книги из ГПНТБ / Апокин, И. А. Развитие вычислительных машин

ПРЕДИСЛОВИЕ

История цифровой вычислительной техники, т. е. техники, ос­ нованной на использовании устройств дискретного счета, создан­

ных человеком для механизации процессов обработки информа­

(длин, углов, электрических напряжений и т. д.). Последние по­ лучили название аналоговых, или устройств непрерывного дейст­

вия.

Существенное отличие цифрового устройства от аналогового заключается в том, что точность вычислений, выполняемых циф­

ровым устройством, в принципе не зависит от точности изготовле­

ния элементов. В качестве примера можно привести обычные сче­ ты, технология которых, как известно, не отличается особой слож­

ностью. В аналоговых устройствах предъявляются более или ме­

нее высокие требования к точности изготовления компонентов.

Типичным примером в этом отношении является логарифмическая

линейка.

Развитие вычислительных устройств в конечном итоге прще-

ло к созданию сложных электронных систем — как цифровых, так

ианалоговых. При этом в последнее время наблюдается тенденция

кинтеграции обоих направлений развития вычислительной тех­

ники путем создания комбинированных (гибридных) систем, со­

четающих свойства как аналоговых, так и цифровых устройств.

Не задаваясь целями прогнозирования дальнейшего развития

взаимосвязи обоих направлений вычислительной техники, а также

не затрагивая проблематичного вопроса о принципиальных досто-

ийствах и недостатках цифровых и аналоговых устройств, отме­ тим, что в настоящее время преобладают цифровые вычислитель­

ные машины (ЦВМ), прежде всего электронпые.

Преобладающая роль электронных ЦВМ в совокупности средств

вычислительной техники определяется, в частности, такими фак­ торами, как крупный объем их производства, высокая суммарная

вычислительная мощность, быстрый рост производства и т. д.

C начала 60-х годов наблюдается широкое внедрение электрон­ ной технологии в перфорационную и клавишную вычислительную

3

технику. В клавишной вычислительной технике все шире исполь­

зуются настольные и карманные ЦВМ на интегральных схемах.

Все более широко применяется электроника в перфорационных вычислительных комплектах. По мере применения электроники в

в настоящее время клавишная и перфорационная техника идут

по технологическому пути универсальных электронных ЦВМ, что дает основание объединить развитие всех основных средств совре­ менной цифровой вычислительной техники единой системой

периодизации.

Дапная книга является первой попыткой развернутого истори­ ческого изложения процесса развития цифровой вычислительной

техники. Основное вниігаппе в ней уделяется вычислительным ма­ шинам, их технологии, структуре и роли в системе технических

средств современной научно-технической революции. Как извест­

но, эволюция математических машин неразрывно связана с появ­

лением новых и быстрым развитием ряда возникших ранее обла­ стей математики. Здесь имеются в виду разделы математики,

связанные как с разработкой и функционированием ЭВМ (теория

математических машин, теория программирования, вычислитель­

ная математика, алгебра логики и др.), так и с применением ЭВМ в различных сферах человеческой деятельности (ряд разделов ком­

бинаторики, теория вероятности, математическая статистика, тео­

рия игр, математическое программирование, теория информации, теория систем управления и др.). Поскольку перечисленный комп­ лекс теорий охватывает значительную часть всей современной математики, авторы только в необходимых случаях приводят дан­

ные о разработке математических средств, оказавших наибольшее

влияние на развитие ЭВМ.

Первая часть книги «От абака до электронпых ЦВМ» написана

Л. Е. Майстровым, вторая — «Электронные ЦВМ» — И. А. Ацокиным. Авторы будут признательны за критические замечания, до­ полнения, уточнения и пожелания, а также за материалы по дан­

ной теме, которые могут быть направлены на имя авторов в Инсти­ тут истории естествознания и техники АН СССР (Л. Е. Майстрову)

и.Институт США АН СССР (И. А. Апокину).

Авторы выражают глубокую благодарность доктору экономиче­

ских наук Г. Μ. Доброву, инженеру А. Е. Афанасьеву, кандида­

ту экономических наук Т. В. Муранивскому, кандидату техниче­

ских наук А. Н. Петрову, советы и замечания которых помогли

прийти к окончательному варианту настоящей книги. Особенно большое значение для формирования исторической концепции

развития вычислительной техники имела работа ответственного редактора профессора А. А. Папернова, чья безвременная кончи­

на (6 марта '1974 г.) явилась крупной утратой для советской науки.

И. А, Апокин, Л. Е. Майстров

Rrrttehwf

1. Специфика исследования

Одной из особенностей процесса исторического развития счет­ но-решающих устройств является значительное увеличение роли вычислительной техники в жизни общества в середине XX в. в

связи с появлением электронных ЦВМ. Освещение истории элек­

тронной вычислительной техники имеет ряд специфических осо­ бенностей.

1.Развитие электронной вычислительной техники тесно свя­ зано со многими другими областями науки и техники.

2.Развитие электронной цифровой вычислительной техники характеризуется лавинообразным нарастанием количества реша­

емых проблем (все более многочисленные варианты конструк­

ций, методов программирования, типов используемых элементов,

типов электронных схем и т. д.). Поэтому в целях сохранения пропорциональности структуры книги каждый новый период раз­ вития электронных ЦВМ излагается с большей степенью обоб­ щения. Например, если более или менее подробно рассмотрены основные модели первых ЦВМ на электронных лампах, то при

изложении современного периода развития электронных ЦВМ

(машины на интегральных схемах — см. гл. 7) подробно рассмот­ рено только одно семейство машин (ИБМ-360), а также несколь­

ко других моделей. В то же время большое число интересных и

оригинальных конструкций, не имевших, однако, принципиаль­

ного значения с точки зрения основного пути развития электрон­

ных ЦВМ, неизбежно выпали из поля зрения.

3.Значительная часть новых идей и усовершенствований в

области электронной вычислительной техники связана с разви­

тием ЦВМ для военных целей. Соответствующие данные либо

отсутствуют в литературе, либо носят отрывочный (зачастую

рекламный) и противоречивый характер. Не может помочь здесь

и патентный анализ, так как многие патенты и авторские свиде­

тельства не публикуются. Данные обстоятельства затрудняют оп­

ределение приоритета открытий и, следовательно, оценку вклада

отдельных, ученых и соответственно вклада отдельных стран в раз­

витие электронных ЦВМ.

Рассматривая работы, предшествовавшие созданию электрон­ ных ЦВМ, следует отметить, что в СССР впервые была предло­

жена схема статического триггера (Μ. А. Бонч-Бруевич, '1918 г.)

5

2. Выбор принципа периодизации

Периодизация, т. е. обоснованное выделение временных ин­

тервалов развития, является одной из наиболее сложных проблем

исторического исследования в области техники. Не вдаваясь в

рассмотрение различных концепций построения периодизации в

историко-технических исследованиях, отметим, что наибольшее

признание на современном этапе развития советской историче­ ской науки получила концепция построения периодизации на ос­ нове внутренней логики развития, присущей данной отрасли тех­ ники и отражающей (в рамках данной отрасли) закономерности

технического прогресса [2]. Эта концепция полностью разделя­

ется авторами, в задачу которых входило создание такой перио­ дизации развития дискретной вычислительной техники, кото­ рая способствовала бы пониманию закономерностей ее эволю­ ции.

Прежде чем приступить к рассмотрению использованного в настоящей работе принципа периодизации, сделаем ряд предва­ рительных замечаний.

Развитие конкретной области техники может быть исследо­

вано с различных точек зрения. При этом в каждом случае воз­

можно построение своей периодизации, отражающей внутреннюю

логику развития данной отрасли техники. Например, рассматри­

вая историю универсальных электронных ЦВМ с точки зрения эволюции их структур, можно построить периодизацию, в основе которой лежит развитие принципа параллельной обработки ин­

формации.

Первые электронные ЦВМ с хранимой программой были ма­

шинами последовательного действия, т. е. операции над машин­ ными словами осуществлялись последовательно разряд за разря­ дом. Такая организация вычислительного процесса во многом была связана со спецификой работы первых оперативных запоминаю­

щих устройств (ЗУ) на ртутных линиях задержки.

Создание ЗУ на электронно-лучевых трубках наряду с требо­ ваниями повышения производительности ЦВМ стимулировало

разработку ЦВМ параллельного действия, т. е. ЦВМ, в которых операции над машинными словами осуществляются одновре­

60-х годов к применению различных форм мультипрограммной

работы, т. е. одновременному выполнению машиной несколь­

ких программ или частей одной программы. Исходным момен­

том развития мультипрограммирования явилось совмещение

во времени работы устройств ввода-вывода и арифметического устройства. Применение мультипрограммирования привело к зна­ чительно более эффективному использованию вычислительного оборудования на основе более равномерной загрузки отдельных

устройств. Следующим важным моментом развития структур уни-

7

нереальных ЦВМ явилось создание в Середине 60-х годов ЦВМ, работающих с разделением времени между абонентами, т. е. ЦВМ

с вводом информации от абонентских пультов, связанных с цент­ ральным вычислителем линиями передачи данных. Высокое бы­ стродействие центрального устройства обработки данных позволя­ ет одновременно работать с большим количеством абонентов, т. е. параллельно выполнять многие программы. При этом с целью повышения вычислительных возможностей машины сравнитель­

но часто используется принцип мультипроцессирования, т. е. од­ новременной работы в составе одной ЦВМ нескольких устройств

обработки данных (процессоров).

Результирующая периодизация исторического пути универ­

сальных электронных ЦВМ, построенная на основе развития прин­

ципа параллельной обработки информации, может иметь, напри­ мер, следующий вид:

1.Однопроцессорные ЦВМ с последовательной обработкой ин­

формации — конец 40-х годов.

2.Однопроцессорные ЦВМ с параллельной обработкой инфор­ мации (без использования методов мультипрограммирования) —

50-е годы.

3. ЦВМ с мультипрограммной обработкой информации и одно­ процессорной структурой — первая половина 60-х годов.

4. ЦВМ с мультипрограммной обработкой информации и при­

менением мультипроцессирования, работающие в режиме разде­

ления времени между абонентами,— вторая половина 60-х годов.

Развитие структур универсальных машин можно рассматри­

вать также с точки зрения их эволюции в процессе последова­ тельного расширения областей применения цифровой вычисли­

тельной техники. При этом возможно построение периодизации, учитывающей появление сначала ЦВМ для научно-технических

расчетов, затем универсальных ЦВМ для обработки больших мас­

сивов информации и, наконец, управляющих машин общего на­

значения.

Развитие структур можно рассмотреть с точки зрения разви­ тия системного подхода к конструированию средств цифровой вы­

числительной техники. При этом может быть предложена перио­

дизация по следующей схеме: цифровые вычислительные ма­

шины — цифровые вычислительные системы — многомашинные

комплексы вычислительных средств.

Разумеется, эволюция структур далеко не исчерпывает всех

аспектов развития универсальных электронных ЦВМ. Не оста­ навливаясь в дальнейшем на детальном рассмотрении возможных

схем периодизации, отметим, что они могут быть построены на основе исследования следующих проблем:

а) развитие программирования (возможная схема периодиза­ ции: программирование на языке ЦВМ — программирование в со­ держательных обозначениях — программирование на универсаль­

ных алгоритмических языках) ;

8

б) развитие миниатюризации (схема периодизации: миниатю­ ризация дискретных компонентов ЦВМ — микромодули — гибрид­

ные интегральные схемы — монолитные интегральные схемы — интегральные подсистемы) ;

в) эволюция взаимодействия человека с машиной;

г) роль моделирования в разработке универсальных электрон­ ных ЦВМ и т. д.

Возможность построения различных схем периодизации отра­

жает существование объективных тенденций развития электрон­ ной цифровой вычислительной техники. При специальном иссле­ довании той или иной тенденции соответствующий вариант пе­

риодизации может служить удобным инструментом системати­ зации материала. C этой точки зрения различные варианты

периодизации являются правильными (при условии, если они

объективно отражают те или иные процессы эволюции), хотя п неравноценными с точки зрения их содержательности, т. е. с по­

зиций выявления сущности основного направления развития уни­

версальных электронных ЦВМ. Таким образом, встает задача изу­

чения развития универсальных электронных ЦВМ с целью выяв­ ления наиболее существенной черты данного процесса, чтобы

полученные результаты могли бы служить основой для построе­ ния общей (основной) схемы периодизации. Все же остальные возможные схемы периодизации могли бы служить в качестве

вспомогательных при исследовании тех или иных сторон изучае­

мого процесса.

В этой связи заслуживает внимания вопрос о критериях пра­

вильности определения основной черты изучаемого процесса и со­ ответственно о правильности основной схемы периодизации. Здесь,

на наш взгляд, подходящим критерием является сопряжение (со­

ответствие) выявленной сущности изучаемого процесса с сущ­

ностью более общих процессов, составной частью которых явля­ ется данный процесс. Иными словами, основная схема периоди­ зации, например, универсальных электронных ЦВМ должна не только отражать главную черту их развития, но и являться логи­ ческим развитием более общей схемы периодизации, например периодизации истории всей цифровой вычислительной техники,

или (если подойти с других позиций) логическим развитием об­

щей схемы периодизации истории электроники.

Рассмотрение истории цифровой вычислительной техники по­

казывает, что важнейшей характеристикой ее развития является

систематическое расширение круга и класса практически решае­ мых задач или, иными словами, систематическое расширение вы­

числительных возможностей устройств, машин и систем дискрет­

ного счета.

Под вычислительными возможностями понимается производи­

тельность ЦВМ как устройств, перерабатывающих информацию.

Точиач количественная оценка производительности связана с серь­ езными, зачастую непреодолимыми трудностями (например, при

9