Архитектура компьютера
Отечественные ученые
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.
В. П. Иванников один из основных разработчиков структуры процессоров и общей организации многомашинного вычислительного комплекса АС-6. Под его руководством и при непосредственном активном участии создана операционная система неоднородной локальной сети ЭВМ на базе комплекса АС-6. В 1980 г. по этим проблемам Виктор Петрович защитил докторскую диссертацию. Информационно-вычислительная система АС-6 активно использовалась в системах реального времени в центрах управления полётами космических аппаратов. За разработку математического обеспечения системы АС-6 В. П. Иванников удостоен звания Лауреата Государственной премии СССР.
В 1959–1964 гг. в КБПА под непосредственным руководством В. С. Полина была создана полупроводниковая высокопроизводительная вычислительная машина общего назначения «Весна» и в 1961–1965 гг. – ее расширенный вариант – «Сигма» и сокращенный – «Снег» (именовавшаяся в заводском выпуске СПЭМ-50, СПЭМ-80).В 1967 г. в КБПА был предложен аванпроект программно-совместимых ЭВМ третьего поколения (ОКР «Ряд», гл. конструктор – В. К. Левин); результаты этой работы использовались при создании Единой системы ЭВМ во вновь образованном в 1968 г. НИЦЭВТ, куда была переведена часть сотрудников КБПА.
Резанов Владислав Васильевич. Под руководством В. В. Резанова в НИИ УВМ были разработаны модели М2000 и М3000 АСВТ, которые серийно выпускались Северодонецким приборостроительным заводом и Киевским заводом ВУМ. На базе М3000 была создана система резервирования мест на авиалиниях страны и продажи билетов “Сирена”. В 1968-1976 гг. В. В. Резанов был главным конструктором семейства моделей М6000, М7000 АСВТ-М, на базе которых построено более 15 тысяч автоматизированных систем управления технологическими процессами. В 1976-1990 гг. В. В. Резанов был заместителем генерального конструктора СМ ЭВМ и главным конструктором моделей СМ2, СМ2М, СМ1634, СМ1210, которые пришли на смену М6000/М7000 и серийно выпускались предприятиями НПО “Импульс” в Северодонецке, ПО “Орловский завод УВМ им. К. Н. Руднева”.
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.
История вычислительной техники за рубежом
Первая модель - Apple (канонически писался именно так!), созданная в 1977 г., имела адресуемое адресное пространство в 64к, из которых 16к было зарезервировано под системное ПЗУ, а 48к доступно для ОЗУ. В базовой поставке имел 4к ОЗУ и 4к ПЗУ, в котором размещались программа системного монитора и Integer Basic (Basic для целочисленных операций). В Apple ][ имелось 8 слотов расширения, семь из которых использовались для установки контроллеров различных внешних устройств, а восьмой (точнее нулевой) позволял установить дополнительное или альтернативное ПЗУ. Это был, пожалуй, первый компьютер, предлагавший подключение цветного монитора, в качестве которого ДОЛЖЕН был использоваться телевизор, воспринимающий НЧ-видеосигнал в формате NTSC (стандартный для США). Текстовый экран давал 40х24 символов в черно-белом отображении, каждый символ мог быть обычным, инверсным или мигающим, при этом отображались только заглавные буквы. Клавиатура, соответственно, генерировала коды только для заглавных букв. Графический режим обеспечивал разрешение 280х192 точки, для цветного изображения реальное горизонтальное разрешение было вдвое хуже. Для кодирования цвета использовалась особенность стандарта NTSC, позволяющая сделать контроллер терминала крайне простым - биты в области графического экрана (располагалась в основной оперативной памяти и при работе с текстом могла использоваться как обычное ОЗУ) непосредственно ставились в соответствие фазе сигнала. Два бита со значение 1 подряд давали белый цвет, а комбинации 10 и 01 - по два цвета каждая (красный/голубой и зеленый/пурпурный, если не ошибаюсь), в зависимости от старшего бита в байте. Никаких других цветов не воспроизводилось и «цветные» были прорежены черными (в паре, например, «01» «ноль» давал черную точку, а «единица» - цветную). «Сплошная» закраска была доступна только для черно-белого изображения. Кроме того, был режим «графики низкого разрешения» - 40х24 цветных элементов (фактически, закрашенные текстовые знакоместа), каждый из которых мог иметь разноцветные верхнюю и нижнюю половины, доступно было 16 цветов. Эти особености сохранились и во всех последующих моделях Apple II. Впоследствии для моделей поставляемых в Европу (Euroapple) была создана плата PAL-кодера, устанавливаемая в один из разъемов, поскольку стандарт NTSC в Европе не используется. Звук же реализовывался обычным динамиком, управляемым обращением к регистру в памяти. То есть того же смысла и качества, что на привычном нам PC-speaker. В качестве устройства внешней памяти, как у всех мини-компьютеров этого поколения, использовался бытовой магнитофон. Еще одной интересной возможностью было наличие «игрового порта», к которому подключались до 4-х так называемых «Game paddle». Это были, фактически, обычные переменные сопротивления, положение которых считывалось схемой игрового порта и отображалось значением в специально отведенных ячейках памяти. Комбинация из двух резисторов с движками в перпендикулярных плоскостях давала аналоговый джойстик, который стал активно использоваться в игровых программах.
Наличие разъемов расширения и хорошо описанных спецификаций для них способствовало быстрому развитию периферийных устройств для Apple II, что послужило одной из основных причин его популярности. Вскоре был разработан контроллер привода гибкого диска - Woznyak Machine (по имени создателя), позволявший подключить два 5.25» дисковода disk ][. Эти дисководы работали только с одной стороной дискеты, одна дискета, используемая с двух торон, давала два независимых диска. Для работы с дисками была написана операционная система DOS 3.0, развившаяся впоследствии до DOS 3.3. Она поддерживала только disk ][ и позволяла записать на одной стороне 35 дорожек, 16 секторов по 256 байт на каждой. То есть всего 140 кбайт на одной стороне дискеты. Появившаяся для Apple ][ программа Supercalc - одна из первых «электронных таблиц» - вместе с возможностью хранить информацию не на магнитофонных кассетах, а на удобных и в то же время достаточно компактных 5.25» дисках превратила Apple ][ из игрушки для любителей в нормальный рабочий инструмент, который мог использоваться для вполне жизненных задач - например, ведения бухгалтерии для дома или небольшого офиса. Именно комбинация удачного и компактного компьютера Apple ][ с дисковой ОС и программой Supercalc породила персональный компьютер как массовое явление.
В 1978-1979 годах появилась и получила широкое распространение модель Apple ][+ (Apple two plus), у которой было 48к ОЗУ стандартно и увеличенный до 8к объем ПЗУ. Нулевой слот стал использоваться для расширения ОЗУ до 64к, в каждый момент времени можно было обратиться либо к ПЗУ, либо к дополнительным 16к ОЗУ. Осталась также возможность установить в нулевой слот альтернативное ПЗУ - например со старым Integer Basic. Integer Basic был заменен на Applesoft Basic, поддерживающий работу с плавающей точкой и имеющий больше возможностей. Была добавлена также функция автоматической загрузки с диска при включении питания (в Apple ][ для загрузки с диска требовалась специальная команда системного монитора). В новом мониторе появился также встроенный дизассемблер, упрощающий просмотр содержимого памяти (работа с памятью «напрямую» была важной функцией всех персональных компьютеров 8-ми разрядного поколения). Для Apple ][+ впоследствии появилась возможность обновить знакогенератор так, что появлялась поддержка не только заглавных, но и строчных букв, что сделало более удобной работу с текстом и дало толчок развитию текстовых редакторов.
IBM Невозможно пропустить ключевой этап в развитии вычислительных средств и методов, связанных с деятельностью фирмы IBM. Исторически первые ЭВМ классической структуры и состава - Computer Installation System/360 (фирменное наименование - «Вычислительная установка системы 360», в дальнейшем известная как просто IBM/360) были выпущены в 1964 г., и с последующими модификациями (IBM/370, IBM/375) поставлялись вплоть до середины 80-х гг., когда под влиянием микроЭВМ (ПК) не начали постепенно сходить со сцены. ЭВМ данной серии послужили основой для разработки в СССР и странах-членах СЭВ так называемой Единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ), которые в течение нескольких десятилетий являлись основой отечественной компьютеризации.
ЕС 1045 Машины включали следующие компоненты:
* центральный процессор (32-разрядный) с двухадресной системой команд;
* главную (оперативную) память (от 128 Кбайт до 2 Мбайт);
* накопители на магнитных дисках (НМД, МД) со сменными пакетами дисков (например, IBM-2314 - 7,25 Мбайт, ШМ-2311 -29 Мбайт, IBM 3330 - 100 Мбайт), аналогичные (иногда совместимые) устройства известны и для других из вышеупомянутых серий;
* накопители на магнитных лентах (НМЛ, МЛ) катушечного типа, ширина ленты 0,5 дюйма, длина от 2400 футов (720 м) и менее (обычно 360 и 180 м), плотность записи от 256 байт на дюйм (обычная) и большая в 2-8 раз (повышенная). Соответственно рабочая емкость накопителя определялась размером катушки и плотностью записи и достигала 160 Мбайт на бобину МЛ;
* устройства печати - построчные печатающие устройства барабанного типа, с фиксированным (обычно 64 или 128 знаков) набором символов, включающих прописную латиницу и кириллицу (либо прописную и строчную латиницу) и стандартное множество служебных символов; вывод информации осуществлялся на бумажную ленту шириной 42 или 21 см со скоростью до 20 строк/с;
* терминальные устройства (видеотерминалы, а первоначально -электрические пишущие машинки), предназначенные для интерактивного взаимодействия с пользователем (IBM 3270, DEC VT-100 и пр.), подключаемые к системе для выполнения функций управления вычислительным процессом (консоль оператора - 1 -2 шт. на ЭВМ) и интерактивной отладки программ и обработки данных (терминал пользователя - от 4 до 64 шт. на ЭВМ).
Перечисленные стандартные наборы устройств ЭВМ 60-80-х гг. и их характеристики приведены здесь как историческая справка для читателя, который может их самостоятельно оценить, сравнив с современными и известными ему данными.
Фирмой IBM была предложена в качестве оболочки ЭВМ IBM/360 первая функционально полноценная ОС - OS/360. Разработка и внедрение ОС позволили разграничить функции операторов, администраторов, программистов, пользователей, а также существенно (а десятки и сотни раз) повысить производительность ЭВМ и степень загрузки технических средств. Версии OS/360/370/375 - MFT (мультипрограммирование с фиксированным количеством задач), MW (с переменным количеством задач), SVS (система с виртуальной памятью), SVM (система виртуальных машин) - последовательно сменяли друг друга и во многом определили современные представления о роли ОС.
АВМ – аналоговые вычислительные машины, или вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т. е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаше всего электрического напряжения):
ЦВМ – цифровые вычислительные машины, или вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, цифровой форме. В силу универсальности цифровой формы представления информации ЭВМ является более универсальным средством обработки данных.
ГВМ – гибридные вычислительные машины, или вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме. Они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Назад: Архитектура компьютера