Первые электронные машины

ЭВМ первого поколения, в том числе и советские, созданные в начале 50-х годов под руководством С. А. Лебедева, были задуманы и выполнены просто как очень быстрые автоматические арифмометры. Основными пользователями первых ЭВМ были инженеры, занимавшиеся сложными расчетами, а также ученые, работавшие в области физики, механики, гидро- и аэродинамики, теории плазмы и т. д.

Например, инженер, работавший над проблемой прочности самолетных конструкций, составлял план нужного расчета. Программу выполнения действий и тестовые данные пробивали вручную на перфокартах или на перфоленте, с помощью которых эти сведения вводились в ЭВМ. Затем начинался долгий процесс «отладки». Выявлялись ошибки, перфокарты с программой перебивались (разумеется, опять вручную), при этом могли появиться новые ошибки. Отладка тянулась неделями и месяцами. Когда все оказывалось выверенным, машина за несколько минут выдавала результат счета, который нужно было изучать и анализировать.

Компьютеры первых поколений использовались почти исключительно для вычислений. Ошибку («сбой») можно было обнаружить путем повторения вычислений или контрольной проверкой по этапам. Найти же ошибочно введенную нечисловую информацию в большинстве случаев было практически невозможно.

Машины второго поколения, появившиеся в нашей стране в начале 60-х годов, работали уже не на лампах, а на транзисторах. Они могли выполнять до миллиона операций в секунду и, главное, работали почти без сбоев. Резко уменьшились и их размеры. Типовая советская ЭВМ второго поколения «Минск-22» занимала вместе со всеми устройствами «всего» 50-60 м². Сейчас эта машина уже снята с производства. Однако разработка «Минск-22» и появившейся вслед за ней более мощной ЭВМ «Минск-32», эксплуатация этих машин на тысячах вычислительных центрах явились важными вехами в развитии отечественной науки и техники. Несмотря на небольшую по современным понятиям скорость и малый объем памяти, ЭВМ «Минск-32» обладала всеми принципиальными возможностями современных компьютеров.

Проект первой в мире ЭВМ был предложен в 1942г. американцами Дж. Моучли и Дж. Эккертом. Придя к выводу о необходимости использования в вычислительных устройствах электронных ламп, Дж. Эккерт представил проект электронной машины, названной «Эниак». Машина «Эниак», подобно «Марку-1» Г. Эйкена, также предназначалась для решения задач баллистики. Но в итоге она оказалась способной решать задачи из самых различных областей. Проект «Эниака» лежал без движения больше года, пока им не заинтересовалось Министерство обороны США. Были развернуты значительные по масштабам работы, которым в условиях войны придавалось первостепенное значение. Более 200 особо засекреченных специалистов трудились над реализацией проекта Дж. Моучли и Дж. Эккерта. В 1944г. Дж. Эккерт впервые выдвинул концепцию хранимой в памяти компьютера программы. В 1945г., когда «Эниак» был, наконец собран и готов к проведению первого официального испытания, война, нуждам которой он был призван служить, окончилась. Для проверки машины были выбрана задача выполнения расчетов для определения принципиальной возможности создания водородной бомбы. Сама задача указывала на то, что роль вычислительных машин в послевоенные годы не снижалась, а, скорее, возрастала. В феврале 1946г. впервые состоялась публичная демонстрация ЭВМ «Эниак». Роль «Эниака» в развитии вычислительной техники определяется, прежде всего, тем, что это была первая работающая машина, в которой все действия – арифметические и логические операции, запоминание и хранение информации – были реализованы на электронных схемах. Применение электронных ламп вместо реле обусловило качественный скачок в быстродействии.

В компьютере использовалось три типа электронных схем: схемы совпадения, сигнал на выходе которых появлялся только в том случае, если поступили сигналы на все входы; собирательные схемы, сигнал на выходе которых появляется, если есть сигнал хотя бы на одном входе; триггеры, выполненные на двойных триодах (две трехэлектродные электронные лампы монтировались в одном баллоне). Применение новой электровакуумной техники позволило достичь скоростей, которые были недостижимы при использовании электромеханических элементов. «Эниак» выполнял 5000 операций сложения и 360 операций умножения в секунду. Эта скорость была в сотни раз больше, чем у распространенных в то время механических и электромеханических арифмометров. Она имела память емкостью всего двадцать десятизначных чисел. Вес машины – 30 т, занимаемая площадь – 300 м². По размерам (около 6 м в высоту и 26 м в длину) этот компьютер более чем вдвое превосходил «Марк-1» Г. Эйкена. Однако двойное увеличение в размерах сопровождалось тысячекратным увеличением в быстродействии.

Конструкция машины выглядела очень сложной – она содержала 17468 ламп. Такое обилие ламп объяснялось тем, что «Эниак» должен был работать с десятичными числами. Моучли предпочитал десятичную систему счисления, так как хотел, чтобы «машина была понятна человеку». Однако такое большое количество ламп, которые, перегреваясь, выходили из строя, приводило к частым поломкам. При 17 тыс. ламп, одновременно работающих с частотой 100 тыс. импульсов в секунду, ежесекундно возникало 1,7 млрд. ситуаций, в которых хотя бы одна из ламп могла не сработать. Дж. Эккерт решил эту проблему, воспользовавшись приемом, который широко применялся при эксплуатации больших электроорганов в концертных залах: на лампы стали подавать меньшее напряжение, и количество аварий снизилось до одной - двух в неделю. Дж. Эккерт разработал также программу строгого контроля неисправности аппаратуры. Каждый, из более, чем 100 тыс. электронных компонентов машины подвергался тщательной проверке, затем все они аккуратно расставлялись по местам и запаивались, а иногда и перепаивались не раз. Компьютер работал на протяжении девяти лет. Последний раз он был включен в 1955г.