Из истории вычислительной техники

Вычислительная техника представляет собой комплекс математических и технических средств, которые применяются для автоматизации процессов обработки информации и вычислений, а также техническую отрасль, которая занимается изготовлением, разработкой и эксплуатацией этих средств.

История устройств для счета продолжительная и насчитывает тысячелетия. Древнейшим «инструментом счета», который человеку подарила сама природа, была его рука. Первое арифметическое действие люди учились производить с помощью своих десяти пальцев. Именно поэтому первые десять цифр в древнерусской нумерации называли перстами (пальцами).

Следующим, как самобытный метод, возник счет при помощи косточек. Он стал фундаментом к образованию прообраза счетов современности – «дощаного счета».

Начиная с настольного арифмометра и заканчивая электронно-вычислительными машинами, с обыкновенного планиметра до усложненной электронной установки, от маленького счетного бюро до огромного вычислительного центра. Все это создано для людей и помогает им надежнее, точнее и быстрее производить с немыслимыми числами арифметические действия, находить ответы на непростые задачи вычислительной математики, отслеживать быстропротекающие процессы.

Простейшие вычислительные средства содействовали в создании арифмометра. Его дальнейшее развитие способствовало появлению клавишных настольных машин, ручных калькуляторов. Эти приборы используются в вычислительных бюро и на счетных станциях. Они, кроме основных арифметических действий, выполняют еще и совокупности сложных операций.

Микрокалькуляторы получили большую популярность еще и потому, что их современные модели изготовлены на основе крошечного вычислительного устройства – микропроцессора. Микрокалькуляторы применяют в быту, они стали незаменимой вещью для школьников, студентов, экономистов, конструкторов и инженеров.

Другим элементом вычислительной техники являются счетно-перфорационные машины. Для работы они используют картонные прямоугольники с отверстиями – перфорационные карты. Весь комплект таких машин составляет вычислительную поточную линию, на которой перфокарты обрабатываются на всех стадиях.

Счетно-перфорационные (табуляторные) машины имеют сравнительно высокую производительность – в час десятки тысяч перфокарт. Основным оборудованием машинносчетных станций является счетно-перфорационный комплект. В похожих машинах и устройствах математические величины представлены не в виде чисел или конкретных, меняющихся скачкообразно данных, а в виде физических величин определенного масштаба: уровень жидкости, напряжение электротока, перемещение углов поворота. С помощью этих машин можно производить вычисления над величинами, непрерывно поступающими – как водная струя. Ответ они также будут давать непрерывно.

Примером таких устройств являются: пантографы, тангенсные механизмы, математические инструменты-планиметры, логарифмические линейки, подвижные номограммы и другие.

Здесь электроника также не стояла на месте и произвела революцию. Выпущено немало аналоговых электронных вычислительных машин с непрерывным действием, решающих непростые системы уравнений с большей скоростью и точностью. Такие машины надежны и просты в эксплуатации. Стартовые данные в них вводятся автоматически, а за процессом решения можно наблюдать на специальном экране.

Аналоговые машины используют для решения практических и теоретических задач. Например, для изучения полей физической природы: магнитных, электрических, тепловых; для анализа динамических систем; для стабилизации сложных процессов, в виде измерительного устройства в системах сбора информации; для управления разнообразными объектами. Вышеупомянутые задачи аналоговые устройства решают с подходящим быстродействием, требуют минимальных затрат и позволяют работать на них в реальном времени.

Недалеко от аналоговых машин стоят аналого-цифровые вычислительные машины, цифровой процессор в которых соединен с аналоговым. Благодаря этому при обработке данных используются сильные стороны каждого типа устройств.

Лидерами в мире электронных устройств, безусловно, становятся вычислительные цифровые электронные машины. Они по своему назначению и характеристикам подразделяются на персональные и супер ЭВМ, а также мини-, средние, большие и микро-ЭВМ.

Электронные вычислительные машины изначально не были совершенны настолько, как их последние модели. Заглянув в прошлое ЭВМ можно познакомиться с «бабушками и дедушками» машин современности. Тогда они еще работали на радиолампах. Именно поэтому «эрой радиоламп» называют первоначальный период в истории ЭВМ. После была «эра транзисторов», а на смену ей пришла «эра интегральных схем».

Сейчас более популярно деление по поколениям машин, как по периодам развития компьютерной техники. Каждое поколение имеет индивидуальные характеристики. В них учитывается осуществление взаимодействия пользователя с машинами, программное обеспечение и архитектура ЭВМ, а также ее технические особенности. Стоит учесть, что машина одновременно совершенствуется не во всех характеристиках, поэтому деление на поколения по этапам становится условным.

В создании ЭВМ и не бывает такого, что одно поколение машин отработало, и таких моделей больше нет. Зачастую, в течение нескольких лет несколько компьютеров разных поколений существуют рядом друг с другом. Правда, работу они выполняют разную, которая зависит от их производительности – одни очень сложную, а другие простую, которую способны потянуть.

Для сравнения у машин первого поколения (ENIAC, Mark-1) память составляла около восьми тысяч машинных слов, а быстродействие до двадцати тысяч операций/секунду.

Машины второго поколения работали на диодах и транзисторах. Благодаря этому их быстродействие возросло до нескольких миллионов операций/секунду, а объем памяти составлял несколько тысяч машинных слов. Бесспорно, модели второго поколения недотягивали до своих аналогов на западе, но были немалым достижением для советского союза.

Отдельно стоит поговорить о машине второго поколения БЭСМ-6, которую называли гигантом. Такое название она получила не из-за размеров, а благодаря производительности и мощности. Сами же ее размеры были меньше в несколько раз предшественника БЭСМ-1. БЭСМ-6 служила для решения технических и научных задач широкого круга, которые требовали огромного вычислительного объема.

В этой модели учли все новейшее из того, что имела вычислительная техника того времени. Использовали решение нескольких вычислительных операций параллельно – совмещение решения нескольких задач. Эта машина была способна воспринимать условия с магнитных лент и барабанов, с перфолент и перфокарт, а также с телеграфной линии. На БЭСМ-6 одновременно работать могли несколько операторов, а с помощью быстродействующего запоминающего устройства производительность машины повышалась в несколько раз.

Третье поколение машин построено с использованием крошечных вычислительных устройств, находящихся на одном кристалле – интегральных схем. Такие устройства способны выполнять довольно непростые функции. При желании можно собрать различные модели машин из таких серийных модулей. Они надежны и экономичны. Внешняя память у них неограниченная, постоянно увеличивать ее можно с помощью наборов магнитных дисков, а быстрота действия таких машин составляет несколько миллионов операций/секунду.

ЭВМ этого типа представлены целыми семействами (например, семейства «Электроника», СМ, ЕС), которые составляют ежиную систему ЭВМ. Они все совместимы по программам в определенном семействе и были выпущены для социалистических стран. Кстати, архитектура ЭВМ полностью была перенята с запада. Например, ЭВМ ЕС стала полным техническим подражанием IBM System/360.

Машины, относящиеся к представителям первой очереди, называют РЯД-1. Некоторые представители этого «ряда» ЭВМ – ЕС-1022, ЕС-1020, ЕС-1010. Последняя модель имеет объем основной памяти 0,5 Мб, а производительность 0,08 млн операций/секунду.

РЯД-2 (вторая очередь ЕС ЭВМ) начала свое существование в 1976 году. Некоторые модели этой очереди помечены 1982 годом. У этих ЭВМ объем основной памяти составляет уже 8 Мб, а производительность 2млн операций/секунду. Примером моделей второго ряда являются, ЕС-1035 и ЕС-1015 среди малых машин, ЕС-1055 и ЕС-1045 среди средних, и среди больших машин ЕС-1061 и ЕС-1060.

Машины РЯД-3 (третьей очереди) выпускались с 1983-1988 год. Наиболее интересными моделями этого класса считаются ЕС-1088 и ЕС-1068.

Между машинами третьего и четвертого поколений сложно провести четкую границу. Основное их отличие это уровень технологий. В этих машинах используются не простые интегральные схемы, а БИС – большие интегральные схемы, а также новые архитектурные особенности. С помощью БИС появляется возможность выстраивать микропроцессоры. От ЭВМ эти небольшие вычислительные машины отличаются отсутствием устройств ввода-вывода и оперативной памяти. У них предусмотрены только внешние выходы, для присоединения памяти, которая будет хранить команды и числа. Микропроцессор представляет собой УУ и АЛУ миниатюрной ЭВМ, ее центральную часть.

Машины четвертого поколения имеют и другой принцип работы. Обычные устройства работают, выполняя команды последовательно, шаг за шагом, а узлы ЭВМ четвертого поколения одновременно выполняют значительное количество операций, обрабатывают данные поточно. Работа на них сравнима с производством на сборочных промышленных линиях, где сразу на несколько рабочих мест поступает исходная продукция, и на каждом из них происходит одна отдельная операция, являющаяся частью общего процесса. Такой метод работы ускоряет производительность во много раз.

Достойными представителями этого поколения стали «Эльбрус-l», М-10 и другие модели. Их производительность составляет более 100млн операций/секунду. А с помощью микропроцессоров был создан новый вид ЭВМ- мини и микро, хотя найти особые различия между ними сложно.

Микро-ЭВМ просто встраиваются в аппараты, инструменты и приборы. Их можно вставить практически в любое устройство, требующее программного управления, от небольших игрушек до роботов, от бытовых приборов до автоматических линий завода.

Мини-ЭВМ представляют собой самостоятельные машины как для обработки информации и вычислений, так и для упрощения проектирования, инженерных расчетов и для управления.

Средние ЭВМ отличаются от Мини-ЭВМ большей точностью вычислений, а также более мощными внешними устройствами. Они имеют память на дисках и магнитных лентах, что дает возможность хранить большие информационные объемы.

В объединенных вычислительных центрах основные мощности вычисления составляют большие ЭВМ. Они имеют производительность до нескольких десятков миллионов операций/секунду. Гигантские объемы памяти создаются с помощью дисковых запоминающих устройств. Такие ЭВМ имеют сильные каналы ввода-вывода, засчет чего устройство обеспечивает одновременно многих пользователей ресурсами.

Супер-ЭВМ представляют класс машин, некоторые из которых имеют сотни тысяч микроэлементов логики и памяти. Такая ЭВМ имеет производительность более миллиарда операций/секунду.