Лекции по Вычислительным машинам   

1. Историческая справка

1.1.4. Электронный период

В начале 40–х годов XX века потребность в автоматизации вычислений стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных К. Зюсом и Г. Айткеном одновременно работало несколько групп исследователей. В США исследования с ЭВМ продолжил Джон Моучли, который в 1941 г. детально ознакомился с проектом Дж. В. Атанасова, а в 1942 г. предложил собственный проект вычислительной машины, предназначенной для военных целей. В 1943 г. начались работы над реализацией проекта Дж. Моучли по заданию Баллистической исследовательской лаборатории Армии США. Работы велись в Пенсильванском университете под руководством Дж. Моучли и инженера–электронщика Д.П. Эккерта. Ученые начали конструировать вычислительную машину на основе электронных ламп, а не электрических реле. Их машина, названная ENIAC (ЭНИАК) — Electronic Numerical Integrator and Computer (электронный цифровой компьютер), в основном была закончена в 1944 г., её окончательный вариант был введен в строй 15 февраля 1946 г.

ЭНИАК предназначался для использования при расчетах баллистических таблиц для орудий береговой обороны США. Первым практическим применением ЭНИАК было решение задач для проекта атомной бомбы в Лос–Аламосской лаборатории в штате Нью–Мексико. В последующее время ЭНИАК использовался в Америке в основном в военных целях: для составления артиллерийских таблиц и таблиц прицельного сбрасывания бомб с самолетов.

Приблизительно одновременно с постройкой ЭНИАК создавалась ЭВМ и в Великобритании с целью дешифровки кодов, которыми пользовались вооруженные сила Германии в период второй мировой войны. Математический метод дешифровки был разработан группой математиков, в число которых входил А. Тьюринг. В начале 40–х годов А. Тьюринг совместно с Х.А. Ньюменом в Блетчи сконструировали машину «Colossus–1», которая в 1943 г. начала работать и которую можно считать первым электронным компьютером. Хотя и ЭНИАК и «Colossus–1» работали на электронных лампах, они по существу копировали электромеханические машины: новое содержание (электроника) было втиснуто в старую форму (структуру доэлектронных машин).

В 1945 г. Дж. фон Нейман разработал концепцию электронно–вычислительной машины EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) с вводимыми в память программами и числами. Сама машина была завершена в 1950 г. Главными элементами концепции были: принцип хранимой программы и принцип параллельной организации вычислений, согласно которому операции над числом проводятся по всем его разрядам одновременно.

В 1946 г. вместе с Г. Гольдстейном и А. Берксом он написал и выпустил отчет «Предварительное обсуждение логической конструкции электронной вычислительной машины», в котором и были изложены основные принципы логической структуры ЭВМ нового типа.

Авторы всесторонне обосновывали предлагаемые принципы и давали технические проработки их реализации в новой машине. Они утверждали, что ЭВМ должна создаваться на электронной основе и работать в двоичной системе счисления. В ее состав должны входить: арифметическое устройство с представлением чисел в форме с плавающей точкой, центральное устройство управления, запоминающие устройства (в том числе оперативное запоминающее устройство для чисел и команд и связанное с ним внешнее запоминающее устройство большой емкости), устройства ввода данных и вывода результатов на печать. В системе команд должны быть команды условной и безусловной передачи управления.

Принципы Дж. фон Неймана определили на многие годы бурное развитие цифровой вычислительной техники. Более того, архитектура большинства ЭВМ с последовательным выполнением команд в программе получила название фон Неймановской архитектуры ЭВМ.

Но работа по созданию EDVAC шла медленно, и запущена машина в эксплуатацию была лишь в 1952 г. По окончании работ над EDVAC фон Нейман не оставлял идеи об использовании ЭВМ как универсального инструмента для решения сложных математических и логических задач. Уже после смерти ученого, по оставшимся после него рукописям, А. Беркс выпустил книгу «Теория самовоспроизводящих автоматов», содержание которой послужило основой для возникновения нового научного направления — теории клеточных автоматов, переросшей позже в теорию однородных структур. Эта теория лежит в основе создания ЭВМ с новой архитектурой (нейрокомпьютеров), интенсивно разрабатывающихся в настоящее время.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским профессором Морисом В. Уилксом. Машина называлась EDSAC (Electronic Data Storage Automatic Computer) и имела оперативную память на ртутных линиях задержки.

Машина «Джониак», построенная в 1946–1952 годах и названная так в честь фон Неймана, имела память на электроннолучевой трубке специальной конструкции.Позднее здесь был применен для запоминающего устройства магнитный барабан, впервые использованный в 1947 г. в английской вычислительной машине, созданной под руководством Э. и К. Бут. Магнитная лента была впервые использована в 1951 г. на машине UNIVAC–1, построенной Дж. Моучли и Д.П. Эккертом. Это была первая большая вычислительная машина, созданная не по специальному заказу, а для продажи.

Несмотря на то, что исследования в области электроники в нашей стране были начаты на несколько лет позже, чем в США и Великобритании, в сжатые сроки был выполнен ряд проектов цифровых ЭВМ. Первые ЭВМ в нашей стране создавались для решения сложных и трудоемких математических задач. Работы над первой ЭВМ начались в 1946 г. группой ученых под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева в Институте электротехники АН УССР. В 1947 г. был закончен проект малой электронной счетной машины — МЭСМ. Основные опытно–конструкторские работы, монтаж и испытания прошли в 1949–1950 гг. В октябре 1951 г. машина была введена в эксплуатацию. Это была самая быстродействующая тогда машина в Европе. С ее помощью был решен ряд важных задач, в том числе расчет устойчивости магистральной линии электропередачи Куйбышев–Москва (1951 г.). Функциональная схема машины удовлетворяла всем принципам Дж. фон Неймана.

Осенью 1952 г. вступил в строй опытный образец машины БЭСМ (большая электронно–счетная машина), созданный в Институте точной механики и вычислительной техники под руководством С.А. Лебедева. По многим параметрам БЭСМ превосходила EDVAC, в ней были осуществлены решения, вошедшие в практику вычислительной техники только через несколько лет. БЭСМ–2 имела оперативную память на электронно–акустических линиях задержки, затем — на электронно–лучевых трубках и позже — на ферритовых сердечниках. Внешнее запоминающее устройство состояло из магнитных барабанов и магнитной ленты.

В Энергетическом институте АН СССР под руководством И.С. Брука и М.А. Карцева в 1952 г. была введена в действие машина М–2 средней мощности и малая машина М–3.

Серийное производство ЭВМ в нашей стране началось в 1953 г. Под руководством Ю.Я. Базилевского и Б.И. Рамеева была разработана машина «Стрела», выпускавшаяся малой серией. В 1955 г. в Пензе начался выпуск малой ЭВМ «Урал–1», созданной также под руководством Б.И. Рамеева. В 50–е годы разработаны серийные ЭВМ: в Ереване под руководством Ф.Т. Саркисяна — «Раздан», в Минске (В.В. Пржиялковскй и др.) — ЭВМ «Минск», а в Киеве — «Киев».
В 1958 г. самой мощной в Европе была советская ЭВМ М–20, созданная усилиями коллективов С.А. Лебедева и Ю.Я. Базилевского.

С переходом к серийному производству ламповых ЭВМ с хранимой программой начинается период машин первого поколения. Здесь история развития вычислительной техники переходит в историю поколений ЭВМ.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.