Архитектура компьютера

Выдающиеся ученые, чьи имена связаны с историей создания средств цифровой вычислительной техники:

Александриди Тамара Миновна

Пионер создания ЭВМ в России. В 1950-1956 гг. она принимала самое активное участие в разработке первых отечественных цифровых вычислительных машин М-1 и М-2, которые были построены и введены в эксплуатацию в Энергетическом институте АН СССР под руководством чл.-кор АН СССР И.С. Брука.

Исаак Семенович Брук

Ученый, изобретатель. Один из основоположников отечественной вычислительной техники. В 1950-1951 гг. под руководством И. С. Брука была разработана малогабаритная электронная автоматическая цифровая машина М-1 (с хранимой программой).

Лебедев Сергей Алексеевич

Под его руководством были созданы 15 типов ЭВМ, начиная с ламповых и заканчивая суперкомпьютерами на интегральных схемах.В 1945 г. Лебедев создал первую в стране электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, которые часто встречаются в задачах, связанных с энергетикой.

Николай Яковлевич Матюхин

Выдающийся ученый в области вычислительной техники и конструктор специализированных ЭВМ для систем противовоздушной обороны (ПВО).В лаборатории И. С. Брука Н. Я. Матюхин возглавил создание первой автоматической цифровой вычислительной машины М-1, которая была выполнена в 1951 г. практически одновременно с созданием С. А. Лебедевым машины МЭСМ в Киеве.Уже в этой работе Н. Я. Матюхиным были предложены принципиальные решения по выбору архитектуры и схемотехники ЭВМ первого поколения, развитые им в машине М-3 и сыгравшие важную роль в становлении отечественной вычислительной техники. К таким решениям следует отнести:двухадресную систему команд машины вместо казавшейся тогда естественной трехадресной;применение полупроводниковых диодов в логических схемах арифметики и управления машины, обеспечивавшее значительное сокращение числа электронных ламп и повышение надежности.

Глушков Виктор Михайлович

Имя Глушкова в истории развития вычислительной техники связано прежде всего с разработкой теории проектирования ЭВМ, чем он стал заниматься с 1958 года, переключившись на кибернетику. Его с полным правом можно считать основателем этого стержневого направления науки о компьютерах. Следующей очень важной частью работ в этой области, выполненных им и под его руководством (в 50-е и 60-е годы), стали исследования в области управляющих машин и ЭВМ с высоким внутренним интеллектом.

История отечественной вычислительной техники:

• Первые ЭВМ в СССР были созданы:

Официальной «датой рождения» советской вычислительной техники следует считать, видимо, конец 1948 года. Именно тогда в секретной лаборатории в местечке Феофания под Киевом под руководством Сергея Александровича Лебедева (в то время — директора Института электротехники АН Украины и по совместительству руководителя лаборатории Института точной механики и вычислительной техники АН СССР) начались работы по созданию Малой Электронной Счетной Машины (МЭСМ).Проектирование, монтаж и отладка МЭСМ были выполнены в рекордно короткие сроки (примерно 2 года) и проведены силами всего 17 человек (12 научных сотрудников и 5 техников). Пробный пуск машины МЭСМ состоялся 6 ноября 1950 года, а регулярная эксплуатация — 25 декабря 1951 года

БЭСМ-1

Являлась самой быстродействующей машиной в Европе и одной из самых быстродействующих ЭВМ в мире.

Главный конструктор: академик АН СССР С. А. Лебедев; основные разработчики: К. С. Неслуховский, П. П. Головистиков, В. А. Мельников, В. С. Бурцев, В. Н. Лаут, А. И. Зимарев, А. Г. Лаут, А. А. Соколов, М. В. Тяпкин, В. Я. Алексеев, В. П. Смирягин, И. Д. Визун, А. С. Федоров, О. К. Щербаков и др. Организация-разработчик: Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР (ИТМ и ВТ). Завод-изготовитель: Московский завод счетно-аналитических машин (САМ). Год окончания разработки: 1953. Год начала выпуска: 1953. Число выпущенных машин: 1. Область применения: крупные научные и производственные задачи.

М-1

М-1 была разработана в 1950-1951 гг. в Лаборатории электросистем Энергетиче-ского института АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР И. С. Брука. В группу входили пять инженеров — выпускников и дипломников радиотехнического факультета МЭИ и три техника: Н. Я. Матюхин, Т. М. Александриди, В. В. Белынский, А. Б. Залкинд, М. А. Карцев, Ю. В. Рогачев, Р. П. Шидловский, Л. М. Журкин.

М-2

Научный руководитель — член-корреспондент АН СССР И.С. Брук. Руководитель группы разработчиков — М.А. Карцев. В группу, работавшую над М-2, входили на разных этапах работы от 7 до 10 инженеров. Арифметический узел разрабатывался М.А. Карцевым, В.В. Белынским и А.Б. Залкиндом, электростатическое запоминающее устройство — Т.М. Александриди и Ю.А. Лавренюком, устройство управления — Л.С. Легезо, В.Д. Князевым и Г.И. Танетовым, магнитные запоминающие устройства — А.И. Щуровым и Л.С. Легезо, входные и выходные устройства — А.Б. Залкиндом, система питания — В.В. Белынским, Ю.А. Лавренюком и В.Д. Князевым, пульт управления — В.В. Белынским и А.И. Щуровым.

М-3

Универсальная малогабаритная цифровая электронно-вычислительная машина М-3 по своим эксплуатационным характеристикам предназначалась для использования в условиях научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро. К числу задач, решаемых на машине М-3, относятся интегрирование обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных (как линейных, так и нелинейных), решение систем линейных уравнений со многими неизвестными, решение алгебраических и трансцедентных уравнений и т. п. Научный руководитель разработки — член-корреспондент АН СССР И.С. Брук.

Стрела

Электронная вычислительная машина «Стрела». Главный конструктор: Базилевский Юрий Яковлевич, зам. главного конструктора Рамеев Б.И., Прокудаев Г.М., Литвинов А.М., Жучков Д.А., Шилейко А.В., основные исполнители: Цыганкин А.П., Трубников Н.В., Мельников Б.Ф., Монахов Г.Д., Лыгин И.Ф., Ларионова Л.А., Ларионов А.М. и др. Организация-разработчик: СКБ245 (с 1958 г. — Научно-исследовательский институт электронного машиностроения (НИЭМ), с 1986 г. — НИИ «Аргон», Москва. Завод-изготовитель: Московский завод САМ. Ведомство: Министерство приборостроения и средств автоматизации СССР. Год окончания разработки: 1953 г. Год начало выпуска: 1953 г. Год прекращения выпуска: 1956 г. Область применения: научные расчеты в ВЦ АН СССР, ИПМ АН СССР МГУ им. М.В. Ломоносова и в вычислительных центрах некоторых министерств. Число выпущенных машин: 7 образцов. Элементная база: элементная база первого поколения (6200 ламп и 60 000 полупроводниковых диодов). Конструкция: двухрядные стойки с монтажом внутрь межстоечного коридора. Сменные ячейки вставляются с внешней стороны каждого ряда стоек. Технология: применены технологические процессы, существующие на московском заводе САМ, имевшем приборостроительный профиль. Программное обеспечение: библиотека подпрограмм, часть из которых зашита в постоянной памяти.

ЦЭМ-1 и ЦЭМ-2

В 50-х годах прошлого столетия в РНЦ “Курчатовский институт”, называвшийся в то время Лабораторией измерительных приборов АН СССР (ЛИПАН), были сконструированы две цифровые электронные машины: ЦЭМ-1 и ЦЭМ-2.

• Проекты, реализованные в СССР и не имеющие аналогов в мире:

Сетунь — первая и единственная в мире троичная ЭВМ. МГУ. СССР. Завод-изготовитель: Казанский завод математических машин Минрадиопрома СССР. Изготовитель логических элементов — Астраханский завод электронной аппаратуры и электронных приборов Минрадиопрома СССР. Изготовитель магнитных барабанов — Пензенский завод ЭВМ Минрадиопрома СССР. Изготовитель печатающего устройства — Московский завод пишущих машин Минприборпрома СССР.

Год окончания разработки: 1959.

Год начала выпуска: 1961.

Год прекращения выпуска: 1965.

Число выпущенных машин: 50.

В наше время «Сетунь» не имеет аналогов, но исторически сложилось, что развитие информатики ушло в русло двоичной логики.

История вычислительной техники за рубежом:

История создания средств цифровой вычислительной техники уходит в глубь веков. Она увлекательна и поучительна, с нею связаны имена выдающихся ученых мира.

В дневниках гениального итальянца Леонардо да Винчи (1452-1519) уже в наше время был обнаружен ряд рисунков, которые оказались эскизным наброском суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа. Специалисты известной американской фирмы IBM воспроизвели машину в металле и убедились в полной состоятельности идеи ученого. Его суммирующую машину можно считать изначальной вехой в истории цифровой вычислительной техники. Это был первый цифровой сумматор, своеобразный зародыш будущего электронного сумматора – важнейшего элемента современных ЭВМ, пока еще механический, очень примитивный (с ручным управлением). В те далекие от нас годы гениальный ученый был, вероятно, единственным на Земле человеком, который понял необходимость создания устройств для облегчения труда при выполнении вычислений.

В XVII веке положение меняется. В 1641-1642 гг. девятнадцатилетний Блез Паскаль (1623-1662), тогда еще мало кому известный французский ученый, создает действующую суммирующую машину («паскалину»). Вначале он сооружал ее с одной единственной целью – помочь отцу в расчетах, выполняемых при сборе налогов. В последующие четыре года им были созданы более совершенные образцы машины. Они были шести- и восьми разрядными, строились на основе зубчатых колес, могли производить суммирование и вычитание десятичных чисел. Было создано примерно 50 образцов машин, Б. Паскаль получил королевскую привилегию на их производство, но практического применения «паскалины» не получили, хотя о них много говорилось и писалось (в основном, во Франции).

В 1673 г. другой великий европеец, немецкий ученый Вильгельм Готфрид Лейбниц (1646-1716), создает счетную машину (арифметический прибор, по словам Лейбница) для сложения и умножения двенадцатиразрядных десятичных чисел. К зубчатым колесам он добавил ступенчатый валик, позволяющий осуществлять умножение и деление. »…Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно, притом не прибегая к последовательному сложению и вычитанию», – писал В. Лейбниц одному из своих друзей. О машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы.

Pавершающий шаг в эволюции цифровых вычислительных устройств (механического типа) сделал английский ученый Чарльз Беббидж (1791-1871).Проект которой он разработал в 1836-1848 годах, явилась механическим прототипом появившихся спустя столетие ЭВМ. В ней предполагалось иметь те же, что и в ЭВМ, пять основных устройств: арифметическое, памяти, управления, ввода, вывода.

Ада Августа Лавлейс

Программы вычислений на машине Беббиджа, составленные дочерью Байрона Адой Августой Лавлейс (1815-1852), поразительно схожи с программами, составленными впоследствии для первых ЭВМ. Не случайно замечательную женщину назвали первым программистом мира.

К. Цузе установил несколько вех в истории развития компьютеров: первым в мире использовал при построении вычислительной машины двоичную систему исчисления (1937 г.), создал первую в мире релейную вычислительную машину с программным управлением (1941 г.) и цифровую специализированную управляющую вычислительную машину (1943 г.).

В 1948 году в США был изобретен полупроводниковый транзистор, который стал использоваться в качестве элементной базы ЭВМ. Это позволило разработать ЭВМ с существенно меньших габаритов, энергопотребления, при существенно более высокой (по сравнению с ламповыми компьютерами) надежности и производительности. Чрезвычайно актуальной стала задача автоматизации программирования, так как разрыв между временем на разработку программ и временем собственно расчета увеличивался.В октябре 1947 года директора компании Lyons & Company, британской компании, владеющей сетью магазинов и ресторанов, решили принять активное участие в развитии коммерческой разработки компьютеров. Компьютер LEO I начал работать в 1951 году и впервые в мире стал регулярно использоваться для рутинной офисной работы.

Второй этап развития вычислительной техники конца 50-х — начала 60-х годов характеризуется созданием развитых языков программирования (Алгол, Фортран, Кобол) и освоением процесса автоматизации управления потоком задач с помощью самой ЭВМ, то есть разработкой операционных систем. Первые ОС автоматизировали работу пользователя по выполнению задания, а затем были созданы средства ввода нескольких заданий сразу (пакета заданий) и распределения между ними вычислительных ресурсов. Появился мультипрограммный режим обработки данных. Наиболее характерные черты этих ЭВМ, обычно называемых «ЭВМ второго поколения»: совмещение операций ввода/вывода с вычислениями в центральном процессоре; увеличение объема оперативной и внешней памяти; использование алфавитно-цифровых устройств для ввода/вывода данных; «закрытый» режим для пользователей: программист уже не допускался в машинный зал, а сдавал программу на алгоритмическом языке (языке высокого уровня) оператору для ее дальнейшего пропуска на машине.

Машина Манчестерского университета стала прототипом для Ferranti Mark I. Первая такая машина была доставлена в университет в феврале 1951 года, и, по крайней мере, девять других были проданы между 1951 и 1957 годами.

В июне 1951 года UNIVAC 1 был установлен в Бюро переписи населения США. Машина была разработана в компании Remington Rand, которая, в конечном итоге, продала 46 таких машин по цене более чем в 1 млн $ за каждую. UNIVAC был первым массово производимым компьютером; все его предшественники изготовлялись в единичном экземпляре. Компьютер состоял из 5200 электровакуумных ламп, и потреблял 125 кВт энергии. Использовались ртутные линии задержки, хранящие 1000 слов памяти, каждое по 11 десятичных цифр плюс знак (72-битные слова). В отличие от машин IBM, оснащаемых устройством ввода с перфокарт, UNIVAC использовал ввод с металлизированной магнитной ленты стиля 1930-х, благодаря чему обеспечивалась совместимость с некоторыми существующими коммерческими системами хранения данных. Другими компьютерами того времени использовался высокоскоростной ввод с перфоленты и ввод/вывод с использованием более современных магнитных лент.

Первой советской серийной ЭВМ стала Стрела, производимая с 1953 на Московском заводе счётно-аналитических машин. «Стрела» относится к классу больших универсальных ЭВМ (Мейнфрейм) с трёхадресной системой команд. ЭВМ имела быстродействие 2000-3000 операций в секунду. В качестве внешней памяти использовались два накопителя на магнитной ленте емкостью 200 000 слов, объём оперативной памяти — 2048 ячеек по 43 разряда. Компьютер состоял из 6200 ламп, 60 000 полупроводниковых диодов и потреблял 150 кВт энергии.

В 1954 году IBM выпускает машину IBM 650, ставшую довольно популярной — всего было выпущено более 2000 машин. Она весит около 900 кг, и ещё 1350 кг весит блок питания; оба модуля имеют размер примерно 1,5 × 0,9 × 1,8 метров. Цена машины составляет 500000 долл. (около 4 млн долл. в пересчёте на 2011 год) либо может быть взята в лизинг за 3500 долл. в месяц (30000 долл. на 2011 год). Память на магнитном барабане хранит 2000 10-знаковых слов, позже память увеличена до 4000 слов. По мере исполнения программы, инструкции считывались прямо с барабана. В каждой инструкции был задан адрес следующей исполняемой инструкции. Использовался компилятор Symbolic Optimal Assembly Program (SOAP), который размещал инструкции по оптимальным адресам, так чтобы следующая инструкция читалась сразу и не требовалось ждать пока барабан повернётся до нужного ряда.

III поколение ЭВМ

(1965-1974) впервые стали использоваться интегральные схемы - целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.

В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM, на основе которого в СССР была разработана серия ЕС ЭВМ.

Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ.

Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. Этому изобретению суждено было произвести в следующем десятилетии настоящую революцию - ведь микропроцессор является сердцем и душой нашего с вами персонального компьютера.

Но и это еще не все - поистине, рубеж 60-х и 70-х годов был судьбоносным временем. В 1969 году зародилась первая глобальная компьютерная сеть - зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 году одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С («Си»), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.

IV поколение ЭВМ( 1975 по 1985 гг).

Самое главное - что с начала 80-х, благодаря появлению персональных компьютеров, вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств последнего десятилетия - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой «несерьезной» технике.

Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, отнюдь не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.

V поколение ЭВМ

Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них - собственно компьютер, в котором связь с пользователем осуществляет блок, называемый «интеллектуальным интерфейсом». Задача интерфейса - понять текст, написанный на естественном языке или речь, и изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу.

Суперкомпьютеры:

До середины 80-х годов в списке крупнейших производителей суперкомпьютеров в мире были фирмы Sperry Univac и Burroughs. Первая известна, в частности, своими мэйнфреймами UNIVAC-1108 и UNIVAC-1110, которые широко использовались в университетах и государственных организациях.

После слияния Sperry Univac и Burroughs объединенная фирма UNISYS продолжала поддерживать обе линии мэйнфреймов с сохранением совместимости снизу вверх в каждой. Это является ярким свидетельством непреложного правила, поддерживавшего развитие мэйнфреймов - сохранение работоспособности ранее разработанного программного обеспечения.

В мире суперкомпьютеров известна и компания Intel. Многопроцессорные компьютеры Paragon фирмы Intel в семействе многопроцессорных структур с распределенной памятью стали такой же классикой, как компьютеры фирмы Cray Research в области векторно-конвейерных суперкомпьютеров.

 

Назад: Екатерина Склярова