2». Дальнейшие работы покрыты тайной секретности. Известны пока только машинные станции типа «Альфа». В Советском Союзе и в России также шли работы по созданию «параллельных» ЭВМ. Хороших успехов в этом добились учёные и инженеры Новосибирска, но успешному продвижению этих работ помешала известная пауза, возникшая при переходе к ЭВМ серии «ЕС» фактически прекратившая работы по «параллельным» компьютерам. В США «параллельные» компьютеры или суперкомпьютеры выпускаются небольшими сериями, в России в Новосибирске созданы только единичные экземпляры. И, пожалуй, самая последняя новость. Фирма «Эрикон» объявила об успешных испытаниях и запуске в производство сверхсуперкомпьютера «Блю Джи», способного работать при скорости 360 трлн. операций в секунду. Этот компьютер занимает объём 60 напольных шкафов.
Второй путь развития ЭВМ это машины массового применения и распространения - персональные компьютеры. Нет необходимости подробно вести об этом разговор. Развитие персональных компьютеров шло по пути увеличения их быстродействия, сокращения габаритов и одновременного снижения розничных цен на них. После привычных ПК появились лэптопы - персональный компьютер в дипломате. Затем пришла очередь ноутбуков - персональных компьютеров размеров сначала с книгу, а затем с небольшую папку.
В США ведущие специалисты в области программного обеспечения ЭВМ Алан Кэй в Пало Алто (компания «Ксерокс») выдвинули идею обеспечения понятного общения человека и персонального компьютера. Эта работа была успешно выполнена, создано компьютерное программное обеспечение, обеспечивающее понятный и быстрый интерактивный режим общения человека и ЭВМ. Появилась и реализуется концепция нового компьютера, обращенного человеку через новые средства периферии, сливающегося с иными вещами - спутниками человека. В результате компьютеры стали приборами массового применения. Ни один персональный компьютер не достигает параметров современных суперкомпьютеров, но они обеспечивают для фирм-производителей наибольшую прибыль за счёт массового потребления при сравнительно невысокой стоимости.
Появились компьютеры нового класса, получившие название «интимные компьютеры» (ИК), которые были реализованы в виде карманного компьютера, компьютера-блокнота. Эти вещи способны сопровождать их владельца повсюду, как это сейчас происходит с сотовыми телефонами. Успешно идут работы по созданию ИК в виде запонок, заколок, брошей, пуговиц. Такие компьютеры имеют звуковой канал общения с «хозяином» и инфракрасные (или радио) каналы связи с базовыми компьютерами. Следующий шаг - это слияние ИК и сотового телефона. Такие аппараты уже есть. К этому следует добавить фото и видео камеры и диктофоны, которые становятся частью сотового телефона. Дальнейшее развитие этого вида интимных компьютеров прогнозируют Джон Скалли - президент фирмы «Эппл компьютер» где сейчас работает Алан Кэй. Не менее любопытное предсказывание делает Николас Негропонте директор лаборатории информации Массачусетского технологического института. Он считает, что в рамках идеи простого общения ЭВМ и человека одну из ведущих ролей сыграют телевизоры, превращаемые в умные компьютеры и способные стать домашними информационно-компьютерными центрами.
Характерной чертой начала 21 века стало достаточно широкое перемещение производства ПК в страны Юго-Восточной Азии, Японию, Китай, Индию. Эти страны - признанные, хорошие репитеры (повторители) техники. Кроме этого, стоимость рабочей силы в них меньше, чем в странах Северной Америки и
Европы, а качество изделий высокое. Отказывается от производства ЭВМ и фирма !ВМ, которая сочла, что прибыль от этого бизнеса становится слишком низкой. Это производство !ВМ передаёт в Китай. В Индии появилась своя «Силиконовая долина», где ведутся свои успешные работы в области микропроцессорной техники. Страны Восточной Европы успешно осваивают производство современной периферии ПК - принтеров, сканеров и т. д. Можно выразить сожаление, что отечественные «силиконовые долины» в Зеленограде, в Ульяновске и в других городах не получили необходимого и быстрого развития.
В заключении следует заметить, что тот же Джон Скалли считает, что любая новая технология, в том числе и информационная, требует до 15 лет, чтобы стать массовой. Практика показывает, что с течением лет этот срок становится всё короче и короче. Что ж, вычислительной технике и её истории можно позавидовать, они успешно развиваются.
